抗渗性是水泥基材料耐久性的第一道防线。本文研究纳米材料对水泥基材料抗渗性的提升效应与机理,建立纳米改性水泥基材料的抗渗模型与预测方法,对混凝土结构耐久性提升具有重要意义。水泥基材料因组成和配比不同而具有不同的初始微观结构,并对纳米材料的改性效应产生影响。因此,本文围绕纳米材料对不同水泥基材料的抗渗提升效应与机制,采用宏观性能测试、微观结构观测分析、理论计算与模拟相结合的研究方法,系统研究了纳米改性水泥石、混凝土、纤维混凝土的抗渗性与机理,构建了考虑初始孔结构差异性的水泥基材料抗渗模型和预测方法。主要内容包括:首先,研究了纳米SiO2对水泥石抗渗性的提升效应与机制。通过量化分析纳米SiO2对水泥水化的促进作用,以及对水泥石孔结构的优化作用,揭示了纳米SiO2提升水泥石抗渗性的微观机制。研究发现,纳米SiO2对水泥石孔结构的优化作用随水灰比的降低而增强,揭示了纳米SiO2改性水泥石的抗渗提升效应受水灰比影响的机理。基于广义有效介质理论分析了纳米SiO2改性水泥石的抗渗性演化规律与影响因素,验证了纳米改性水泥石的抗渗提升效应与其初始微观结构的关系。其次,研究了纳米SiO2对混凝土抗渗性的提升效应与机制。通过背散射和核密度估计等方法观测并分析了混凝土基体和骨料界面区微观结构的变化规律,揭示了纳米SiO2改性不同水灰比和骨料级配混凝土的微观机制。基于递推矩阵方法构建了纳米改性混凝土的渗透模型,研究了可渗透单元减少导致的渗透概率变化规律,揭示了纳米SiO2对混凝土抗渗性的改性机理。研究发现,在低水灰比和骨料紧密堆积情况下,纳米SiO2对混凝土抗渗性的提升效应最为显著。其原因是当可渗透单元减少但连通性不变时,混凝土渗透概率的降低程度随可渗透单元渗透概率的降低而增强,在此基础上,纳米SiO2对低水灰比混凝土微观结构的显著优化进一步提升了混凝土的抗渗性。然后,研究了纳米SiO2/Ca CO3对碳纤维混凝土抗渗性的提升效应与机制。纳米SiO2/Ca CO3复掺可以显著改善碳纤维在混凝土中的分散均匀性,从而抑制了纤维搭接导致的孔隙率增加以及孔结构连通性增强的现象,有效降低了碳纤维混凝土的临界孔径。渗透概率的理论计算结果表明,连通性减弱导致的渗透概率降低程度因可渗透单元渗透概率的增大而提高,揭示了纳米SiO2/Ca CO3对碳纤维混凝土抗渗性的改性机理。最后,通过构建纳米改性水泥基材料的孔结构模型,模拟研究了不同孔结构水泥基材料内的渗透参数分布特征,得到了纳米改性水泥基材料的孔隙率、连通性与抗渗提升率的关系。建立了抗渗提升率与水泥基材料初始孔隙率及其降低值的耦合关系模型,从而确定了控制抗渗提升效应演化规律的特征孔结构参数关系,提出了纳米改性水泥基材料的理论模型。