Metakaolino vaidmuo betone

(1) Didelis stipris yra vienas iš aukštos kokybės betono rodiklių, gerinantis cemento skiedinio ir skiedinio stiprumą. Vienas iš pagrindinių metakaolino pridėjimo tikslų yra pagerinti cemento skiedinio ir betono stiprumą.

Poon ir kt. (2001) atliko cemento mišinių, kurių vandens ir cemento santykis yra 0,3, pagamintų portlandcementį pakeitus 0–20 % (masės dalis) kaolinu ir silicio dioksido milteliais, gniuždymo stiprio bandymus. Rezultatai parodė, kad cemento mišinių, kuriuose yra 5–20 % kaolino, gniuždymo stipris buvo didesnis nei etaloninio cemento visais laikais, o cemento, kuriame yra 10 % kaolino, stiprumas po 28 ir 90 dienų padidėjo 20 %, palyginti su etaloniniu cementu. Cemento, kuriame yra 5–10 % silicio dioksido miltelių, stiprumas po 28 ir 90 dienų taip pat padidėjo 20 %, palyginti su etaloniniu cementu. Jo stiprumas po 28 ir 90 dienų atitinka kaolino cemento stiprumą, tačiau ankstyvasis jo stiprumas yra mažesnis nei etaloninio cemento. Analizė rodo, kad tai gali būti susiję su didele naudojamų silicio miltelių aglomeracija ir nepakankama dispersija cemento mišinyje.

(2) Li Keliang ir kt. (2005) tyrė kalcinavimo temperatūros, kalcinavimo laiko ir SiO2 bei A12O3 kiekio kaoline įtaką metakaolino aktyvumui gerinant cementbetono stiprumą. Naudojant metakaoliną buvo paruoštas didelio stiprumo betonas ir grunto polimerai. Rezultatai rodo, kad kai kaolino kiekis yra 15 %, o vandens ir cemento santykis yra 0,4, 28 dienų gniuždymo stipris yra 71,9 MPa. Kai kaolino kiekis yra 10 %, o vandens ir cemento santykis yra 0,375, 28 dienų gniuždymo stipris yra 73,9 MPa. Be to, kai metakaolino kiekis yra 10 %, jo aktyvumo indeksas siekia 114, tai yra 11,8 % daugiau nei tokio paties kiekio silicio miltelių. Todėl manoma, kad metakaolinas gali būti naudojamas didelio stiprumo betonui gaminti.

Qian Xiaoqian ir kt. (2001) tyrė betono, kuriame kaolino kiekis yra 0, 0,5 %, 10 % ir 15 %, ašinio tempiamojo įtempio ir deformacijos santykį. Jie nustatė, kad didėjant kaolino kiekiui, betono ašinio tempiamojo stiprio didžiausia deformacija reikšmingai padidėjo, o tempiamojo tamprumo modulis iš esmės nepakito. Tačiau betono gniuždymo stipris reikšmingai padidėjo, o gniuždymo stiprio santykis atitinkamai sumažėjo. Kai kaolino kiekis yra 15 %, betono tempiamasis stipris ir gniuždymo stipris yra atitinkamai 128 % ir 184 % etaloninio betono.

Cao Zhengliang ir kt. (2004) atlikę itin smulkių metakaolino miltelių stiprinamojo poveikio betonui tyrimą nustatė, kad esant tokiam pačiam skystumui, skiedinys, kuriame yra 10 % metakaolino, po 28 dienų padidino savo gniuždymo ir lenkimo stiprio rodiklius 6–8 %. Betono, sumaišyto su metakaolinu, ankstyvasis stiprio vystymasis buvo žymiai greitesnis nei standartinio betono. Palyginti su etaloniniu betonu, betono, kuriame yra 15 % metakaolino, 3D ašinis gniuždymo stipris padidėjo 84 %, o 28d ašinis gniuždymo stipris – 80 %, o statinis tamprumo modulis padidėjo 9 % 3D ir 8 % 28d.

