Metakaolin

Metakaolin   (vysoce aktivní metakaolin) je křemičitan hlinitý , umělý práškový materiál, produkt pražení ( dehydratace ) s následným mletím obohacených kaolinových jílů .

Získání

Metakaolin se získává pražením kaolinitu (těženého ve formě kaolinových jílů) v teplotním rozmezí 500-800 °C podle reakce:

[jeden]

V důsledku endotermické dehydratační reakce vzniká amorfní metakaolinit (metakaolin).

Teplota dehydratace závisí na struktuře vrstev původního minerálu. Neuspořádaný kaolinit se při zahřívání dehydratuje při teplotách od 530 do 570 °C, uspořádaný kaolinit při teplotách od 570 do 630 °C. Pro získání pucolánu z kaolinitu je nutné dosáhnout téměř úplné dehydratace bez přehřátí, které může způsobit slinování se vznikem nereaktivního mullitu a defektního Al-Si spinelu [2] . Optimální aktivační teploty se pohybují od 550 do 850 °C, optimální rozsah je 650-750 °C [3] . Ve srovnání s jinými jílovými minerály má kaolinit široký teplotní rozsah mezi dehydratací a rekrystalizací, což výrazně podporuje tvorbu metakaolinu a použití tepelně aktivovaných kaolinových jílů jako pucolánů.

Metakaolin je stabilní do 925 °C, při dalším zvýšení teploty se může změnit na krystalický nízkoaktivní mullit . Efektivita následného použití metakaolinu jako přísady do betonu závisí na správné volbě a přísném dodržování technologických režimů výpalu a broušení [4] . Dehydratovaný neuspořádaný kaolinit vykazuje vyšší pucolánovou aktivitu než uspořádaný [5] .

Na území Ruska byla zavedena výroba metakaolinu v průmyslovém měřítku.

Vlastnosti

Metakaolin je bílý až šedobéžový nebo růžový prášek s průměrnou velikostí částic 1–5 µm. Částice metakaolinu mají lamelární tvar, což vede k vysokému specifickému povrchu metakaolinu.

Fyzikální a chemické vlastnosti metakaolinu [6] : měrný povrch - 1670 m 2 /kg; skutečná hustota - 2,50 g / cm3 ; objemová hmotnost - 410 kg / m 3 ; normální hustota - 46 %; pucolánová aktivita - 26 mg/g. V komerčně dostupných produktech může měrný povrch metakaolinu dosahovat až 15000-20000 cm 2 /g, pucolánová aktivita až více než 1000 mg/g [7] [8] . Významný vliv na pucolánovou aktivitu a možnost použití metakaolinu jako pucolánové přísady má disperze kaolinu [9] .

Svou chemickou povahou se metakaolin výrazně liší od tak aktivní minerální přísady, jako je mikrosilika, která je směsí amorfního oxidu křemičitého a oxidu hlinitého.

Metakaolin má díky amorfnímu stavu vysokou pucolánovou aktivitu smíšeného hlinito-křemičitého charakteru. Metakaolin je schopen vázat alkálie do nerozpustných novotvarů, podobným chemickým složením jako zeolity a živce. Tato vlastnost poskytuje cementovým materiálům a konstrukcím ochranu před výkvěty a destrukcí v důsledku silikátovo-alkalické reakce [10] .

Modifikační účinek metakaolinu v pojivových kompozicích se projevuje zvýšením hustoty cementového kamene mikroplněním a vazbou (pucolánový efekt) hydratovaného vápna (portlandit), jakož i zvýšením účinnosti povrchově aktivních látek vnášených do směsí.

Aplikace

Metakaolin nachází uplatnění jako přísada do betonů a malt, včetně suchých malt.

