冻融循环作用是影响水泥基材料耐久性能的主要因素之一,近年来受到广泛关注。冻融循环作用下水泥基的破坏程度大都是通过宏观性能下降进行评定,而实际上水泥基的冻融损伤是从微孔开始,逐渐积累导致破坏。本文试图通过分析水泥基中微纳米饱和孔隙冻结微裂缝的形成以及发展,建立模型计算、定量分析水泥基材料在低温作用下内部形成裂缝的尺寸以及由此给宏观弹性模量带来的改变,并通过冻融循环作用引起的体积增长计算损伤度,达到由水泥基冻融劣化微观机理分析宏观性能变化的目的。本文首先总结了已有文献中关于硬化水泥净浆的水化程度、孔隙率和孔径分布的相关公式并据此求出每级孔径的孔隙个数,作为后续计算孔隙结晶压和裂缝体积的依据。在已知孔径分布的情况下,根据结晶压理论,分别对球形孔隙模型和圆柱形孔隙模型计算孔隙结晶压。在结晶压作用下孔隙可能开裂,假设孔隙开裂形成“钱币型”裂缝且硬化水泥净浆是理想弹塑性体;然后,根据弹塑性力学理论计算出不同孔级孔隙的弹性极限应力,并与相应的结晶压进行比较,判断孔隙是否进入塑性状态,进而求出塑性半径并令其等于“钱币型”裂缝的半径;再根据能量守恒原理,计算出裂缝的宽度,已知半径和宽度即可求出单个裂缝的体积,将其乘以对应孔级孔隙的个数,并对各孔级开裂体积求和,便得到单位体积硬化水泥净浆产生的总裂缝体积,并近似认为其等于冻融循环作用造成的体积增量,由此求得损伤度。最后将处于不同低温阶段的硬化水泥净浆看成是由不同相组成的复合材料。根据Hashin和Shtrikman的有效弹性模量边界理论推导出两相、三相和四相复合材料的有效弹性模量计算公式,以此求得硬化水泥净浆受冻时以及融化饱水后的有效弹性模,达到由水泥基冻融劣化微观机理分析宏观性能变化的目的。