随着计算机和计算技术的发展,材料领域在材料科学的基础上,发展出计算材料学。计算材料学主体是材料性能的预测与模拟、材料设计和工艺仿真。通过计算机模拟,深入研究材料的结构、组成及其在物理、化学过程中微观变化机制以达到材料成份、结构及制备参数的最佳组合,即以材料设计为目的已成为材料科学发展的前沿热点。由于水泥自身颗粒尺度差别较大、形貌复杂和多物相的特点,使水泥颗粒的数字化模拟变的非常复杂,而水泥的水化过程决定了水泥浆体最终凝结后的物理、化学性能。因此对水化过程准确的模拟可以对水泥性能做更加可靠的预测,而且通过对水化过程的模拟可以对反应物最佳配比、养护条件等影响水泥水化的因素加以控制,从而实现了对材料的设计。本文以扫描电镜技术和数字图像处理技术为基础,从水泥颗粒的二维SEM/X-ray图像入手,结合水泥颗粒自身的特点,将二维图像的像素分类后,重建为三维图像,并保证各项参数与二维图像保持一致。在水泥浆初始状态的三维重建过程中,作者采用了新的数据结构和对应构造算法来构造非球形的不规则的颗粒,使表面积、水灰比、颗粒尺度分布三个量同时达到目标值。在水化反应过程的模拟阶段,将水泥的水化机理和细胞自动机理论相结合,并运用到三维结构中去模拟各物相之间的反应。此外作者还将OpenGL技术引入水化过程的模拟,实现了水化过程的可视化,弥补了前人在可视化方面的不足。