Metakaolins rolle i betong

(1) Forbedring av sementmørtelens og sementmørtelens styrke. Høy styrke er en av indikatorene på høytytende betong. Et av hovedformålene med å tilsette metakaolin er å forbedre sementmørtelens og betongens styrke.

Poon et al. (2001) utførte trykkfasthetstester på sementoppslemminger med et vann-sementforhold på 0,3, fremstilt ved å erstatte portlandsement med 0–20 % (massefraksjon) kaolin og silikapulver. Resultatene viste at trykkfastheten til sementoppslemminger som inneholdt 5–20 % kaolin var høyere enn referansesementen i alle aldre, der sement som inneholdt 10 % kaolin viste en 20 % økning i styrke ved 28 og 90 dager sammenlignet med referansesementen. Sement som inneholdt 5–10 % silikapulver viste også en 20 % økning i styrke ved 28 og 90 dager sammenlignet med referansesementen. Styrken ved 28 og 90 dager tilsvarer kaolinsementens, men den tidlige styrken er lavere enn referansesementen. Analyser tyder på at dette kan være relatert til den kraftige agglomereringen av silisiumpulveret som brukes og utilstrekkelig dispersjon i sementoppslemmingen.

(2) Li Keliang et al. (2005) studerte effektene av kalsineringstemperatur, kalsineringstid og SiO2- og A12O3-innhold i kaolin på aktiviteten til metakaolin for å forbedre styrken til sementbetong. Høyfast betong og jordpolymerer ble fremstilt ved bruk av metakaolin. Resultatene viser at når kaolininnholdet er 15 % og vannsementforholdet er 0,4, er trykkfastheten over 28 dager 71,9 MPa. Når kaolininnholdet er 10 % og vannsementforholdet er 0,375, er trykkfastheten over 28 dager 73,9 MPa. Dessuten, når metakaolininnholdet er 10 %, når aktivitetsindeksen 114, som er 11,8 % høyere enn samme mengde silisiumpulver. Derfor antas det at metakaolin kan brukes til å fremstille høyfast betong.

Qian Xiaoqian et al. (2001) studerte forholdet mellom aksial strekkspenning og tøyning i betong med kaolininnhold på 0, 0,5 %, 10 % og 15 %. De fant at med økningen av kaolininnholdet økte den maksimale tøyningen i betongens aksiale strekkfasthet betydelig, og strekkelastisitetsmodulen forble i hovedsak uendret. Betongens trykkfasthet økte imidlertid betydelig, og trykkfasthetsforholdet minket tilsvarende. Når kaolininnholdet er 15 %, er betongens strekkfasthet og trykkfasthet henholdsvis 128 % og 184 % av referansebetongen.

Cao Zhengliang et al. (2004) fant i sin studie av den forsterkende effekten av ultrafint metakaolinpulver på betong at mørtel som inneholdt 10 % metakaolin, under samme fluiditet, økte sin trykkfasthet og bøyefasthet med 6 % til 8 % etter 28 dager. Den tidlige styrkeutviklingen for betong blandet med metakaolin var betydelig raskere enn for standardbetong. Sammenlignet med referansebetongen har betong som inneholder 15 % metakaolin en økning på 84 % i 3D aksial trykkfasthet og en økning på 80 % i 28d aksial trykkfasthet, mens den statiske elastisitetsmodulen har en økning på 9 % i 3D og en økning på 8 % i 28d.

Huang Zhan et al. (2008) studerte effekten av ulike blandingsforhold mellom metakaolin og slagg på betongens styrke og holdbarhet. Resultatene viser at tilsetning av metakaolin til slaggbetong forbedrer både betongens styrke og holdbarhet. Det optimale forholdet mellom slagg og sement er rundt 3:7, noe som resulterer i ideell betongstyrke. Forskjellen i bueform i komposittbetong er litt høyere enn i enkeltslaggbetong på grunn av metakaolins vulkanske askeeffekt. Dens splittingstrekkfasthet er høyere enn for referansebetong.

Yang Fengling et al. (2011) brukte like mengder metakaolin, flyveaske og slagg for å erstatte sement, og blandet metakaolin separat med flyveaske og slagg for å fremstille betong. Betongens bearbeidbarhet, trykkfasthet og holdbarhet ble studert. Resultatene viste at når kaolin ble brukt til å erstatte 5 % til 25 % sement i like mengder, ble trykkfastheten til betong forbedret i alle aldre. Når kaolin brukes i like mengder for å erstatte sement med 20 %, er trykkfastheten i hver alder ideell. Styrken ved 3d, 7d og 28d er henholdsvis 26,0 %, 14,3 % og 8,9 % høyere enn for betong uten tilsatt kaolin. Dette indikerer at for type II portlandsement kan tilsetning av metakaolin forbedre styrken til den fremstilte betongen.

Zhang Chengbo et al. (2012) brukte stålslagg, metakaolin og andre materialer som viktigste råmaterialer for å fremstille geopolymersement for å erstatte tradisjonell portlandsement, og oppnådde dermed målet om energibesparelse, forbruksreduksjon og omdanning av avfall til skatter. Resultatene viste at når både stålinnholdet og flyveaskeinnholdet var 20 %, nådde testblokkens styrke etter 28 dager et svært høyt nivå (95,5 MPa). Etter hvert som mengden tilsatt stålslagg øker, kan det også spille en viss rolle i å redusere krympingen av geopolymersement.

Chen Guocan (2010) benyttet seg av den tekniske metoden «Portlandsement + aktiv mineralblanding + høyeffektiv vannreduserende middel», magnetisert vannbetongteknologi og konvensjonelle forberedelsesprosesser, og utførte forberedelseseksperimenter på lavkarbon ultra-høyfast steinslaggbetong ved bruk av lokalt hentede råvarer som stein og slagg. Resultatene indikerer at passende dosering av metakaolin er 10 %. Forholdet mellom masse og styrke for sementbidrag per masseenhet av ultra-høyfast steinslaggbetong er omtrent 4,17 ganger høyere enn vanlig betong, 2,49 ganger høyere enn høyfast betong (HSC) og 2,02 ganger høyere enn reaktiv pulverbetong (RPC). Derfor er ultra-høyfast steinslaggbetong fremstilt med lavdose sement retningen for betongutvikling i lavkarbonøkonomiens æra.

(3) Etter å ha tilsatt kaolin med frostbestandighet til betong, reduseres porestørrelsen i betongen betraktelig, noe som forbedrer betongens fryse-tine-syklus. Feng Naiqian (2002) fant at under et visst antall fryse-tine-sykluser er elastisitetsmodulen til betongprøven med et kaolininnhold på 15 % ved 28 dagers alder betydelig høyere enn for referansebetongen ved 28 dagers alder. Den sammensatte påføringen av metakaolin og andre ultrafine mineralpulvere i betong kan forbedre betongens holdbarhet betraktelig.