随着国家重大工程向深地、深海、深空等极端环境拓展，传统混凝土在超低温服役条件下面临显著耐久性挑战。为系统评估纳米材料在提升混凝土抗冻性能方面的潜力，本文采用多尺度实验方法，研究了-100~20℃超低温冻融循环对掺纳米二氧化硅（NS）与纳米三氧化二铝（NA）混凝土性能的影响。实验设置了普通混凝土（PC）、掺2% NS的CS2混凝土与掺1% NA的CA1混凝土三组样品，从宏观（质量损失率、抗压与劈裂抗拉强度、动弹性模量、纵波波速）、细观（低场核磁共振）及微观（扫描电镜）三个尺度开展系统研究。结果显示，纳米材料的引入显著提升了混凝土在超低温冻融环境下的抗劣化能力，尤其是NS在减缓结构劣化、抑制微裂纹扩展方面表现更为突出。相比PC与CA1，CS2在各项性能指标中均保持更高稳定性，表现出优异的抗冻耐久性。本研究为纳米改性混凝土在极寒复杂环境中的工程应用提供了理论基础与技术支撑，并为高性能混凝土材料体系的构建提供了多尺度评价方法与设计思路。