1) Îmbunătățirea rezistenței pastei de ciment și a mortarului este una dintre caracteristicile performanței ridicate a betonului. Unul dintre principalele scopuri ale adăugării de metacaolin este de a îmbunătăți rezistența mortarului de ciment și a betonului.

Poon și colab., Rezistența sa la 28d și 90d este echivalentă cu cea a cimentului metacaolin, dar rezistența sa inițială este mai mică decât cea a cimentului de referință. Analizele sugerează că acest lucru ar putea fi legat de aglomerarea severă a pulberii de siliciu utilizată și de dispersia insuficientă în suspensia de ciment.

(2) Li Keliang și colab. (2005) au studiat efectele temperaturii de calcinare, timpului de calcinare și conținutului de SiO2 și A12O3 din caolin asupra activității metacaolinului pentru a îmbunătăți rezistența betonului de ciment. Polimeri de beton și sol de înaltă rezistență au fost preparați folosind metacaolin. Rezultatele arată că, atunci când conținutul de metacaolin este de 15%, iar raportul apă-ciment este de 0,4, rezistența la compresiune la 28 de zile este de 71,9 MPa. Când conținutul de metacaolin este de 10%, iar raportul apă-ciment este de 0,375, rezistența la compresiune la 28 de zile este de 73,9 MPa. Mai mult, când conținutul de metacaolin este de 10%, indicele său de activitate ajunge la 114, ceea ce este cu 11,8% mai mare decât aceeași cantitate de pulbere de siliciu. Prin urmare, se consideră că metacaolinul poate fi utilizat pentru prepararea betonului de înaltă rezistență.

A fost studiată relația efort-deformare axială la tracțiune a betonului cu un conținut de metacaolin de 0, 0,5%, 10% și 15%. S-a constatat că odată cu creșterea conținutului de metacaolin, deformarea maximă a rezistenței axiale la tracțiune a betonului a crescut semnificativ, iar modulul de elasticitate la tracțiune a rămas practic neschimbat. Cu toate acestea, rezistența la compresiune a betonului a crescut semnificativ, în timp ce raportul rezistenței la compresiune a scăzut corespunzător. Rezistența la tracțiune și rezistența la compresiune a betonului cu un conținut de caolin de 15% reprezintă 128%, respectiv 184% din cele ale betonului de referință.
Studiind efectul de întărire al pulberii ultrafine de metacaolin asupra betonului, s-a constatat că, în condiții de fluiditate similară, rezistența la compresiune și rezistența la încovoiere a mortarului care conține 10% metacaolin au crescut cu 6% până la 8% după 28 de zile. Dezvoltarea inițială a rezistenței betonului amestecat cu metacaolin a fost semnificativ mai rapidă decât cea a betonului standard. Comparativ cu betonul de referință, betonul care conține 15% metacaolin are o creștere de 84% a rezistenței la compresiune axială 3D și o creștere de 80% a rezistenței la compresiune axială la 28d, în timp ce modulul de elasticitate static are o creștere de 9% în 3D și o creștere de 8% în 28d.

A fost studiată influența proporției mixte de sol metacaolin și zgură asupra rezistenței și durabilității betonului. Rezultatele arată că adăugarea de metacaolin la betonul de zgură îmbunătățește rezistența și durabilitatea betonului, iar raportul optim dintre zgură și ciment este de aproximativ 3:7, rezultând o rezistență ideală a betonului. Diferența de arcuire a betonului compozit este puțin mai mare decât cea a betonului cu zgură simplă datorită efectului de cenușă vulcanică al metacaolinului. Rezistența sa la tracțiune prin despicare este mai mare decât cea a betonului de referință.

Lucrabilitatea, rezistența la compresiune și durabilitatea betonului au fost studiate prin utilizarea metacaolinului, cenușii zburătoare și zgurii ca înlocuitori de ciment și amestecând separat metacaolinul cu cenușă zburătoare și zgură pentru prepararea betonului. Rezultatele arată că, atunci când metacaolinul înlocuiește 5% până la 25% ciment în cantități egale, rezistența la compresiune a betonului la toate vârstele este îmbunătățită; atunci când metacaolinul este utilizat pentru a înlocui cimentul cu 20% în cantități egale, rezistența la compresiune la fiecare vârstă este ideală, iar rezistența sa la 3d, 7d și 28d este cu 26,0%, 14,3% și, respectiv, 8,9% mai mare decât cea a betonului fără adaos de metacaolin. Acest lucru indică faptul că, pentru cimentul Portland de tip II, adăugarea de metacaolin poate îmbunătăți rezistența betonului preparat.

Utilizarea zgurii de oțel, a metacaolinului și a altor materiale ca materii prime principale pentru prepararea cimentului geopolimeric în locul cimentului Portland tradițional, în scopul atingerii obiectivului de conservare a energiei, reducere a consumului și transformare a deșeurilor în comori. Rezultatele arată că atunci când conținutul de oțel și cenușă zburătoare este ambele de 20%, rezistența blocului de testare la 28 de zile atinge un nivel foarte ridicat (95,5 MPa). Pe măsură ce cantitatea de zgură de oțel adăugată crește, aceasta poate juca, de asemenea, un anumit rol în reducerea contracției cimentului geopolimeric.

Folosind metoda tehnică „ciment Portland + adaos mineral activ + agent reducător de apă de înaltă eficiență”, tehnologia betonului cu apă magnetizată și procesele convenționale de preparare, s-au efectuat experimente privind prepararea betonului de zgură de piatră cu conținut scăzut de carbon și rezistență ultra-înaltă, folosind materii prime precum pietre și zgură dintr-o gamă largă de surse locale. Rezultatele indică faptul că doza adecvată de metacaolin este de 10%. Raportul masă-rezistență dintre contribuția cimentului la unitatea de masă a betonului de zgură de piatră cu rezistență ultra-înaltă este de aproximativ 4,17 ori mai mare decât cel al betonului obișnuit, de 2,49 ori mai mare decât cel al betonului de înaltă rezistență (HSC) și de 2,02 ori mai mare decât cel al betonului reactiv cu pulbere (RPC). Prin urmare, betonul de zgură de piatră cu rezistență ultra-înaltă preparat cu ciment cu doză mică reprezintă direcția de dezvoltare a betonului în era economiei cu emisii reduse de carbon.

(3) După adăugarea de caolin cu rezistență la îngheț în beton, dimensiunea porilor betonului este redusă considerabil, îmbunătățind ciclul de îngheț-dezgheț al betonului. Sub un anumit număr de cicluri de îngheț-dezgheț, modulul de elasticitate al probei de beton cu un conținut de caolin de 15% la vârsta de 28 de zile este semnificativ mai mare decât cel al betonului de referință la vârsta de 28 de zile. Aplicarea compozită a metacaolinului și a altor pulberi minerale ultrafine în beton poate, de asemenea, îmbunătăți considerabil durabilitatea betonului.