水泥基材料是目前全世界范围内用量最多的建筑材料,在细观尺度上,水泥基材料可以看成是由水泥浆体、骨料和界面过渡区三相组成的复合结构。水泥基材料宏观上的力学和传输性能,与其细观结构的物相组成和相对含量密切相关,准确表征水泥基材料在细观上的结构特征,对于研究材料宏观性能具有重要意义。因此,本文从材料细观上的三相出发,采用扫描电镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）背散射模式（Backscattered Electron,BSE）和X射线断层扫描（Xray Computed Tomography,X-CT）这两类直接的测试手段,对材料的细观结构进行扫描测试,并结合专业的图像处理技术,实现水泥基材料微细观结构的定量表征,辅以数值模拟和理论计算的方法,探究各物相微细观结构的形成机理,并着重从骨料表面形貌的角度探究了其对界面过渡区微细观结构形成的影响,主要包含如下的研究内容:（1）采用扫描电镜背散射模式,在单个孔的尺度上,从孔隙率、孔径分布以及孔形貌的角度分析了硬化浆体内的毛细孔结构随水胶比的变化规律,建立等效孔径与孔形貌之间的关系,结果表明:随着水胶比增加,毛细孔隙率显著上升;随着孔径的增加,毛细孔的数量减少,小孔在总毛细孔隙中比例降低;并且随着等效孔径的增加,毛细孔曲折度连通性显著增加,孔形状越来越不规则。（2）借助X射线断层扫描技术,从气孔含量、气孔孔径分布,分析了硬化砂浆内部的气孔结构随细骨料粒径和级配变化规律;引入比表面积（Specific Surface Area,SSA）的概念定量表征骨料的粒径和级配,建立气孔含量和平均孔径等参数与SSA参数之间的定量关系;分别比较了基于二维切片分析得到的等效圆孔径分布和通过球面谐波函数获得的三维等效球孔径,并实现了两类曲线之间的相互转换。（3）基于重构的砂浆内部气孔结构,引入最邻近气孔（Void-void proximity）和最邻近基体（Paste-void proximity）的概念定量表征气孔在三维空间的分布特征;引入随机点算法（Random point）和改进膨胀算法来计算气孔间距参数,并与理论计算的结果相互验证;提出一种基于局部窗口的物相分割方法划分体系内的骨料相,结合浆体保护层理论（Protected Paste Volume,PPV）探究骨料对于气孔间距参数的影响。（4）基于单颗粒模型混凝土试件,研究微区泌水效应对于界面过渡区在骨料周边非均匀分布现象的作用;探究普通砂浆中,骨料粒径对界面过渡区孔隙率和宽度的影响,结合最邻近表面方程计算不同体系内界面过渡区的体积分数,并基于数值模拟的方法从骨料间距的角度说明骨料粒径对界面过渡区重叠和连通性的影响。（5）基于扫描电镜图像,引入表面粗糙度（Surface Roughness,SR）的概念表征骨料的表面形貌,并基于K聚类分析算法将骨料表面分为粗糙和光滑面两个类别,探究骨料表面形貌对界面过渡区结构的影响,结果表明粗糙表面的界面过渡区孔隙率要明显高于光滑表面;采用数值模拟的方法,基于峰宽和最大峰高的概念创建具有不同粗糙度的粗糙表面,通过水泥颗粒在骨料近表面区域的堆积密度分布,阐明骨料形貌对界面过渡区结构形成的作用机理。