काँक्रीटमध्ये मेटाकॅओलिनची भूमिका

(1) सिमेंट स्लरी आणि मोर्टारची ताकद वाढवणे, उच्च ताकद हे उच्च-कार्यक्षमता काँक्रीटच्या निर्देशकांपैकी एक आहे. मेटाकॅओलिन टाकण्यामागील मुख्य उद्देशांपैकी एक म्हणजे सिमेंट मोर्टार आणि काँक्रीटची ताकद वाढवणे.

पून आणि सहकाऱ्यांनी (२००१) पोर्टलँड सिमेंटच्या जागी ०-२०% (वस्तुमान अंश) केओलिन आणि सिलिका पावडर वापरून तयार केलेल्या, ०.३ पाणी-सिमेंट गुणोत्तराच्या सिमेंट स्लरींवर संपीडन शक्ती चाचण्या केल्या. निकालांवरून असे दिसून आले की, ५% ते २०% केओलिन असलेल्या सिमेंट स्लरींची संपीडन शक्ती सर्व वयोगटांमध्ये संदर्भ सिमेंटपेक्षा जास्त होती, आणि १०% केओलिन असलेल्या सिमेंटने संदर्भ सिमेंटच्या तुलनेत २८ आणि ९० दिवसांनी शक्तीमध्ये २०% वाढ दर्शविली. ५% ते १०% सिलिका पावडर असलेल्या सिमेंटने देखील संदर्भ सिमेंटच्या तुलनेत २८ आणि ९० दिवसांनी शक्तीमध्ये २०% वाढ दर्शविली. त्याची २८ आणि ९० दिवसांतील शक्ती केओलिन सिमेंटच्या बरोबरीची आहे, परंतु त्याची सुरुवातीची शक्ती बेंचमार्क सिमेंटपेक्षा कमी आहे. विश्लेषणावरून असे सूचित होते की, हे वापरलेल्या सिलिकॉन पावडरच्या तीव्र गुठळ्या होण्याशी आणि सिमेंट स्लरीमध्ये अपुऱ्या विखुरण्याशी संबंधित असू शकते.

(2) ली केलियांग आणि इतर (2005) यांनी सिमेंट काँक्रीटची ताकद सुधारण्यासाठी मेटाकओलिनच्या सक्रियतेवर कॅल्सिनेशन तापमान, कॅल्सिनेशन वेळ आणि कओलिनमधील SiO2 व A12O3 च्या प्रमाणाच्या परिणामांचा अभ्यास केला. मेटाकओलिनचा वापर करून उच्च-शक्तीचे काँक्रीट आणि मृदा पॉलिमर तयार करण्यात आले. निकालांवरून असे दिसून येते की, जेव्हा कओलिनचे प्रमाण 15% आणि पाणी-सिमेंट गुणोत्तर 0.4 असते, तेव्हा 28 दिवसांची संपीडन शक्ती 71.9 MPa असते. जेव्हा कओलिनचे प्रमाण 10% आणि पाणी-सिमेंट गुणोत्तर 0.375 असते, तेव्हा 28 दिवसांची संपीडन शक्ती 73.9 MPa असते. शिवाय, जेव्हा मेटाकओलिनचे प्रमाण 10% असते, तेव्हा त्याचा सक्रियता निर्देशांक 114 पर्यंत पोहोचतो, जो तितक्याच प्रमाणात वापरलेल्या सिलिकॉन पावडरपेक्षा 11.8% जास्त आहे. त्यामुळे, असा विश्वास आहे की मेटाकओलिनचा वापर उच्च-शक्तीचे काँक्रीट तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

चियान शियाओकियान आणि इतरांनी (२००१) ०, ०.५%, १०% आणि १५% केओलिन असलेल्या काँक्रीटच्या अक्षीय ताण-विकृती संबंधाचा अभ्यास केला. त्यांना असे आढळले की, केओलिनचे प्रमाण वाढल्याने काँक्रीटच्या अक्षीय ताण शक्तीची कमाल विकृती लक्षणीयरीत्या वाढली आणि ताण लवचिक मापांक मूलतः अपरिवर्तित राहिला. तथापि, काँक्रीटची संपीडन शक्ती लक्षणीयरीत्या वाढली आणि संपीडन शक्तीचे गुणोत्तर त्यानुसार कमी झाले. जेव्हा केओलिनचे प्रमाण १५% असते, तेव्हा काँक्रीटची ताण शक्ती आणि संपीडन शक्ती संदर्भ काँक्रीटच्या तुलनेत अनुक्रमे १२८% आणि १८४% असते.

