Роль метакаоліну в бетоні

(1) Підвищення міцності цементного розчину та розчину, висока міцність є одним із показників високоефективного бетону. Однією з головних цілей додавання метакаоліну є підвищення міцності цементного розчину та бетону.

Пун та ін. (2001) провели випробування на міцність на стиск цементних розчинів із водоцементним співвідношенням 0,3, приготованих шляхом заміни портландцементу на каолін 0-20% (масова частка) та кремнеземний порошок. Результати показали, що міцність на стиск цементних розчинів, що містять від 5% до 20% каоліну, була вищою, ніж у еталонного цементу в усіх вікових групах, причому цемент, що містить 10% каоліну, показав 20% збільшення міцності через 28 та 90 днів порівняно з еталонним цементом. Цемент, що містить від 5% до 10% кремнеземного порошку, також показав 20% збільшення міцності через 28 та 90 днів порівняно з еталонним цементом. Його міцність через 28 днів та 90 днів еквівалентна міцності каолінового цементу, але його рання міцність нижча, ніж у еталонного цементу. Аналіз показує, що це може бути пов'язано з сильною агломерацією використаного кремнієвого порошку та недостатнім його диспергуванням у цементному розчині.

(2) Лі Келян та ін. (2005) вивчали вплив температури кальцинації, часу кальцинації та вмісту SiO2 та A12O3 у каоліні на активність метакаоліну для підвищення міцності цементобетону. Високоміцний бетон та ґрунтові полімери були виготовлені з використанням метакаоліну. Результати показують, що при вмісті каоліну 15% та водоцементному співвідношенні 0,4 міцність на стиск через 28 днів становить 71,9 МПа. При вмісті каоліну 10% та водоцементному співвідношенні 0,375 міцність на стиск через 28 днів становить 73,9 МПа. Крім того, при вмісті метакаоліну 10% його індекс активності досягає 114, що на 11,8% вище, ніж у такої ж кількості кремнієвого порошку. Тому вважається, що метакаолін можна використовувати для приготування високоміцного бетону.

Цянь Сяоцянь та ін. (2001) досліджували залежність між осьовим напруженням розтягу та деформацією бетону з вмістом каоліну 0, 0,5%, 10% та 15%. Вони виявили, що зі збільшенням вмісту каоліну пікова деформація осьової міцності на розтяг бетону значно збільшується, а модуль пружності при розтягу залишається практично незмінним. Однак міцність бетону на стиск значно збільшується, а коефіцієнт міцності на стиск відповідно зменшується. При вмісті каоліну 15% міцність на розтяг та міцність на стиск бетону становлять 128% та 184% від еталонного бетону відповідно.

Цао Чженлян та ін. (2004) у своєму дослідженні впливу зміцнення надтонкого порошку метакаоліну на бетон виявили, що за тієї ж плинності розчин, що містить 10% метакаоліну, збільшив свою міцність на стиск та вигин на 6-8% через 28 днів. Ранній розвиток міцності бетону, змішаного з метакаоліном, був значно швидшим, ніж у стандартного бетону. Порівняно з еталонним бетоном, бетон, що містить 15% метакаоліну, має збільшення осьової міцності на стиск у 3D на 84% та збільшення осьової міцності на стиск у 28d на 80%, тоді як статичний модуль пружності має збільшення на 9% у 3D та на 8% у 28d.

Хуан Чжан та ін. (2008) вивчали вплив різних співвідношень метакаоліну та шлаку в суміші на міцність та довговічність бетону. Результати показують, що додавання метакаоліну до шлакобетону покращує як міцність, так і довговічність бетону. Оптимальне співвідношення шлаку до цементу становить приблизно 3:7, що призводить до ідеальної міцності бетону. Різниця в склепіннях композитного бетону трохи вища, ніж у моношлакобетону, через вплив вулканічного попелу метакаоліну. Його міцність на розрив на розрив вища, ніж у еталонного бетону.

Ян Фенлінг та ін. (2011) використовували рівні кількості метакаоліну, золи-винесення та шлаку для заміни цементу, а також окремо змішували метакаолін із золою-винесенням та шлаком для приготування бетону. Були досліджені оброблюваність, міцність на стиск та довговічність бетону. Результати показали, що коли каолін використовувався для заміни від 5% до 25% цементу в рівних кількостях, міцність на стиск бетону в усіх вікових групах покращувалася; коли каолін використовувався в рівних кількостях для заміни 20% цементу, міцність на стиск у кожному віці є ідеальною. Міцність на 3-й, 7-й та 28-й день на 26,0%, 14,3% та 8,9% вища, ніж у бетону без додавання каоліну відповідно. Це вказує на те, що для портландцементу II типу додавання метакаоліну може покращити міцність підготовленого бетону.

Чжан Ченгбо та ін. (2012) використовували сталевий шлак, метакаолін та інші матеріали як основну сировину для приготування геополімерного цементу, який замінив традиційний портландцемент, досягши мети енергозбереження, скорочення споживання та перетворення відходів на цінні матеріали. Результати показали, що коли вміст сталі та золи становив 20%, міцність випробувального блоку через 28 днів досягала дуже високого рівня (95,5 МПа). Зі збільшенням кількості доданого сталевого шлаку він також може відігравати певну роль у зменшенні усадки геополімерного цементу.

Чень Гоцань (2010) застосував технічний шлях «Портландцемент + активна мінеральна добавка + високоефективний водозменшувач», технологію намагніченого водобетону та традиційний процес приготування, і провів експерименти з приготування низьковуглецевого надвисокоміцного шлакобетону з використанням місцевої сировини, такої як камінь та шлак. Результати показують, що відповідне дозування метакаоліну становить 10%. Співвідношення маси до міцності цементного внеску на одиницю маси надвисокоміцного шлакобетону приблизно в 4,17 раза більше, ніж у звичайного бетону, в 2,49 раза більше, ніж у високоміцного бетону (HSC), та в 2,02 раза більше, ніж у реактивного порошкового бетону (RPC). Таким чином, надвисокоміцний шлакобетон, виготовлений з низьким дозуванням цементу, є напрямком розвитку бетону в епоху низьковуглецевої економіки.

(3) Після додавання до бетону каоліну з морозостійкістю розмір пор бетону значно зменшується, що покращує цикл заморожування-відтавання бетону. Фен Найцянь (2002) виявив, що за певної кількості циклів заморожування-відтавання модуль пружності зразка бетону з 15% вмістом каоліну у віці 28 днів значно вищий, ніж у зразка еталонного бетону у віці 28 днів. Комбіноване застосування метакаоліну та інших мінеральних ультрадисперсних порошків у бетоні може значно покращити його довговічність.