De rol van metakaoline in beton

(1) Het verbeteren van de sterkte van cementmortel en betonmortel; een hoge sterkte is een van de indicatoren van hoogwaardig beton. Een van de belangrijkste doelen van het toevoegen van metakaolien is het verbeteren van de sterkte van cementmortel en beton.

Poon et al. (2001) voerden druksterkteproeven uit op cementmengsels met een water-cementverhouding van 0,3, bereid door Portlandcement te vervangen door 0-20% (massafractie) kaolien en silicapoeder. De resultaten toonden aan dat de druksterkte van cementmengsels met 5% tot 20% kaolien hoger was dan die van het referentiecement op alle leeftijden. Cement met 10% kaolien vertoonde een sterkteverhoging van 20% na 28 en 90 dagen vergeleken met het referentiecement. Cement met 5% tot 10% silicapoeder vertoonde eveneens een sterkteverhoging van 20% na 28 en 90 dagen vergeleken met het referentiecement. De sterkte na 28 en 90 dagen was gelijk aan die van kaolien-cement, maar de vroege sterkte was lager dan die van het referentiecement. Analyse suggereert dat dit verband kan houden met de sterke agglomeratie van het gebruikte silicapoeder en onvoldoende dispersie in het cementmengsel.

(2) Li Keliang et al. (2005) onderzochten de effecten van calcineertemperatuur, calcineertijd en het SiO2- en Al2O3-gehalte in kaolien op de activiteit van metakaolien om de sterkte van cementbeton te verbeteren. Metakaolien werden hogesterktebeton en bodempolymeren bereid. De resultaten tonen aan dat bij een kaoliengehalte van 15% en een water-cementverhouding van 0,4 de druksterkte na 28 dagen 71,9 MPa bedraagt. Bij een kaoliengehalte van 10% en een water-cementverhouding van 0,375 bedraagt ​​de druksterkte na 28 dagen 73,9 MPa. Bovendien bereikt de activiteitsindex bij een metakaoliengehalte van 10% een waarde van 114, wat 11,8% hoger is dan bij dezelfde hoeveelheid siliciumpoeder. Daarom wordt aangenomen dat metakaolien gebruikt kan worden voor de bereiding van hogesterktebeton.

Qian Xiaoqian et al. (2001) onderzochten de relatie tussen axiale trekspanning en rek van beton met een kaoliengehalte van 0, 0,5%, 10% en 15%. Ze ontdekten dat met een toenemend kaoliengehalte de piekrek van de axiale treksterkte van het beton significant toenam, terwijl de trekelasticiteitsmodulus in principe onveranderd bleef. De druksterkte van het beton nam echter significant toe en de druksterkteverhouding nam dienovereenkomstig af. Bij een kaoliengehalte van 15% bedroegen de treksterkte en de druksterkte van het beton respectievelijk 128% en 184% van die van het referentiebeton.

Cao Zhengliang et al. (2004) ontdekten in hun onderzoek naar het versterkende effect van ultrafijn metakaolienpoeder op beton dat, bij dezelfde vloeibaarheid, mortel met 10% metakaolien de druksterkte en buigsterkte na 28 dagen met 6% tot 8% verhoogde. De vroege sterkteontwikkeling van beton gemengd met metakaolien was aanzienlijk sneller dan die van standaardbeton. Vergeleken met het referentiebeton vertoonde het beton met 15% metakaolien een toename van 84% in axiale druksterkte na 3D en een toename van 80% in axiale druksterkte na 28 dagen, terwijl de statische elasticiteitsmodulus met 9% toenam na 3D en met 8% na 28 dagen.

Huang Zhan et al. (2008) onderzochten het effect van verschillende mengverhoudingen van metakaolien en slak op de sterkte en duurzaamheid van beton. De resultaten tonen aan dat de toevoeging van metakaolien aan slakbeton zowel de sterkte als de duurzaamheid van het beton verbetert. De optimale verhouding slak tot cement ligt rond de 3:7, wat resulteert in een ideale betonsterkte. Het boogverschil van composietbeton is iets groter dan dat van enkelvoudig slakbeton, vanwege het vulkanische as-effect van metakaolien. De splijtsterkte is hoger dan die van het referentiebeton.

Yang Fengling et al. (2011) gebruikten gelijke hoeveelheden metakaolien, vliegas en slak als vervanging voor cement, en mengden metakaolien afzonderlijk met vliegas en slak om beton te bereiden. De verwerkbaarheid, druksterkte en duurzaamheid van het beton werden onderzocht. De resultaten toonden aan dat wanneer kaolien in gelijke hoeveelheden werd gebruikt ter vervanging van 5% tot 25% van het cement, de druksterkte van het beton op alle leeftijden verbeterde; wanneer kaolien in gelijke hoeveelheden werd gebruikt ter vervanging van 20% van het cement, was de druksterkte op elke leeftijd optimaal. De sterkte na 3, 7 en 28 dagen was respectievelijk 26,0%, 14,3% en 8,9% hoger dan die van beton zonder toegevoegde kaolien. Dit wijst erop dat de toevoeging van metakaolien aan Portlandcement type II de sterkte van het bereide beton kan verbeteren.

Zhang Chengbo et al. (2012) gebruikten staalslakken, metakaolien en andere materialen als belangrijkste grondstoffen voor de bereiding van geopolymeercement ter vervanging van traditioneel Portlandcement. Hiermee werd het doel bereikt van energiebesparing, vermindering van het verbruik en het omzetten van afval in waardevolle grondstoffen. De resultaten toonden aan dat wanneer zowel het staalgehalte als het vliegasgehalte 20% bedroegen, de sterkte van het testblok na 28 dagen een zeer hoog niveau bereikte (95,5 MPa). Naarmate de hoeveelheid toegevoegde staalslakken toenam, kon dit ook een zekere rol spelen bij het verminderen van de krimp van het geopolymeercement.

Chen Guocan (2010) paste de technische route van "Portlandcement + actieve minerale toeslagstof + zeer efficiënt waterreducerend middel" toe, combineerde gemagnetiseerd waterbeton met een conventioneel bereidingsproces en voerde experimenten uit met de bereiding van koolstofarm ultrasterk steenslakbeton met lokaal gewonnen grondstoffen zoals stenen en slakken. De resultaten tonen aan dat de optimale dosering metakaolien 10% is. De massa-sterkteverhouding van de cementbijdrage per eenheid massa van ultrasterk steenslakbeton is ongeveer 4,17 keer zo hoog als die van gewoon beton, 2,49 keer zo hoog als die van hogesterktebeton (HSC) en 2,02 keer zo hoog als die van reactief poederbeton (RPC). Daarom is ultrasterk steenslakbeton, bereid met een lage cementdosering, de richting voor betonontwikkeling in het tijdperk van de koolstofarme economie.

(3) Na toevoeging van vorstbestendige kaolien aan beton wordt de poriegrootte van het beton aanzienlijk verkleind, waardoor de vorst-dooicyclus van het beton verbetert. Feng Naiqian (2002) ontdekte dat bij een bepaald aantal vorst-dooicycli de elasticiteitsmodulus van het betonmonster met 15% kaoliengehalte na 28 dagen significant hoger is dan die van het referentiebeton na 28 dagen. De gecombineerde toepassing van metakaolien en andere ultrafijne minerale poeders in beton kan de duurzaamheidsprestaties van beton aanzienlijk verbeteren.