1) Повышение прочности цементного раствора и пульпы является одним из признаков высоких эксплуатационных характеристик бетона. Одна из главных целей добавления метакаолина — повышение прочности цементного раствора и бетона.

По данным Пуна и др., его прочность через 28 и 90 дней эквивалентна прочности метакаолинового цемента, но его ранняя прочность ниже, чем у эталонного цемента. Анализ предполагает, что это может быть связано с сильной агломерацией используемого кремниевого порошка и недостаточной дисперсией в цементном растворе.

(2) Ли Кэлян и др. (2005) исследовали влияние температуры и времени прокаливания, а также содержания SiO2 и Al2O3 в каолине на активность метакаолина для повышения прочности цементного бетона. Высокопрочный бетон и полимеры грунта были приготовлены с использованием метакаолина. Результаты показывают, что при содержании метакаолина 15% и водоцементном соотношении 0,4 прочность на сжатие через 28 дней составляет 71,9 МПа. При содержании метакаолина 10% и водоцементном соотношении 0,375 прочность на сжатие через 28 дней составляет 73,9 МПа. Более того, при содержании метакаолина 10% его показатель активности достигает 114, что на 11,8% выше, чем при использовании того же количества кремниевого порошка. Таким образом, считается, что метакаолин может быть использован для приготовления высокопрочного бетона.

Была изучена зависимость осевого напряжения от деформации бетона с содержанием метакаолина 0, 0,5%, 10% и 15%. Установлено, что с увеличением содержания метакаолина пиковая деформация при осевом растяжении бетона значительно возрастает, а модуль упругости при растяжении остается практически неизменным. Однако прочность бетона на сжатие значительно возрастает, в то время как коэффициент прочности на сжатие соответственно снижается. Прочность на растяжение и прочность на сжатие бетона с содержанием каолина 15% составляют 128% и 184% от показателей эталонного бетона соответственно.
При изучении упрочняющего эффекта ультрадисперсного порошка метакаолина на бетон было установлено, что при одинаковой текучести прочность на сжатие и прочность на изгиб раствора, содержащего 10% метакаолина, увеличились на 6–8% через 28 дней. Раннее развитие прочности бетона, смешанного с метакаолином, происходило значительно быстрее, чем у стандартного бетона. По сравнению с эталонным бетоном, бетон, содержащий 15% метакаолина, показал увеличение прочности на сжатие в 3D-пространстве на 84% и увеличение прочности на сжатие в 28-дневном периоде на 80%, в то время как статический модуль упругости увеличился на 9% в 3D-пространстве и на 8% в 28-дневном периоде.

Было изучено влияние соотношения смешанных компонентов — метакаолина в грунте и шлака — на прочность и долговечность бетона. Результаты показывают, что добавление метакаолина в шлаковый бетон улучшает прочность и долговечность бетона, а оптимальное соотношение шлака к цементу составляет примерно 3:7, что обеспечивает идеальную прочность бетона. Разница в арочном изгибе композитного бетона немного выше, чем у бетона с одним шлаком, из-за влияния вулканического пепла, содержащегося в метакаолине. Его прочность на растяжение при раскалывании выше, чем у эталонного бетона.

Были изучены удобоукладываемость, прочность на сжатие и долговечность бетона с использованием метакаолина, золы-уноса и шлака в качестве заменителей цемента, а также путем смешивания метакаолина с золой-уноса и шлаком по отдельности для приготовления бетона. Результаты показывают, что при замене цемента метакаолином на 5–25% в равных количествах прочность бетона на сжатие во всех возрастах улучшается; при замене цемента метакаолином на 20% в равных количествах прочность на сжатие в каждом возрасте является идеальной, а ее прочность через 3, 7 и 28 дней на 26,0%, 14,3% и 8,9% выше, чем у бетона без добавления метакаолина, соответственно. Это указывает на то, что для портландцемента типа II добавление метакаолина может улучшить прочность приготовленного бетона.

Использование сталелитейного шлака, метакаолина и других материалов в качестве основного сырья для производства геополимерного цемента вместо традиционного портландцемента позволяет достичь цели энергосбережения, сокращения потребления и превращения отходов в ценный ресурс. Результаты показывают, что при содержании сталелитейного шлака и золы-уноса по 20% прочность образца через 28 дней достигает очень высокого уровня (95,5 МПа). Увеличение количества добавленного сталелитейного шлака также способствует снижению усадки геополимерного цемента.

Используя техническую схему «Портландцемент + активная минеральная добавка + высокоэффективный водоредуцирующий агент», технологию намагниченного водобетона и традиционные методы приготовления, были проведены эксперименты по приготовлению низкоуглеродистого и сверхвысокопрочного щебеночного бетона с использованием сырья, такого как камень и шлак из широкого спектра местных источников. Результаты показывают, что оптимальная дозировка метакаолина составляет 10%. Массовое соотношение вклада цемента на единицу массы сверхвысокопрочного щебеночного бетона примерно в 4,17 раза выше, чем у обычного бетона, в 2,49 раза выше, чем у высокопрочного бетона (ВББ), и в 2,02 раза выше, чем у реактивного порошкового бетона (РПБ). Таким образом, сверхвысокопрочный щебеночный бетон, приготовленный с низким содержанием цемента, является перспективным направлением развития бетона в эпоху низкоуглеродной экономики.

(3) После добавления в бетон морозостойкого каолина размер пор бетона значительно уменьшается, что улучшает циклы замораживания-оттаивания. При определенном количестве циклов замораживания-оттаивания модуль упругости образца бетона с 15% содержанием каолина в возрасте 28 дней значительно выше, чем у эталонного бетона в возрасте 28 дней. Совместное применение метакаолина и других ультрадисперсных минеральных порошков в бетоне также может значительно повысить его долговечность.