Улога метакаолина у бетону

(1) Побољшање чврстоће цементне каше и малтера, висока чврстоћа је један од показатеља високоперформансног бетона. Једна од главних сврха додавања метакаолина је побољшање чврстоће цементног малтера и бетона.

Пун и др. (2001) су спровели тестове чврстоће на притисак цементних суспензија са односом воде и цемента од 0,3, припремљених заменом портланд цемента са 0-20% (масени удео) каолина и силицијум диоксида у праху. Резултати су показали да је чврстоћа на притисак цементних суспензија које садрже 5% до 20% каолина била већа од чврстоће референтног цемента у свим старосним групама, при чему је цемент који садржи 10% каолина показао повећање чврстоће од 20% на 28 и 90 дана у поређењу са референтним цементом. Цемент који садржи 5% до 10% силицијум диоксида у праху такође је показао повећање чврстоће од 20% на 28 и 90 дана у поређењу са референтним цементом. Његова чврстоћа на 28 дана и 90 дана је еквивалентна чврстоћи каолинског цемента, али је његова рана чврстоћа нижа од чврстоће референтног цемента. Анализа сугерише да би ово могло бити повезано са јаком агломерацијом силицијумског праха који се користи и недовољном дисперзијом у цементној суспензији.

(2) Ли Келианг и др. (2005) проучавали су утицај температуре калцинације, времена калцинације и садржаја SiO2 и A12O3 у каолину на активност метакаолина ради побољшања чврстоће цементног бетона. Бетон високе чврстоће и земљани полимери су припремљени коришћењем метакаолина. Резултати показују да када је садржај каолина 15% и однос воде и цемента 0,4, чврстоћа на притисак након 28 дана је 71,9 MPa. Када је садржај каолина 10% и однос воде и цемента 0,375, чврстоћа на притисак након 28 дана је 73,9 MPa. Штавише, када је садржај метакаолина 10%, његов индекс активности достиже 114, што је 11,8% више од исте количине силицијумског праха. Стога се верује да се метакаолин може користити за припрему бетона високе чврстоће.

Ћиан Сјаоћијан и др. (2001) су проучавали однос аксијалног затезног напона и деформације бетона са садржајем каолина од 0, 0,5%, 10% и 15%. Открили су да се са повећањем садржаја каолина, вршна вредност аксијалне затезне чврстоће бетона значајно повећава, а модул еластичности при затезању остаје у основи непромењен. Међутим, чврстоћа бетона на притисак се значајно повећава, а однос чврстоће на притисак се сходно томе смањује. Када је садржај каолина 15%, чврстоћа на затезање и чврстоћа на притисак бетона су 128% и 184% референтног бетона, респективно.

Цао Женглианг и др. (2004) су у својој студији о ефекту јачања ултрафиног праха метакаолина на бетон открили да је, при истој флуидности, малтер који садржи 10% метакаолина повећао своју чврстоћу на притисак и чврстоћу на савијање за 6% до 8% након 28 дана. Рани развој чврстоће бетона помешаног са метакаолином био је знатно бржи него код стандардног бетона. У поређењу са референтним бетоном, бетон који садржи 15% метакаолина има повећање од 84% у 3Д аксијалној чврстоћи на притисак и повећање од 80% у 28д аксијалној чврстоћи на притисак, док статички модул еластичности има повећање од 9% у 3Д и повећање од 8% у 28д.

Хуанг Жан и др. (2008) су проучавали утицај различитих односа мешања метакаолина и згуре на чврстоћу и трајност бетона. Резултати показују да додавање метакаолина у згурни бетон побољшава и чврстоћу и трајност бетона. Оптимални однос згуре и цемента је око 3:7, што резултира идеалном чврстоћом бетона. Разлика у луку композитног бетона је нешто већа него код бетона са једном згуром, због ефекта вулканског пепела метакаолина. Његова затезна чврстоћа цепање је већа него код референтног бетона.

Јанг Фенглинг и др. (2011) користили су једнаке количине метакаолина, пепела и згуре да замене цемент, и одвојено су мешали метакаолин са пепелом и згуром да би припремили бетон. Проучавани су обрадивост, чврстоћа на притисак и трајност бетона. Резултати су показали да када се каолин користи за замену 5% до 25% цемента у једнаким количинама, чврстоћа на притисак бетона у свим старосним добима је побољшана; када се каолин користи у једнаким количинама да замени 20% цемента, чврстоћа на притисак у свакој старосној доби је идеална. Чврстоћа на 3, 7 и 28 дана је 26,0%, 14,3% и 8,9% већа од чврстоће бетона без додатог каолина, респективно. Ово указује да за портланд цемент типа II, додавање метакаолина може побољшати чврстоћу припремљеног бетона.

Жанг Ченгбо и др. (2012) користили су челичну згуру, метакаолин и друге материјале као главне сировине за припрему геополимерног цемента којим би заменили традиционални портланд цемент, постижући циљ уштеде енергије, смањења потрошње и претварања отпада у благо. Резултати су показали да када је садржај челика и садржај летећег пепела био 20%, чврстоћа тест блока након 28 дана достигла је веома висок ниво (95,5 MPa). Како се количина додате челичне згуре повећава, она такође може играти одређену улогу у смањењу скупљања геополимерног цемента.

Чен Гуокан (2010) је усвојио технички поступак „Портланд цемент + активни минерални додатак + високоефикасно средство за смањење воде“, технологију магнетизованог воденог бетона и конвенционални поступак припреме, и спровео експерименте припреме нискоугљеничног бетона од камене згуре ултра високе чврстоће користећи локално набављене сировине као што су камен и згура. Резултати показују да је одговарајућа доза метакаолина 10%. Однос масе и чврстоће доприноса цемента по јединици масе ултра чврстог бетона од камене згуре је око 4,17 пута већи од обичног бетона, 2,49 пута већи од бетона високе чврстоће (HSC) и 2,02 пута већи од реактивног прашкастог бетона (RPC). Стога је ултра чврсти бетон од камене згуре припремљен са ниском дозом цемента правац развоја бетона у ери нискоугљеничне економије.

(3) Након додавања каолина отпорног на мраз у бетон, величина пора бетона се значајно смањује, што побољшава циклус смрзавања и одмрзавања бетона. Фенг Наићијан (2002) је открио да је, под одређеним бројем циклуса смрзавања и одмрзавања, модул еластичности узорка бетона са садржајем каолина од 15% старости 28 дана знатно већи од модула еластичности референтног бетона старости 28 дана. Композитна примена метакаолина и других минералних ултрафиних прахова у бетону може значајно побољшати трајност бетона.