მეტაკაოლინის როლი ბეტონში

(1) ცემენტის ხსნარისა და ნაღმტყორცნის სიმტკიცის გაუმჯობესება, მაღალი სიმტკიცე მაღალი ხარისხის ბეტონის ერთ-ერთი მაჩვენებელია. მეტაკაოლინის დამატების ერთ-ერთი მთავარი მიზანი ცემენტის ნაღმტყორცნისა და ბეტონის სიმტკიცის გაუმჯობესებაა.

პუნმა და სხვებმა (2001) ჩაატარეს შეკუმშვის სიმტკიცის ტესტები 0.3 წყლისა და ცემენტის თანაფარდობის მქონე ცემენტის ნარევებზე, რომლებიც მომზადდა პორტლანდცემენტის 0-20% (მასური ფრაქციით) კაოლინით და სილიციუმის ფხვნილით ჩანაცვლებით. შედეგებმა აჩვენა, რომ 5%-დან 20%-მდე კაოლინის შემცველი ცემენტის ნარევების შეკუმშვის სიმტკიცე უფრო მაღალი იყო, ვიდრე საცნობარო ცემენტის ყველა ასაკობრივ ჯგუფში, სადაც 10%-მდე კაოლინის შემცველი ცემენტი აჩვენებდა სიმტკიცის 20%-იან ზრდას 28 და 90 დღეში საცნობარო ცემენტთან შედარებით. 5%-დან 10%-მდე სილიციუმის ფხვნილის შემცველი ცემენტი ასევე აჩვენებდა სიმტკიცის 20%-იან ზრდას 28 და 90 დღეში საცნობარო ცემენტთან შედარებით. მისი სიმტკიცე 28d და 90d-ზე ექვივალენტურია კაოლინის ცემენტის სიმტკიცისა, მაგრამ მისი ადრეული სიმტკიცე უფრო დაბალია, ვიდრე საორიენტაციო ცემენტი. ანალიზი აჩვენებს, რომ ეს შეიძლება დაკავშირებული იყოს გამოყენებული სილიციუმის ფხვნილის ძლიერ აგლომერაციასთან და ცემენტის ნარევში არასაკმარის დისპერსიასთან.

(2) ლი კელიანგმა და სხვებმა (2005) შეისწავლეს კაოლინში კალცინაციის ტემპერატურის, კალცინაციის დროის და SiO2 და A12O3 შემცველობის გავლენა მეტაკაოლინის აქტივობაზე ცემენტ-ბეტონის სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად. მაღალი სიმტკიცის ბეტონი და ნიადაგის პოლიმერები მომზადდა მეტაკაოლინის გამოყენებით. შედეგები აჩვენებს, რომ როდესაც კაოლინის შემცველობაა 15% და წყლისა და ცემენტის თანაფარდობაა 0.4, 28-დღიანი შეკუმშვის სიმტკიცეა 71.9 მპა. როდესაც კაოლინის შემცველობაა 10% და წყლისა და ცემენტის თანაფარდობაა 0.375, 28-დღიანი შეკუმშვის სიმტკიცეა 73.9 მპა. გარდა ამისა, როდესაც მეტაკაოლინის შემცველობაა 10%, მისი აქტივობის ინდექსი აღწევს 114-ს, რაც 11.8%-ით მეტია სილიციუმის ფხვნილის იმავე რაოდენობაზე. ამიტომ, ითვლება, რომ მეტაკაოლინის გამოყენება შესაძლებელია მაღალი სიმტკიცის ბეტონის დასამზადებლად.

