1) Çimento şerbeti ve harcının mukavemetinin artırılması, betonun yüksek performansının en önemli özelliklerinden biridir. Metakaolin eklenmesinin başlıca amaçlarından biri de çimento harcı ve betonun mukavemetini artırmaktır.

Poon ve ark. tarafından yapılan çalışmada, 28 ve 90 günlük dayanımının metakaolin çimentosuna eşdeğer olduğu, ancak erken dayanımının referans çimentodan daha düşük olduğu belirtilmiştir. Analizler, bunun kullanılan silikon tozunun aşırı topaklanması ve çimento şerbetinde yetersiz dağılımıyla ilgili olabileceğini düşündürmektedir.

(2) Li Keliang ve ark. (2005), kalsinasyon sıcaklığının, kalsinasyon süresinin ve kaolin içindeki SiO2 ve Al2O3 içeriğinin, metakaolinin çimento betonunun mukavemetini artırma aktivitesi üzerindeki etkilerini incelemiştir. Metakaolin kullanılarak yüksek mukavemetli beton ve toprak polimerleri hazırlanmıştır. Sonuçlar, metakaolin içeriğinin %15 ve su-çimento oranının 0,4 olduğu durumda, 28 günlük basınç dayanımının 71,9 MPa olduğunu göstermektedir. Metakaolin içeriğinin %10 ve su-çimento oranının 0,375 olduğu durumda ise, 28 günlük basınç dayanımı 73,9 MPa'dır. Dahası, metakaolin içeriği %10 olduğunda, aktivite indeksi 114'e ulaşır ki bu, aynı miktardaki silikon tozuna göre %11,8 daha yüksektir. Bu nedenle, metakaolinin yüksek mukavemetli beton hazırlamak için kullanılabileceğine inanılmaktadır.

%0, %0,5, %10 ve %15 metakaolin içeriğine sahip betonun eksenel çekme gerilme-gerinim ilişkisi incelenmiştir. Metakaolin içeriğinin artmasıyla betonun eksenel çekme dayanımının tepe geriniminin önemli ölçüde arttığı, çekme elastik modülünün ise temelde değişmeden kaldığı bulunmuştur. Bununla birlikte, betonun basınç dayanımı önemli ölçüde artarken, basınç dayanımı oranı buna karşılık azalmıştır. %15 kaolin içeriğine sahip betonun çekme dayanımı ve basınç dayanımı, referans betonun sırasıyla %128 ve %184'üdür.
Ultra ince metakaolin tozunun beton üzerindeki güçlendirme etkisini incelerken, aynı akışkanlık koşullarında, %10 metakaolin içeren harcın basınç dayanımı ve eğilme dayanımının 28 gün sonra %6 ila %8 oranında arttığı bulunmuştur. Metakaolin ile karıştırılmış betonun erken dayanım gelişimi, standart betona göre önemli ölçüde daha hızlı olmuştur. Referans betonla karşılaştırıldığında, %15 metakaolin içeren betonda 3 boyutlu eksenel basınç dayanımında %84, 28 günlük eksenel basınç dayanımında ise %80 artış görülürken, statik elastik modülünde 3 boyutlu %9, 28 günlük %8 artış gözlemlenmiştir.

Metakaolin toprağı ve cürufun karışık oranının betonun dayanımı ve dayanıklılığı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sonuçlar, cüruf betonuna metakaolin eklenmesinin betonun dayanımını ve dayanıklılığını artırdığını ve cüruf-çimento oranının yaklaşık 3:7 olduğunu, bunun da ideal beton dayanımına yol açtığını göstermektedir. Kompozit betonun kemer farkı, metakaolinin volkanik kül etkisi nedeniyle tek başına cüruf betonuna göre biraz daha yüksektir. Yarma çekme dayanımı, referans betonunkinden daha yüksektir.

Metakaolin, uçucu kül ve cüruf, çimento yerine ikame olarak kullanılarak ve metakaolin, uçucu kül ve cüruf ayrı ayrı karıştırılarak beton hazırlanarak betonun işlenebilirliği, basınç dayanımı ve dayanıklılığı incelenmiştir. Sonuçlar, metakaolinin çimentonun %5 ila %25'ini eşit miktarlarda ikame etmesi durumunda, betonun her yaştaki basınç dayanımının iyileştiğini göstermektedir; metakaolinin çimentonun %20'sini eşit miktarlarda ikame etmesi durumunda ise, her yaştaki basınç dayanımı ideal olup, 3., 7. ve 28. günlerdeki dayanımı, metakaolin eklenmemiş betona göre sırasıyla %26,0, %14,3 ve %8,9 daha yüksektir. Bu, Tip II Portland çimentosu için metakaolin ilavesinin hazırlanan betonun dayanımını artırabileceğini göstermektedir.

Enerji tasarrufu, tüketim azaltımı ve atıkları hazineye dönüştürme hedefine ulaşmak için geleneksel Portland çimentosu yerine ana hammadde olarak çelik cürufu, metakaolin ve diğer malzemeler kullanılarak jeopolimer çimento üretilmiştir. Sonuçlar, çelik ve uçucu kül içeriğinin her ikisinin de %20 olduğu durumlarda, 28 günlük test bloğunun mukavemetinin çok yüksek (95,5 MPa) seviyeye ulaştığını göstermektedir. Eklenen çelik cürufu miktarı arttıkça, jeopolimer çimentonun büzülmesini azaltmada da belirli bir rol oynamaktadır.

“Portland çimentosu + aktif mineral katkı maddesi + yüksek verimli su azaltıcı madde” teknik yolu, manyetize su beton teknolojisi ve geleneksel hazırlama süreçleri kullanılarak, geniş bir yelpazedeki yerel kaynaklardan elde edilen taş ve cüruf gibi hammaddelerle düşük karbonlu ve ultra yüksek mukavemetli taş cüruf betonu hazırlanmasına yönelik deneyler yapılmıştır. Sonuçlar, uygun metakaolin dozunun %10 olduğunu göstermektedir. Ultra yüksek mukavemetli taş cüruf betonunun birim kütle başına çimento katkısının kütle/mukavemet oranı, sıradan betona göre yaklaşık 4,17 kat, yüksek mukavemetli betona (HSC) göre 2,49 kat ve reaktif toz betona (RPC) göre 2,02 kat daha yüksektir. Bu nedenle, düşük dozajlı çimento ile hazırlanan ultra yüksek mukavemetli taş cüruf betonu, düşük karbonlu ekonomi çağında beton gelişiminin yönünü oluşturmaktadır.

(3) Betona donmaya dayanıklı kaolin eklendikten sonra betonun gözenek boyutu büyük ölçüde azalır ve betonun donma-çözülme döngüsü iyileşir. Belirli sayıda donma-çözülme döngüsü altında, 28 günlük yaşta %15 kaolin içeriğine sahip beton numunesinin elastik modülü, 28 günlük yaştaki referans betonunkinden önemli ölçüde daha yüksektir. Metakaolin ve diğer mineral ultra ince tozların betonda kompozit olarak uygulanması, betonun dayanıklılığını da büyük ölçüde artırabilir.