减水剂是配制混凝土中不可或缺的组分之一,其中聚羧酸系减水剂是继木质素、萘系减水剂后的第三代减水剂,因为其具有掺量低、分散性能好、减水率高、应用范围广、绿色环保、分子可调控等优点,已成为目前配制高性能混凝土的首选外加剂。随着现代建筑行业的发展,为了适应混凝土高性能化的发展,开发系列高性能聚羧酸系减水剂具有重要意义。本文通过分子设计理念,研制合成了三种不同功能特征的聚羧酸高效减水剂,并研究了其应用性能。本文首先以甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)为合成单体,巯基丙酸(MPA)为链转移剂,以双氧水(H202)-抗坏血酸(Vc)氧化还原体系为引发剂,在低温下合成出一种具有缓释功能的聚羧酸高效减水剂。以水泥净浆流动度为目标参数,考察了反应温度、反应时间、AA掺量、HEA掺量、MPA用量、引发剂用量等各单因素对该缓释型聚羧酸减水剂性能的影响规律。采用正交实验对合成工艺进行优化,得到最优合成工艺配比。在此基础上,进行了中试实验,初始流动度达280mm、0.5h达302mm、1h达305 mm。使用傅里叶红外(FTIR)和热重分析(TGA)手段对产品进行结构与性能表征,结果表明产品性能优于同类市售缓释减水剂。考虑到HEA具有缓释功能,在上述工艺的基础上,在普通早强型聚羧酸减水剂中引入HEA小单体,研制出了一种缓释特征的早强型聚羧酸高效减水剂。通过实验,探讨了酸醚比、酯醚比、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)掺量对其的性能影响,优化了合成工艺。综合对比了改性后的缓释早强型聚羧酸减水剂与同类市售产品的性能指标,经中试实验后性能对比可知,初始流动度达270mm、0.5 h达315 mm、1h达325 mm。采用核磁共振光谱(NMR)、X射线衍射(XRD)进行了产品表征,分析了该产品缓释功能的作用机理。在普通早强型聚羧酸减水剂合成基础上,通过分子设计,引入具有早强功能的小单体丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),进一步制备出一种具有超早强效果的超早强型聚羧酸高效减水剂。通过考察AM、AMPS部分摩尔取代丙烯酸(AA)后对超早强型聚羧酸高效减水剂的性能影响,通过正交实验优化了合成工艺。通过对该产品进行C80混凝土等级的性能测试表明,在折固掺量为0.22%的情况下,C80等级混凝土 1d抗压强度达到79.4 MPa、3 d抗压强度达到82.2MPa、7d抗压强度达到85.2MPa,性能明显优于市售产品。在此基础上,采用FTIR、TGA、XRD、扫描电镜(SEM)对该超早强型聚羧酸减水剂性能作用机理进行了分析研究。进一步将合成的超早强型聚羧酸减水剂与两类早强剂进行复配,可使C80等级的混凝土 1 d抗压强度提高到80 MPa。选用三种有机醇胺:三乙醇胺(TEA)、三异丙醇胺(TIPA)、羟乙基乙二胺(AEEA),三种无机盐类:硝酸钙、甲酸钙、硫氰酸钠。分别与合成的超早强型聚羧酸减水剂进行二元复配,考察不同复配组分对混凝土抗压强度的影响。结果表明:无机盐类与有机醇胺类均能有效提高混凝土的早期抗压强度,且无机盐类对提高混凝土抗压强度的效果强于有机醇胺类。本论文制备得到的三种功能化聚羧酸减水剂综合性能指标均优于目前市场产品,具备一定应用价值,也为进一步发展系列化功能型聚羧酸系减水剂提供了一定基础。