Uloga metakaolina u betonu

(1) Poboljšanje čvrstoće cementne kaše i maltera, visoka čvrstoća je jedan od pokazatelja visokokvalitetnog betona. Jedna od glavnih svrha dodavanja metakaolina je poboljšanje čvrstoće cementnog maltera i betona.

Poon i saradnici (2001) su proveli ispitivanja tlačne čvrstoće cementnih suspenzija s omjerom vode i cementa od 0,3, pripremljenih zamjenom portland cementa sa 0-20% (maseni udio) kaolina i silicijum dioksida u prahu. Rezultati su pokazali da je tlačna čvrstoća cementnih suspenzija koje sadrže 5% do 20% kaolina bila veća od čvrstoće referentnog cementa u svim starostima, pri čemu je cement koji sadrži 10% kaolina pokazao povećanje čvrstoće od 20% nakon 28 i 90 dana u poređenju s referentnim cementom. Cement koji sadrži 5% do 10% silicijum dioksida u prahu također je pokazao povećanje čvrstoće od 20% nakon 28 i 90 dana u poređenju s referentnim cementom. Njegova čvrstoća nakon 28 dana i 90 dana ekvivalentna je čvrstoći kaolinskog cementa, ali je njegova rana čvrstoća niža od referentnog cementa. Analiza sugerira da bi to moglo biti povezano s jakom aglomeracijom korištenog silicijumskog praha i nedovoljnom disperzijom u cementnoj suspenziji.

(2) Li Keliang i saradnici (2005) proučavali su uticaj temperature kalcinacije, vremena kalcinacije i sadržaja SiO2 i A12O3 u kaolinu na aktivnost metakaolina u poboljšanju čvrstoće cementnog betona. Visokočvrsti beton i polimeri tla pripremljeni su korištenjem metakaolina. Rezultati pokazuju da kada je sadržaj kaolina 15% i vodocementni odnos 0,4, tlačna čvrstoća nakon 28 dana iznosi 71,9 MPa. Kada je sadržaj kaolina 10% i vodocementni odnos 0,375, tlačna čvrstoća nakon 28 dana iznosi 73,9 MPa. Štaviše, kada je sadržaj metakaolina 10%, njegov indeks aktivnosti dostiže 114, što je 11,8% više od iste količine silicijumskog praha. Stoga se vjeruje da se metakaolin može koristiti za pripremu visokočvrstog betona.

Qian Xiaoqian i saradnici (2001) proučavali su odnos aksijalnog zateznog napona i deformacije betona sa sadržajem kaolina od 0, 0,5%, 10% i 15%. Otkrili su da se sa povećanjem sadržaja kaolina, vršna deformacija aksijalne zatezne čvrstoće betona značajno povećava, a modul elastičnosti pri zatezanju ostaje u osnovi nepromijenjen. Međutim, tlačna čvrstoća betona se značajno povećava, a odnos tlačne čvrstoće se shodno tome smanjuje. Kada je sadržaj kaolina 15%, zatezna čvrstoća i tlačna čvrstoća betona iznose 128% odnosno 184% referentnog betona.

Cao Zhengliang i saradnici (2004) su u svojoj studiji o efektu jačanja ultrafinog praha metakaolina na beton otkrili da je, pri istoj fluidnosti, malter koji sadrži 10% metakaolina povećao svoju tlačnu čvrstoću i čvrstoću na savijanje za 6% do 8% nakon 28 dana. Rani razvoj čvrstoće betona pomiješanog s metakaolinom bio je znatno brži nego kod standardnog betona. U poređenju s referentnim betonom, beton koji sadrži 15% metakaolina ima povećanje od 84% u 3D aksijalnoj tlačnoj čvrstoći i povećanje od 80% u 28d aksijalnoj tlačnoj čvrstoći, dok statički modul elastičnosti ima povećanje od 9% u 3D i povećanje od 8% u 28d.

Huang Zhan i saradnici (2008) proučavali su uticaj različitih omjera miješanja metakaolina i troske na čvrstoću i trajnost betona. Rezultati pokazuju da dodavanje metakaolina u beton od troske poboljšava i čvrstoću i trajnost betona. Optimalni odnos troske i cementa je oko 3:7, što rezultira idealnom čvrstoćom betona. Razlika u luku kompozitnog betona je nešto veća nego kod betona sa jednom troskom, zbog efekta vulkanskog pepela metakaolina. Njegova zatezna čvrstoća pri cijepanju je veća od one kod referentnog betona.

Yang Fengling i saradnici (2011) koristili su jednake količine metakaolina, pepela i zgure kao zamjenu za cement, te su odvojeno miješali metakaolin s pepelom i zgurom za pripremu betona. Proučavani su obradivost, tlačna čvrstoća i trajnost betona. Rezultati su pokazali da je, kada se kaolin koristio za zamjenu od 5% do 25% cementa u jednakim količinama, tlačna čvrstoća betona u svim starostima poboljšana; kada se kaolin koristio u jednakim količinama za zamjenu cementa za 20%, tlačna čvrstoća u svakoj starosti je idealna. Čvrstoća u 3d, 7d i 28d je 26,0%, 14,3% i 8,9% veća od čvrstoće betona bez dodatka kaolina. To ukazuje da za portland cement tipa II, dodatak metakaolina može poboljšati čvrstoću pripremljenog betona.

Zhang Chengbo i saradnici (2012) koristili su čeličnu zguru, metakaolin i druge materijale kao glavne sirovine za pripremu geopolimernog cementa koji zamjenjuje tradicionalni portland cement, postižući cilj uštede energije, smanjenja potrošnje i pretvaranja otpada u blago. Rezultati su pokazali da je, kada je sadržaj čelika i sadržaj letećeg pepela bio 20%, čvrstoća testnog bloka nakon 28 dana dostigla vrlo visok nivo (95,5 MPa). Kako se količina dodane čelične zgure povećava, ona također može igrati određenu ulogu u smanjenju skupljanja geopolimernog cementa.

Chen Guocan (2010) je usvojio tehnički put "Portland cement + aktivni mineralni dodatak + visokoefikasno sredstvo za smanjenje vode", tehnologiju magnetiziranog vodenog betona i konvencionalni proces pripreme, te je proveo eksperimente pripreme niskougljičnog betona od kamene zgure ultra visoke čvrstoće koristeći lokalno nabavljene sirovine poput kamena i zgure. Rezultati pokazuju da je odgovarajuća doza metakaolina 10%. Odnos mase i čvrstoće doprinosa cementa po jedinici mase betona od kamene zgure ultra visoke čvrstoće je oko 4,17 puta veći od običnog betona, 2,49 puta veći od betona visoke čvrstoće (HSC) i 2,02 puta veći od reaktivnog praškastog betona (RPC). Stoga je beton od kamene zgure ultra visoke čvrstoće pripremljen s niskom dozom cementa smjer razvoja betona u eri niskougljične ekonomije.

(3) Nakon dodavanja kaolina otpornog na mraz u beton, veličina pora betona se znatno smanjuje, što poboljšava ciklus smrzavanja i odmrzavanja betona. Feng Naiqian (2002) je otkrio da je, pod određenim brojem ciklusa smrzavanja i odmrzavanja, modul elastičnosti uzorka betona sa sadržajem kaolina od 15% nakon 28 dana starosti znatno veći od modula elastičnosti referentnog betona nakon 28 dana starosti. Kompozitna primjena metakaolina i drugih mineralnih ultrafinih prahova u betonu može značajno poboljšati trajnost betona.