Metakaoliini roll betoonis

(1) Tsemendisuspensiooni ja -mördi tugevuse parandamine, kõrge tugevus on üks kõrgjõudlusega betooni näitajaid. Metakaoliini lisamise üks peamisi eesmärke on tsemendimördi ja betooni tugevuse parandamine.

Poon jt (2001) viisid läbi survetugevuskatseid tsemendisuspensioonidega, mille vee ja tsemendi suhe oli 0,3 ning mis valmistati portlandtsemendi asendamisel 0–20% (massifraktsioon) kaoliini ja ränidioksiidipulbriga. Tulemused näitasid, et 5–20% kaoliini sisaldavate tsemendisuspensioonide survetugevus oli igas vanuses kõrgem kui võrdlustsemendil, kusjuures 10% kaoliini sisaldava tsemendi tugevus suurenes 28 ja 90 päeva pärast 20% võrreldes võrdlustsemendiga. 5–10% ränidioksiidipulbrit sisaldava tsemendi tugevus suurenes samuti 28 ja 90 päeva pärast 20%. Selle tugevus 28 ja 90 päeva pärast on samaväärne kaoliintsemendi omaga, kuid selle varajane tugevus on madalam kui võrdlustsemendil. Analüüs näitab, et see võib olla seotud kasutatud ränipulbri tugeva aglomeratsiooniga ja ebapiisava dispersiooniga tsemendisuspensioonis.

(2) Li Keliang jt (2005) uurisid kaltsineerimistemperatuuri, kaltsineerimisaja ning kaoliinis sisalduvate SiO2 ja A12O3 sisalduse mõju metakaoliini aktiivsusele tsementbetooni tugevuse parandamisel. Metakaoliini abil valmistati kõrgtugevat betooni ja pinnasepolümeere. Tulemused näitavad, et kui kaoliini sisaldus on 15% ja vee-tsemendi suhe on 0,4, on 28-päevane survetugevus 71,9 MPa. Kui kaoliini sisaldus on 10% ja vee-tsemendi suhe on 0,375, on 28-päevane survetugevus 73,9 MPa. Lisaks, kui metakaoliini sisaldus on 10%, ulatub selle aktiivsuse indeks 114-ni, mis on 11,8% kõrgem kui sama koguse ränipulbri puhul. Seetõttu arvatakse, et metakaoliini saab kasutada kõrgtugeva betooni valmistamiseks.

Qian Xiaoqian jt (2001) uurisid betooni aksiaalse tõmbepinge ja deformatsiooni suhet kaoliinisisaldusega 0, 0,5%, 10% ja 15%. Nad leidsid, et kaoliinisisalduse suurenemisega suurenes betooni aksiaalse tõmbetugevuse tippdeformatsioon oluliselt ja tõmbeelastsusmoodul jäi praktiliselt samaks. Betooni survetugevus aga suurenes oluliselt ja survetugevuse suhe vastavalt vähenes. Kui kaoliinisisaldus on 15%, on betooni tõmbetugevus ja survetugevus vastavalt 128% ja 184% võrdlusbetooni omast.

Cao Zhengliang jt (2004) leidsid oma uuringus ülipeene metakaoliinipulbri tugevdava toime kohta betoonile, et sama voolavuse juures suurendas 10% metakaoliini sisaldav mört oma survetugevust ja paindetugevust 28 päeva pärast 6–8%. Metakaoliiniga segatud betooni varajane tugevuse areng oli oluliselt kiirem kui standardbetoonil. Võrreldes võrdlusbetooniga on 15% metakaoliini sisaldaval betoonil 3D-aksiaalne survetugevus suurenenud 84% ja 28d-aksiaalne survetugevus 80%, samas kui staatiline elastsusmoodul on suurenenud 3D-s 9% ja 28d-s 8%.

Huang Zhan jt (2008) uurisid metakaoliini ja räbu erinevate segamissuhete mõju betooni tugevusele ja vastupidavusele. Tulemused näitavad, et metakaoliini lisamine räbubetoonile parandab nii betooni tugevust kui ka vastupidavust. Räbu ja tsemendi optimaalne suhe on umbes 3:7, mis annab ideaalse betooni tugevuse. Komposiitbetooni võlvide vahe on metakaoliini vulkaanilise tuha efekti tõttu veidi suurem kui ühe räbubetooni oma. Selle lõhestav tõmbetugevus on suurem kui võrdlusbetoonil.

Yang Fengling jt (2011) kasutasid tsemendi asemel võrdsetes kogustes metakaoliini, lendtuhka ja räbu ning segasid betooni valmistamiseks metakaoliini eraldi lendtuha ja räbuga. Uuriti betooni töödeldavust, survetugevust ja vastupidavust. Tulemused näitasid, et kui kaoliini kasutati 5–25% tsemendi asendamiseks võrdsetes kogustes, paranes betooni survetugevus igas vanuses; kui kaoliini kasutati võrdsetes kogustes tsemendi asendamiseks 20% ulatuses, on survetugevus igas vanuses ideaalne. Tugevus 3d, 7d ja 28d juures on vastavalt 26,0%, 14,3% ja 8,9% suurem kui kaoliinita betoonil. See näitab, et II tüüpi portlandtsemendi puhul võib metakaoliini lisamine parandada valmistatud betooni tugevust.

Zhang Chengbo jt (2012) kasutasid terasräbu, metakaoliini ja muid materjale peamiste toorainetena geopolümeertsemendi valmistamiseks traditsioonilise portlandtsemendi asendamiseks, saavutades energia säästmise, tarbimise vähendamise ja jäätmete aardeks muutmise eesmärgi. Tulemused näitasid, et kui terase ja lendtuha sisaldus oli mõlemad 20%, saavutas katseploki tugevus 28 päeva pärast väga kõrge taseme (95,5 MPa). Terasräbu lisamise koguse suurenedes võib see mängida teatud rolli ka geopolümeertsemendi kokkutõmbumise vähendamisel.

Chen Guocan (2010) võttis kasutusele tehnilise tee „Portlandtsement + aktiivne mineraallisand + suure efektiivsusega veesisaldust vähendav aine“, magnetiseeritud veebetooni tehnoloogia ja tavapärase valmistusprotsessi ning viis läbi valmistuskatseid madala süsinikusisaldusega ülikõrge tugevusega kiviräbubetooniga, kasutades kohalikke tooraineid, nagu kivid ja räbu. Tulemused näitavad, et metakaoliini sobiv annus on 10%. Ülikõrge tugevusega kiviräbubetooni tsemendi massi ja tugevuse suhe massiühiku kohta on umbes 4,17 korda suurem kui tavalisel betoonil, 2,49 korda suurem kui ülitugeval betoonil (HSC) ja 2,02 korda suurem kui reaktiivsel pulberbetoonil (RPC). Seetõttu on madala tsemendiannusega valmistatud ülikõrge tugevusega kiviräbubetoon betooni arendamise suund madala süsinikusisaldusega majanduse ajastul.

(3) Pärast külmakindla kaoliini lisamist betoonile väheneb betooni pooride suurus oluliselt, mis parandab betooni külmumis-sulamistsüklit. Feng Naiqian (2002) leidis, et teatud arvu külmumis-sulamistsüklite korral on 15% kaoliinisisaldusega betoonproovi elastsusmoodul 28 päeva vanuselt oluliselt kõrgem kui võrdlusbetoonil 28 päeva vanuselt. Metakaoliini ja teiste mineraalsete ülipeente pulbrite komposiitmaterjalina kasutamine betoonis võib oluliselt parandada betooni vastupidavust.