El papel del metacaolín en el hormigón

(1) Mejorar la resistencia de la lechada de cemento y el mortero, una alta resistencia es uno de los indicadores del hormigón de alto rendimiento. Uno de los principales propósitos de agregar metacaolín es mejorar la resistencia del mortero de cemento y el hormigón.

Poon et al. (2001) realizaron ensayos de resistencia a la compresión en lechadas de cemento con una relación agua/cemento de 0,3, preparadas sustituyendo el cemento Portland por 0-20% (fracción de masa) de caolín y sílice en polvo. Los resultados mostraron que la resistencia a la compresión de las lechadas de cemento que contenían entre un 5% y un 20% de caolín era superior a la del cemento de referencia en todas las edades, con el cemento que contenía un 10% de caolín mostrando un aumento del 20% en la resistencia a los 28 y 90 días en comparación con el cemento de referencia. El cemento que contenía entre un 5% y un 10% de sílice en polvo también mostró un aumento del 20% en la resistencia a los 28 y 90 días en comparación con el cemento de referencia. Su resistencia a los 28d y 90d es equivalente a la del cemento de caolín, pero su resistencia inicial es inferior a la del cemento de referencia. El análisis sugiere que esto puede estar relacionado con la aglomeración severa del polvo de sílice utilizado y la dispersión insuficiente en la lechada de cemento.

(2) Li Keliang et al. (2005) estudiaron los efectos de la temperatura de calcinación, el tiempo de calcinación y el contenido de SiO2 y Al2O3 en el caolín sobre la actividad del metacaolín para mejorar la resistencia del hormigón de cemento. Se prepararon hormigón de alta resistencia y polímeros de suelo utilizando metacaolín. Los resultados muestran que cuando el contenido de caolín es del 15% y la relación agua/cemento es de 0,4, la resistencia a compresión a los 28 días es de 71,9 MPa. Cuando el contenido de caolín es del 10% y la relación agua/cemento es de 0,375, la resistencia a compresión a los 28 días es de 73,9 MPa. Además, cuando el contenido de metacaolín es del 10%, su índice de actividad alcanza 114, que es un 11,8% más alto que la misma cantidad de polvo de silicio. Por lo tanto, se cree que el metacaolín puede utilizarse para preparar hormigón de alta resistencia.

Qian Xiaoqian et al. (2001) estudiaron la relación tensión-deformación axial del hormigón con un contenido de caolín del 0%, 0,5%, 10% y 15%. Observaron que, al aumentar el contenido de caolín, la deformación máxima de la resistencia a la tracción axial del hormigón aumentaba significativamente, mientras que el módulo de elasticidad a la tracción permanecía prácticamente inalterado. Sin embargo, la resistencia a la compresión del hormigón aumentaba significativamente, y la relación de resistencia a la compresión disminuía correspondientemente. Cuando el contenido de caolín es del 15%, la resistencia a la tracción y la resistencia a la compresión del hormigón son del 128% y del 184% del hormigón de referencia, respectivamente.

Cao Zhengliang et al. (2004) encontraron en su estudio sobre el efecto de fortalecimiento del polvo ultrafino de metacaolín en el hormigón que, bajo la misma fluidez, el mortero que contenía 10% de metacaolín aumentó su resistencia a la compresión y a la flexión entre un 6% y un 8% después de 28 días. El desarrollo de la resistencia inicial del hormigón mezclado con metacaolín fue significativamente más rápido que el del hormigón estándar. En comparación con el hormigón de referencia, el hormigón que contenía 15% de metacaolín tiene un aumento del 84% en la resistencia a la compresión axial en 3D y un aumento del 80% en la resistencia a la compresión axial a los 28 días, mientras que el módulo de elasticidad estático tiene un aumento del 9% en 3D y un aumento del 8% a los 28 días.

Huang Zhan et al. (2008) estudiaron el efecto de diferentes proporciones de mezcla de metacaolín y escoria en la resistencia y durabilidad del hormigón. Los resultados muestran que la adición de metacaolín al hormigón de escoria mejora tanto la resistencia como la durabilidad del hormigón. La proporción óptima de escoria a cemento es de aproximadamente 3:7, lo que resulta en una resistencia ideal del hormigón. La diferencia de arco del hormigón compuesto es ligeramente mayor que la del hormigón de escoria simple, debido al efecto de ceniza volcánica del metacaolín. Su resistencia a la tracción por hendimiento es mayor que la del hormigón de referencia.

Yang Fengling et al. (2011) utilizaron cantidades iguales de metacaolín, ceniza volante y escoria para reemplazar el cemento, y mezclaron por separado metacaolín con ceniza volante y escoria para preparar hormigón. Se estudiaron la trabajabilidad, la resistencia a la compresión y la durabilidad del hormigón. Los resultados mostraron que cuando se utilizó caolín para reemplazar del 5% al ​​25% del cemento en cantidades iguales, la resistencia a la compresión del hormigón mejoró a todas las edades; cuando se utilizó caolín en cantidades iguales para reemplazar el cemento en un 20%, la resistencia a la compresión a cada edad es ideal. La resistencia a los 3d, 7d y 28d es un 26,0%, un 14,3% y un 8,9% mayor que la del hormigón sin adición de caolín, respectivamente. Esto indica que para el cemento Portland tipo II, la adición de metacaolín puede mejorar la resistencia del hormigón preparado.

Zhang Chengbo et al. (2012) emplearon escoria de acero, metacaolín y otros materiales como materias primas principales para preparar cemento geopolimérico, sustituyendo así al cemento Portland tradicional. De esta forma, lograron ahorrar energía, reducir el consumo y transformar los residuos en recursos valiosos. Los resultados mostraron que, con un contenido de acero y cenizas volantes del 20% cada uno, la resistencia del bloque de prueba a los 28 días alcanzó un valor muy elevado (95,5 MPa). Asimismo, al aumentar la cantidad de escoria de acero añadida, se observa una reducción en la retracción del cemento geopolimérico.

Chen Guocan (2010) adoptó la ruta técnica de “cemento Portland + aditivo mineral activo + agente reductor de agua de alta eficiencia”, tecnología de hormigón de agua magnetizada y proceso de preparación convencional, y realizó experimentos de preparación en hormigón de escoria de piedra de ultra alta resistencia y bajo carbono utilizando materias primas de origen local como piedras y escoria. Los resultados indican que la dosificación adecuada de metacaolín es del 10%. La relación masa/resistencia de la contribución de cemento por unidad de masa del hormigón de escoria de piedra de ultra alta resistencia es aproximadamente 4,17 veces la del hormigón ordinario, 2,49 veces la del hormigón de alta resistencia (HSC) y 2,02 veces la del hormigón de polvo reactivo (RPC). Por lo tanto, el hormigón de escoria de piedra de ultra alta resistencia preparado con baja dosificación de cemento es la dirección del desarrollo del hormigón en la era de la economía baja en carbono.

(3) Tras añadir caolín resistente a las heladas al hormigón, el tamaño de los poros se reduce considerablemente, mejorando así su resistencia a los ciclos de congelación y descongelación. Feng Naiqian (2002) observó que, tras un cierto número de ciclos de congelación y descongelación, el módulo de elasticidad de la muestra de hormigón con un 15 % de caolín a los 28 días de edad es significativamente superior al del hormigón de referencia a la misma edad. La aplicación combinada de metacaolín y otros polvos minerales ultrafinos en el hormigón puede mejorar notablemente su durabilidad.