Ролята на метакаолина в бетона

(1) Подобряване на якостта на циментовата смес и разтвора, високата якост е един от показателите за високоефективен бетон. Една от основните цели на добавянето на метакаолин е подобряване на якостта на циментовата смес и бетона.

Пун и др. (2001) са провели тестове за якост на натиск на циментови суспензии със съотношение вода-цимент 0,3, приготвени чрез заместване на портланд цимента с 0-20% (масова част) каолин и силициев диоксид на прах. Резултатите показват, че якостта на натиск на циментови суспензии, съдържащи 5% до 20% каолин, е по-висока от тази на референтния цимент при всички възрасти, като цимент, съдържащ 10% каолин, показва 20% увеличение на якостта на 28 и 90 дни в сравнение с референтния цимент. Цимент, съдържащ 5% до 10% силициев диоксид на прах, също показва 20% увеличение на якостта на 28 и 90 дни в сравнение с референтния цимент. Якостта му на 28 дни и 90 дни е еквивалентна на тази на каолиновия цимент, но ранната му якост е по-ниска от тази на референтния цимент. Анализът показва, че това може да е свързано със силното натрупване на използвания силициев прах и недостатъчното му диспергиране в циментовата суспензия.

(2) Ли Келианг и др. (2005) са изследвали влиянието на температурата на калциниране, времето на калциниране и съдържанието на SiO2 и A12O3 в каолина върху активността на метакаолина за подобряване на якостта на циментовия бетон. Високоякостен бетон и почвени полимери са приготвени с помощта на метакаолин. Резултатите показват, че когато съдържанието на каолин е 15% и водоциментното съотношение е 0,4, якостта на натиск след 28 дни е 71,9 MPa. Когато съдържанието на каолин е 10% и водоциментното съотношение е 0,375, якостта на натиск след 28 дни е 73,9 MPa. Освен това, когато съдържанието на метакаолин е 10%, индексът му на активност достига 114, което е с 11,8% по-високо от същото количество силициев прах. Следователно се смята, че метакаолинът може да се използва за приготвяне на високоякостен бетон.

Qian Xiaoqian и др. (2001) са изследвали връзката между аксиалното напрежение и деформация на опън на бетон със съдържание на каолин 0, 0,5%, 10% и 15%. Те са установили, че с увеличаване на съдържанието на каолин, пиковото напрежение на аксиалната якост на опън на бетона се е увеличило значително, а модулът на еластичност при опън е останал практически непроменен. Въпреки това, якостта на натиск на бетона се е увеличила значително и коефициентът на якост на натиск съответно е намалял. Когато съдържанието на каолин е 15%, якостта на опън и якостта на натиск на бетона са съответно 128% и 184% от референтния бетон.

Цао Женлианг и др. (2004) установяват в своето проучване върху укрепващия ефект на ултрафин прах метакаолин върху бетон, че при същата течливост, разтворът, съдържащ 10% метакаолин, увеличава якостта си на натиск и якостта на огъване с 6% до 8% след 28 дни. Ранното развитие на якостта на бетона, смесен с метакаолин, е значително по-бързо от това на стандартния бетон. В сравнение с еталонния бетон, бетонът, съдържащ 15% метакаолин, има 84% увеличение на 3D аксиалната якост на натиск и 80% увеличение на 28d аксиалната якост на натиск, докато статичният модул на еластичност има 9% увеличение в 3D и 8% увеличение в 28d.

Хуанг Жан и др. (2008) са изследвали ефекта на различните съотношения на смесване на метакаолин и шлака върху якостта и дълготрайността на бетона. Резултатите показват, че добавянето на метакаолин към шлакобетон подобрява както якостта, така и дълготрайността на бетона. Оптималното съотношение шлака:цимент е около 3:7, което води до идеална якост на бетона. Разликата в свода на композитния бетон е малко по-висока от тази на едношлаковия бетон, поради ефекта на вулканичната пепел от метакаолина. Неговата якост на опън при разцепване е по-висока от тази на еталонния бетон.

Ян Фънглинг и др. (2011) са използвали равни количества метакаолин, летяща пепел и шлака, за да заменят цимента, и са смесили метакаолин с летяща пепел и шлака поотделно, за да приготвят бетон. Изследвани са обработваемостта, якостта на натиск и дълготрайността на бетона. Резултатите показват, че когато каолинът е използван за заместване на 5% до 25% цимент в равни количества, якостта на натиск на бетона във всички възрасти се е подобрила; когато каолинът се използва в равни количества за заместване на 20% цимент, якостта на натиск във всяка възраст е идеална. Якостта на 3d, 7d и 28d е съответно с 26,0%, 14,3% и 8,9% по-висока от тази на бетон без добавен каолин. Това показва, че за портланд цимент тип II добавянето на метакаолин може да подобри якостта на приготвения бетон.

Джан Ченгбо и др. (2012) са използвали стоманена шлака, метакаолин и други материали като основни суровини за приготвяне на геополимерен цимент, който да замени традиционния портланд цимент, постигайки целта за пестене на енергия, намаляване на потреблението и превръщане на отпадъците в ценни материали. Резултатите показват, че когато съдържанието на стомана и съдържанието на летяща пепел са 20%, якостта на тестовия блок на 28 дни достига много високо ниво (95,5 MPa). С увеличаването на количеството добавена стоманена шлака, тя може да играе известна роля и за намаляване на свиването на геополимерния цимент.

Чен Гуокан (2010) възприема техническия път „Портланд цимент + активна минерална добавка + високоефективен редуктор на водата“, технология за намагнитен воден бетон и конвенционален процес на приготвяне, и провежда експерименти за приготвяне на нисковъглероден ултрависокоякостен шлаков бетон, използвайки местни суровини като камъни и шлака. Резултатите показват, че подходящата доза метакаолин е 10%. Съотношението маса/якост на циментовия принос на единица маса на ултрависокоякостен шлаков бетон е около 4,17 пъти по-голямо от това на обикновения бетон, 2,49 пъти от това на високоякостен бетон (HSC) и 2,02 пъти от това на реактивен прахообразен бетон (RPC). Следователно, ултрависокоякостен шлаков бетон, приготвен с ниска доза цимент, е посоката на развитие на бетона в ерата на нисковъглеродната икономика.

(3) След добавяне на каолин с устойчивост на замръзване към бетона, размерът на порите на бетона се намалява значително, което подобрява цикъла на замръзване-размразяване на бетона. Фън Найцян (2002) установява, че при определен брой цикли на замръзване-размразяване, модулът на еластичност на бетонната проба с 15% съдържание на каолин на 28-дневна възраст е значително по-висок от този на референтния бетон на 28-дневна възраст. Композитното приложение на метакаолин и други минерални ултрафини прахове в бетона може значително да подобри дълготрайността на бетона.