Metakaolinin betondaki rolü

(1) Çimento şerbeti ve harcının mukavemetini artırmak, yüksek mukavemet yüksek performanslı betonun göstergelerinden biridir. Metakaolin ilavesinin temel amaçlarından biri çimento harcı ve betonun mukavemetini artırmaktır.

Poon ve ark. (2001), Portland çimentosunun %0-20 (kütle oranı) kaolin ve silika tozu ile değiştirilmesiyle hazırlanan, su-çimento oranı 0,3 olan çimento şerbetleri üzerinde basınç dayanımı testleri gerçekleştirmiştir. Sonuçlar, %5 ila %20 kaolin içeren çimento şerbetlerinin basınç dayanımının, tüm yaşlarda referans çimentoya göre daha yüksek olduğunu göstermiştir; %10 kaolin içeren çimento ise referans çimentoya kıyasla 28 ve 90 günlük sürelerde %20'lik bir dayanım artışı göstermiştir. %5 ila %10 silika tozu içeren çimento da referans çimentoya kıyasla 28 ve 90 günlük sürelerde %20'lik bir dayanım artışı göstermiştir. 28 ve 90 günlük sürelerdeki dayanımı kaolin çimentosuna eşdeğerdir, ancak erken dönemdeki dayanımı referans çimentoya göre daha düşüktür. 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, kaolin içeriğinin %15 ve su-çimento oranının 0,4 olduğu durumda 28 günlük basınç dayanımının 71,9 MPa olduğunu göstermektedir. Kaolin 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.

Qian Xiaoqian ve ark. (2001), %0, %0,5, %10 ve %15 kaolin içeriğine sahip betonun eksenel çekme gerilme-gerinim ilişkisini incelemiştir. Kaolin içeriğinin artmasıyla betonun eksenel çekme dayanımının tepe geriniminin önemli ölçüde arttığını, ancak çekme elastik modülünün temelde değişmediğini bulmuşlardır. Bununla birlikte, betonun basınç dayanımı önemli ölçüde artmış ve basınç dayanımı oranı buna bağlı olarak azalmıştır. Kaolin içeriği %15 olduğunda, betonun çekme dayanımı ve basınç dayanımı, referans betonun sırasıyla %128 ve %184'ü kadardır.

Cao Zhengliang ve ark. (2004), metakaolinin ultra ince tozunun beton üzerindeki güçlendirme etkisi üzerine yaptıkları çalışmada, aynı akışkanlık koşullarında, %10 metakaolin içeren harcın 28 gün sonra basınç dayanımını ve eğilme dayanımını %6 ila %8 oranında artırdığını bulmuşlardır. Metakaolin ile karıştırılmış betonun erken dayanım gelişimi, standart betona göre önemli ölçüde daha hızlı olmuştur. Referans betonla karşılaştırıldığında, %15 metakaolin içeren betonun 3 boyutlu eksenel basınç dayanımında %84, 28 günlük eksenel basınç dayanımında ise %80 artış gösterdiği, statik elastik modülünde ise 3 boyutlu %9, 28 günlük %8 artış olduğu tespit edilmiştir.

Huang Zhan ve ark. (2008), metakaolin ve cürufun farklı karıştırma oranlarının betonun dayanımı ve dayanıklılığı üzerindeki etkisini incelemiştir. Sonuçlar, cüruf betonuna metakaolin ilavesinin betonun hem dayanımını hem de dayanıklılığını artırdığını göstermektedir. Cüruf-çimento oranının en uygun olduğu oran yaklaşık 3:7 olup, ideal beton dayanımı elde edilmektedir. Kompozit betonun kemer farkı, metakaolinin volkanik kül etkisi nedeniyle tek cüruf betonuna göre biraz daha yüksektir. Yarma çekme dayanımı ise referans betona göre daha yüksektir.

Yang Fengling ve ark. (2011), çimento yerine eşit miktarda metakaolin, uçucu kül ve cüruf kullanmış ve beton hazırlamak için metakaolini uçucu kül ve cüruf ile ayrı ayrı karıştırmıştır. Betonun işlenebilirliği, basınç dayanımı ve dayanıklılığı incelenmiştir. Sonuçlar, kaolinin çimentonun %5 ila %25'i oranında eşit miktarda değiştirilmesi durumunda, betonun her yaştaki basınç dayanımının iyileştiğini göstermiştir; kaolinin çimentonun %20'si oranında eşit miktarda değiştirilmesi durumunda ise her yaştaki basınç dayanımı idealdir. 3., 7. ve 28. günlerdeki dayanım, kaolin 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.

Zhang Chengbo ve ark. (2012), enerji tasarrufu, tüketim azaltımı ve atığı hazineye dönüştürme hedefine ulaşmak için geleneksel Portland çimentosunun yerine jeopolimer çimento hazırlamak amacıyla ana hammadde olarak çelik cürufu, metakaolin ve diğer malzemeleri kullandı. Sonuçlar, çelik içeriği ve uçucu kül içeriğinin her ikisinin de %20 olduğu durumlarda, 28 günlük test bloğunun mukavemetinin çok yüksek bir seviyeye (95,5 MPa) ulaştığını gösterdi. Eklenen çelik cürufu miktarı arttıkça, jeopolimer çimentonun büzülmesini azaltmada da belirli bir rol oynayabiliyor.

Chen Guocan (2010), “Portland çimentosu + aktif mineral katkı maddesi + yüksek verimli su azaltıcı madde” teknik yolunu, manyetize su beton teknolojisini ve geleneksel hazırlama sürecini benimseyerek, taş ve cüruf gibi yerel kaynaklı hammaddeler kullanarak düşük karbonlu ultra yüksek mukavemetli taş cüruf betonu üzerinde hazırlama deneyleri yapmıştır. 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 fazladır. Bu nedenle, düşük dozajlı çimento ile hazırlanan ultra yüksek mukavemetli taş cüruf betonu, düşük karbonlu ekonomi çağında beton gelişiminin yönünü oluşturmaktadır.

(3) Donmaya dayanıklı kaolinin betona eklenmesinden sonra betonun gözenek boyutu büyük ölçüde azalır ve betonun donma-çözülme döngüsü iyileşir. Feng Naiqian (2002), belirli sayıda donma-çözülme döngüsü altında, 28 günlük yaşta %15 kaolin içeriğine sahip beton numunesinin elastik modülünün, 28 günlük yaştaki referans betonunkinden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu bulmuştur. Metakaolin ve diğer mineral ultra ince tozların betonda kompozit uygulaması, betonun dayanıklılık performansını büyük ölçüde iyileştirebilir.