水泥混凝土广泛应用于农业、工业、国防、水利、城市建设以及海洋开发等工程建设中，有力支撑了我国经济和社会发展。我国2013年的水泥总产量为24.2亿吨，水泥产量持续高速增长，连续29年名列世界首位。然而水泥生产会大量消耗能源、资源，同时也将排放大量有害气体水泥工业的节能减排直接关系到整个行业的可持续发展。　　水泥的节能减排可从水泥的低能耗制备和高效应用两个方面考虑。水泥粉磨是水泥生产中电耗最高环节，粉磨过程中添加化学外加剂不仅可以降低生产能耗，还可以使粉磨出来的水泥颗粒级配更加合理。在水泥使用过程中添加化学外加剂不仅可以改善水泥混凝土的工作性能，还能够提高水泥混凝土的力学性能等。化学外加剂有利于水泥工业的持续发展，促进节能减排。　　本文依托于国家重点基础研究发展计划(NO.2009CB623100):“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”项目。将统计实验设计方法(DoE)引入化学外加剂复配试验中，对聚合物化学外加剂对水泥砂浆强度发展的规律性进行准确描述，并研究其对水泥水化的影响，从而为水泥外加剂的配方设计和实际应用提供理论基础和方法支撑。从水泥矿物相纳米尺度界面性质对助磨剂作用机理进行解释，采用分子动力学模拟方法计算助磨剂对水泥主要矿物相硅酸三钙表面吸附作用，从理论上探讨硅酸三钙与有机助磨剂分子的相互作用机理。根据分子动力学模拟得到的结论和现有理论，依据助磨剂分子结构与其助磨性能的关系，设计新型助磨剂分子。合成助磨剂，并对助磨剂助磨效果表征，研究助磨剂对水泥水化的影响，完善助磨剂的吸附分散机理和对水泥水化的作用机理。本文主要包含以下几个方面的具体工作:　　(1)利用Box-Behnken实验设计(BBD)方法研究四种外加剂:聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、有机硅消泡剂和聚羧酸减水剂四种化学组分复配对水泥砂浆各养护龄期抗压强度的影响。结果表明:聚乙烯醇在水泥砂浆养护1d时的贡献最大为46.7％;聚丙烯酰胺的作用主要体现在28 d时，贡献率达44.7％;聚羧酸减水剂的作用主要体现在3d时;此外有机硅消泡剂和聚丙烯酰胺的交互作用在所有龄期均有所贡献，分别为16.5％、20.1％和19.4％;并通过重叠等值线图给出了四种外加剂的复配方案。通过水化热分析、XRD分析和SEM分析探讨了有机硅消泡剂和聚丙烯酰胺之间的交互作用对水化过程以及水化产物形成的影响。结果表明:有机硅消泡剂和聚丙烯酰胺双掺时水化放热速率降低，累计放热量也降低。促进了AFt和CH的形成，延缓了C3A的水化。并对交互作用对水泥水化作用机理分析说明:有机硅消泡剂和聚丙烯酰胺的交互作用在水泥水化过程中是物理消泡行为和化学反应双重作用结果。　　(2)从分子动力学出发，基于硅酸盐水泥的主要组成-M3型C3S的结构模型，利用Material Studio6.0程序包中的Forcite Plus模块进行三种助磨剂在C3S(100)面吸附能力MD模拟，优化PCFF力场并验证其准确性，三种助磨剂在表面吸附能力为TIPA＞TEA＞GLY，这个结果与实际相符。从分子动力学角度解释助磨剂的吸附机理，认为在解离面之间存在一定厚度的有机分子层可以阻断Ca2+和O2-之间彼此吸引的库仑力，使断裂面难于愈合，集聚能下降，起到了吸附分散的作用;根据分子吸附分散理论和空间位阻理论设计新型助磨剂。　　(3)合成新型助磨剂，采用正交设计法进行配方优化试验，得出较优的合成工艺为n(MPEOM)∶n(MAM)=1∶3，引发剂为4％。使用自由基聚合方法合成了不同支链和不同分子量二个系列的高分子助磨剂，用GPC和IR等方法对助磨剂的分子量和结构进行了表征。探讨了酯化大单体最佳合成工艺-酯化前采取减压蒸馏措施，酯化过程中氮气气氛保护，在90℃条件下，以对甲苯磺酸作为反应催化剂，马来酸酐和聚乙二醇单甲醚摩尔比1.1∶1聚合反应生成马来酸酐甲氧基聚乙二醇单酯，反应4h可以达到94％以上酯化率。　　(4)在相同实验小磨条件下粉磨相同时间后，测试水泥细度、比表面积、颗粒度分布、水泥胶砂强度、水泥颗粒的流动性、透气性和压缩性能，综合表征合成助磨剂的助磨效果:该助磨剂可以使水泥细度降低26％左右;3～32μm粒径颗粒含量增加，流动能提高25％，透气性增加30％，压缩性降低7％以上，水泥胶砂抗压强度3d、28 d分别提高18％和7％，说明颗粒尺寸级配更合理。水泥胶砂中掺入合成助磨剂，通过水化热、XRD、差热和SEM微观形貌分析合成助磨剂对水泥水化的影响:在水泥水化早期能够降低水泥水化热及水化温峰，延迟水化温峰出现的时间。合成助磨剂掺入能明显提高水泥3d，28 d抗压强度，但掺量超过0.08％时对后期的水泥强度不利。