ციან სიაოკიანმა და სხვებმა (2001) შეისწავლეს ბეტონის ღერძული დაჭიმვის დაძაბულობა-დეფორმაციის თანაფარდობა კაოლინის 0, 0.5%, 10% და 15% შემცველობასთან. მათ აღმოაჩინეს, რომ კაოლინის შემცველობის ზრდასთან ერთად, ბეტონის ღერძული დაჭიმვის სიმტკიცის პიკური დეფორმაცია მნიშვნელოვნად გაიზარდა და დაჭიმვის ელასტიურობის მოდული ძირითადად უცვლელი დარჩა. თუმცა, ბეტონის შეკუმშვის სიმტკიცე მნიშვნელოვნად გაიზარდა და შესაბამისად შემცირდა შეკუმშვის სიმტკიცის კოეფიციენტი. როდესაც კაოლინის შემცველობა 15%-ია, ბეტონის დაჭიმვის სიმტკიცე და შეკუმშვის სიმტკიცე შესაბამისად სტანდარტული ბეტონის 128% და 184%-ია.

ცაო ჟენგლიანგმა და სხვებმა (2004) მეტაკაოლინის ულტრაწვრილი ფხვნილის ბეტონზე გამაგრების ეფექტის შესახებ თავიანთ კვლევაში აღმოაჩინეს, რომ იმავე სითხის პირობებში, 10%-იანი მეტაკაოლინის შემცველი ნაღმტყორცნები 28 დღის შემდეგ 6%-დან 8%-მდე ზრდიდა მის შეკუმშვისა და მოხრის სიმტკიცეს. მეტაკაოლინთან შერეული ბეტონის ადრეული სიმტკიცის განვითარება მნიშვნელოვნად უფრო სწრაფი იყო, ვიდრე სტანდარტული ბეტონის. საორიენტაციო ბეტონთან შედარებით, 15%-იანი მეტაკაოლინის შემცველი ბეტონის სამგანზომილებიანი ღერძული შეკუმშვის სიმტკიცე 84%-ით და 28d ღერძული შეკუმშვის სიმტკიცე 80%-ით გაიზარდა, ხოლო სტატიკური ელასტიურობის მოდული სამგანზომილებიანში 9%-ით და 28d ღერძულ შეკუმშვის სიმტკიცე 8%-ით გაიზარდა.

ჰუანგ ჟანმა და სხვებმა (2008) შეისწავლეს მეტაკაოლინისა და წიდის სხვადასხვა შერევის თანაფარდობის გავლენა ბეტონის სიმტკიცესა და გამძლეობაზე. შედეგები აჩვენებს, რომ წიდიან ბეტონში მეტაკაოლინის დამატება აუმჯობესებს ბეტონის როგორც სიმტკიცეს, ასევე გამძლეობას. წიდისა და ცემენტის ოპტიმალური თანაფარდობა დაახლოებით 3:7-ია, რაც ბეტონის იდეალურ სიმტკიცეს იწვევს. კომპოზიტური ბეტონის თაღოვანი სხვაობა ოდნავ მაღალია ერთწიდიან ბეტონთან შედარებით, მეტაკაოლინის ვულკანური ფერფლის ეფექტის გამო. მისი გახლეჩისადმი დაჭიმვისადმი სიმტკიცე უფრო მაღალია, ვიდრე საორიენტაციო ბეტონის.

იანგ ფენგლინგმა და სხვებმა (2011) ცემენტის შესაცვლელად გამოიყენეს მეტაკაოლინის, ნაცრისა და წიდის თანაბარი რაოდენობა და ბეტონის მოსამზადებლად ცალკე შეურიეს მეტაკაოლინი ნაცარსა და წიდას. შესწავლილი იქნა ბეტონის დამუშავებადობა, შეკუმშვის სიმტკიცე და გამძლეობა. შედეგებმა აჩვენა, რომ როდესაც კაოლინი გამოიყენებოდა ცემენტის 5%-დან 25%-მდე თანაბარი რაოდენობით ჩასანაცვლებლად, გაუმჯობესდა ბეტონის შეკუმშვის სიმტკიცე ყველა ასაკში; როდესაც კაოლინი გამოიყენება თანაბარი რაოდენობით ცემენტის 20%-ით ჩასანაცვლებლად, შეკუმშვის სიმტკიცე თითოეულ ასაკში იდეალურია. 3d, 7d და 28d სიმტკიცე შესაბამისად 26.0%-ით, 14.3%-ით და 8.9%-ით მეტია, ვიდრე ბეტონის სიმტკიცე კაოლინის გარეშე. ეს მიუთითებს, რომ II ტიპის პორტლანდცემენტისთვის მეტაკაოლინის დამატებამ შეიძლება გააუმჯობესოს მომზადებული ბეტონის სიმტკიცე.