काओ झेंगलिआंग आणि इतरांनी (२००४) काँक्रीटवर मेटाकॉलिनच्या अतिसूक्ष्म भुकटीच्या मजबुतीकरण परिणामावर केलेल्या त्यांच्या अभ्यासात असे आढळले की, समान प्रवाहीपणामध्ये, १०% मेटाकॉलिन असलेल्या मोर्टारची संपीडन शक्ती आणि वक्रता शक्ती २८ दिवसांनंतर ६% ते ८% ने वाढली. मेटाकॉलिन मिसळलेल्या काँक्रीटच्या सुरुवातीच्या शक्तीचा विकास प्रमाणित काँक्रीटपेक्षा लक्षणीयरीत्या जलद होता. बेंचमार्क काँक्रीटच्या तुलनेत, १५% मेटाकॉलिन असलेल्या काँक्रीटमध्ये ३डी अक्षीय संपीडन शक्तीमध्ये ८४% आणि २८ दिवसांच्या अक्षीय संपीडन शक्तीमध्ये ८०% वाढ दिसून येते, तर स्थिर स्थितिस्थापकता मापांकामध्ये ३डी मध्ये ९% आणि २८ दिवसांमध्ये ८% वाढ होते.

हुआंग झान आणि इतरांनी (२००८) मेटाकॉलिन आणि स्लॅगच्या वेगवेगळ्या मिश्रण प्रमाणांचा काँक्रीटच्या मजबुती आणि टिकाऊपणावर होणाऱ्या परिणामाचा अभ्यास केला. निकालांवरून असे दिसून येते की, स्लॅग काँक्रीटमध्ये मेटाकॉलिन मिसळल्याने काँक्रीटची मजबुती आणि टिकाऊपणा दोन्ही सुधारतात. स्लॅग आणि सिमेंटचे इष्टतम प्रमाण सुमारे ३:७ आहे, ज्यामुळे काँक्रीटला आदर्श मजबुती मिळते. मेटाकॉलिनमधील ज्वालामुखीच्या राखेच्या प्रभावामुळे, संमिश्र काँक्रीटमधील कमानीचा फरक हा केवळ स्लॅग काँक्रीटपेक्षा किंचित जास्त असतो. त्याची स्प्लिटिंग टेन्साइल स्ट्रेंथ ही बेंचमार्क काँक्रीटपेक्षा जास्त असते.

यांग फेंग्लिंग आणि इतर (२०११) यांनी सिमेंटच्या जागी मेटाकॉलिन, फ्लाय ॲश आणि स्लॅग समान प्रमाणात वापरले, आणि काँक्रीट तयार करण्यासाठी मेटाकॉलिन फ्लाय ॲश व स्लॅगमध्ये स्वतंत्रपणे मिसळले. काँक्रीटची कार्यक्षमता, संपीडन शक्ती आणि टिकाऊपणा यांचा अभ्यास करण्यात आला. निकालांवरून असे दिसून आले की, जेव्हा सिमेंटच्या ५% ते २५% च्या जागी समान प्रमाणात केओलिन वापरले जाते, तेव्हा सर्व वयोगटांमध्ये काँक्रीटची संपीडन शक्ती सुधारते; जेव्हा सिमेंटच्या २०% च्या जागी समान प्रमाणात केओलिन वापरले जाते, तेव्हा प्रत्येक वयोगटातील संपीडन शक्ती आदर्श असते. केओलिन न मिसळलेल्या काँक्रीटच्या तुलनेत ३, ७ आणि २८ दिवसांनंतरची शक्ती अनुक्रमे २६.०%, १४.३% आणि ८.९% जास्त असते. यावरून असे दिसून येते की, टाइप II पोर्टलँड सिमेंटसाठी, मेटाकॉलिन मिसळल्याने तयार केलेल्या काँक्रीटची शक्ती सुधारू शकते.

