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聚羧酸减水剂(PCE)作为第三代高性能减水剂,是高性能混凝土的重要外加剂,但随着混凝土行业的快速发展,聚羧酸减水剂也逐渐显露出自身存在的一些问题,其中聚羧酸减水剂对黏土非常敏感是制约其发展与推广的一个重要问题。本文利用不同的生物基材料,合成了四种生物基黏土抑制剂,并评价了其抑泥效果,讨论了黏土抑制剂与黏土的作用机理。通过亲核取代反应,以β-环糊精(β-CD)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)为原料制备了β-环糊精基小分子黏土抑制剂(CT1),以内掺1%钠基膨润土的水泥净浆流动度为评价指标,探讨了β-CD和CHPTAC摩尔比、反应温度对掺加膨润土的水泥净浆分散性能的影响,得到β-CD和CHPTAC的最佳摩尔比为1:8,反应温度为60℃。红外光谱结果显示,CHPTAC已成功接枝到β-CD上。核磁共振氢谱显示,CHPTAC在β-CD上的接枝率为68%。在所得结果的基础上,仍以β-环糊精为生物基材料,与2-溴异丁酰溴(Bi BB)发生酰溴化反应,制备了β-环糊精基大分子引发剂(β-CD-Br),红外光谱结果显示,Bi BB已经接枝到β-CD表面。核磁共振氢谱结果分析得到,反应的酰溴化率为30%。通过电子活化再生原子转移自由基聚合法(ARGET ATRP),以溴化亚铜为催化剂,Vc为还原剂,利用引发剂β-CD-Br分别引发阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和两性单体甜菜碱(DMAPS)聚合得到黏土抑制剂CT2和CT3,红外光谱结果显示CT2和CT3聚合成功。同时讨论了引发剂和单体摩尔比对掺加膨润土的水泥净浆分散性能的影响,n(β-CD-Br):n(DMC)=1:10、n(β-CD-Br):n(DMAPS)=1:10时,分散性能最佳。改变生物基材料,利用自由基聚合原理,以硝酸铈铵为引发剂,60℃下引发DMC在糊精上的聚合,制备糊精基黏土抑制剂CT4,对黏土抑制剂进行红外表征和分析,结果显示CT4特征官能团的吸收峰出现,DMC接枝成功。探讨了糊精分子中葡萄糖结构单元G和DMC最佳摩尔比、引发剂硝酸铈铵的最佳用量,得到n(G):n(DMC)=1:3、硝酸铈铵用量为糊精质量的2.5%时,所合成的黏土抑制剂CT4对掺加膨润土的水泥净浆的分散性最佳。分别测定了四种黏土抑制剂对钠基膨润土的抑泥效果。水灰比为0.29,聚羧酸减水剂掺量为0.15%,黏土抑制剂掺量为0.03%,掺加1%钠基膨润土的水泥净浆流动度试验表明黏土抑制剂有一定的抑泥效果,复配掺加四种黏土抑制剂CT1、CT2、CT3、CT4的水泥净浆流动度均较仅掺加聚羧酸减水剂有所提高,掺加CT1、CT2、CT3、CT4的15 min净浆流动度分别可以达到257 mm、282 mm、272 mm、250 mm。复配掺加CT1、CT2、CT3、CT4后,初始水泥胶砂流动度分别为219 mm、232 mm、225 mm、212 mm,分别较仅掺加PCE时提高了5%、12%、8%和2%,其中30 min时胶砂流动度最大,掺加CT1、CT2、CT3、CT4的胶砂流动度分别为220 mm、235 mm、232 mm、215 mm。水泥胶砂流动度结果和水泥净浆流动度测试结果相符。水泥胶砂强度和混凝土强度测试结果表明,黏土抑制剂的加入能够提高其力学性能。水泥胶砂28 d抗折强度可以达到9 MPa左右,水泥胶砂28 d抗压强度可以达到70 MPa左右,混凝土立方体抗压强度可以达到55 MPa左右。采用测量总有机碳含量的方法,计算了黏土对黏土抑制剂的吸附量。黏土抑制剂在黏土上均有一定的吸附量,但吸附量不同。黏土抑制剂浓度由0.5 g/L增大到2.5 g/L,吸附量一直呈现增大趋势,四种黏土抑制剂在黏土上的吸附量大小总体趋势依次为CT2>CT3>CT4>CT1。浓度为2.5 g/L时,CT1、CT2、CT3、CT4吸附量分别为56.5 mg/g、67 mg/g、69 mg/g、60 mg/g。XRD测试结果表明复配黏土抑制剂后膨润土的层间距较未经处理的膨润土层间距增大,推测黏土抑制剂的阳离子侧链进入膨润土层间,减少膨润土对聚羧酸减水剂的吸附,表现出抑泥效果。