कंक्रीट में मेटाकाओलिन की भूमिका

(1) सीमेंट स्लरी और मोर्टार की मजबूती में सुधार करना, उच्च मजबूती उच्च-प्रदर्शन कंक्रीट के संकेतकों में से एक है। मेटाकाओलिन मिलाने का एक मुख्य उद्देश्य सीमेंट मोर्टार और कंक्रीट की मजबूती में सुधार करना है।

पून एट अल. (2001) ने 0.3 के जल-सीमेंट अनुपात वाले सीमेंट स्लरी पर संपीडन शक्ति परीक्षण किए, जिन्हें पोर्टलैंड सीमेंट को 0-20% (द्रव्यमान अंश) काओलिन और सिलिका पाउडर से प्रतिस्थापित करके तैयार किया गया था। परिणामों से पता चला कि 5% से 20% काओलिन युक्त सीमेंट स्लरी की संपीडन शक्ति सभी आयु में संदर्भ सीमेंट की तुलना में अधिक थी, जिसमें 10% काओलिन युक्त सीमेंट ने संदर्भ सीमेंट की तुलना में 28 और 90 दिनों में शक्ति में 20% की वृद्धि दिखाई। 5% से 10% सिलिका पाउडर युक्त सीमेंट ने भी संदर्भ सीमेंट की तुलना में 28 और 90 दिनों में शक्ति में 20% की वृद्धि दिखाई। 28 और 90 दिनों में इसकी शक्ति काओलिन सीमेंट के बराबर है, लेकिन इसकी प्रारंभिक शक्ति बेंचमार्क सीमेंट से कम है। विश्लेषण से पता चलता है कि यह प्रयुक्त सिलिकॉन पाउडर के अत्यधिक एकत्रीकरण और सीमेंट स्लरी में अपर्याप्त फैलाव से संबंधित हो सकता है।

(2) ली केलियांग एट अल. (2005) ने सीमेंट कंक्रीट की मजबूती बढ़ाने के लिए मेटाकाओलिन की सक्रियता पर कैल्सीनेशन तापमान, कैल्सीनेशन समय और काओलिन में SiO2 और A12O3 की मात्रा के प्रभावों का अध्ययन किया। मेटाकाओलिन का उपयोग करके उच्च शक्ति वाले कंक्रीट और मृदा पॉलिमर तैयार किए गए। परिणामों से पता चलता है कि जब काओलिन की मात्रा 15% और जल-सीमेंट अनुपात 0.4 होता है, तो 28 दिनों की संपीडन शक्ति 71.9 MPa होती है। जब काओलिन की मात्रा 10% और जल-सीमेंट अनुपात 0.375 होता है, तो 28 दिनों की संपीडन शक्ति 73.9 MPa होती है। इसके अलावा, जब मेटाकाओलिन की मात्रा 10% होती है, तो इसका सक्रियता सूचकांक 114 तक पहुँच जाता है, जो सिलिकॉन पाउडर की समान मात्रा से 11.8% अधिक है। इसलिए, यह माना जाता है कि मेटाकाओलिन का उपयोग उच्च शक्ति वाले कंक्रीट के निर्माण में किया जा सकता है।

कियान शियाओकियान एट अल. (2001) ने 0, 0.5%, 10% और 15% काओलिन सामग्री वाले कंक्रीट के अक्षीय तन्यता तनाव-विकृति संबंध का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि काओलिन सामग्री में वृद्धि के साथ, कंक्रीट की अक्षीय तन्यता सामर्थ्य की चरम विकृति में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, जबकि तन्यता प्रत्यास्थता मापांक लगभग अपरिवर्तित रहा। हालांकि, कंक्रीट की संपीडन सामर्थ्य में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, और संपीडन सामर्थ्य अनुपात में तदनुसार कमी आई। जब काओलिन की मात्रा 15% होती है, तो कंक्रीट की तन्यता सामर्थ्य और संपीडन सामर्थ्य संदर्भ कंक्रीट की तुलना में क्रमशः 128% और 184% होती है।

काओ झेंग्लिआंग एट अल. (2004) ने कंक्रीट पर मेटाकाओलिन के अतिसूक्ष्म पाउडर के सुदृढ़ीकरण प्रभाव पर अपने अध्ययन में पाया कि समान तरलता के तहत, 10% मेटाकाओलिन युक्त मोर्टार की संपीडन शक्ति और फ्लेक्सुरल शक्ति में 28 दिनों के बाद 6% से 8% की वृद्धि हुई। मेटाकाओलिन मिश्रित कंक्रीट का प्रारंभिक शक्ति विकास मानक कंक्रीट की तुलना में काफी तेज था। मानक कंक्रीट की तुलना में, 15% मेटाकाओलिन युक्त कंक्रीट की त्रि-आयामी अक्षीय संपीडन शक्ति में 84% और 28 दिनों की अक्षीय संपीडन शक्ति में 80% की वृद्धि हुई, जबकि स्थैतिक प्रत्यास्थता मापांक में त्रि-आयामी में 9% और 28 दिनों में 8% की वृद्धि हुई।

