תפקידו של מטאקאולין בבטון

(1) שיפור חוזק של טיט ומלט מלט, חוזק גבוה הוא אחד המדדים לבטון בעל ביצועים גבוהים. אחת המטרות העיקריות של הוספת מטא-קאולין היא שיפור חוזק של טיט מלט ומלט מלט מלט.

פון ועמיתיו (2001) ערכו בדיקות חוזק דחיסה על תרחי צמנט בעלי יחס צמנט מים של 0.3, שהוכנו על ידי החלפת צמנט פורטלנד ב-0-20% (חלק מסה) קאולין ואבקת סיליקה. התוצאות הראו שחוזק הדחיסה של תרחי צמנט המכילים 5% עד 20% קאולין היה גבוה יותר מזה של צמנט הייחוס בכל הגילאים, כאשר צמנט המכיל 10% קאולין הראה עלייה של 20% בחוזק לאחר 28 ו-90 יום בהשוואה לצמנט הייחוס. צמנט המכיל 5% עד 10% אבקת סיליקה הראה גם עלייה של 20% בחוזק לאחר 28 ו-90 יום בהשוואה לצמנט הייחוס. חוזקו לאחר 28 ימים ו-90 ימים שווה ערך לזה של צמנט קאולין, אך חוזקו המוקדם נמוך יותר מזה של צמנט הייחוס. ניתוח מצביע על כך שזה עשוי להיות קשור לאגלומרציה החמורה של אבקת הסיליקון בה נעשה שימוש ולפיזור לא מספק בתרחיף הצמנט.

(2) לי קליאנג ואחרים (2005) חקרו את השפעות טמפרטורת הקלצינציה, זמן הקלצינציה ותכולת SiO2 ו-A12O3 בקאולין על פעילות המטקאולין לשיפור חוזק הבטון הצמנטי. פולימרים מבטון חוזק גבוה וקרקע הוכנו באמצעות מטקאולין. התוצאות מראות שכאשר תכולת הקאולין היא 15% ויחס צמנט המים הוא 0.4, חוזק הדחיסה לאחר 28 יום הוא 71.9 MPa. כאשר תכולת הקאולין היא 10% ויחס צמנט המים הוא 0.375, חוזק הדחיסה לאחר 28 יום הוא 73.9 MPa. יתר על כן, כאשר תכולת המטקאולין היא 10%, מדד הפעילות שלו מגיע ל-114, שהוא גבוה ב-11.8% מאותה כמות של אבקת סיליקון. לכן, מאמינים שניתן להשתמש במטקאולין להכנת בטון חוזק גבוה.

צ'יאן שיאוצ'יאן ואחרים (2001) חקרו את יחסי מאמץ-מעוות מתיחה צירית של בטון עם תכולת קאולין של 0, 0.5%, 10% ו-15%. הם מצאו שעם העלייה בתכולת הקאולין, שיא המעוות של חוזק המתיחה הצירי של הבטון גדל משמעותית, ומודולוס האלסטיות במתיחה נותר כמעט ללא שינוי. עם זאת, חוזק הדחיסה של הבטון גדל משמעותית, ויחס חוזק הדחיסה ירד בהתאם. כאשר תכולת הקאולין היא 15%, חוזק המתיחה וחוזק הדחיסה של הבטון הם 128% ו-184% מבטון הייחוס, בהתאמה.

קאו ז'נגליאנג ועמיתיו (2004) מצאו במחקרם על השפעת החיזוק של אבקה דקה במיוחד של מטאקאולין על בטון, כי תחת אותה נוזליות, מלט המכיל 10% מטאקאולין הגביר את חוזק הדחיסה וחוזק הכיפוף שלו ב-6% עד 8% לאחר 28 ימים. התפתחות החוזק המוקדמת של בטון מעורבב עם מטאקאולין הייתה מהירה משמעותית מזו של בטון סטנדרטי. בהשוואה לבטון ייחוס, לבטון המכיל 15% מטאקאולין יש עלייה של 84% בחוזק הדחיסה הצירי התלת-ממדי ועלייה של 80% בחוזק הדחיסה הצירי 28d, בעוד שמודול האלסטיות הסטטי יש עלייה של 9% בחוזק התלת-ממדי ועלייה של 8% בחוזק הדחיסה הצירי 28d.