झांग चेंगबो आणि इतरांनी (२०१२) पारंपरिक पोर्टलँड सिमेंटला पर्याय म्हणून जिओपॉलिमर सिमेंट तयार करण्यासाठी स्टील स्लॅग, मेटाकॅओलिन आणि इतर सामग्रीचा मुख्य कच्चा माल म्हणून वापर केला, ज्यामुळे ऊर्जा बचत, वापरात घट आणि टाकाऊ वस्तूंना संपत्तीत रूपांतरित करण्याचे उद्दिष्ट साध्य झाले. निकालांवरून असे दिसून आले की, जेव्हा स्टील आणि फ्लाय ॲश या दोन्हींचे प्रमाण २०% होते, तेव्हा २८ दिवसांनंतर चाचणी ब्लॉकची ताकद खूप उच्च पातळीवर (९५.५ MPa) पोहोचली. स्टील स्लॅगचे प्रमाण वाढल्यास, ते जिओपॉलिमर सिमेंटचे आकुंचन कमी करण्यातही एक निश्चित भूमिका बजावू शकते.

चेन गुओकान (२०१०) यांनी “पोर्टलँड सिमेंट + सक्रिय खनिज मिश्रण + उच्च-कार्यक्षम जल-कमी करणारे घटक” हा तांत्रिक मार्ग, चुंबकीकृत जल काँक्रीट तंत्रज्ञान आणि पारंपरिक तयारी प्रक्रिया यांचा अवलंब करून, दगड आणि स्लग यांसारख्या स्थानिक पातळीवर उपलब्ध कच्च्या मालाचा वापर करून कमी-कार्बन अति-उच्च शक्तीच्या स्टोन स्लॅग काँक्रीटच्या निर्मितीचे प्रयोग केले. निकालांवरून असे दिसून येते की मेटाकॅओलिनचे योग्य प्रमाण १०% आहे. अति-उच्च शक्तीच्या स्टोन स्लॅग काँक्रीटच्या प्रति एकक वस्तुमानानुसार सिमेंटच्या योगदानाचे वस्तुमान ते शक्ती गुणोत्तर हे सामान्य काँक्रीटच्या तुलनेत सुमारे ४.१७ पट, उच्च-शक्तीच्या काँक्रीटच्या (HSC) तुलनेत २.४९ पट आणि रिॲक्टिव्ह पावडर काँक्रीटच्या (RPC) तुलनेत २.०२ पट आहे. त्यामुळे, कमी प्रमाणात सिमेंट वापरून तयार केलेले अति-उच्च शक्तीचे स्टोन स्लॅग काँक्रीट हे कमी-कार्बन अर्थव्यवस्थेच्या युगातील काँक्रीट विकासाची दिशा आहे.

(3) काँक्रीटमध्ये दंव-प्रतिरोधक केओलिन मिसळल्यानंतर, काँक्रीटच्या छिद्रांचा आकार मोठ्या प्रमाणात कमी होतो, ज्यामुळे काँक्रीटचे गोठण-वितळण चक्र सुधारते. फेंग नाइकियान (२००२) यांनी असे आढळून आणले की, ठराविक संख्येच्या गोठण-वितळण चक्रांनंतर, १५% केओलिन असलेल्या काँक्रीटच्या नमुन्याचा २८ दिवसांच्या वयातील लवचिक मापांक हा संदर्भ काँक्रीटच्या २८ दिवसांच्या वयातील लवचिक मापांकापेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त असतो. काँक्रीटमध्ये मेटाकेओलिन आणि इतर खनिज अतिसूक्ष्म चूर्णांचा एकत्रित वापर केल्याने काँक्रीटच्या टिकाऊपणाच्या कामगिरीत मोठ्या प्रमाणात सुधारणा होऊ शकते.