我国北方寒冷地区,水利工程结构中的混凝土服役在恶劣环境中,这种环境对混凝土的力学性能和抗冻性能的要求很高,采用新型建筑材料——天然浮石混凝土,具有节约施工成本、增加建筑物使用寿命等优点,天然浮石混凝土的微观孔结构(孔隙率、孔体积和孔径分布)与其宏观性能存在紧密的关联性,本论文在接近天然浮石混凝土的实际使用环境中,分别对天然浮石混凝土进行抗压强度、抗冻性能和核磁共振孔结构测试,分析天然浮石混凝土孔结构衍变与其抗压强度和抗冻性能变化规律的相关性,探究如何通过改进微观结构来优化宏观性能,论文内容包括:(1)在养护龄期3d、7d、14d、28d、60d和90d下,分析天然浮石混凝土的抗压强度和孔结构变化规律,结果表明:孔隙率变化共经历两个阶段,快速降低阶段和平缓降低阶段,天然浮石混凝土的孔隙率与其抗压强度呈负相关,孔隙率越大,抗压强度越低;养护龄期3～28d内,孔径大于0.2μm的多害孔占比明显降低,抗压强度的增加幅度较大;养护龄期28～90d内,多害孔占比的变化微小,抗压强度的增加趋于平稳。(2)冻融环境中,分析天然浮石混凝土抗冻性能(质量损失率和相对动弹性模量)和孔结构的变化规律,结果表明:随冻融次数增加,天然浮石混凝土孔隙率呈递增趋势,分为平缓增长阶段和快速增长阶段,天然浮石混凝土孔隙率和质量损失率呈正相关、和相对动弹性模量呈负相关;随冻融次数增加,孔径大于0.2μm的多害孔占比明显增加,天然浮石混凝土的抗冻性能变差。(3)引入分形维数概念,分析天然浮石混凝土多害孔的孔径分布情况:随养护龄期增加,孔结构中的大孔隙向小孔隙衍变,孔体积的分形维数呈递增趋势;随冻融次数增加,孔隙之间的连通性增加、小孔隙向大孔隙衍变,孔体积的分形维数呈递减趋势;分形维数与抗压强度和抗冻性的最佳关系模型是二次函数,分形维数与孔隙率的最佳关系模型是一次函数和二次函数。研究发现,影响天然浮石混凝土宏观性能的孔结构,主要与多害孔占总孔隙比例的大小有关,针对性的降低孔结构中多害孔的占比,可以有效的改善天然浮石混凝土的宏观性能。