我国寒冷地区的建筑长期处于冻融交替的恶劣环境之下,许多建筑物在建成不久后就发生冻融破坏,维护不仅具有一定的困难而且还要消耗大量人力物力。采用宏观封装的方式利用空心钢球将相变材料进行封装,弥补了相变材料容易泄露的缺陷,制备出相变抗冻混凝土,如果运用到实际工程中具有十分重要的意义。(1)将相变材料封装进入空心钢球,吸附相变材料质量占相变钢球质量的63%,提高了相变材料在混凝土中的占有率,并且封装的相变材料不易泄露,封装效果好。(2)将灌入砂浆的钢球作为粗骨料,制备钢球掺量分别为25%、50%、75%、100%的钢球混凝土,在钢球表面涂抹金属修补剂,使得钢球表面和水泥石浆之间的粘结更加牢固。当粗糙钢球混凝土掺量是75%时,抗压强度下降最少,下降了5.31%,当钢球掺量是100%时,钢球混凝土的劈裂抗拉性能较好,提高了61.83%。(3)在保证力学性能较好前提下,制备相变钢球掺量为75%的相变混凝土。用相对动弹性模量和质量损失率作为抗冻性能的评价指标,得出冻融循环100次后相变混凝土和普通混凝土相对动弹性模量分别为88.69%和82.12%,质量损失率分别为0.88%和1.06%,冻融循环150次后相变混凝土和普通混凝土相对动弹性模量分别为78.24%和74.90%,质量损失率分别为3.65%和4.25%,两种混凝土指标已显著降低,相变混凝土表现出较好的抗冻性能。(4)以混凝土不同冻融循环次数后立方体抗压强度损失和劈裂抗拉强度损失评价了相变混凝土的抗冻性能。冻融循环50次后,相变混凝土抗压强度比普通混凝土低1.07MPa,但是相变混凝土抗压强度损失率相较于普通混凝土低1.52%。100次冻融循环后,相变混凝土抗压强度比普通混凝土高2.45MPa,抗压强度损失率低10.63%。在试件经过200次冻融循环时,相变混凝土抗压强度仍旧好于普通混凝土。相变混凝土的劈裂抗拉强度始终高于普通混凝土,冻融循环100次后,相变混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土高0.02MPa。(5)基于CT扫描混凝土损伤机理研究。200次冻融循环过后相变混凝土孔隙率增幅为1.23%比普通混凝土低0.97%。整个冻融过程当中,小于0.01mm~3孔隙体积占比波动并不明显,普通混凝土0.01-0.1mm~3孔隙体积占比一直降低,1-10mm~3孔隙体积占比一直增加;相变混凝土0.1-1mm~3和1-10mm~3孔隙体积占比先增加后减少。0.01-0.1mm~3和大于10mm~3孔隙体积的占比先减少后增加。