1) Meningkatkan kekuatan adukan semen dan mortar merupakan salah satu ciri khas beton berkinerja tinggi. Salah satu tujuan utama penambahan metakaolin adalah untuk meningkatkan kekuatan adukan semen dan beton.

Poon dkk., Kekuatannya pada 28 hari dan 90 hari setara dengan semen metakaolin, tetapi kekuatan awalnya lebih rendah daripada semen acuan. Analisis menunjukkan bahwa hal ini mungkin terkait dengan aglomerasi parah bubuk silikon yang digunakan dan dispersi yang tidak memadai dalam bubur semen.

(2) Li Keliang dkk. (2005) mempelajari pengaruh suhu kalsinasi, waktu kalsinasi, dan kandungan SiO2 dan Al2O3 dalam kaolin terhadap aktivitas metakaolin untuk meningkatkan kekuatan beton semen. Beton berkekuatan tinggi dan polimer tanah disiapkan menggunakan metakaolin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketika kandungan metakaolin 15% dan rasio air semen 0,4, kekuatan tekan pada 28 hari adalah 71,9 MPa. Ketika kandungan metakaolin 10% dan rasio air semen 0,375, kekuatan tekan pada 28 hari adalah 73,9 MPa. Selain itu, ketika kandungan metakaolin 10%, indeks aktivitasnya mencapai 114, yang 11,8% lebih tinggi daripada jumlah bubuk silikon yang sama. Oleh karena itu, diyakini bahwa metakaolin dapat digunakan untuk menyiapkan beton berkekuatan tinggi.

Hubungan tegangan-regangan tarik aksial beton dengan kandungan metakaolin 0%, 0,5%, 10%, dan 15% dipelajari. Ditemukan bahwa dengan peningkatan kandungan metakaolin, regangan puncak kekuatan tarik aksial beton meningkat secara signifikan, dan modulus elastisitas tarik pada dasarnya tetap tidak berubah. Namun, kekuatan tekan beton meningkat secara signifikan, sementara rasio kekuatan tekan menurun. Kekuatan tarik dan kekuatan tekan beton dengan kandungan kaolin 15% masing-masing adalah 128% dan 184% dari beton referensi.
Saat mempelajari efek penguatan bubuk metakaolin ultrahalus pada beton, ditemukan bahwa pada fluiditas yang sama, kekuatan tekan dan kekuatan lentur mortar yang mengandung 10% metakaolin meningkat sebesar 6% hingga 8% setelah 28 hari. Perkembangan kekuatan awal beton yang dicampur dengan metakaolin secara signifikan lebih cepat daripada beton standar. Dibandingkan dengan beton acuan, beton yang mengandung 15% metakaolin memiliki peningkatan kekuatan tekan aksial 3D sebesar 84% dan peningkatan kekuatan tekan aksial 28 hari sebesar 80%, sedangkan modulus elastisitas statis mengalami peningkatan 9% pada 3D dan 8% pada 28 hari.

Pengaruh proporsi campuran tanah metakaolin dan terak terhadap kekuatan dan daya tahan beton telah dipelajari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan metakaolin pada beton terak meningkatkan kekuatan dan daya tahan beton, dan rasio optimal terak terhadap semen adalah sekitar 3:7, menghasilkan kekuatan beton yang ideal. Perbedaan kekuatan lengkung beton komposit sedikit lebih tinggi daripada beton terak tunggal karena efek abu vulkanik dari metakaolin. Kekuatan tarik belahnya lebih tinggi daripada beton acuan.

Kemampuan kerja, kekuatan tekan, dan daya tahan beton dipelajari dengan menggunakan metakaolin, abu terbang, dan terak sebagai pengganti semen, serta mencampur metakaolin dengan abu terbang dan terak secara terpisah untuk menyiapkan beton. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketika metakaolin menggantikan semen sebanyak 5% hingga 25% dalam jumlah yang sama, kekuatan tekan beton pada semua umur meningkat; ketika metakaolin digunakan untuk menggantikan semen sebanyak 20% dalam jumlah yang sama, kekuatan tekan pada setiap umur ideal, dan kekuatannya pada umur 3 hari, 7 hari, dan 28 hari masing-masing 26,0%, 14,3%, dan 8,9% lebih tinggi daripada beton tanpa penambahan metakaolin. Hal ini menunjukkan bahwa untuk semen Portland Tipe II, penambahan metakaolin dapat meningkatkan kekuatan beton yang dihasilkan.

Penggunaan terak baja, metakaolin, dan bahan lainnya sebagai bahan baku utama untuk pembuatan semen geopolimer sebagai pengganti semen Portland tradisional, bertujuan untuk mencapai tujuan penghematan energi, pengurangan konsumsi, dan mengubah limbah menjadi harta karun. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketika kandungan terak baja dan abu terbang masing-masing sebesar 20%, kekuatan blok uji pada 28 hari mencapai sangat tinggi (95,5 MPa). Seiring dengan peningkatan jumlah terak baja yang ditambahkan, hal ini juga dapat berperan dalam mengurangi penyusutan semen geopolimer.

Dengan menggunakan jalur teknis “semen Portland + campuran mineral aktif + zat pereduksi air berefisiensi tinggi”, teknologi beton air termagnetisasi, dan proses persiapan konvensional, eksperimen dilakukan pada pembuatan beton terak batu berkekuatan sangat tinggi dan rendah karbon menggunakan bahan baku seperti batu dan terak dari berbagai sumber lokal. Hasil menunjukkan bahwa dosis metakaolin yang tepat adalah 10%. Rasio massa terhadap kekuatan kontribusi semen per satuan massa beton terak batu berkekuatan sangat tinggi sekitar 4,17 kali lipat dari beton biasa, 2,49 kali lipat dari beton berkekuatan tinggi (HSC), dan 2,02 kali lipat dari beton bubuk reaktif (RPC). Oleh karena itu, beton terak batu berkekuatan sangat tinggi yang dibuat dengan dosis semen rendah merupakan arah pengembangan beton di era ekonomi rendah karbon.

(3) Setelah menambahkan kaolin dengan ketahanan beku ke dalam beton, ukuran pori beton berkurang secara signifikan, sehingga meningkatkan siklus beku-cair beton. Pada sejumlah siklus beku-cair tertentu, modulus elastisitas sampel beton dengan kandungan kaolin 15% pada usia 28 hari secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan beton referensi pada usia 28 hari. Aplikasi komposit metakaolin dan bubuk mineral ultrahalus lainnya dalam beton juga dapat meningkatkan daya tahan beton secara signifikan.