随着技术水平的不断发展，现阶段运用各类矿物掺合料配制高性能混凝土已成为一项重要技术措施，其中矿粉、粉煤灰以其优异的水化活性及矿物减水作用成为运用最为广泛的掺合料，而近年来因优质掺合料的紧缺，石灰石粉也以其填充效应和微集料效应被广泛应用于混凝土中。我国矿粉、粉煤灰、石粉等掺合料中基本不含或少含SO3，该类掺合料的大量运用会稀释混凝土中的SO3，“缺硫”也被认为是造成混凝土开裂的重要原因之一。另一方面，已有大量研究证明，掺入适量石膏，能够改善水泥基材料性能。高建荣研究表明，石膏能够激发矿渣粉活性，提升矿渣水泥早期抗折强度，但对后期抗折强度及抗压强度影响不大。周万良研究表明，氟石膏能够对大用量粉煤灰胶凝材料中的粉煤灰产生硫酸盐激发效果，与水泥水化产物氢氧化钙一同激发粉煤灰的火山灰反应，生成钙矾石和C-S-H凝胶。刘娟红研究表明，在石灰石粉和足够石膏共存的条件下，C3A能够水化反应生成具有膨胀性的水化碳铝酸钙和高硫型水化硫铝酸钙，补偿收缩，提高水泥基材料抗裂性能。此前多数学者对于水泥基材料中石膏的研究大多基于单掺或双掺体系，少有针对矿粉-粉煤灰-石灰石粉三掺水泥基胶凝体系的研究。为深入探究SO3对三掺水泥基胶凝体系性能的影响，本试验进行了不同天然硬石膏掺量对三掺体系净浆安定性、凝结时间和三掺体系混凝土力学性能、体积变形及抗渗、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能的影响，同时通过XRD、SEM等微观测试手段，分析了天然硬石膏对三掺体系水化产物及微观结构的影响。

1 试验部分

1.1 原材料

华新P·O 42.5普通硅酸盐水泥，其7d抗压强度30.1MPa，28d抗压强度50.2MPa；S95级矿粉，其7d活性指数79%，28d活性指数97%；II级粉煤灰，其7d活性指数71%，28d活性指数79%；自磨石灰石粉，其7d活性指数64%，28d活性指数68%；一级天然硬石膏；细骨料为黄沙，细度模数2.6；粗骨料为连续级配石灰岩碎石；武汉建材科技有限公司产SY型高性能减水剂。各原材料的物理性能见表1。

表 1 原材料的物理性能

1.2 试验方法

净浆安定性及凝结时间试验参考GB/T 1346—2011《水泥标准用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行，安定性试验采用冷浸法。

混凝土强度试验参照GB/T 50081—2016 《普通混凝土力学性能试验方法标准》，成型150mm×150mm× 150mm试件，分别在标养条件（温度20℃，相对湿度95%）下养护至3d、7d、28d、56d，并测试各龄期抗压强度。

混凝土限制膨胀率试验参照GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》，成型带纵向限制器的100mm×100mm ×300mm的混凝土试件，16h拆模并测初长，后置于20℃水养条件下养护至3d、7d、14d、28d、56d龄期并测试其各龄期混凝土限制膨胀率。

混凝土抗渗性、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀性能试验参照规范GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，混凝土抗渗性试验以渗透高度比方法测试混凝土抗渗性能；混凝土抗氯离子渗透性能使用CABR-RCMP6型混凝土氯离子扩散系数&电通量测定仪进行混凝土电通量试验；混凝土抗硫酸盐侵蚀试验，循环龄期设置为30d、60d、90d、120d。

微观测试样品使用标准稠度用水量成型20mm× 20mm×20mm净浆试件，养护至28d龄期，取试件中心部分颗粒，以无水乙醇浸泡终止水化，至测试前烘干并制样，颗粒样用于SEM测试，粉样用于XRD测试。

结合多元体系配合比设计方法[11]及本地预拌混凝土工程配合比，试验确定了三掺体系净浆和胶砂试验胶凝材料配合比，以及C30强度等级三掺体系混凝土配合比，见表2、表3。

表 2 三掺体系净浆试验胶凝材料配合比

表 3 C30三掺体系混凝土配合比

2 结果与讨论

2.1 天然硬石膏掺量对三掺体系净浆安定性及凝结时间的影响

有研究表明，掺入硬石膏的胶凝体系可能由于其中SO3的过量及缓慢溶解等问题导致延迟性钙矾石的生成，进而导致体系破坏风险，而水化硫铝酸钙在煮沸过程中会分解，因此本试验使用冷浸条件下的雷氏夹安定性检验方法测试安定性。将装满净浆的雷氏夹标准养护1d后，不经过煮沸，置于20℃水中养护至各龄期，测量各龄期指针尖端距离与初始距离的差值是否超过5mm，以此来判断安定性是否合格。不同天然硬石膏掺量的三掺体系胶材净浆配合比及冷浸法安定性检验结果见表4；不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆凝结时间如图1所示。

表 4 不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆配合比及安定性测试结果