Vloga metakaolina v betonu

(1) Izboljšanje trdnosti cementne kaše in malte, visoka trdnost je eden od kazalnikov visokozmogljivega betona. Eden glavnih namenov dodajanja metakaolina je izboljšanje trdnosti cementne malte in betona.

Poon in sodelavci (2001) so izvedli teste tlačne trdnosti cementnih kaš z razmerjem med vodo in cementom 0,3, pripravljenih z zamenjavo portland cementa z 0–20 % (masni delež) kaolina in silicijevega dioksida v prahu. Rezultati so pokazali, da je bila tlačna trdnost cementnih kaš, ki vsebujejo od 5 % do 20 % kaolina, pri vseh starostih višja od tlačne trdnosti referenčnega cementa, pri čemer je cement, ki vsebuje 10 % kaolina, pokazal 20-odstotno povečanje trdnosti pri 28 in 90 dneh v primerjavi z referenčnim cementom. Cement, ki vsebuje od 5 % do 10 % silicijevega dioksida v prahu, je prav tako pokazal 20-odstotno povečanje trdnosti pri 28 in 90 dneh v primerjavi z referenčnim cementom. Njegova trdnost pri 28 in 90 dneh je enaka trdnosti kaolinskega cementa, vendar je njegova zgodnja trdnost nižja od trdnosti referenčnega cementa. Analiza kaže, da je to lahko povezano z močno aglomeracijo uporabljenega silicijevega prahu in nezadostno disperzijo v cementni kaši.

(2) Li Keliang in sodelavci (2005) so preučevali vplive temperature kalcinacije, časa kalcinacije ter vsebnosti SiO2 in A12O3 v kaolinu na aktivnost metakaolina za izboljšanje trdnosti cementnega betona. Z metakaolinom so bili pripravljeni visokotrdni beton in zemeljski polimeri. Rezultati kažejo, da je pri vsebnosti kaolina 15 % in razmerju med vodo in cementom 0,4 28-dnevna tlačna trdnost 71,9 MPa. Pri vsebnosti kaolina 10 % in razmerju med vodo in cementom 0,375 je 28-dnevna tlačna trdnost 73,9 MPa. Poleg tega pri vsebnosti metakaolina 10 % njegov indeks aktivnosti doseže 114, kar je 11,8 % več kot pri enaki količini silicijevega prahu. Zato se domneva, da se metakaolin lahko uporablja za pripravo visokotrdnostnega betona.

Qian Xiaoqian in sodelavci (2001) so preučevali razmerje med aksialno natezno napetostjo in deformacijo betona z vsebnostjo kaolina 0, 0,5 %, 10 % in 15 %. Ugotovili so, da se je z naraščanjem vsebnosti kaolina najvišja deformacija aksialne natezne trdnosti betona znatno povečala, natezni elastični modul pa je ostal v bistvu nespremenjen. Vendar se je tlačna trdnost betona znatno povečala, razmerje tlačne trdnosti pa se je ustrezno zmanjšalo. Pri vsebnosti kaolina 15 % sta natezna in tlačna trdnost betona 128 % oziroma 184 % referenčnega betona.

Cao Zhengliang in sodelavci (2004) so ​​v svoji študiji o učinku utrjevanja ultrafinega prahu metakaolina na beton ugotovili, da je malta, ki vsebuje 10 % metakaolina, pri enaki tekočnosti po 28 dneh povečala svojo tlačno in upogibno trdnost za 6 % do 8 %. Zgodnji razvoj trdnosti betona, pomešanega z metakaolinom, je bil bistveno hitrejši kot pri standardnem betonu. V primerjavi z referenčnim betonom ima beton, ki vsebuje 15 % metakaolina, 84 % povečanje 3D aksialne tlačne trdnosti in 80 % povečanje 28d aksialne tlačne trdnosti, medtem ko se statični elastični modul poveča za 9 % v 3D in 8 % v 28d.

