Влияние на метакаолина върху свойствата на втвърден бетон

Бетонът е най-използваният конструктивен материал и от тази гледна точка най-важната негова характеристика е якостта. Може да се каже, че метакаолинът влияе положително върху якостта на бетона в три направления – играе роля на микропълнител по отношение на цимента, т.е. уплътнява структурата на циментовата паста, ускорява хидратацията на цимента в първите часове (до 24 часа) и има пуцоланов ефект. Съвременните изследвания показват, че оптималната дозировка на метакаолина по отношение на якостта на натиск на бетона се движи в диапазона 10 – 20% от масата на цимента, като по-ниската стойност се отнася за високоякостните бетони, а по-високата – за обикновените. Положителен ефект е налице и при модула на еластичност на бетона, при равни други условия, като нарастването има по-ниска относителна стойност в сравнение с якостта на натиск. Проведеното у нас мащабно изследване показа, че при заместване на цимента в рамките на 10–15% с метакаолин от района на гр. Ветово се постига увеличение на якостта на натиск с около 10%, при равни други условия. Нарастване от същия порядък се наблюдава и при якостта на опън, съчетано с намалена проницаемост по отношение на проникване на вода под налягане.

Замяната на определено количество цимент с метакаолин не се отразява върху обемните изменения на бетона, които съпровождат неговото втвърдяване – съсъхване и набъбване. На ранна възраст (24 часа), автогенното съсъхване, което е значително при високоякостните бетони, намалява с увеличаване на съдържанието на метакаолин. Химичното съсъхване нараства с увеличаване на съдържанието на метакаолин и достига максимум при 10–15%, след което намалява рязко. Влажностното съсъхване на разтворите и бетоните с метакаолин се изменя в зависимост от количеството на водата, вида и съдържанието на добавъчните материали. Употребата на метакаолин води до намаляване на влажностното съсъхване, пропорционално на вложеното количество, независимо от водоциментното отношение.

Дълготрайните деформации на бетона под действие на продължително действащо натоварване (пълзене) са свързани с множество фактори като якост, големина на напреженията и възраст на бетона при натоварване. При използване на метакаолин якостта на бетона се увеличава, при което се очаква бетоните да имат по-ниско пълзене в сравнението с контролни смеси без метакаолин, при равни други условия. Намаленото пълзене може да се обясни с по-фината порьозна структура на бетона, по-високата якост на циментовата матрица и подобрената структура на преходната зона, около зърната на добавъчните материали.

Поради своята дисперсност и висока пуцоланова активност метакаолинът притежава голям потенциал за намаляване на порьозността на бетоните. Това е причината в повечето случаи, бетоните, съдържащи мета каолин, да имат по-ниска обща порьозност. Изследвания, проведени чрез живачна порозиметрия показват, че относителният обем на порите намалява между 20 и 50% при използване на активен метакаолин. Наред с повишаването на якостта, влагането на метакаолин се разглежда като ефективна възможност за подобряване на дълготрайността на циментовите бетони и разтвори. Това са постига главно чрез подобряване на структурата на преходната зона, която се характеризира с по-високо локално водоциментно отношение, различен минерален и химичен състав, в сравнение с останалата циментова паста в обема на бетона.

Първото документирано приложение на метакаолин като минерална добавка за бетон е от 1962 г. при строителството на язовир в Бразилия (Jupia Dam). Той може да се използва съвместно с бял цимент за получаване на бели бетони с високи експлоатационни показатели. Това е особено подходящо за декоративни бели бетони. Допълнително предимство е възможността за получаване на гладка финишна повърхност, поради увеличеното съдържание на фини частици в бетона. Високата ранна якост на бетона, ниската проницаемост, контрола върху ефлуоресценцията, устойчивостта на сулфатни йони и алкало-силициева реакция и намаленото съсъхване са други технически аргументи за прилагането на метакаолина като активна минерална добавка. Прилагането на метакаолина при производството на сглобяеми елементи за високото строителство е най-широката негова област на приложение в момента – това е пазарна ниша, която тепърва трябва да се развива в България.

Автор: доц. Иван Ростовски, УАСГ.

Прочетете още за влиянието на метакаолина върху свойствата на пресните разтвори и бетони.

За повече информация – Каолин ЕАД.