Huang Zhan ir kt. (2008) tyrė skirtingų metakaolino ir šlako maišymo santykių įtaką betono stiprumui ir ilgaamžiškumui. Rezultatai rodo, kad metakaolino pridėjimas prie šlako betono pagerina tiek betono stiprumą, tiek ilgaamžiškumą. Optimalus šlako ir cemento santykis yra apie 3:7, todėl betono stiprumas yra idealus. Kompozitinio betono arkos skirtumas yra šiek tiek didesnis nei vieno šlako betono dėl metakaolino vulkaninių pelenų poveikio. Jo skilimo tempiamasis stipris yra didesnis nei etaloninio betono.

Yang Fengling ir kt. (2011) naudojo vienodus metakaolino, lakiųjų pelenų ir šlako kiekius cementui pakeisti ir atskirai sumaišė metakaoliną su lakiaisiais pelenais ir šlaku betonui paruošti. Buvo tirtas betono klojamumas, gniuždymo stipris ir ilgaamžiškumas. Rezultatai parodė, kad kai kaolinas buvo naudojamas vienodais kiekiais pakeičiant 5–25 % cemento, betono gniuždymo stipris visais laikais pagerėjo; kai kaolinas buvo naudojamas vienodais kiekiais pakeičiant cementą 20 %, gniuždymo stipris kiekviename laikotarpyje yra idealus. Stipris esant 3d, 7d ir 28d yra atitinkamai 26,0%, 14,3% ir 8,9% didesnis nei betono be kaolino. Tai rodo, kad II tipo portlandcemenčio atveju metakaolino pridėjimas gali pagerinti paruošto betono stiprumą.

Zhang Chengbo ir kt. (2012) naudojo plieno šlaką, metakaoliną ir kitas medžiagas kaip pagrindines žaliavas geopolimerinio cemento, skirto pakeisti tradicinį portlandcementį, gamybai, taip pasiekdami energijos taupymo, suvartojimo mažinimo ir atliekų pavertimo lobiais tikslus. Rezultatai parodė, kad kai plieno ir lakiųjų pelenų kiekis buvo po 20 %, bandomojo bloko stiprumas po 28 dienų pasiekė labai aukštą lygį (95,5 MPa). Didėjant pridėto plieno šlako kiekiui, jis taip pat gali atlikti tam tikrą vaidmenį mažinant geopolimerinio cemento susitraukimą.

Chen Guocan (2010) pasirinko techninį kelią „portlandcementis + aktyvus mineralinis priedas + didelio efektyvumo vandens reduktorius“, magnetizuoto vandens betono technologiją ir įprastą paruošimo procesą bei atliko paruošimo eksperimentus su mažai anglies dioksido išskiriančiu itin didelio stiprumo akmens šlako betonu, naudodamas vietines žaliavas, tokias kaip akmenys ir šlakas. Rezultatai rodo, kad tinkama metakaolino dozė yra 10 %. Itin didelio stiprumo akmens šlako betono cemento įnašo masės ir stiprumo santykis masės vienete yra maždaug 4,17 karto didesnis nei įprasto betono, 2,49 karto didesnis nei didelio stiprumo betono (HSC) ir 2,02 karto didesnis nei reaktyviųjų miltelių betono (RPC). Todėl itin didelio stiprumo akmens šlako betonas, paruoštas su maža cemento doze, yra betono plėtros kryptis mažai anglies dioksido išskiriančioje ekonomikos eroje.

(3) Į betoną įdėjus šalčiui atsparaus kaolino, betono porų dydis labai sumažėja, todėl pagerėja betono užšalimo-atšildymo ciklas. Feng Naiqian (2002) nustatė, kad esant tam tikram užšalimo-atšildymo ciklų skaičiui, betono bandinio, kuriame yra 15 % kaolino, tamprumo modulis po 28 dienų yra žymiai didesnis nei etaloninio betono po 28 dienų. Metakaolino ir kitų mineralinių itin smulkių miltelių panaudojimas betone gali labai pagerinti betono ilgaamžiškumą.