A microstructure-guided diffusivity model of cement paste is devised to explore the dependence of the relative diffusivity on the microstructure evolutions of cement paste from fresh state via non-spherical cement particles hydration to hardened state. The microstructure-guided diffusivity model contains three main components: (1) the microstructure of fresh cement paste is generated to simulate the initial state of non-spherical cement particles in water; (2) a continuum-based hydration model of non-spherical cement particles (HYD-NSP) is proposed to describe the evolutions of various phases (hydration products and pores) from fresh state to hardened state; (3) a random walk model is implemented to the microstructures of hydrated cement paste digitalized at the resolution of 0.1 μm/voxel for the determination of relative diffusivity of cement paste. Although this study takes five kinds of Platonic particles and sphere as an introductory example, this microstructure-guided model is readily applicable to other complex microstructures induced by the hydration of non-spherical cement particles. Finally, we utilize the framework to evaluate the influence of the geometrical shape of cement particles on the hydrated microstructure and relative diffusivity of cement paste. Results shed light on that the relative diffusivity increases with the increase of sphericity as a shape descriptor of cement particle. This is due to the specific surface area decreasing with the increase of sphericity, resulting in less hydration products and more porosity, which ultimately increases the relative diffusivity.

设计了水泥浆的微结构引导扩散模型，以探索相对扩散率对水泥浆从新鲜状态通过非球形水泥颗粒水合到硬化状态的微观结构演变的依赖性。微观结构导向的扩散模型包含三个主要成分：（1）生成新鲜水泥浆的微观结构，以模拟水中非球形水泥颗粒的初始状态；（2）提出了一种基于连续介质的非球形水泥颗粒水化模型（HYD-NSP），以描述从新鲜状态到硬化状态的各个阶段（水合产物和孔隙）的演变；（3）对分辨率为0的数字化水合水泥浆的微观结构实施随机游走模型。1μm/体素，用于确定水泥浆的相对扩散率。尽管本研究以五种柏拉图粒子和球形为例，但这种由微观结构指导的模型很容易适用于由非球形水泥粒子水化而产生的其他复杂的微观结构。最后，我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水泥浆的水合微观结构和相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。尽管本研究以五种柏拉图粒子和球形为例，但这种由微观结构指导的模型很容易适用于由非球形水泥粒子水化而产生的其他复杂的微观结构。最后，我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水泥浆的水合微观结构和相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。尽管本研究以五种柏拉图粒子和球形为例，但这种由微观结构指导的模型很容易适用于由非球形水泥粒子水化而产生的其他复杂的微观结构。最后，我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水泥浆的水合微观结构和相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。这种由微结构引导的模型很容易适用于由非球形水泥颗粒水化引起的其他复杂的微结构。最后，我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水泥浆的水合微观结构和相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。这种由微结构引导的模型很容易适用于由非球形水泥颗粒水化引起的其他复杂的微结构。最后，我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水泥浆的水合微观结构和相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水合微观结构和水泥浆相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。我们利用该框架评估水泥颗粒的几何形状对水合微观结构和水泥浆相对扩散率的影响。结果表明，相对扩散系数随着球形度的增加而增加，作为水泥颗粒的形状表征。这是由于比表面积随球形度的增加而减小，从而导致水合产物更少和孔隙率更高，从而最终增加了相对扩散率。