本论文旨在利用分形理论分析混凝土孔隙结构的特征。通过混沌分形理论研究，建立与高性能、高功能相关的分形理论，特别是与耐久性相关的理论，为工程化应用提供理论依据。为实现混凝土材料科学和技术的目标——按指定性能设计制造高性能、高功能混凝土做出不懈努力。水泥基复合材料是具有复杂结构的非均质、多相(气相、液相、固相)和多层次(微观、细观、宏观)的复合材料体系，其宏观物理力学行为所表现的不规则性、不确定性、模糊性、非线性等特征，正是其微观结构复杂性的反映，其宏观堆聚、微观多孔等结构特征与其力学行为和耐久性有着密切的联系。组成材料的复杂性、使用部位的广泛性、宏观及微观结构的特殊性，决定了混凝土材料科学，不得不借助于各学科最新研究成果的交叉来不断完善自身。混凝土材料分形理论可以作为继材料科学、细观力学、断裂力学、水泥化学、流变学等之后，构成混凝土材料科学研究的一个新的分支。用分形科学分析评价混凝土材料一系列特征，研究材料的组成、结构与破坏机制，描述微观尺度下的精细结构、细观层次下的力学行为及宏观领域表现的自相似特征是十分有效的。为深入研究水泥基材料孔隙分形特征的变化规律，在分形理论的指导下，用氮气吸附法探讨了多种掺合料、不同配合比的水泥基材料孔隙比表面积相关的孔结构分形特征。基于分形理论，采用压汞测孔法(MIP)研究不同掺合料混凝土材料的孔结构分形特征，利用分形理论定量地表述孔结构的变化，探讨混凝土碳化与孔隙结构量化特征之间的联系，研究孔隙微观结构的变化对碳化耐久性宏观行为的影响。研究表明，水泥基材料的复杂内比表面结构具有显著的分形特征。采用氮气吸附法测试评价水泥基复合材料孔隙比表面积分形特征是有效的，孔隙比表面积分形维数在2.36~2.58之间，孔隙分形维数有利于进一步分析评价孔结构的表面特征。孔隙表面分形维数与比表面积之间没有很好的相关性，相关系数为-0.636，这一特征与粉体质量分形维数和评价粉体细度的比表面积之间没有很好的相关性结论是一致的。孔隙表面分形维数与强度之间也没有很好的相关性，相关系数为-0.393。但孔隙表面分形维数与孔容之间具有很好的相关性，相关系数为-0.812。混凝土的孔结构具有显著的多重分形的特征，利用分形理论可以定量地表述孔结构的变化，建立了孔隙分形维数、龄期与碳化深度之间的定量模型。方差分析表明，孔隙分形维数、龄期与强度和碳化深度之间的模型是显著的，证明了通过孔隙分形特征的研究混凝土的碳化耐久性问题是有效的，为混凝土结构碳化耐久性行为的合理评价提供了一种新的方法。用改变粗视化程度的方法，可以精细测量混凝土的碳化深度。