我国社会快速的发展速度和庞大的人口基数导致能源需求量巨大,而且近年来酸雨、雾霾等环境污染问题也已引起人们的高度重视,如何既满足能源需求又不污染环境成为国内外研究的热门领域。天然气热值高且燃烧产物无污染,成为近年来在国内推广的燃料。除了作为燃料,天然气还是重要的化工原料,和丙烷、氨气、氢气等一起在化工、医药和环保领域发挥着重要作用。但上述气体原料的最大缺陷是常温为气体状态体积庞大导致其巨量运输和储存困难。混凝土由于其优异的低温性能在近年来被广泛应用于液化天然气等液化气体的储罐结构,而已有的相关研究成果尚不多且较为零散,故开展混凝土低温环境下的性能研究具有重要意义。本文是课题组混凝土超低温性能系列研究的一部分,共制作195个100x100x300mm的棱柱体试件和263个边长100mm的立方体试件,考察的主要影响因素为作用的低温、混凝土的强度等级和含水率。通过浸泡和烘烤对C30、C40和C50等3种设计强度等级混凝土试件进行不改变其内部孔隙结构和分布的含水率预处理,然后对其进行低温下受压、劈裂抗拉以及温度变形试验获得不同强度等级、含水率(1.5%至5.5%)和低温(-40℃至-180℃)耦合作用下混凝土的受压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、峰值应变和线膨胀系数的变化规律,并拟合出相应的表达式,同时也进行了相关机理分析。试验结果表明,混凝土低温下的受压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、峰值应变均有明显提升,且与含水率间存在明显的线性关系;混凝土的强度等级越低、含水率越高以及作用的低温越低,它们的增幅越明显。但同等条件下,几种基本力学性能提升的幅度不同,且随温度降低发展规律不同。这主要是因为这几种性能提升的机理差异。混凝土低温热膨胀系数的变化规律较为复杂。温度高于-100℃时随含水率增加呈先下降后上升的趋势,低于-100℃时则呈明显的线性增加趋势;不同强度等级混凝土的线膨胀系数随温度降低的变化规律也不同。C40混凝土随低温下降逐渐降低,而C50却先升后降。这主要源于不同强度等级混凝土细观结构的差异。本文的试验结果及基于试验拟合的混凝土低温下受压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度等计算公式可为相关规范的编制或修订以及液化气体储罐混凝土结构设计和安全性能评估提供依据。