在我国广大的北方地区,许多重大工程面临着冬期施工的严峻考验。低温条件下制备水泥基材料,常使用减水剂、引气剂、防冻剂等化学外加剂改善材料的早期性能和长期耐久性。但是温度变化通常会影响外加剂的作用效果,而低温环境下掺外加剂水泥基材料的流变及施工性能尚不明确。本文系统开展了低温和常温环境下掺多种外加剂水泥基材料的流变学行为研究,通过浆体微结构表征、孔溶液分析等手段,初步阐明了温度对不同外加剂分子与水泥颗粒相互作用和材料流变参数的影响机理,分析得到了低温环境下大流态混凝土新拌性能的变化规律。研究结论将为科学合理制备寒区施工水泥基材料、实现基于不同温度的现代混凝土早期性能精细化调控提供理论支持和参考依据。研究了含萘系（NSF）、脂肪族（SAF）和保坍型聚羧酸（PCE）减水剂的水泥基材料在0～30℃环境下的流变行为以及时变规律。发现温度降低导致水泥基材料的初始塑性粘度升高、初始屈服应力降低,触变特征增强,剪切增稠特征变弱。掺PCE砂浆流变性受温度变化影响较大,而掺NSF或SAF新拌砂浆的温度敏感性较低。降低温度延缓了掺PCE砂浆屈服应力的依时增长,而温度对于掺NSF或SAF砂浆动态屈服应力演化的影响表现出比较复杂的规律。研究了含不同侧链密度PCE的水泥基材料在0～30℃环境下的流变行为及时变规律。发现随着温度降低,PCE在水泥颗粒表面吸附量减少、吸附速率减缓,但PCE与钙离子结合能力增强、能够对吸附量损失起到一定补偿效应。低温环境下,掺高侧链密度PCE的浆体孔隙溶液中残余更多未吸附聚合物、塑性粘度值更高,触变特征更明显。PCE侧链密度增加导致其对水泥水化的抑制作用更强烈,掺高侧链密度PCE砂浆的早期屈服应力值在0～30℃范围内几乎相等,而掺低侧链密度PCE砂浆的早期屈服应力随温度降低而急剧减小。研究了含不同电荷引气剂（AEA）的水泥砂浆在低温和常温环境下的流变行为和硬化气孔结构。发现气泡对流变性的影响取决于其与水泥颗粒相互作用的强弱:相互作用较强时,气泡起桥接颗粒的作用使屈服应力提高;相互作用较弱时,气泡发挥滚珠润滑效应使屈服应力下降。随着温度降低,气孔平均弦长和间距增大,阴离子AEA吸附量减少且含气量保留值降低,阳离子AEA吸附量增加、含气量保留值提高。AEA与PCE复掺时,气泡尺寸显著变大,引气后砂浆表现出明显的剪切稀化特征,同时塑性粘度大幅降低。研究了典型有机和无机防冻组分单掺或与其他外加剂复掺时,水泥基材料流变行为对低温及负温环境的响应规律和机理。发现掺亚硝酸钙（CN）使早期流变参数显著改变、影响规律较为复杂,掺乙二醇（EG）对流变参数的影响较小。CN与NSF或SAF适应性差,复掺时减水剂塑化效果显著降低;PCE对低掺量CN耐受性较好,但高掺量CN也会使PCE丧失效果;从保证低温流动性角度考虑,可优选低侧链密度PCE与钙盐防冻剂复配。引气砂浆掺CN后含气量大大降低,掺EG后小气泡数量增多,两者都导致屈服应力升高。针对实际应用中引气混凝土材料容易出现气泡稳定性差等问题,提出添加纳米黏土（NC）作为触变剂调控流变行为,进而优化气孔结构的新思路。发现低温环境下NC对浆体触变特征的增强效果比常温时更好;掺0.5%NC即可使静态屈服应力值和触变环面积大幅上升。NC能够有效促使低温浆体内絮凝结构迅速建立,气泡稳定性显著提高。引气砂浆中掺入1%～2%NC后,低温环境硬化的气孔间距系数和平均弦长大幅降低21%～30%和34～43%。针对现代土木工程中泵送和自密实混凝土（SCC）普遍应用的现状,建立了离散单元（DEM）模型表征拌合物的流动行为,基于模型采用优化多尺度颗粒分布的物理方法改善大流态混凝土工作性,并提出调控准则。研究了低温环境下SCC新拌性能的变化规律,发现温度降低导致扩展度小幅提高、流动速度显著减慢,工作性的保持能力提高。振捣施工时,温度降低导致拌合物液化区的面积扩大,但是单次振捣在垂直方向诱发的离析程度有所减轻。