Metakaolins roll i betong

(1) Förbättrad hållfasthet hos cementslam och murbruk, hög hållfasthet är en av indikatorerna på högpresterande betong. Ett av huvudsyftena med att tillsätta metakaolin är att förbättra hållfastheten hos cementmurbruk och betong.

Poon et al. (2001) utförde tryckhållfasthetstester på cementslam med ett vattencementförhållande på 0,3, framställda genom att ersätta portlandcement med 0–20 % (massfraktion) kaolin och kiseldioxidpulver. Resultaten visade att tryckhållfastheten hos cementslam innehållande 5–20 % kaolin var högre än hos referenscementet vid alla åldrar, där cement innehållande 10 % kaolin uppvisade en 20 % ökning i hållfasthet vid 28 och 90 dagar jämfört med referenscementet. Cement innehållande 5–10 % kiseldioxidpulver uppvisade också en 20 % ökning i hållfasthet vid 28 och 90 dagar jämfört med referenscementet. Dess hållfasthet vid 28 och 90 dagar är likvärdig med kaolincementets, men dess tidiga hållfasthet är lägre än hos referenscementet. Analys tyder på att detta kan vara relaterat till den kraftiga agglomereringen av det använda kiselpulvret och otillräcklig dispersion i cementslammet.

(2) Li Keliang et al. (2005) studerade effekterna av kalcineringstemperatur, kalcineringstid och SiO2- och A12O3-halter i kaolin på metakaolins aktivitet för att förbättra hållfastheten hos cementbetong. Höghållfast betong och jordpolymerer framställdes med metakaolin. Resultaten visar att när kaolinhalten är 15 % och vattencementförhållandet är 0,4 är tryckhållfastheten efter 28 dagar 71,9 MPa. När kaolinhalten är 10 % och vattencementförhållandet är 0,375 är tryckhållfastheten efter 28 dagar 73,9 MPa. Dessutom, när metakaolinhalten är 10 %, når dess aktivitetsindex 114, vilket är 11,8 % högre än samma mängd kiselpulver. Därför tros det att metakaolin kan användas för att framställa höghållfast betong.

Qian Xiaoqian et al. (2001) studerade förhållandet mellan axiell dragspänning och töjning hos betong med kaolinhalter på 0, 0,5 %, 10 % och 15 %. De fann att med ökningen av kaolinhalten ökade den maximala töjningen av betongens axiella draghållfasthet avsevärt, och draghållfasthetsmodulen förblev i princip oförändrad. Betongens tryckhållfasthet ökade dock avsevärt, och tryckhållfasthetsförhållandet minskade i motsvarande grad. När kaolinhalten är 15 % är betongens draghållfasthet och tryckhållfasthet 128 % respektive 184 % av referensbetongens.

Cao Zhengliang et al. (2004) fann i sin studie om den förstärkande effekten av ultrafint metakaolinpulver på betong att murbruk innehållande 10 % metakaolin, under samma fluiditet, ökade sin tryckhållfasthet och böjhållfasthet med 6 % till 8 % efter 28 dagar. Den tidiga hållfasthetsutvecklingen för betong blandad med metakaolin var betydligt snabbare än för standardbetong. Jämfört med referensbetongen har betongen innehållande 15 % metakaolin en ökning med 84 % i 3D axiell tryckhållfasthet och en ökning med 80 % i 28d axiell tryckhållfasthet, medan den statiska elasticitetsmodulen har en ökning med 9 % i 3D och en ökning med 8 % i 28d.

Huang Zhan et al. (2008) studerade effekten av olika blandningsförhållanden mellan metakaolin och slagg på betongens hållfasthet och hållbarhet. Resultaten visar att tillsats av metakaolin till slaggbetong förbättrar både betongens hållfasthet och hållbarhet. Det optimala förhållandet mellan slagg och cement är cirka 3:7, vilket resulterar i ideal betonghållfasthet. Skillnaden i valvform hos kompositbetong är något högre än hos enkelslaggbetong, på grund av metakaolins vulkaniska askeffekt. Dess draghållfasthet är högre än hos referensbetong.

Yang Fengling et al. (2011) använde lika stora mängder metakaolin, flygaska och slagg för att ersätta cement, och blandade separat metakaolin med flygaska och slagg för att framställa betong. Betongens bearbetbarhet, tryckhållfasthet och hållbarhet studerades. Resultaten visade att när kaolin användes för att ersätta 5 % till 25 % cement i lika stora mängder, förbättrades betongens tryckhållfasthet vid alla åldrar. När kaolin används i lika stora mängder för att ersätta cement med 20 %, är tryckhållfastheten vid varje ålder idealisk. Hållfastheten vid 3d, 7d och 28d är 26,0 %, 14,3 % respektive 8,9 % högre än för betong utan tillsatt kaolin. Detta indikerar att för typ II Portlandcement kan tillsats av metakaolin förbättra hållfastheten hos den framställda betongen.

Zhang Chengbo et al. (2012) använde stålslagg, metakaolin och andra material som huvudsakliga råvaror för att framställa geopolymercement för att ersätta traditionell portlandcement, vilket uppnådde målet att spara energi, minska förbrukningen och omvandla avfall till skatter. Resultaten visade att när stålhalten och flygaskahalten båda var 20 %, nådde testblockets hållfasthet efter 28 dagar en mycket hög nivå (95,5 MPa). När mängden tillsatt stålslagg ökar kan det också spela en viss roll för att minska krympningen av geopolymercement.

Chen Guocan (2010) använde den tekniska metoden "Portlandcement + aktivt mineraltillsatsmedel + högeffektivt vattenreducerande medel", magnetiserad vattenbetongteknik och konventionella beredningsprocesser, och utförde beredningsexperiment på koldioxidsnål ultrahöghållfast stenslaggbetong med lokalt anskaffade råvaror som sten och slagg. Resultaten indikerar att den lämpliga doseringen av metakaolin är 10 %. Massa-/styrkeförhållandet för cementbidrag per massenhet för ultrahöghållfast stenslaggbetong är cirka 4,17 gånger högre än för vanlig betong, 2,49 gånger högre än för höghållfast betong (HSC) och 2,02 gånger högre än för reaktiv pulverbetong (RPC). Därför är ultrahöghållfast stenslaggbetong framställd med lågdos cement riktningen för betongutveckling i den koldioxidsnåla ekonomins era.

(3) Efter tillsats av kaolin med frostbeständighet i betongen minskar betongens porstorlek avsevärt, vilket förbättrar betongens frys-tiningcykel. Feng Naiqian (2002) fann att elasticitetsmodulen hos betongprovet med en kaolinhalt på 15 % vid 28 dagars ålder är betydligt högre än hos referensbetongen vid 28 dagars ålder under ett visst antal frys-tiningcykler. Den sammansatta appliceringen av metakaolin och andra ultrafina mineralpulver i betong kan avsevärt förbättra betongens hållbarhetsprestanda.