ჟანგ ჩენგბომ და სხვებმა (2012) გამოიყენეს ფოლადის წიდა, მეტაკაოლინი და სხვა მასალები, როგორც ძირითადი ნედლეული გეოპოლიმერული ცემენტის მოსამზადებლად, ტრადიციული პორტლანდცემენტის ჩასანაცვლებლად, რითაც მიაღწიეს ენერგიის დაზოგვის, მოხმარების შემცირების და ნარჩენების საგანძურად გადაქცევის მიზანს. შედეგებმა აჩვენა, რომ როდესაც ფოლადის და ფერფლის შემცველობა ერთდროულად 20%-ს შეადგენდა, სატესტო ბლოკის სიმტკიცე 28 დღეში ძალიან მაღალ დონეს (95.5 მპა) მიაღწია. დამატებული ფოლადის წიდის რაოდენობის ზრდასთან ერთად, მას ასევე შეუძლია გარკვეული როლი შეასრულოს გეოპოლიმერული ცემენტის შეკუმშვის შემცირებაში.

ჩენ გუოკანმა (2010) აირჩია „პორტლანდცემენტი+აქტიური მინერალური ნარევები+მაღალი ეფექტურობის წყლის შემამცირებელი აგენტის“ ტექნიკური გზა, მაგნიტიზებული წყლის ბეტონის ტექნოლოგია და ტრადიციული მომზადების პროცესი და ჩაატარა მომზადების ექსპერიმენტები დაბალნახშირბადიან ულტრამაღალი სიმტკიცის ქვის წიდის ბეტონზე, ადგილობრივი ნედლეულის, როგორიცაა ქვები და წიდა, გამოყენებით. შედეგები მიუთითებს, რომ მეტაკაოლინის შესაბამისი დოზაა 10%. ულტრამაღალი სიმტკიცის ქვის წიდის ბეტონის მასისა და სიმტკიცის თანაფარდობა ცემენტის წვლილის ერთეულ მასაზე დაახლოებით 4.17-ჯერ მეტია ჩვეულებრივი ბეტონის წილთან შედარებით, 2.49-ჯერ მაღალი სიმტკიცის ბეტონის (HSC) და 2.02-ჯერ რეაქტიული ფხვნილის ბეტონის (RPC) წილთან შედარებით. ამიტომ, დაბალი დოზირების ცემენტით მომზადებული ულტრამაღალი სიმტკიცის ქვის წიდის ბეტონი წარმოადგენს ბეტონის განვითარების მიმართულებას დაბალი ნახშირბადის ეკონომიკის ეპოქაში.

(3) ბეტონში ყინვაგამძლე კაოლინის დამატების შემდეგ, ბეტონის ფორების ზომა მნიშვნელოვნად მცირდება, რაც აუმჯობესებს ბეტონის გაყინვა-დათბობის ციკლს. ფენგ ნაიქიანმა (2002) აღმოაჩინა, რომ გაყინვა-დათბობის გარკვეული ციკლების დროს, 28 დღის ასაკში 15%-იანი კაოლინის შემცველი ბეტონის ნიმუშის ელასტიურობის მოდული მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე 28 დღის ასაკში არსებული საცნობარო ბეტონის. ბეტონში მეტაკაოლინის და სხვა მინერალური ულტრაწვრილი ფხვნილების კომპოზიტური გამოყენება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ბეტონის გამძლეობას.