河套灌区现役模袋混凝土衬砌因环境因素的影响,常常面临季节性冻融与干湿循环作用,致使模袋混凝土衬砌表面出现裂纹等耐久性破坏。本文在现役模袋混凝土配比的基础上,双掺粉煤灰和硅粉以及粉煤灰和大理石粉等固体废弃料来等量替代水泥,通过试验研究不同矿物掺合料对模袋混凝土的力学性能和微观孔隙结构的影响,同时模拟模袋混凝土实际的服役环境,制定合理的干湿-冻融循环制度,研究干湿-冻融循环耦合作用对模袋混凝土耐久性及微观孔隙的影响,得到更适合河套灌区模袋混凝土衬砌的优化配合比,为模袋混凝土在内蒙古河套灌区乃至北方地区推广应用奠定基础。主要研究成果如下:(1)宏观力学性能试验结果表明,适量双掺粉煤灰和硅粉、粉煤灰和大理石粉均能改善模袋混凝土的抗压强度。双掺合料替代率为20%左右时,模袋混凝土衬砌的早期抗压强度均优于其他组,其中F10S8和F10D10两组配合比抗压强度最优。(2)微观孔隙特征表明,适量的双掺矿物合料是有利于改善孔隙结构,且双掺粉煤灰和硅粉对于孔隙结构的改善明显优于双掺粉煤灰和大理石粉。双掺合料替代率在20%左右时,随着硅粉替代率的增加,粉煤灰替代率的降低,孔隙度逐渐降低,孔径也从多害孔向少害孔和无害孔转变;(3)干湿-冻融循环耦合作用下的耐久性试验显示,适量的粉煤灰和硅粉以及粉煤灰和大理石粉的掺入,有利于提高模袋混凝土的耐久性。双掺10%的粉煤灰10%的大理石粉以及双掺10%粉煤灰8%的硅粉的配合比的耐久性最优。干湿-冻融循环耦合作用下的XRD和电镜分析显示,双掺合料模袋混凝土内部结构的主要破坏是受了冰水相变以及黄河水中盐类离子的侵蚀影响。(4)采用灰色理论中的灰色关联度来分析干湿-冻融耦合作用下模袋混凝土的损伤度与孔隙洗特征以及孔径分布的关联度,分析发现比表面积、平均半径和0-200μm的弦长分布与模袋混凝土损伤度的关联系数最高。