Huang Zhan in sodelavci (2008) so preučevali vpliv različnih razmerij mešanja metakaolina in žlindre na trdnost in trajnost betona. Rezultati kažejo, da dodatek metakaolina žlindrnemu betonu izboljša tako trdnost kot trajnost betona. Optimalno razmerje med žlindro in cementom je približno 3:7, kar ima za posledico idealno trdnost betona. Razlika v loku kompozitnega betona je nekoliko večja kot pri betonu z eno samo žlindro zaradi učinka vulkanskega pepela metakaolina. Njegova natezna trdnost pri cepljenju je višja kot pri referenčnem betonu.

Yang Fengling in sodelavci (2011) so za nadomeščanje cementa uporabili enake količine metakaolina, elektrofiltrskega pepela in žlindre ter ločeno zmešali metakaolin z elektrofiltrskim pepelom in žlindro za pripravo betona. Preučevali so obdelavnost, tlačno trdnost in trajnost betona. Rezultati so pokazali, da se je tlačna trdnost betona pri vseh starostih izboljšala, ko je bil kaolin uporabljen za nadomestitev 5 % do 25 % cementa v enakih količinah; ko je bil kaolin uporabljen v enakih količinah za nadomestitev 20 % cementa, je tlačna trdnost pri vsaki starosti idealna. Trdnost pri 3, 7 in 28 dneh je za 26,0 %, 14,3 % oziroma 8,9 % višja kot pri betonu brez dodanega kaolina. To kaže, da lahko pri portlandskem cementu tipa II dodatek metakaolina izboljša trdnost pripravljenega betona.

Zhang Chengbo in sodelavci (2012) so kot glavne surovine za pripravo geopolimernega cementa, ki je nadomestil tradicionalni portlandski cement, uporabili jekleno žlindro, metakaolin in druge materiale, s čimer so dosegli cilj varčevanja z energijo, zmanjšanja porabe in pretvorbe odpadkov v dragocene materiale. Rezultati so pokazali, da je trdnost testnega bloka po 28 dneh dosegla zelo visoko raven (95,5 MPa), ko je bila vsebnost jekla in pepela 20 %. Z naraščanjem količine dodane jeklene žlindre lahko ta igra določeno vlogo tudi pri zmanjševanju krčenja geopolimernega cementa.

Chen Guocan (2010) je uporabil tehnično pot »portlandski cement + aktivni mineralni dodatek + visokoučinkovito sredstvo za zmanjšanje vode«, tehnologijo magnetiziranega vodnega betona in konvencionalni postopek priprave ter izvedel poskuse priprave nizkoogljičnega betona iz kamnite žlindre ultra visoke trdnosti z uporabo lokalno pridobljenih surovin, kot sta kamen in žlindra. Rezultati kažejo, da je ustrezen odmerek metakaolina 10 %. Razmerje med maso in trdnostjo cementnega prispevka na enoto mase betona iz kamnite žlindre ultra visoke trdnosti je približno 4,17-krat večje od navadnega betona, 2,49-krat večje od betona visoke trdnosti (HSC) in 2,02-krat večje od reaktivnega praškastega betona (RPC). Zato je beton iz kamnite žlindre ultra visoke trdnosti, pripravljen z nizkim odmerkom cementa, smer razvoja betona v dobi nizkoogljičnega gospodarstva.

(3) Po dodajanju kaolina, odpornega proti zmrzovanju, betonu se velikost por močno zmanjša, kar izboljša cikel zamrzovanja in odtajevanja betona. Feng Naiqian (2002) je ugotovil, da je pri določenem številu ciklov zamrzovanja in odtajevanja elastični modul vzorca betona s 15-odstotno vsebnostjo kaolina pri 28 dneh bistveno višji kot pri referenčnem betonu pri 28 dneh. Kompozitna uporaba metakaolina in drugih mineralnih ultrafinih prahov v betonu lahko močno izboljša trajnost betona.