1) Việc nâng cao cường độ của vữa xi măng và bê tông là một trong những đặc điểm nổi bật của bê tông hiệu suất cao. Một trong những mục đích chính của việc thêm metakaolin là để cải thiện cường độ của vữa xi măng và bê tông.

Theo Poon và cộng sự, cường độ của nó ở 28 ngày và 90 ngày tương đương với xi măng metakaolin, nhưng cường độ ban đầu thấp hơn so với xi măng chuẩn. Phân tích cho thấy điều này có thể liên quan đến sự vón cục nghiêm trọng của bột silicon được sử dụng và sự phân tán không đủ trong hỗn hợp xi măng.

(2) Li Keliang và cộng sự (2005) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung, thời gian nung và hàm lượng SiO2 và A12O3 trong cao lanh đến hoạt tính của metakaolin nhằm cải thiện cường độ bê tông xi măng. Bê tông cường độ cao và polyme đất được chế tạo bằng metakaolin. Kết quả cho thấy khi hàm lượng metakaolin là 15% và tỷ lệ nước/xi măng là 0,4, cường độ nén ở 28 ngày là 71,9 MPa. Khi hàm lượng metakaolin là 10% và tỷ lệ nước/xi măng là 0,375, cường độ nén ở 28 ngày là 73,9 MPa. Hơn nữa, khi hàm lượng metakaolin là 10%, chỉ số hoạt tính của nó đạt 114, cao hơn 11,8% so với cùng một lượng bột silic. Do đó, người ta tin rằng metakaolin có thể được sử dụng để chế tạo bê tông cường độ cao.

Nghiên cứu này đã khảo sát mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng kéo dọc trục của bê tông có hàm lượng metakaolin là 0%, 0,5%, 10% và 15%. Kết quả cho thấy, khi hàm lượng metakaolin tăng lên, biến dạng cực đại của cường độ kéo dọc trục của bê tông tăng lên đáng kể, trong khi mô đun đàn hồi kéo về cơ bản không thay đổi. Tuy nhiên, cường độ nén của bê tông tăng lên đáng kể, trong khi tỷ lệ cường độ nén giảm tương ứng. Cường độ kéo và cường độ nén của bê tông có hàm lượng kaolin 15% lần lượt bằng 128% và 184% so với bê tông đối chứng.
Khi nghiên cứu tác dụng tăng cường độ bền của bột metakaolin siêu mịn đối với bê tông, người ta nhận thấy rằng, dưới cùng độ lưu động, cường độ nén và cường độ uốn của vữa chứa 10% metakaolin tăng từ 6% đến 8% sau 28 ngày. Sự phát triển cường độ ban đầu của bê tông trộn với metakaolin nhanh hơn đáng kể so với bê tông tiêu chuẩn. So với bê tông chuẩn, bê tông chứa 15% metakaolin có cường độ nén dọc trục 3D tăng 84% và cường độ nén dọc trục 28 ngày tăng 80%, trong khi mô đun đàn hồi tĩnh tăng 9% ở 3D và tăng 8% ở 28 ngày.

Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đất metakaolin và xỉ đến cường độ và độ bền của bê tông. Kết quả cho thấy, việc thêm metakaolin vào bê tông xỉ giúp cải thiện cường độ và độ bền của bê tông, và tỷ lệ xỉ/xi măng tối ưu là khoảng 3:7, cho ra cường độ bê tông lý tưởng. Độ chênh lệch độ cong của bê tông hỗn hợp cao hơn một chút so với bê tông xỉ đơn lẻ do tác dụng của tro núi lửa trong metakaolin. Cường độ kéo tách của nó cao hơn so với bê tông đối chứng.

Tính dễ thi công, cường độ nén và độ bền của bê tông đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng metakaolin, tro bay và xỉ lò cao làm chất thay thế xi măng, và trộn riêng metakaolin với tro bay và xỉ lò cao để chế tạo bê tông. Kết quả cho thấy rằng khi metakaolin thay thế từ 5% đến 25% xi măng với tỷ lệ bằng nhau, cường độ nén của bê tông ở mọi độ tuổi đều được cải thiện; khi sử dụng metakaolin để thay thế xi măng với tỷ lệ 20% với tỷ lệ bằng nhau, cường độ nén ở mỗi độ tuổi đều đạt mức lý tưởng, và cường độ ở 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày cao hơn lần lượt 26,0%, 14,3% và 8,9% so với bê tông không thêm metakaolin. Điều này cho thấy rằng đối với xi măng Portland loại II, việc thêm metakaolin có thể cải thiện cường độ của bê tông được chế tạo.

Sử dụng xỉ thép, metakaolin và các vật liệu khác làm nguyên liệu chính để chế tạo xi măng geopolymer thay vì xi măng Portland truyền thống, nhằm đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu thụ và biến chất thải thành tài nguyên. Kết quả cho thấy, khi hàm lượng thép và tro bay đều ở mức 20%, cường độ của khối thử nghiệm sau 28 ngày đạt rất cao (95,5 MPa). Khi lượng xỉ thép thêm vào tăng lên, nó cũng có thể đóng vai trò nhất định trong việc giảm độ co ngót của xi măng geopolymer.

Sử dụng quy trình kỹ thuật “xi măng Portland + phụ gia khoáng hoạt tính + chất giảm nước hiệu quả cao”, công nghệ bê tông nước từ hóa và các quy trình chuẩn bị thông thường, các thí nghiệm đã được tiến hành về việc chế tạo bê tông xỉ đá siêu bền, hàm lượng carbon thấp bằng cách sử dụng các nguyên liệu như đá và xỉ từ nhiều nguồn địa phương khác nhau. Kết quả cho thấy liều lượng metakaolin thích hợp là 10%. Tỷ lệ khối lượng xi măng trên cường độ của bê tông xỉ đá siêu bền cao gấp khoảng 4,17 lần so với bê tông thông thường, gấp 2,49 lần so với bê tông cường độ cao (HSC) và gấp 2,02 lần so với bê tông bột phản ứng (RPC). Do đó, bê tông xỉ đá siêu bền được chế tạo với hàm lượng xi măng thấp là hướng phát triển bê tông trong kỷ nguyên kinh tế carbon thấp.

(3) Sau khi thêm cao lanh có khả năng chống đông vào bê tông, kích thước lỗ rỗng của bê tông giảm đáng kể, cải thiện chu kỳ đóng băng-tan băng của bê tông. Dưới một số chu kỳ đóng băng-tan băng nhất định, mô đun đàn hồi của mẫu bê tông có hàm lượng cao lanh 15% ở tuổi 28 cao hơn đáng kể so với bê tông đối chứng ở tuổi 28. Ứng dụng hỗn hợp metakaolin và các loại bột siêu mịn khoáng khác trong bê tông cũng có thể cải thiện đáng kể độ bền của bê tông.