Peran metakaolin dalam beton

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

Poon dkk. (2001) melakukan uji kekuatan tekan pada bubur semen dengan rasio air-semen 0,3, yang dibuat dengan mengganti semen Portland dengan 0-20% (fraksi massa) kaolin dan bubuk silika. Hasilnya menunjukkan bahwa kekuatan tekan bubur semen yang mengandung 5% hingga 20% kaolin lebih tinggi daripada semen referensi pada semua umur, dengan semen yang mengandung 10% kaolin menunjukkan peningkatan kekuatan sebesar 20% pada umur 28 dan 90 hari dibandingkan dengan semen referensi. Semen yang mengandung 5% hingga 10% bubuk silika juga menunjukkan peningkatan kekuatan sebesar 20% pada umur 28 dan 90 hari dibandingkan dengan semen referensi. Kekuatannya pada umur 28 dan 90 hari setara dengan semen kaolin, 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 kaolin 15% dan rasio air semen 0,4, kekuatan tekan 28 hari adalah 71,9 MPa. Ketika kandungan kaolin 10% dan rasio air semen 0,375, kekuatan tekan 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.

Qian Xiaoqian dkk. (2001) mempelajari hubungan tegangan-regangan tarik aksial beton dengan kandungan kaolin 0, 0,5%, 10%, dan 15%. Mereka menemukan bahwa dengan peningkatan kandungan kaolin, 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, dan rasio kekuatan tekan correspondingly menurun. Ketika kandungan kaolin adalah 15%, kekuatan tarik dan kekuatan tekan beton masing-masing adalah 128% dan 184% dari beton referensi.

Cao Zhengliang dkk. (2004) menemukan dalam penelitian mereka tentang efek penguatan bubuk metakaolin ultrahalus pada beton bahwa, pada fluiditas yang sama, mortar yang mengandung 10% metakaolin meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan lenturnya 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 peningkatan 8% pada 28 hari.

Huang Zhan dkk. (2008) mempelajari pengaruh berbagai rasio pencampuran metakaolin dan terak terhadap kekuatan dan daya tahan beton. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan metakaolin pada beton terak meningkatkan kekuatan dan daya tahan beton. 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.

Yang Fengling dkk. (2011) menggunakan jumlah metakaolin, abu terbang, dan terak yang sama untuk menggantikan semen, dan mencampur metakaolin dengan abu terbang dan terak secara terpisah untuk membuat beton. Kemampuan kerja, kekuatan tekan, dan daya tahan beton dipelajari. Hasil menunjukkan bahwa ketika kaolin digunakan untuk menggantikan 5% hingga 25% semen dalam jumlah yang sama, kekuatan tekan beton pada semua umur meningkat; ketika kaolin digunakan dalam jumlah yang sama untuk menggantikan semen sebesar 20%, kekuatan tekan pada setiap umur ideal. Kekuatan pada umur 3 hari, 7 hari, dan 28 hari masing-masing 26,0%, 14,3%, dan 8,9% lebih tinggi daripada beton tanpa penambahan kaolin. Ini menunjukkan bahwa untuk semen Portland Tipe II, penambahan metakaolin dapat meningkatkan kekuatan beton yang dibuat.

Zhang Chengbo dkk. (2012) menggunakan terak baja, metakaolin, dan bahan lainnya sebagai bahan baku utama untuk membuat semen geopolimer guna menggantikan semen Portland tradisional, mencapai tujuan penghematan energi, pengurangan konsumsi, dan mengubah limbah menjadi harta karun. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketika kandungan baja dan kandungan abu terbang masing-masing sebesar 20%, kekuatan blok uji pada 28 hari mencapai tingkat yang sangat tinggi (95,5 MPa). Seiring bertambahnya jumlah terak baja yang ditambahkan, hal itu juga dapat berperan dalam mengurangi penyusutan semen geopolimer.

Chen Guocan (2010) mengadopsi jalur teknis “semen Portland + campuran mineral aktif + zat pereduksi air berefisiensi tinggi”, teknologi beton air termagnetisasi dan proses persiapan konvensional, dan melakukan percobaan persiapan beton terak batu berkekuatan sangat tinggi rendah karbon menggunakan bahan baku lokal seperti batu dan terak. Hasilnya 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 sangat berkurang, sehingga meningkatkan siklus beku-cair beton. Feng Naiqian (2002) menemukan bahwa di bawah sejumlah siklus beku-cair tertentu, modulus elastisitas sampel beton dengan kandungan kaolin 15% pada usia 28 hari secara signifikan lebih tinggi daripada beton referensi pada usia 28 hari. Aplikasi komposit metakaolin dan bubuk mineral ultrahalus lainnya dalam beton dapat sangat meningkatkan kinerja daya tahan beton.