Metakaolīna loma betonā

(1) Cementa suspensijas un javas stiprības uzlabošana, augsta izturība ir viens no augstas veiktspējas betona rādītājiem. Viens no galvenajiem metakaolīna pievienošanas mērķiem ir uzlabot cementa javas un betona stiprību.

Pūns un līdzautori (2001) veica spiedes stiprības testus cementa suspensijām ar ūdens un cementa attiecību 0,3, kas sagatavotas, aizstājot portlandcementu ar 0–20 % (masas daļa) kaolīnu un silīcija dioksīda pulveri. Rezultāti parādīja, ka cementa suspensiju, kas satur 5–20 % kaolīna, spiedes stiprība visos vecumos bija augstāka nekā atsauces cementam, cementam, kas satur 10 % kaolīna, uzrādot 20 % stiprības pieaugumu 28 un 90 dienās salīdzinājumā ar atsauces cementu. Cementam, kas satur 5–10 % silīcija dioksīda pulvera, arī uzrādīja 20 % stiprības pieaugumu 28 un 90 dienās salīdzinājumā ar atsauces cementu. Tā stiprība 28 un 90 dienās ir līdzvērtīga kaolīna cementa stiprībai, bet tā agrīnā stiprība ir zemāka nekā atsauces cementam. Analīze liecina, ka tas var būt saistīts ar izmantotā silīcija pulvera izteiktu aglomerāciju un nepietiekamu dispersiju cementa suspensijā.

(2) Li Keliang et al. (2005) pētīja kalcinēšanas temperatūras, kalcinēšanas laika un SiO2 un A12O3 satura kaolīnā ietekmi uz metakaolīna aktivitāti cementbetona stiprības uzlabošanā. Izmantojot metakaolīnu, tika sagatavots augstas stiprības betons un augsnes polimēri. Rezultāti liecina, ka, ja kaolīna saturs ir 15% un ūdens un cementa attiecība ir 0,4, 28 dienu spiedes stiprība ir 71,9 MPa. Ja kaolīna saturs ir 10% un ūdens un cementa attiecība ir 0,375, 28 dienu spiedes stiprība ir 73,9 MPa. Turklāt, ja metakaolīna saturs ir 10%, tā aktivitātes indekss sasniedz 114, kas ir par 11,8% augstāks nekā tādam pašam silīcija pulvera daudzumam. Tāpēc tiek uzskatīts, ka metakaolīnu var izmantot augstas stiprības betona pagatavošanai.

Qian Xiaoqian et al. (2001) pētīja betona ar kaolīna saturu 0, 0,5%, 10% un 15% aksiālās stiepes sprieguma un deformācijas attiecības. Viņi atklāja, ka, palielinoties kaolīna saturam, betona aksiālās stiepes izturības maksimālā deformācija ievērojami palielinājās, un stiepes elastības modulis praktiski nemainījās. Tomēr betona spiedes izturība ievērojami palielinājās, un spiedes izturības koeficients attiecīgi samazinājās. Ja kaolīna saturs ir 15%, betona stiepes izturība un spiedes izturība ir attiecīgi 128% un 184% no atsauces betona.

Cao Zhengliang et al. (2004) savā pētījumā par īpaši smalka metakaolīna pulvera stiprinošo iedarbību uz betonu atklāja, ka ar tādu pašu plūstamību java, kas satur 10% metakaolīna, pēc 28 dienām palielināja savu spiedes izturību un lieces izturību par 6% līdz 8%. Betona, kas sajaukts ar metakaolīnu, agrīnās izturības attīstība bija ievērojami ātrāka nekā standarta betonam. Salīdzinot ar etalonbetonu, betonam, kas satur 15% metakaolīna, ir par 84% lielāka 3D aksiālā spiedes izturība un par 80% lielāka 28d aksiālā spiedes izturība, savukārt statiskais elastības modulis ir par 9% lielāks 3D un par 8% lielāks 28d.