हुआंग झान एट अल. (2008) ने कंक्रीट की मजबूती और टिकाऊपन पर मेटाकाओलिन और स्लैग के विभिन्न मिश्रण अनुपातों के प्रभाव का अध्ययन किया। परिणामों से पता चलता है कि स्लैग कंक्रीट में मेटाकाओलिन मिलाने से कंक्रीट की मजबूती और टिकाऊपन दोनों में सुधार होता है। स्लैग और सीमेंट का इष्टतम अनुपात लगभग 3:7 है, जिससे आदर्श कंक्रीट मजबूती प्राप्त होती है। मेटाकाओलिन के ज्वालामुखी राख प्रभाव के कारण मिश्रित कंक्रीट का आर्क अंतर केवल स्लैग कंक्रीट की तुलना में थोड़ा अधिक होता है। इसकी विखंडन तन्यता शक्ति मानक कंक्रीट की तुलना में अधिक होती है।

यांग फेंग्लिंग एट अल. (2011) ने सीमेंट के स्थान पर मेटाकाओलिन, फ्लाई ऐश और स्लैग की समान मात्रा का उपयोग किया, और कंक्रीट तैयार करने के लिए मेटाकाओलिन को फ्लाई ऐश और स्लैग के साथ अलग-अलग मिलाया। कंक्रीट की कार्यक्षमता, संपीडन शक्ति और स्थायित्व का अध्ययन किया गया। परिणामों से पता चला कि जब काओलिन का उपयोग सीमेंट के 5% से 25% तक समान मात्रा में किया गया, तो सभी अवस्थाओं में कंक्रीट की संपीडन शक्ति में सुधार हुआ; जब काओलिन का उपयोग सीमेंट के 20% तक समान मात्रा में किया गया, तो प्रत्येक अवस्था में संपीडन शक्ति आदर्श थी। 3 दिन, 7 दिन और 28 दिन पर शक्ति बिना काओलिन मिलाए कंक्रीट की तुलना में क्रमशः 26.0%, 14.3% और 8.9% अधिक थी। इससे पता चलता है कि टाइप II पोर्टलैंड सीमेंट के लिए, मेटाकाओलिन मिलाने से तैयार कंक्रीट की शक्ति में सुधार हो सकता है।

झांग चेंगबो एट अल. (2012) ने पारंपरिक पोर्टलैंड सीमेंट के स्थान पर जियोपॉलिमर सीमेंट तैयार करने के लिए स्टील स्लैग, मेटाकाओलिन और अन्य सामग्रियों को मुख्य कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया, जिससे ऊर्जा संरक्षण, खपत में कमी और कचरे को उपयोगी संसाधन में बदलने का लक्ष्य प्राप्त हुआ। परिणामों से पता चला कि जब स्टील और फ्लाई ऐश दोनों की मात्रा 20% थी, तो 28 दिनों में परीक्षण ब्लॉक की मजबूती बहुत उच्च स्तर (95.5 एमपीए) तक पहुंच गई। स्टील स्लैग की मात्रा बढ़ने पर, यह जियोपॉलिमर सीमेंट के संकुचन को कम करने में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

चेन गुओकान (2010) ने "पोर्टलैंड सीमेंट + सक्रिय खनिज मिश्रण + उच्च-दक्षता जल अपचायक" की तकनीकी विधि, चुंबकीय जल कंक्रीट प्रौद्योगिकी और पारंपरिक तैयारी प्रक्रिया को अपनाते हुए, स्थानीय रूप से उपलब्ध कच्चे माल जैसे पत्थर और स्लैग का उपयोग करके कम कार्बन वाले अति-उच्च शक्ति वाले स्टोन स्लैग कंक्रीट पर प्रयोग किए। परिणामों से पता चलता है कि मेटाकोलिन की उपयुक्त मात्रा 10% है। अति-उच्च शक्ति वाले स्टोन स्लैग कंक्रीट के प्रति इकाई द्रव्यमान में सीमेंट के योगदान का द्रव्यमान-से-शक्ति अनुपात साधारण कंक्रीट की तुलना में लगभग 4.17 गुना, उच्च शक्ति वाले कंक्रीट (एचएससी) की तुलना में 2.49 गुना और प्रतिक्रियाशील पाउडर कंक्रीट (आरपीसी) की तुलना में 2.02 गुना है। इसलिए, कम मात्रा में सीमेंट से तैयार अति-उच्च शक्ति वाला स्टोन स्लैग कंक्रीट कम कार्बन अर्थव्यवस्था के युग में कंक्रीट विकास की दिशा है।

(3) कंक्रीट में ठंड प्रतिरोधक क्षमता वाले काओलिन को मिलाने के बाद, कंक्रीट के छिद्रों का आकार काफी कम हो जाता है, जिससे कंक्रीट का जमने-पिघलने का चक्र बेहतर हो जाता है। फेंग नाइकियान (2002) ने पाया कि एक निश्चित संख्या में जमने-पिघलने के चक्रों के तहत, 15% काओलिन युक्त कंक्रीट के नमूने का 28 दिनों की आयु में प्रत्यास्थ मापांक, संदर्भ कंक्रीट की तुलना में काफी अधिक होता है। कंक्रीट में मेटाकाओलिन और अन्य खनिज अतिसूक्ष्म पाउडर के मिश्रित प्रयोग से कंक्रीट के टिकाऊपन में काफी सुधार हो सकता है।