随着越来越多的混凝土应用于超低温环境,其在超低温下及经历冻融循环后的力学性能值得研究。本课题为国家自然科学基金“超低温环境下预应力混凝土材料及结构性能试验研究”(基金号:51478309)的子课题之一。为了探究混凝土在超低温下力学性能增强机理和经历冻融循环后力学性能损伤机理,本试验研究了在低温及超低温环境下,含水率及水灰比对混凝土抗压强度的影响,以及外加剂对混凝土抗超低温冻融循环能力的影响。主要包括以下几个方面:1)试验前的系统准备:设计并准备试验所需要的降温保温装置;制定并检测混凝土保持含水率、降温的一系列试验方法。2)制作188个不同水灰比立方体混凝土试件,进行低温及超低温下抗压强度试验,研究含水率、水灰比对混凝土低温及超低温下抗压强度的影响,并与相关学者的研究结果进行对比。3)制作198个立方体混凝土试件,分别添加不同掺量的引气剂和抗冻剂,将其作饱水处理后进行不同温度冻融循环试验,记录每次冻融前后试件质量以及试件表观现象,得到冻融和未冻融试件的抗压强度,总结不同掺量的外加剂对混凝土冻融循环后性能的影响关系。4)利用SEM电镜扫描技术,观测混凝土微观结构描述内部损伤和微裂缝发展过程,从微观层面研究混凝土力学性能增强机理和冻融损伤机理。通过试验和分析可以得到以下结论:1)随着温度的降低,混凝土的抗压强度呈现一定的增长;温度越低,含水率对混凝土抗压强度增长的贡献越大;水灰比越大,混凝土强度随含水率提高而增长的趋势越明显;随着温度的降低,孔隙中的水按照孔径大小依次结冰,且冰的强度随着温度的降低逐渐增加,使得混凝土强度增加。2)经历低温冻融循环后的混凝土抗压强度较未经历冻融循环的混凝土有显著的降低,且经历的温度越低,抗压强度越低。3)引气剂的掺入会降低混凝土的力学强度;引气剂产生的气泡能均匀地消除或减少由于冻胀产生的应力和由于正负温度交替而产生的温度应力,使混凝土试件更能抵抗-80℃冻融循环带来的损伤。4)随着抗冻剂的增加混凝土的抗压强度呈先上升后下降趋势,适当掺量的抗冻剂可提高混凝土的抗压强度,掺入过量的抗冻剂则会降低混凝土的抗压强度。抗冻剂掺量为2%时,可使混凝土的抗压强度得到最大程度的提高。