内蒙古河套灌区模袋混凝土渠道衬砌由于自然环境和气候等因素的影响,经受季节性冻融作用,出现不同程度的开裂、表皮剥落等耐久性破坏问题。本研究基于现役模袋混凝土的配合比,掺加粉煤灰和硅粉等河套灌区的固体废弃料等量替代部分水泥配制混凝土。通过宏观及微观试验,研究模袋混凝土在冻融环境下的宏观力学性能和微观孔隙结构的演变规律,探究模袋混凝土的冻融损伤机理以及分形特征,为模袋混凝土在内蒙古河套灌区以及严寒地区推广应用奠定基础。主要研究成果如下:（1）冻融作用下的宏观力学试验结果表明,硅粉和粉煤灰的双掺总量适中时能够提高模袋混凝土的力学性能。双掺总量在20%左右时,模袋混凝土的早期力学性能以及冻融作用后的力学性能均优于其他配合比,其中配合比为F15S4时,模袋混凝土的抗压强度最优,F10S8次之。（2）SEM和XRF试验显示,随着冻融循环次数增加,模袋混凝土的孔隙结构损伤加剧,表面由过渡均匀的整体逐渐变为纤维状的钙矾石。黄河水中的SO42-和Cl-的存在使钙矾石和C-S-H凝胶逐渐增多,挤压孔壁从而扩大孔隙结构,导致模袋混凝土损伤逐渐加剧。（3）结合分形理论对SEM和NRM的试验结果计算冻融环境下模袋混凝土的分形维数,发现二维的SEM分形维数和三维NMR分形维数与模袋混凝土的损伤程度呈正相关性。不同维度的分形维数能够表征模袋混凝土的冻融损伤情况。（4）利用小波变换的回归估计,将宏观与细观进行耦合,建立了分形本构模型。在宏观模型中体现出细观和微观层次中的诸多因素对宏观力学性能及耐久性能的影响。通过分形维数,把二维的SEM图像推广至基于核磁共振的三维空间结构,从而将空间的充填能力、孔隙的繁杂状况以及粗糙程度全面的呈现出来。对模袋混凝土由冻融损伤表现出的分形特征进行定量分析,为在细、微观层次和三维空间下探究混凝土的宏观力学及耐久性能提供新的理论依据和研究思路。