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高效减水剂已成为制备高性能混凝土必不可少的关键组分，在世界范围内广泛应用;然而有关高效减水剂的研发工作相对滞后，其主要原因是高效减水剂与水泥的作用机制、掺高效减水剂水泥浆体组成与特性、微结构形成过程等关键问题还停留在感性认识上。本文在对高效减水剂的性能进行表征后，首先研究了水泥与高效减水剂之间的相容性，由于高效减水剂的复合效应以及水泥多组分结构的复杂性，利用实验室合成的纯单矿C3A、C3S来代表硅酸盐水泥的矿物组成，并通过XRD、IR、SEM、NMR等微观测试手段对高效减水剂作用下的单矿水化产物进行组成与结构表征，进而研究水泥与高效减水剂之间的相互作用机理，具体研究结果如下。
首先，通过红外光谱、表面张力仪和有机碳分析仪对常用的三种高效减水剂进行了性能表征。试验结果表明，萘系减水剂中的主要官能团为磺酸基，脂肪族系减水剂中的主要官能团为羟基、羰基、磺酸基，聚羧酸系减水剂中的主要官能团为羟基、羧基；三种高效减水剂均能降低水的表面张力；在测试浓度范围内，萘系减水剂对C3S和C3A单矿表现出很强的吸附能力，而聚羧酸系减水剂的吸附量最小。
其次，系统研究了三类高效减水剂对水泥浆体的流动性能、力学性能的影响；同时尝试通过掺混合材、调整水泥中Na2O当量碱含量、改变C3A含量，来研究掺有高效减水剂水泥浆体的流动特性，进而改善高效减水剂与水泥间的相容性。研究结果表明，三类高效减水剂均提高了水泥净浆的流动度，并使得早期和后期的抗压、抗折强度提高。随着粉煤灰、矿渣掺量的增加，掺有高效减水剂的水泥净浆流动度也增加；为保证这三类减水剂与水泥有良好的相容性，水泥中碱含量不宜超过0.6％；C3A含量不宜超过7.5%。
通过CaCO3、SiO2和Al2O3高温煅烧合成了水泥单矿C3S和C3A，用其来代表硅酸盐水泥的矿物组成（烧结制度为，C3A:T=0～200℃时，t=20min；T=200～1000℃时，t=32min；T=1000～1350℃时，t=28min；T=1350～1350℃时，t=3h，重复烧成3次。C3S:T=0～200℃时，t=20min；T=200～1200℃时，t=40min；T=1200～1550℃时，t=28min；T=1550～1550C时，t=3h，重复烧成2次)，进而研究掺高效减水剂水泥浆体的组成与结构。
XRD试验结果表明，对于C3S系列，萘系减水剂的掺入对C3S的早期水化起到一定的促进作用，后期则不明显；脂肪族系、聚羧酸系减水剂的掺入对C3S的早期水化(12h)起到一定延缓作用，但并不影响后期的水化过程。对于C3A系列，在水化28d之前，三种高效减水剂都抑制了C3A的水化；在水化28d之后，三种高效减水剂都不同程度促进了C3A的水化，其中以萘系和聚羧酸系高效减水剂尤为明显．
SEM试验结果表明，对于C3S浆体，萘系高效减水剂使得C3S浆体在早期形成的纤维状水化产物尺寸比较大，形状较完整；而脂肪族系高效减水剂使得早期的水化产物更像柔软的纤维；聚羧酸系高效减水剂使得新拌C3S浆体的纤维状水化产物尺寸较小，而在水化后期，聚羧酸系高效减水剂促进了数量较多且生长完好的纤维状水化产物生成。对于C3A浆体，当不掺高效减水剂时，早期和后期都形成了不规则的AFt。掺入萘系高效减水剂使得生成的AFt不仅有长杆状的，还有短柱状的以及管状的，且数量明显增多；掺脂肪族系高效减水剂后，在水化早期形成的AFt更多的是针状的，但数量较少，在水化的后期，AFt由针状转变成了粗大的针、棒状晶体；而聚羧酸系高效减水剂使得早期的水泥颗粒分散效果较好，但生成的AFt的数量较少，在水化的后期，水泥石成为一个致密整体。
IR试验结果表明，对于C3S浆体，萘系高效减水剂使得C3S浆体中由Si-O键伸缩振动产生的硅酸盐产物的波数向高波数方向移动，吸收峰的吸收频率向高频偏移，n(Ca)/n(Si)增加，且波数为2357cm-1处出现了比较明显的小峰；聚羧酸系高效减水剂的掺入使得早期的O-H键的特征峰较弱，延缓了早期水化，其中COO-H键可能发生断裂，并由此断裂发生一定的化学反应。对于C3A浆体，萘系高效减水剂的掺入使得AFt的吸收峰从水化1d开始吸收频率向高频偏移，表现得尤为尖锐；脂肪族系高效减水剂中的羰基使得钙矾石中的[SO4]吸收带发生了偏移；而聚羧酸高效减水剂中的C-O的对称振动使得各个水化龄期下AFt中的[SO4]的不对称伸缩振动减弱，生成AFt的速度降低。
NMR试验结果表明，对于C3S浆体的水化产物，三类高效减水剂都使得29Si的化学位移向低场移动，使得水化产物的整个网络结构聚合度降低，从而活性增强；其中萘系高效减水剂的掺加使得C3S的水化产物结晶程度最好。对于C3A浆体的水化产物，三类高效减水剂的掺入没有明显改变水化产物中27A1的化学位移及吸收峰的形状，但萘系高效减水剂的掺入使得27A1的谱峰强度明显增加，而脂肪族系和聚羧酸系高效减水剂却使得27A1的谱峰强度下降。