Při použití metakaolinu při výrobě hydraulických, vysokopevnostních a speciálních betonů je možné získat zvýšené fyzikální, mechanické a provozní vlastnosti materiálů při snížené spotřebě cementu a plastifikátorů. Při výrobě vysoce mobilních a samozhutnitelných, ale i jemnozrnných samonivelačních betonů zajišťuje metakaolin mimo jiné stabilizaci směsi s vysokým obsahem vody, eliminuje separaci a segregaci vody.

Samotný metakaolin jako mikroplnivo má pozitivní vliv na přilnavost roztoků k většině typů podkladů.

Metakaolin, používaný jako aktivní minerální přísada do betonových a maltových směsí, výrazně zvyšuje spotřebu vody, což neumožňuje jeho použití jako samostatné přísady ve velkých dávkách. I když zároveň díky vyvinutému tvaru částic intenzivně váže vodu, což vede k výraznému snížení odlučování vody směsí [11] .

Smícháním metakaolinu s přísadami redukujícími plastifikační vodu se získají organominerální přísady komplexního účinku. Komplexní přísada zajišťuje urychlení hydratace a tvrdnutí cementu [12] , zvýšení pevnosti, voděodolnosti, mrazuvzdornosti atd. Jemně dispergované lamelární částice metakaolinu poskytují upraveným směsím vysokou plasticitu a odolnost proti delaminaci, stejně jako absenci lepivosti k nástroji. Tyto vlastnosti metakaolinu jsou zvláště cenné pro vysoce mobilní směsi, jako jsou samonivelační podlahové směsi, samozhutnitelné betony a lité opravné a kotvící hmoty [10] .

Vysoký obsah amorfního oxidu hlinitého v metakaolinu umožňuje jeho použití jako jedné ze složek komplexních nesmršťovacích nebo expandujících pojiv. Bylo navrženo komplexní aditivum obsahující metakaolin a sádru [13] , což je expandující kompozice sulfoaluminátového typu pro kontrolu smršťovacích deformací vysokopevnostních betonů. Přísada zajišťuje zvýšení vodozadržovací schopnosti betonových směsí a pevnosti betonu.

Metakaolin lze použít jako modifikátor žáruvzdorných pěnobetonů [14] , jako přísadu do sádrových pojiv pro zvýšení odolnosti proti vodě [15] .

Světlá barva metakaolinu umožňuje jeho použití v materiálech na bázi bílého portlandského cementu nebo sádry a poskytuje dekorativní barevné materiály se zvýšenou spolehlivostí a trvanlivostí.

Literatura

  1. Kirsanová A.A. Organo-minerální modifikátory na bázi metakaolinu pro cementový beton / L.Ya. Kramář // Stavební materiály. 2013. - č. 11. - S. 54-57.
  2. Kramar L.Ya., Trofimov B.Ya., Gamaly E.A., Chernykh T.N., Zimich V.V. Modifikátory pro cementové betony a malty (technické vlastnosti a mechanismus účinku). / Čeljabinsk: Iskra Profi LLC, 2012. 202 s.
  3. Malolepshi Ya. Vliv metakaolinu na vlastnosti cementových malt / Ya. Malolepshi, 3. Pitel // Chemické a minerální přísady do betonu. - Charkov: Barva, 2005. S. 61 -77.
  4. Caldarone M.A., Gruber K.A., Burg RG Vysoce reaktivní metakaolin: minerální příměs nové generace // Cone. Int. - 1994. - č. 11. - S. 37-40.
  5. Batudaeva A.V., Kardumyan G.S., Kaprielov SS Vysokopevnostní modifikované betony ze samonivelačních směsí // Beton a železobeton. - 2005. - č. 4. - S. 14-18.
  6. Jakovlev G.I. et al.. O zkušenostech s používáním metakaolinu jako strukturujícího aditiva v cementových kompozitech [16] . // Bulletin ESGUTU. 2021. - č. 2. - S.58-68.

