图 1 不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆凝结时间
由表4可知，随着胶凝材料中SO3含量的上升，雷氏夹针尖间距离差值显著提升。当SO3含量不高于4.11%时，距离差值自3d起即保持不变，说明当胶凝材料中SO3含量较低时，虽有水化硫铝酸钙等膨胀性水化产物的产生，硬化体体积也会产生膨胀，但该部分膨胀性水化产物并不会引起胶凝材料安定性不良。当SO3含量为5.24%时，针尖距离差值随着水养龄期增加略有增加，但至56d时，差值仍在5mm之内，安定性合格。当SO3含量升至6.37%时，针尖距离差值显著提升，28d时距离已至6mm，至60d距离仍在持续增大，安定性不合格，即当三掺体系中天然硬石膏掺量不高于7%时，胶凝材料安定性合格。
由图1可知，天然硬石膏对矿粉-粉煤灰-石粉三掺水泥基体系凝结时间影响较小，并不会造成显著的缓凝效果，且在掺量提升至5%后，反而对体系初凝时间有一定的促进作用。其原因在于天然硬石膏的掺入，能够与C3A的初步水化产物进一步反应生成大量钙矾石，反而促进了体系的凝结硬化。
2.2 天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土性能的影响
分别选取3%、5%、7%掺量的天然硬石膏，等质量取代水泥，将制作的混凝土试件养护至各龄期，并测试其力学性能、限制膨胀率、抗水渗、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。混凝土试件的配合比及抗压强度测试结果见表5。
表 5 不同天然硬石膏掺量的三掺体系C30混凝土配合比及抗压强度
由表5可知，不同掺量的天然硬石膏对三掺体系混凝土早龄期抗压强度有一定的促进作用，3d、7d时混凝土抗压强度随硬石膏掺量的上升而有所增加，分析原因，一是天然硬石膏的掺入，能够与C3A的初步水化产物进一步反应生成钙矾石，初期即大量生成的钙矾石能够填充于孔隙间，并提供一定的膨胀，使硬化体结构更为密实；二是天然硬石膏的掺入还能够激发矿粉、粉煤灰等掺合料的水化活性，加快其反应速率，在水化初期即生成C-S-H凝胶等产物，因此，混凝土强度有所提升。此后继续养护至56d，硬石膏对强度的增强作用减小，可能的原因在于，硬石膏引起混凝土体积膨胀，对后期力学强度不利，但混凝土中粗、细骨料对水泥浆体的约束作用使得混凝土的体积变形能力较小，抵抗由膨胀性水化产物产生的膨胀应力的能力要强，由此产生的力学性能劣化也随之减弱。因此，三掺体系C30混凝土中掺入较高掺量的天然硬石膏（3%~7%）未引起后期抗压强度的大幅降低。
根据表5成型不同硬石膏掺量三掺体系混凝土限制膨胀率试件，测试混凝土体积变形性能，结果如图2所示。
图 2 天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土限制膨胀率的影响
由图2可知，掺天然硬石膏的三掺体系混凝土体积均有不程度的膨胀，其限制膨胀率均随天然硬石膏掺量增加而上升，且其前期膨胀率增长较快，7d龄期后膨胀减缓，且当硬石膏掺量达5%以上时，三掺体系混凝土28d后限制膨胀率有回落趋势。天然硬石膏引起混凝土体积膨胀的原因在于，首先，水化初期硬石膏自身会水化生成二水石膏，反应过程理论固相体积增大约58%；此后石膏能够与水泥水化产物继续反应生成钙矾石，该反应理论固相体积增大约120%，因此，7d龄期前混凝土体积快速膨胀；在后续水化过程中，硬石膏掺量过高（达7%时），仍可能引起延迟钙矾石现象产生，因此，在限制条件下，混凝土限制膨胀率有所回落。
2.3 天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土耐久性的影响
根据表5配合比制备混凝土试件测试其抗渗性能，结果如图3所示，抗氯离子渗透试验电通量测试结果见表6，抗硫酸盐侵蚀试验结果见表7。
由图3可知，一定掺量的天然硬石膏等质量替代水泥掺入三掺体系混凝土中，能够显著提升混凝土的抗渗性能。标养28d后各组混凝土抗压强度接近的前提下，掺天然硬石膏组混凝土渗透高度显著降低，G3组混凝土渗透高度为G0组的55%，G5组渗透高度仅为G0组的41%，G7组渗透高度与G5组接近。混凝土的抗渗性能主要由体系中连通的孔隙决定，孔隙率越低，混凝土抗渗性能越优。在三掺体系混凝土中掺入天然硬石膏，不仅能够促进矿物掺合料的水化活性，提高凝胶类水化产物的生成量，更能够反应生成大量钙矾石，填充于孔隙间，降低混凝土孔隙率，进而提高混凝土抗渗性能。
