由于水泥基复合材料自身组分复杂、内部微细观结构变化因素多，很难利用常规的实验手段定量地表征材料组分和微细观结构特征对水泥基复合材料传输性能的影响。如何开发有效的表征技术量化分析水泥基复合材料的组分和微细观结构对其传输性能的影响机制，已经成为当前研究水泥基复合材料中迫切期待解决的研究问题。在微细观尺度上水泥基复合材料可以看成由满足一定尺寸分布的不规则几何形状的颗粒随机堆积而成，这些颗粒的随机堆积行为很大程度上决定了水泥基复合材料微细观结构的演化，进而决定了其传输性能的演变。故在微细观尺度下探索规则和不规则几何形状粒子的随机堆积行为对研究水泥基复合材料的微细观结构以及传输性能的影响具有至关重要的意义。　　 本文在假定水泥基复合材料内部组成粒子的几何形貌分别为二维椭圆形、三维椭球形和规则凸形粒子的基础上首先应用计算机图形学和空间解析几何的相关理论分别开发这三类粒子间的重叠检测算法，并将开发的算法与以往文献中的算法进行比较以验证其执行的精度和效率;然后结合粒子的随机堆积算法利用计算机模拟技术建立这三类粒子的随机堆积模型。根据已建立的粒子随机堆积模型并结合水泥颗粒和集料颗粒的尺寸分布，利用计算机模拟技术构建两相复合新拌水泥浆体的微观结构模型和两相复合混凝土的细观结构模型;通过开发这些粒子堆积结构的截面分析算法，引入量化体视学和统计物理学理论定量地表征两相复合新拌水泥浆体和混凝土的微细观结构，并量化分析粒子的形状、尺寸分布和体积分数对微细观结构特征的影响，而且将统计结果与有效的实验和理论结果进行比较以验证其量化机制的可靠性。此外，基于由非球形集料粒子、界面过渡区(InterfacialTransitionZone，ITZ)和水泥浆体组成的三相复合水泥基材料的微观结构模型，借助hardcore/softshell模型及球形粒子最邻近表面分布函数获取非球形集料表面周围ITZ体积分数的近似解析模型，并通过MonteCarlo点采样数值模型验证该近似解析模型的精度，而且根据非球形集料表面周围ITZ体积分数的解析模型和数值模型，定量地评估不同的影响因子对ITZ体积分数的影响机制。甚至，利用MonteCarlo数值模拟方法和经典的finite-sizescaling方法建立单粒径非球形软物质粒子的连续渗流模型并获取全局渗流阈值与非球形软粒子的形貌特征参数间的量化关系。最后，基于相应的复合材料理论，构建孔隙结构的组成（非球形软粒子堆积结构）—非球形软粒子连续渗流模型—硬化水泥浆体有效传输性能这三者之间的量化模型，以及搭建混凝土的组成—微细观结构特征—混凝土有效传输性能这三者之间的量化模型。　　 本论文的研究成果将为水泥基复合材料的设计、耐久性评估及工程服役寿命预测提供科学的理论基础和宝贵的研究方法，同时也为相关领域的基础理论发展提供了有利的参考。