Poznámky

  1. ↑ Putilin Yu.M., Belyakova Yu.A., Golenko V.P. atd. Syntéza minerálů. - M . : Nakladatelství "Nedra", 1987. - T. 2. - S. 144. - 256 s.
  2. ↑ Metakaolin s vysokou reaktivitou (HRM) . Advanced Cement Technologies, LLC . Metakaolin. Získáno 15. března 2021. Archivováno z originálu dne 12. března 2016.
  3. ↑ Snellings, R.; Mertens G.; Elsen J. (2012). "Doplňkové cementové materiály". Recenze v mineralogii a geochemii . 74 : 211-278. DOI : 10.2138/rmg.2012.74.6 .
  4. ↑ Pustovgar A.P., Burjanov A.F., Vasiliev E.V. Použití metakaolinu v suchých stavebních směsích  . - 2010. - č. 10 . - S. 78-81 . — ISSN 0585-430X .
  5. ↑ Kakali, G.; Perraki T.; Tsivilis S.; Badogiannis E. (2001). „Tepelné zpracování kaolinu: vliv mineralogie na pucolánovou aktivitu“. Aplikovaná věda o hlíně . 20 (1-2): 73-80. DOI : 10.1016/s0169-1317(01)00040-0 .
  6. ↑ Dvorkin L.I., Lushnikova N.V. Vysokopevnostní betony na bázi litých betonových směsí s použitím polyfunkčního modifikátoru obsahujícího metakaolin  // Beton a železobeton. - 2007. - č. 1 . - S. 2-7 . — ISSN 0005-9889 .
  7. ↑ Vysoce aktivní metakaolin (HMC) . Získáno 14. března 2021. Archivováno z originálu dne 15. května 2021.
  8. ↑ Metakaolin MKZhL . Získáno 14. března 2021. Archivováno z originálu dne 22. června 2021.
  9. ↑ Platova R.A., Argynbaev T.M., Stafeeva Z.V. Vliv disperze kaolinu z ložiska Zhuravliny Log na pucolánovou aktivitu metakaolinu  Stroitel'nye materialy. - 2012. - č. 2 . - S. 75-80 . — ISSN 0585-430X .
  10. ↑ 1 2 Zakharov S.A., Kalachik B.S. Vysoce aktivní metakaolin - moderní minerální modifikátor cementových systémů  // Stavební hmoty. - 2007. - č. 5 . - S. 56-57 .
  11. ↑ Dvorkin L.I., Lushnikova N.V. Vysokopevnostní betony na bázi litých betonových směsí s použitím polyfunkčního modifikátoru obsahujícího metakaolin  // Beton a železobeton. - 2007. - č. 1 . - S. 2-7 . — ISSN 0005-9889 .
  12. ↑ Kirsanova A.A. Komplexní modifikátor s metakaolinem pro získání cementových kompozitů s vysokou počáteční pevností a stabilitou  // Bulletin of the South Ural State University. Série: Stavebnictví a architektura. - 2013. - T. 13 , č. 1 . - S. 49-56 . — ISSN 1991-9743 .
  13. ↑ Batudaeva A.V., Kardumyan G.S., Kaprielov SS Vysokopevnostní modifikovaný beton ze samonivelačních směsí  // Beton a železobeton. - 2005. - č. 4 . - S. 14-18 .
  14. ↑ Leonovich S.N. a další Vlastnosti tvorby tepelně odolného pěnového betonu  // Bulletin Volžské státní technologické univerzity. Řada: Materiály. Konstrukce. Technika. - 2018. - č. 1 . - S. 23-31 . — ISSN 2542-114X .
  15. ↑ Shirinzade I.N., Bashirov E.Kh., Kurbanov I.D. Studium vlivu ultrajemného metakaolinu na vlastnosti sádrových pojiv  // Stavební materiály. - 2019. - č. 1-2 . - S. 79-82 . — ISSN 0585-430X .
  16. ↑ Jakovlev G.I. et al.. O zkušenostech s použitím metakaolinu v cementových kompozitech . Bulletin ESGUTU č. 2. - S. 58-68 (2021).