混凝土是世界上用量最大的建筑材料。现代大型建筑工程用高强、泵送、自流平、高耐久性混凝土，其核心技术是新型高效的外加剂。本文以目前广泛应用于高性能混凝土的聚羧酸减水剂的作用机理为研究主线，以系列不同分子结构的聚甲基丙烯酸减水剂为模型化合物，采用凝胶渗透色谱法系统研究了聚羧酸减水剂在水泥单矿和熟料颗粒表面的吸附特性及规律，以及聚羧酸减水剂吸附量测定方法；通过单矿水化热和水泥浆体孔溶液组成的等离子发射光谱分析、水化量热分析、浆体流变性能表征，以及水泥水化产物的红外光谱分析、X-射线衍射分析、热分析和透射电镜分析等，研究了减水剂对水泥早期水化和水泥浆体流变性的影响及其微观作用机制。本研究主要内容包括：　　⑴采用凝胶渗透色谱，以氯化钾-硼酸盐缓冲溶液为流动相，选择Nanofilm SEC-150色谱柱和紫外光检测器，通过对不同吸附条件下的单矿浆体和水泥浆体进行超高速离心分离得到的浆体溶液进行减水剂残余浓度的定量分析，建立了水泥单矿和水泥熟料浆体中聚羧酸减水剂吸附量的测定方法。该方法为聚羧酸减水剂的减水作用机理研究提供了重要的条件。　　⑵为了研究和了解水泥浆体中熟料颗粒表面不同矿物对聚羧酸减水剂分子的吸附特性，通过高温反复煅烧工艺合成出两种具有代表性的高纯度水泥单矿C3S（3CaO·SiO2）和C3A（3CaO·Al2O3）。并采用先酯化后聚合工艺，设计合成出一系列共计13种具有不同分子结构以及不同电荷密度的聚甲基丙烯酸减水剂。以该类减水剂为模型化合物，采用上述建立的凝胶渗透色谱法测定了减水剂在C3S、C3A以及水泥熟料水化体系中的吸附情况。结果表明：聚甲基丙烯酸减水剂在水泥单矿和熟料表面的吸附规律类似于Langmuir单分子层吸附的变化。其中C3A、C3S和水泥熟料水化体系对不同分子结构减水剂的饱和吸附量分别在55-147mg/g、0.17-0.19mg/g和0.98-2.6mg/g之间，C3A水化体系的饱和吸附量约为C3S的310~770倍，为水泥熟料体系的56~57倍。该情况表明，聚甲基丙烯酸减水剂在水泥熟料表面的吸附主要集中在Zeta电位为正的C3A表面，而Zeta电位为负的C3S对减水剂分子吸附极少。由于聚羧酸减水剂在碱性介质中主要以聚合阴离子存在，因此，聚甲基丙烯酸减水剂在水泥熟料颗粒表面的吸附机制主要是静电作用，且被吸附的减水剂分子在水泥熟料颗粒表面的分布是不均匀的、分区域分布的。在减水剂分子结构和分子量影响方面，实验结果表明，具有高阴离子电荷密度和高主链聚合度的聚甲基丙烯酸减水剂分子有更强的吸附能力。　　⑶通过对C3A、C3S矿物早期水化和水泥熟料早期水化热分析，以及水泥浆体溶液化学组成分析、水泥水化产物分析，证明 C3A和水泥熟料吸附聚甲基丙烯酸减水剂分子后会明显影响其水化过程，C3A和水泥熟料早期水化随聚甲基丙烯酸减水剂吸附能力的增强而先加速后减速然后再加速，水泥浆体溶液中的总 Ca浓度峰值出现时间也随减水剂吸附能力的增强从空白水泥浆的不足5min逐渐推迟到45min（PC6-12）。另外，在减水剂存在条件下，水泥水化产物的颗粒随减水剂吸附能力的增强也逐渐变得均匀细小。上述结果表明，聚甲基丙烯酸减水剂分子通过吸附影响 C3A的快速水化是减水剂影响水泥熟料的早期水化的主要诱因，而其对C3S矿物的水化影响并不明显。　　⑷水泥浆体流变性能测试表明，聚甲基丙烯酸减水剂提高水泥浆体初始流变性能及其保持能力与减水剂的吸附量及其分子结构都有密切的关系。在饱和吸附范围内，随着减水剂掺量及吸附量的增大，水泥浆体的流变性能显著提高，其浆体剪切屈服应力、表观粘度、触变性降低趋势明显。当聚甲基丙烯酸羧酸减水剂（PC3-12）为2.4‰时，水泥浆体初始剪切屈服应力由空白体系的41.69Pa降至0.33Pa，表观粘度由45.19Pa·s降至1.33 Pa·s。减水剂分子结构对水泥浆体流变性的影响主要表现在减水剂吸附能力大小和侧链聚合度两个方面。原则上讲，聚甲基丙烯酸减水剂主链长、侧链短且侧链在分子中的密度小，则减水剂分子的阴离子电荷密度大，吸附能力强；而减水剂侧链长、侧链密度大，其空间位阻效应明显，有利于水泥颗粒的分散和浆体的流变性能的提高。但侧链过长，密度过大，会明显影响减水剂阴离子电荷密度，因此不同体系的聚羧酸减水剂其主链和侧链的聚合度以及侧链密度存在一个最佳匹配关系。在本项研究的实验范围，侧链为1200、酸酯比为3:1的聚甲基丙烯酸减水剂对提高水泥浆体流变性能及其保持能力的效果最佳。结合上述一系列实验研究结果，可以确定聚羧酸减水剂改善水泥浆体流变性的作用机制是：在水泥浆体强碱性条件下，聚羧酸减水剂聚合阴离子通过静电作用选择性的吸附在水泥颗粒 C3A矿物的表面，其分子长侧链的空间位阻作用有效的提高了水泥颗粒的分散性，并明显改善了水泥浆体的流变性。同时聚羧酸减水剂在水泥C3A矿物表面的吸附对C3A的水化抑制作用，减少和延缓了水化产物的形成，从而使水泥浆体的流变性保持能力得到明显提高。