高原地区约占我国国土面积的四分之一，该地区的工程建设量呈逐年增加趋势。工程中发现，在高原地区使用常规品种引气剂后，新拌混凝土与平原地区的混凝土相比含气量降低、流动性不足，硬化混凝土抗冻耐久性下降，引气剂使用效果受到了高原环境的影响。为探明高原环境影响引气剂使用效果的机理，本文基于自主建立的全程低气压条件下气泡结构试验方法，获得了在实验室模拟和高原现场条件下低气压对引气剂性能影响结果，对比研究了常压和低气压下引气剂气泡全生命期内的发展变化，阐明了低气压下气泡全生命期特征，发明了新型引气剂以提升高原低气压环境下制备混凝土的性能。

取得了如下主要结果：

(1)研制了模拟高原低气压环境的气泡结构测试分析设备，实现了溶液和净浆样品的制备与性能测试全程低气压，获得了20 kPa～100 kPa气压条件下引气剂溶液泡沫体积V_s、引气剂溶液气泡直径d_s和水泥净浆中气泡直径d_c等气泡特征参数的演化规律，避免了试验中气压变化对试验结果的影响。发现了60 kPa下6种引气剂溶液V_s平均降低9.4%，皂甙引气剂的d_(s-5min)增加4%，d_c增加18%。高原低气压下引气效果变差和混凝土含气量下降与气泡结构变化密切相关。

(2)在北京(海拔高度50 m，气压100 kPa)和拉萨(海拔高度4200 m，气压60 kPa)两地进行了6种引气剂制备混凝土性能对比试验，发现60 kPa下引气混凝土的含气量降低程度与引气剂品种和分子结构有关，掺加皂甙类、松香类和阳离子双子类引气剂的混凝土含气量比100 kPa下含气量降低率小于10%，掺加烷基苯磺酸盐、聚醚类和阴离子双子类引气剂的混凝土含气量降低率大于15%。对硬化混凝土的研究发现，与100 kPa相比，60 kPa下混凝土中气孔直径平均增加21%，气泡间距系数平均增加45%，氯离子扩散系数平均增加80%，快速冻融200次后混凝土相对动弹性模量平均降低11.6%。试验结果显示在60kPa下引气混凝土的气孔结构劣化，耐久性降低。

(3)提出引气剂气泡全生命期分为气泡产生、混合-分离、气泡衰亡三个阶段，阐明了各阶段引气剂溶液的气泡全生命期特征：

1)在气泡产生阶段，通过搅拌作用引气剂溶液中产生大量气泡，泡沫体积在20 s内快速增长至最大值Vs-max，低气压下Vs-max比常压下降低5%;

2)在混合-分离阶段，小气泡悬浮在溶液中，整个溶液成为水与气泡的混合体系，V_s在此阶段能保持短暂的稳定，然后在浮力作用下部分气泡快速上升，气液分离，Vs快速减少。低气压下，气泡在溶液中上升速度较快，此阶段时长30 s比常压下此阶段时长45 s减少33%;

3)在衰亡阶段，气泡熟化、排液和聚并，泡沫体积缓慢减少至完全消失。低气压下气泡稳定性相比常压环境更低，衰亡阶段时长8 h比常压下此阶段时长12 h减少33%。

4)分析了60 kPa低气压下引起气泡全生命期发展变化的原因，发现了气体体积压缩量比常压下降低6%是引气量下降的主要原因之一;引气剂溶液表面张力比常压下增加4%，气泡直径增大，导致在混合-分离阶段气泡更快地从溶液中逸出，保留在分散介质中的气体减少;空气溶解度比常压下降低40%，可溶解气体减少，无法溶解的气体进入气泡，引起溶液气泡生长速率比常压下增加104%，气泡衰亡加速。

5)提出了气泡全生命期内评价混凝土引气能力的参数——气体压缩转换系数kZ、气体保留矫正系数kB和气泡稳定转换系数kS，建立了低气压下混凝土含气量预测模型，经过工程验证，模型计算值与试验值之差小于国家标准中含气量测定结果误差0.5%。

6)基于提高气泡稳定转换系数k_S的目标，发明了马来松香基双子引气剂，设计三元菲环基团来增加分子结构刚性，引入双子连接基团降低亲水基间的静电斥力，合成出了低气压专用引气剂MRP。与松香引气剂相比，马来松香基双子引气剂MRP的气泡液膜强度提高11%，液膜上分子排列密度增加50%，气泡稳定性提高。低气压下MRP引气混凝土含气量降低率比松香引气混凝土减少5%，气泡间距系数增加率减少87%，有效提高了高原混凝土的工作性和抗冻耐久性。