Vai trò của metakaolin trong bê tông

(1) Cải thiện độ bền của vữa xi măng và vữa xây, độ bền cao là một trong những chỉ số của bê tông hiệu năng cao. Một trong những mục đích chính của việc thêm metakaolin là để cải thiện độ bền của vữa xi măng và bê tông.

Poon và cộng sự (2001) đã tiến hành các thử nghiệm cường độ nén trên hỗn hợp xi măng có tỷ lệ nước/xi măng là 0,3, được điều chế bằng cách thay thế xi măng Portland bằng 0-20% (theo khối lượng) cao lanh và bột silica. Kết quả cho thấy cường độ nén của hỗn hợp xi măng chứa từ 5% đến 20% cao lanh cao hơn so với xi măng đối chứng ở mọi độ tuổi, trong đó xi măng chứa 10% cao lanh cho thấy cường độ tăng 20% ​​ở 28 và 90 ngày so với xi măng đối chứng. Xi măng chứa từ 5% đến 10% bột silica cũng cho thấy cường độ tăng 20% ​​ở 28 và 90 ngày so với xi măng đối chứng. Cường độ của nó ở 28 ngày và 90 ngày tương đương với xi măng cao lanh, 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 Al2O3 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 cao lanh là 15% và tỷ lệ nước/xi măng là 0,4, cường độ nén 28 ngày đạt 71,9 MPa. Khi hàm lượng cao lanh là 10% và tỷ lệ nước/xi măng là 0,375, cường độ nén 28 ngày đạt 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.

Qian Xiaoqian và cộng sự (2001) đã nghiên cứu mối quan hệ ứng suất-biến dạng kéo dọc trục của bê tông với hàm lượng cao lanh là 0, 0,5%, 10% và 15%. Họ nhận thấy rằng khi hàm lượng cao lanh 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, và tỷ lệ cường độ nén giảm tương ứng. Khi hàm lượng cao lanh là 15%, cường độ kéo và cường độ nén của bê tông lần lượt bằng 128% và 184% so với bê tông đối chứng.

Cao Zhengliang và cộng sự (2004) trong nghiên cứu về tác dụng tăng cường của bột metakaolin siêu mịn đối với bê tông đã chỉ ra rằng, dưới cùng độ lưu động, vữa chứa 10% metakaolin làm tăng cường độ nén và cường độ uốn 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 trục 3D tăng 84% và cường độ nén trục 28 ngày tăng 80%, trong khi mô đun đàn hồi tĩnh tăng 9% ở 3D và tăng 8% ở 28 ngày.

Huang Zhan và cộng sự (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn khác nhau giữa metakaolin và xỉ đến cường độ và độ bền của bê tông. Kết quả cho thấy việc bổ sung metakaolin vào bê tông xỉ giúp cải thiện cả cường độ và độ bền của bê tông. Tỷ lệ xỉ và xi măng tối ưu là khoảng 3:7, cho cường độ bê tông lý tưởng. Độ chênh lệch độ bền kéo 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 chuẩn.

Yang Fengling và cộng sự (2011) đã sử dụng lượng bằng nhau của metakaolin, tro bay và xỉ để thay thế xi măng, và trộn riêng metakaolin với tro bay và xỉ để chế tạo bê tông. Khả năng thi công, cường độ nén và độ bền của bê tông đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng khi sử dụng kaolin để thay thế từ 5% đến 25% xi măng với lượng bằng nhau, cường độ nén của bê tông ở mọi độ tuổi đều được cải thiện; khi sử dụng kaolin với lượng bằng nhau để thay thế 20% xi măng, cường độ nén ở mỗi độ tuổi đều đạt mức lý tưởng. 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 kaolin. Điều này cho thấy rằng đối với xi măng Portland loại II, việc bổ sung metakaolin có thể cải thiện cường độ của bê tông được chế tạo.

Zhang Chengbo và cộng sự (2012) đã sử dụng xỉ thép, metakaolin và các vật liệu khác làm nguyên liệu chính để chế tạo xi măng geopolymer thay thế xi măng Portland truyền thống, đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu thụ và biến chất thải thành tài nguyên quý giá. Kết quả cho thấy, khi hàm lượng thép và hàm lượng tro bay đều đạt 20%, cường độ của khối thử nghiệm sau 28 ngày đạt mức 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.

Chen Guocan (2010) đã áp dụng lộ 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 quy trình chuẩn bị thông thường, đồng thời tiến hành các thí nghiệm chế tạo bê tông xỉ đá siêu bền hàm lượng carbon thấp sử dụng nguyên liệu thô có nguồn gốc địa phương như đá và xỉ. 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 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 chảy của bê tông. Feng Naiqian (2002) nhận thấy rằng dưới một số chu kỳ đóng băng-tan chảy 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 tham chiếu ở tuổi 28. Ứng dụng hỗn hợp metakaolin và các loại bột siêu mịn khoáng khác trong bê tông có thể cải thiện đáng kể hiệu suất độ bền của bê tông.