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减水剂与水泥或复合胶凝材料体系的相容性问题一直是水泥混凝土领域研究的热点,相容性是影响新拌混凝土工作性能与后期混凝土力学性能的重要因素。该论文以改善聚羧酸减水剂与水泥基胶凝材料相容性为目的,优化了聚羧酸减水剂的制备工艺,系统研究了聚羧酸减水剂及其各分离液(通过膜分离法所得)与不同水泥基胶凝材料体系之间的相容性。在此基础上,利用总有机碳吸附法(TOC)、X射线光电子能谱分析(XPS)、环境扫描电镜(ESEM)、热分析(DSC/TG)、电阻率法等表征测试手段研究了自制聚羧酸减水剂(PC0)及各分离组分在水泥颗粒表面的吸附形态、分级吸附行为、在液相中的形态以及其对水泥浆体初期水化进程的影响,从理论角度探讨研究了分子量对聚羧酸减水剂与水泥相容性的影响规律。聚羧酸减水剂是一种具有梳状结构的高分子共聚物,以往研究以平均分子量来表征,忽略了分子量分布特征的影响。该文研究采用超滤膜分离法对聚羧酸减水剂按不同分子量区间进行精准分离,按不同分子量区间研究了各分离组分的吸附分散性能,揭示了聚羧酸减水剂按分子量大小、分子结构的分级吸附行为规律。为性能更优、相容性更好聚羧酸减水剂的研究开发指明方向,为该类减水剂的精细化研究奠定了基础。该研究表明:(1)通过正交试验,引入多种吸附官能团,改变合成工艺,进而优化了合成聚合物的分子量分布指数,提高了聚羧酸减水剂的性能,与市场现有产品相比,减水率得到提高,改善了与水泥的相容性。具体合成工艺如下:聚氧丙烯醚(XPEG)先投料,丙烯酸(AA)一次性加入,甲基丙烯酸(MAA)、引发剂过硫酸铵(APS)、链转移剂甲基丙烯磺酸钠(SMAS)滴加的方式进行合成;最佳的MAA滴加时间为180min;反应温度宜选用55~65℃;合成的实验配比为:大单体选用2400分子量,以200g计,m(MAA)=10g,m(AA)=9g,m(APS)=0.8g,m(SMAS)=1g。采用多角度激光散射仪对聚羧酸减水剂样品的分子量进行了测定,其重均分子量为107900Da,分子量分布指数(M_w/M_n)为2.085;通过红外光谱试验,认为各单体进行了有效聚合,其中,XPEG与MAA和AA之间的聚合为无规则共聚。(2)采用优化工艺自制聚羧酸减水剂PC0,经超滤杯膜按分子量区间分离为100K以上(F1)、50K-100K(F2)、10K-50K(F3)、10K以下(F4),F1、F2、F3、F4重均分子量为215700Da、79160 Da、28570 Da、3751 Da。通过分析三种水泥浆体的初始流动度数据,聚羧酸减水剂及各分离组分对同种水泥的相容性优劣顺序均为:F2>F1>PC0>F3>F4;减水剂分子量范围为79160~215700 Da时对不同的水泥具有较好的相容性,当分子量小于79160Da时,其与水泥的相容性降低。聚羧酸减水剂中小分子量组分是引起其相容性变差的主要原因。(3)通过对比聚羧酸减水剂/各分离组分与不同复合胶凝材料浆体的相容性得出:在粉煤灰或矿粉或硅灰与水泥复合的体系中,具有适中分子量的F2与胶凝材料具有较好的相容性。较大分子量或较小分子量的组分在一定程度上会劣化减水剂与胶凝材料体系的相容性。(4)自制聚羧酸减水剂PC0分子呈卷曲状吸附于颗粒的表面,而非直线型,而且随掺量增加,这种卷曲程度逐渐增大;PC0在水泥颗粒表面的吸附为分级逐渐吸附:分子量较小的组分更易吸附到水泥颗粒表面,而后分子量较大的组分发生吸附;PC0的掺入延缓了水泥矿物的溶解过程,且随掺量的增加这种延缓的趋势更加明显;从DCS/TG分析结果得出:在水泥水化的过程,PC0的掺加对生成水泥水化产物类型无影响,但减少了水化产物的数量;从水泥试样的XRD分析得出:水泥浆体掺加PC0后,没有产生新的晶体相,但延缓了水化初期钙矾石(AFt)的形成;从水泥试样的XPS分析得出:由于PC0的吸附,使得水泥颗粒表面含碳量较高,随着水化进程的发展,颗粒表面的PC0分子被消耗,直至28d与空白试样基本相同;从水泥试样的ESEM分析得出:PC0对水泥浆体中絮凝结构具有良好的分散作用,可以打开原体积较大的絮凝结构,而释放内部的絮凝水,增加浆体的流动性。该论文通过对聚羧酸减水剂及其分离组分与水泥基胶凝材料体系的相容性以及作用机理的研究,将宏观性能与微观结构联系起来,为高相容性聚羧酸减水剂的研究开发与应用奠定了理论基础,有助于指导新型聚羧酸系高性能减水剂的合成研究与胶凝材料的选择,推动高性能混凝土及其他特种混凝土技术的发展。