Huang Zhan et al. (2008) pētīja dažādu metakaolīna un izdedžu maisīšanas attiecību ietekmi uz betona stiprību un ilgmūžību. Rezultāti liecina, ka metakaolīna pievienošana izdedžu betonam uzlabo gan betona stiprību, gan ilgmūžību. Optimālā izdedžu un cementa attiecība ir aptuveni 3:7, kas nodrošina ideālu betona stiprību. Kompozītbetona velves starpība ir nedaudz lielāka nekā viena izdedžu betonam metakaolīna vulkānisko pelnu efekta dēļ. Tā šķelšanās stiepes izturība ir augstāka nekā etalonbetonam.

Jangs Fenlings un līdzautori (2011) izmantoja vienādus metakaolīna, pelnu un izdedžu daudzumus cementa vietā un atsevišķi sajauca metakaolīnu ar pelniem un izdedžiem betona pagatavošanai. Tika pētīta betona iestrādājamība, spiedes izturība un izturība. Rezultāti parādīja, ka, lietojot kaolīnu, lai aizstātu 5–25 % cementa vienādos daudzumos, betona spiedes izturība visos vecumos uzlabojās; ja kaolīnu izmanto vienādos daudzumos, lai aizstātu cementu par 20 %, spiedes izturība katrā vecumā ir ideāla. Stiprība 3, 7 un 28 dienās ir attiecīgi par 26,0 %, 14,3 % un 8,9 % augstāka nekā betonam bez kaolīna pievienošanas. Tas norāda, ka II tipa portlandcementam metakaolīna pievienošana var uzlabot sagatavotā betona izturību.

Džans Čenbo un līdzautori (2012) izmantoja tērauda izdedžus, metakaolīnu un citus materiālus kā galvenās izejvielas, lai sagatavotu ģeopolimēra cementu tradicionālā portlandcementa aizstāšanai, sasniedzot enerģijas taupīšanas, patēriņa samazināšanas un atkritumu pārvēršanas dārgumos mērķi. Rezultāti parādīja, ka, ja tērauda un pelnu saturs bija 20%, testa bloka izturība 28 dienu laikā sasniedza ļoti augstu līmeni (95,5 MPa). Palielinoties pievienotā tērauda izdedžu daudzumam, tas var arī ietekmēt ģeopolimēra cementa saraušanās samazināšanu.

Čens Guocans (2010) pieņēma tehnisko ceļu “portlandcements + aktīvā minerālu piedeva + augstas efektivitātes ūdens reducējošs līdzeklis”, magnetizēta ūdens betona tehnoloģiju un tradicionālo sagatavošanas procesu, un veica sagatavošanas eksperimentus ar zema oglekļa satura īpaši augstas stiprības akmens izdedžu betonu, izmantojot vietēji iegūtas izejvielas, piemēram, akmeņus un izdedžus. Rezultāti liecina, ka atbilstošā metakaolīna deva ir 10%. Cementa masas un stiprības attiecība uz īpaši augstas stiprības akmens izdedžu betona masas vienību ir aptuveni 4,17 reizes lielāka nekā parastajam betonam, 2,49 reizes lielāka nekā augstas stiprības betonam (HSC) un 2,02 reizes lielāka nekā reaktīvajam pulverbetonam (RPC). Tāpēc īpaši augstas stiprības akmens izdedžu betons, kas sagatavots ar zemu cementa devu, ir betona attīstības virziens zema oglekļa emisiju ekonomikas laikmetā.

(3) Pēc salizturīga kaolīna pievienošanas betonam ievērojami samazinās betona poru izmērs, uzlabojot betona sasalšanas-atkušanas ciklu. Feng Naiqian (2002) atklāja, ka pie noteikta skaita sasalšanas-atkušanas ciklu betona parauga ar 15% kaolīna saturu elastības modulis 28 dienu vecumā ir ievērojami augstāks nekā atsauces betonam 28 dienu vecumā. Metakaolīna un citu minerālu īpaši smalku pulveru kompozītmateriāla izmantošana betonā var ievērojami uzlabot betona izturības rādītājus.