该文首先通过拓扑空间、分形空间以及拓扑维数与分形维数的比较,研究了不同的粉体材料、集料断裂面、孔隙等几何特征,提出了对混凝土材料的几何特征进行重新认识和评价的重要性.用分形理论分析评价了混凝土材料的孔隙结构这一极为复杂体系的不规则性、不确定性、模糊性和自相似等特征,结合压汞测孔方法探索了混凝土材料孔隙分形特征参数,描述了混凝土孔隙二维、三维分形特征,研究了水泥矿物组成、水化龄期对孔隙分形特征的影响,考察了多种混凝土受冻后孔隙分形特征的变化规律.证明了非引气混凝土C40在200次、C60在250次和C100在1200次冻融循环过程中,孔隙分形维数发生了很大的变化,而引气的C60高强混凝土在1200次冻融循环后分形维数变化却很小.并分析评价了其受冻损伤的机理.采用高强石膏实现了混凝土断裂面的复型重构,实现了加速高精度分割和无破损直接测试,避免了传统的小岛法加工难度大,失误无法弥补的缺点,也避免了激光法盲区对重构断面精度的影响.测试的纵向、横向分形曲线的分形维数的方差、变异系数非常小,线性回归的相关系数也非常好.建立了多层次颗粒群分形几何密集效应模型,为材料高性能化的理论设计和进一步探索超细粉体对高性能混凝土材料密实效应的内在规律提供了重要的依据.分形方程给出了指数的具体意义.通过分形特征方程的数值解析可以将传统的多个模型统一在分形模型方程中.分形模型证明中发现水泥颗粒级满足最紧密堆积要求时,分形维数范围为(2.515,2.697),10nm~1000nm的颗粒含量为(8.85％~18.27％),这与高性能混凝土中硅灰的最优掺量范围是一致的.要实现最紧密堆积,仅用超细矿渣和粉煤灰是不够的,必须降低中等颗粒的含量,掺入硅灰,并适量增加粗颗粒的量.该文最后均匀设计方法,结合粉煤灰的分形维数,实现了高性能PRC材料的最优配制.该论文对混凝土材料复杂性问题的理论探索和高性能、高功能混凝土材料工程化应用技术的完善具有重要的价值.