随着已有混凝土建筑结构物服役龄期的增长,混凝土结构物的性能劣化导致了巨大经济损失和资源浪费。渗透率是表征混凝土材料耐久性能的重要参数。渗透率预测模型建立了材料孔隙结构特征与渗透率的函数关系,孔结构特征参数的表征和选择是渗透率模型建立的基础。除了孔隙率、特征孔径和比表面积这些常用的孔结构特征参数外,曲折度和孔形特征决定了孔隙结构的网络连通情况和液体滞留程度,是对渗透率同样具有重要贡献和影响的孔结构特征参数。已有的单重孔隙介质渗透率模型适用于砂浆基体这一单相介质,未考虑骨料-砂浆界面区对渗透率的贡献而不适用于混凝土材料。研究混凝土材料砂浆基体和界面区的微观孔结构特征,提出适用于混凝土材料的双重孔隙介质渗透率模型,对混凝土材料耐久性研究具有重要意义。另外,环境中存在的水蒸气直接或间接引发冻融破坏、离子侵蚀和钢筋锈蚀等耐久性问题。水蒸气可以作为气体吸附法的吸附质用于分析混凝土材料的孔结构,对水蒸气吸附过程的分析,也有助于理解混凝土材料孔结构对环境湿度的吸附作用机理。本文通过水蒸气吸附法建立等温吸附曲线模型,分析混凝土材料的孔结构,并与压汞法和气体吸脱附法分析结果进行对比,选择能够表征渗透率的特征参数;根据水蒸气的吸脱附滞回曲线,得到混凝土材料的解吸特性和孔形特征;采用扫描电镜技术研究混凝土材料界面区的孔结构特征,基于混凝土砂浆基体与界面区的双相介质特性提出双重孔隙介质的渗透率预测模型。主要的研究内容和结论如下:(1)研究混凝土材料的水蒸气吸附特性。基于混凝土材料的水蒸气吸附试验,根据已有的参数经验公式,计算吸附过程的各项热动力学参数。通过参数分析水胶比和粉煤灰掺量对混凝土材料水蒸气吸附特性的影响,并从热动力学角度分析了其影响机理。研究表明,对于完全干燥的混凝土材料,水胶比越小,材料吸湿量越大。环境湿度为80%条件下,0.3水胶比混凝土的吸湿量比0.4水胶比的高5%-10%,0.4水胶比混凝土的吸湿量比0.5水胶比的高17%-28%。(2)提出混凝土材料水蒸气等温吸附模型,分析确定表征渗透特性的孔结构参数。通过对干燥状态混凝土材料的水蒸气吸附试验得到了混凝土材料的水蒸气等温吸附曲线,结合传统GAB模型和弗罗因德利希吸附等温式的幂函数关系模型,建立了适用于整个相对湿度区间的水蒸气吸附模型。比较水蒸气吸附法、压汞法和氮气吸附法确定适用于不同区间孔径的测孔技术,得到了混凝土材料渗透孔隙率、特征孔径、曲折度等孔结构参数。对于混凝土材料,孔径100nm以下的孔隙可用水蒸气吸附法进行分析,渗透孔隙率可用压汞法大孔径区间的数据计算得出。由压汞法测得了渗透孔隙率,范围在2.68%-5.22%之间;平均孔径可以用来表征渗透率的特征孔径,分布范围在26.6-43.3nm之间;由CPSM模型结合压汞试验得出了混凝土材料孔结构的曲折度,范围在4到9之间。(3)确定混凝土材料孔隙中不同孔形的比率。根据混凝土材料的水蒸气脱附试验得到的脱附量与时间的关系曲线,确定了脱附速率;将脱附等温曲线与吸附等温曲线结合,分析了水蒸气吸/脱附过程的滞回量曲线,定量研究毛细孔和小孔喉大孔容类孔的含量,并分析水胶比和粉煤灰掺量对两类孔含量的影响。研究表明,混凝土材料水蒸气脱附速率是时间的幂函数;不同配比混凝土材料的毛细孔含量在22%-43%之间,小孔喉大孔容类孔隙含量在15%-25%之间。对于水胶比一定的混凝土材料,粉煤灰掺量越多,毛细孔体积占比越大。对于相同粉煤灰掺量的混凝土材料,水胶比的降低提高了小孔喉大孔容类孔隙和毛细孔隙的占比。(4)提出适用于混凝土材料的双重孔隙介质渗透率预测模型。结合压汞测试技术和扫描电镜技术,研究了12组不同配比的混凝土材料的界面区微观结构特征,采用骨料-砂浆界面区简化计算模型,确定了界面区孔隙率。综合砂浆基体孔结构和界面区孔结构特征,提出了混凝土材料的双重孔隙介质渗透率模型,并确定了模型常数。与试验测试的渗透率对比分析表明,提出的双重孔隙介质渗透率模型能够有效预测混凝土材料的渗透率,其预测值与试验值相符。双重孔隙渗透率模型的模型常数随混凝土材料水胶比的增大线性增长。