הואנג ז'אן ואחרים (2008) חקרו את ההשפעה של יחסי ערבוב שונים של מטאקאולין וסיגים על חוזק ועמידות הבטון. התוצאות מראות כי תוספת מטאקאולין לבטון סיגים משפרת הן את חוזק הבטון והן את עמידותו. היחס האופטימלי בין סיגים למלט הוא סביב 3:7, וכתוצאה מכך חוזק בטון אידיאלי. הפרש הקשתות של בטון מרוכב גבוה במקצת מזה של בטון סיגים יחיד, עקב השפעת האפר הוולקני של מטאקאולין. חוזק המתיחה שלו בפני פיצול גבוה מזה של בטון ייחוס.

יאנג פנגלינג ואחרים (2011) השתמשו בכמויות שוות של מטא-קאולין, אפר מרחף וסיגים כדי להחליף צמנט, וערבבו בנפרד מטא-קאולין עם אפר מרחף וסיגים כדי להכין בטון. נחקרו יכולת העבודה, חוזק הדחיסה ועמידות הבטון. התוצאות הראו שכאשר קאולין שימש להחלפת 5% עד 25% מהצמנט בכמויות שוות, חוזק הדחיסה של הבטון בכל הגילאים השתפר; כאשר קאולין משמש בכמויות שוות כדי להחליף צמנט ב-20%, חוזק הדחיסה בכל גיל הוא אידיאלי. החוזק ב-3d, 7d ו-28d גבוה ב-26.0%, 14.3% ו-8.9% מזה של בטון ללא תוספת קאולין, בהתאמה. ממצא זה מצביע על כך שעבור צמנט פורטלנד מסוג II, תוספת מטא-קאולין יכולה לשפר את חוזק הבטון המוכן.

ג'אנג צ'נגבו ואחרים (2012) השתמשו בסיג פלדה, מטאקאולין וחומרים אחרים כחומרי גלם עיקריים להכנת צמנט גיאופולימרי שיחליף את צמנט פורטלנד המסורתי, ובכך השיג את המטרה של שימור אנרגיה, הפחתת צריכה והפיכת פסולת לאוצר. התוצאות הראו שכאשר תכולת הפלדה ותכולת האפר הפחמני היו שתיהן 20%, חוזק בלוק הבדיקה לאחר 28 ימים הגיע לרמה גבוהה מאוד (95.5 מגה פסקל). ככל שכמות סיגי הפלדה שנוספה עולה, היא יכולה גם למלא תפקיד מסוים בהפחתת הצטמקות הצמנט הגיאופולימרי.

צ'ן גואוקאן (2010) אימץ את המסלול הטכני של "צמנט פורטלנד + תערובת מינרלים פעילה + חומר להפחתת מים יעילות גבוהה", טכנולוגיית בטון מים ממוגנטי ותהליך הכנה קונבנציונלי, וערך ניסויי הכנה על בטון סיגי אבן בעל חוזק גבוה במיוחד דל פחמן תוך שימוש בחומרי גלם מקומיים כגון אבנים וסיגים. התוצאות מצביעות על כך שהמינון המתאים של מטאקאולין הוא 10%. יחס המסה לחוזק של תרומת הצמנט ליחידת מסה של בטון סיגי אבן בעל חוזק גבוה במיוחד הוא פי 4.17 בערך מזה של בטון רגיל, פי 2.49 מזה של בטון בעל חוזק גבוה (HSC), ופי 2.02 מזה של בטון אבקה ריאקטיבי (RPC). לכן, בטון סיגי אבן בעל חוזק גבוה במיוחד המוכן עם צמנט במינון נמוך הוא כיוון פיתוח הבטון בעידן הכלכלה דלת הפחמן.

(3) לאחר הוספת קאולין עמיד בפני כפור לבטון, גודל הנקבוביות של הבטון מצטמצם משמעותית, מה שמשפר את מחזור ההקפאה-הפשרה של הבטון. פנג נאיקיאן (2002) מצא שתחת מספר מסוים של מחזורי הקפאה-הפשרה, מודול האלסטיות של דגימת בטון עם תכולת קאולין של 15% בגיל 28 יום גבוה משמעותית מזה של בטון הייחוס בגיל 28 יום. יישום מרוכב של מטא-קאולין ואבקות מינרליות עדינות אחרות בבטון יכול לשפר משמעותית את ביצועי העמידות של הבטון.