煤矸石是煤炭开采洗选产生的大宗工业固废，大量堆积易引发扬尘、淋溶污染等生态问题，将其替代天然骨料制备混凝土，既可以缓解天然骨料紧缺压力，也符合“双碳”战略下的资源循环导向。但煤矸石本身高孔隙率、高吸水率的特性，会导致普通煤矸石混凝土在北方寒区服役时，极易因水冰相变的冻胀压力引发内部微裂缝快速扩展，抗冻耐久性先天不足，严重制约其工程规模化推广。过往研究已证实单独掺加玄武岩纤维或纳米SiO₂可分别通过桥接阻裂、活性填充提升混凝土性能，但二者复合改性下的煤矸石混凝土冻融损伤演化规律、寿命评价体系此前尚未明确，无法适配寒区工程的实际应用需求。

（1）明确了复掺体系的性能调控边界，证实纳米SiO₂掺量超过2%、玄武岩纤维掺量超过0.2%时，会因材料团聚引入额外界面缺陷、初始孔隙，反而劣化抗冻性能，精准锁定适配本体系的最优掺量区间。

（2）建立了多尺度协同改性机制：微观层面纳米SiO₂通过晶核效应、火山灰反应消耗CH晶体、生成更多低钙硅比C-S-H凝胶填充孔隙，优化基体致密性，玄武岩纤维构筑三维桥接网络阻断裂纹扩展路径，二者从“基体致密化”和“裂纹扩展抑制”两个维度协同发挥作用，突破了单掺改性的性能上限。

（3）以相对动弹性模量损伤度为退化指标构建Wiener随机退化寿命预测模型，适配寒区冻融的随机波动特征，预测精度更高，可更可靠地评价不同配比煤矸石混凝土的长期服役寿命。

（4）实现了多维度抗冻性能的同步量化增益，优化配比下既大幅延缓表面砂浆剥落，也同步降低内部动弹性模量衰减速率、保留更高残余抗压强度，兼顾宏观表观完整性与内部力学性能稳定性。

图1 冻融损伤表观形态

Fig.1 Apparent morphology of freeze-thaw damage

图2 SEM扫描图

Fig.2 SEM micrograph

图3 煤矸石混凝土冻融后质量损失率：(a)0.1%BF；(b)1%NS

Fig.3 Mass loss rate of coal gangue concrete under freeze-thaw cycles: (a) 0.1% BF; (b) 1% NS

图4 煤矸石混凝土冻融后相对动弹性模量：(a)0.1%BF；(b)1%NS

Fig.4 Relative dynamic elastic modulus of coal gangue concrete under freeze-thaw cycles: (a) 0.1% BF; (b) 1% NS

图6 损伤度增量P-P图

Fig.6 P-P plot of damage degree increment

 图7 可靠度及概率密度曲线：(a)可靠度曲线；(b)概率密度曲线

Fig.7 Reliability and probability density curves: (a) reliability curves; (b) probability density curves

复掺纳米SiO₂与玄武岩纤维可显著改善煤矸石混凝土的抗冻性能，有效抑制冻融循环引发的表面砂浆剥落、骨料外露与内部微裂缝扩展。二者均存在适配该体系的最优掺量，当纳米SiO₂掺量为胶凝材料质量的1%、玄武岩纤维掺量为体积占比0.1%时，改性煤矸石混凝土各项抗冻性能表现最优。各组试件的可靠度演化均呈现三阶段非线性退化特征，该最优配比组经Wiener退化过程预测，在西北地区的服役寿命最长。该研究为寒区煤矸石混凝土的工程化应用提供了明确的配比参考与寿命评价方法，可有效推动固废资源的高附加值利用进程。