混凝土微观构造是影响混凝土宏观性能的重要因素，研究混凝土微观构造对探讨混凝土破坏的发生机理，以及指导和改进混凝土的配合比设计方法和生产工艺有重要作用。孔结构是混凝土微观构造的主要组成部分，目前关于孔结构与宏观性能关系的研究主要是定性分析和初步的定量分析，在定量模型中主要以孔隙率为参数，但孔隙率仅能代表混凝土孔结构的一部分特征，从而造成现有模型的计算值与试验的实测值差异较大，因此建立宏观性能与微观构造的关系模型，在模型中全面考虑孔结构特征对宏观性能的影响，对于实现以微观预测宏观有重要意义。　　 研究从混凝土微观构造特征入手，基于分形理论对混凝土的孔结构特征及其与混凝土力学性能、抗渗性和抗冻性之间的关系进行了较深入的研究，建立了强度与孔结构及渗透性与孔结构的关系模型。在室内研究基础上，从实际问题出发，以改变孔结构为手段，开发了具有高性能的水泥基修补材料。　　 首先，采用压汞仪和气泡特征参数测定仪测定了混凝土不同孔径范围内的孔结构。混凝土的孔结构极为复杂，它具有不规则性、不确定性和模糊性等特征，虽然目前用于描述孔结构的参数有很多，但都无法准确的表征孔结构的复杂性。针对这一点，研究引入了分形理论，结合压汞仪和气泡特征参数测定仪的测定原理及所采集数据的特点，选择和建立了合适的分形模型以表征混凝土孔结构的特征。其中，对于压汞法，引入了基于热力学关系的分形模型，该模型比目前常用模型更适合于计算混凝土孔结构的孔表面积分形维数。对于气泡特征参数测定法，则建立了气泡分布分形模型，该模型比现有分形模型更能体现气泡分布的分形特征。　　 其次，分析了孔表面积分形维数与其它孔结构参数的相关关系，得出了孔表面积分形维数是表征孔径分布特征的综合指标，且比其它参数更能细致地反映孔径分布的变化。根据分析结果将孔结构参数划分为孔隙量参数和孔径分布参数，两类参数共同使用能够更全面地反应混凝土孔结构的特征。　　 再次，论文对砂浆和混凝土开展了力学性能试验和渗透性试验，以砂浆的抗压强度和混凝土的氯离子扩散系数为宏观性能指标，以孔隙率、平均孔径、中值孔径、孔表面积分形维数、各类孔隙的孔隙量和孔隙百分比等为微观影响因素，在宏观性能指标和微观影响因素间进行了广泛的单因素分析。基于单因素分析结果，以孔表面积分形维数、毛细孔孔隙量和孔隙百分比为参数开展了多元回归分析，最终建立了同时考虑孔隙量和孔径分布两方面因素的强度与孔结构、渗透性与孔结构的关系模型。混凝土渗透性研究，除离子渗透性外还开展了吸水率试验，以研究水的渗透性。基于吸水率试验和Fick定律，建立了水扩散模型，提出了水扩散系数的计算方法。所得水扩散系数可以定量地、准确地反映砂浆中水的渗透性。　　 第四，论文开展了一般非引气混凝土和引气混凝土的抗冻性试验，同时采用气泡分布分形模型计算得到了各配合比混凝土的气泡分布分形维数，并通过分析得出随着气泡分布分形维数的增大，混凝土的抗冻性提高。在此基础上采用压汞仪测定了冻融循环作用前后混凝土的孔结构，分析了混凝土在冻融循环作用下孔径分布的变化规律，结果显示冻融循环作用后的混凝土孔表面积分形维数均小于冻融循环作用前的，以孔表面积分形维数冻融循环前后的变化率为指标，分析了该指标与抗冻性的关系，结果显示抗冻混凝土的变化率小于非抗冻混凝土。　　 最后，从解决实际养护工程中的问题出发，以宏观性能与孔结构关系为依据，以改善孔结构为手段，开发了具有高抗渗性和高黏结性的水泥基维修材料，并用于实际混凝土构造物的维修养护中，取得了良好的应用效果。