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混凝土结构的高性能化和长寿命化与国民经济、环境保护、可持续发展密切相关,是混凝土科学的重要研究课题,也是世界各国研究的热点。流变性能可反映混凝土的工作性能,孔结构及分布可反映混凝土的力学性能,流变性能、孔结构及分布影响混凝土的耐久性能,是高性能混凝土服役的重要影响因素。聚羧酸系减水剂能够提高混凝土的力学性能,并改善混凝土的耐久性能,逐渐成为配制高性能混凝土的首选外加剂。进行聚羧酸系减水剂的合成,并使用聚羧酸系减水剂调控混凝土的流变性能、孔结构及分布等,是高性能混凝土领域工程实践需要解决的问题。本文进行聚羧酸系减水剂结构改进及对混凝土作用研究,考察改进的聚羧酸系减水剂分子结构与混凝土各项性能之间的关系。首先进行改进的聚羧酸系减水剂的合成,讨论不同侧链接枝密度、不同主链聚合度、不同侧链聚合度、不同酯基官能团、功能单体等对聚羧酸系减水剂性能的影响,成功合成了不同分子结构和性能的聚羧酸系减水剂;其次,研究了聚羧酸系减水剂对集料中蒙脱土的耐抗性能,对水泥砂浆流变性能的影响规律,对水泥基材料水化过程和孔结构及分布的影响规律,以及与混凝土材料的相容性关系,并研究了改进的聚羧酸系减水剂对高性能混凝土工作性能、力学性能以及耐久性能的影响,具体内容如下:（1）采用水相自由基聚合方法,抗坏血酸-过氧化氢氧化还原引发体系,在链转移剂巯基丙酸（MPA）的作用下,合成了一系列改进的聚羧酸系减水剂,并研究其分子结构与性能的关系。在异丁烯基聚乙二醇醚和丙烯酸共聚体中,随着侧链接枝密度逐渐降低,聚羧酸系减水剂分子量呈现逐渐增加的趋势。对于异丁烯基聚乙二醇醚（HPEG2400）和丙烯酸（AA）合成聚羧酸系减水剂,当侧链接枝密度为25%,主链聚合度为11.56、16.88、24.74,重均分子量为30600-65500时,聚羧酸系减水剂的分散性能较优。采用HPEG2400和AA合成了良好分散性的聚羧酸系减水剂PC-J,合成工艺参数为:侧链接枝密度为25%,n（MPA）:n（HPEG2400）=0.1,过氧化氢（HP）占HPEG2400质量百分比为1.0%,抗坏血酸（VC）占过氧化氢（HP）质量百分比为25%;通过引入含酯基官能团单体丙烯酸羟乙酯（HEA）合成了分散保持性良好的聚羧酸系减水剂PC-H,合成工艺参数为:n（AA）:n（HEA）:n（MPA）:n（HPEG2400）=1.6:2.4:0.1:1,HP占HPEG2400质量百分比为1.0%,VC占HP质量百分比为25%;通过引入超长侧链单体异丁烯基聚乙二醇醚（HPEG4000）合成了具有良好早强性能的聚羧酸系减水剂PC-Z,合成工艺参数为:侧链接枝密度为25%,n（MPA）:n（HPEG4000）=0.1,HP占HPEG4000质量百分比为1.0%,VC占HP质量百分比为25%。引入阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）,合成的聚羧酸系减水剂具有优异的蒙脱土耐抗性能和分散保持性。采用红外光谱和核磁共振氢谱分析了聚羧酸系减水剂的官能团和分子结构。（2）采用流变学研究方法,对改进的聚羧酸系减水剂结构与水泥砂浆流变性能的影响规律,包括水泥砂浆流动度及水泥砂浆流变学参数等,进行了分析,并使用宾汉姆（Bingham）模型进行相关规律性拟合。在相同用水量和转速等条件下,初始状态时各组减水剂对应水泥砂浆的剪切应力大小顺序为:萘系减水剂NF＞PC-J＞PC-H＞PC-Z;100min时各组减水剂对应水泥砂浆的剪切应力大小顺序依次为:NF＞PC-Z＞PC-J＞PC-H。引入酯基官能团聚羧酸系减水剂使经时后水泥砂浆的流变性能得到改善,降低水泥砂浆的剪切应力;引入超长侧链聚羧酸系减水剂使经时后水泥砂浆的流变性能变差,提高水泥砂浆的剪切应力;各组减水剂对水泥水化过程延缓影响大小顺序依次为:PC-H＞PC-J＞PC-Z＞NF＞空白。PC-H的较短侧链和酯类官能团可减缓水泥水化速度,但对于水泥后期水化的影响较小;PC-Z的超长侧链可利于致密的水泥石结构的形成,PC-Z使得硬化混凝土的孔结构及孔径分布更加细小化,可显著提高水泥基材料的力学性能。（3）对改进的聚羧酸系减水剂进行了结构与应用性能的调控研究,包括聚羧酸系减水剂与混凝土材料的相容性,聚羧酸系减水剂对高性能混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响,以及聚羧酸系减水剂对机制砂混凝土和河砂混凝土微观孔结构的影响,并进行了聚羧酸系减水剂应用性能优化。结果表明,筛选的PC-J具有相容性良好、掺量低、减水率高、配制混凝土坍落度损失小等特点,配制的C80自密实高性能泵送混凝土具有低粘度、高强度、自密实、高耐久性等特性;优化的PC-Z配制大连地铁C50管片混凝土1d抗压强度达到30.2 MPa;而聚羧酸系减水剂PC-J和PC-H复合,可显著改善外加剂与河砂和机制砂的相容性,且机制砂混凝土的孔隙率随着砂率增加而降低,无害孔径远优于河砂混凝土。通过改进的聚羧酸系减水剂的合成与性能研究,以及后续的工业化放大生产和配合比调整试验,表明了改进的聚羧酸系减水剂结构与混凝土各项性能有着密切的关系,通过调整聚羧酸系减水剂结构参数,可以很好的调控高性能混凝土的各项性能,同时也表明本研究系统有效,为高性能混凝土添加剂的应用基础研究,提供了新的思路和方法。