૧) સિમેન્ટ સ્લરી અને મોર્ટારની મજબૂતાઈમાં સુધારો કરવો એ કોંક્રિટના ઉચ્ચ પ્રદર્શનના લક્ષણોમાંનું એક છે. મેટાકાઓલિન ઉમેરવાનો એક મુખ્ય હેતુ સિમેન્ટ મોર્ટાર અને કોંક્રિટની મજબૂતાઈમાં સુધારો કરવાનો છે.

પૂન અને અન્ય, 28d અને 90d પર તેની મજબૂતાઈ મેટાકાઓલિન સિમેન્ટ જેટલી જ છે, પરંતુ તેની શરૂઆતની મજબૂતાઈ બેન્ચમાર્ક સિમેન્ટ કરતાં ઓછી છે. વિશ્લેષણ સૂચવે છે કે આ ઉપયોગમાં લેવાતા સિલિકોન પાવડરના ગંભીર સંચય અને સિમેન્ટ સ્લરીમાં અપૂરતા વિક્ષેપ સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે.

(2) લી કેલિયાંગ અને અન્ય (2005) એ સિમેન્ટ કોંક્રિટની મજબૂતાઈ સુધારવા માટે મેટાકાઓલિનની પ્રવૃત્તિ પર કાઓલિનમાં કેલ્સિનેશન તાપમાન, કેલ્સિનેશન સમય અને SiO2 અને A12O3 સામગ્રીની અસરોનો અભ્યાસ કર્યો. મેટાકાઓલિનનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ શક્તિવાળા કોંક્રિટ અને માટી પોલિમર તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે મેટાકાઓલિનનું પ્રમાણ 15% હોય છે અને પાણી સિમેન્ટ ગુણોત્તર 0.4 હોય છે, ત્યારે 28 દિવસમાં સંકુચિત શક્તિ 71.9 MPa હોય છે. જ્યારે મેટાકાઓલિનનું પ્રમાણ 10% હોય છે અને પાણી સિમેન્ટ ગુણોત્તર 0.375 હોય છે, ત્યારે 28 દિવસમાં સંકુચિત શક્તિ 73.9 MPa હોય છે. વધુમાં, જ્યારે મેટાકાઓલિનનું પ્રમાણ 10% હોય છે, ત્યારે તેનો પ્રવૃત્તિ સૂચકાંક 114 સુધી પહોંચે છે, જે સિલિકોન પાવડરની સમાન માત્રા કરતા 11.8% વધારે છે. તેથી, એવું માનવામાં આવે છે કે મેટાકાઓલિનનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-શક્તિવાળા કોંક્રિટ તૈયાર કરવા માટે થઈ શકે છે.

0, 0.5%, 10% અને 15% મેટાકાઓલિન સામગ્રી સાથે કોંક્રિટના અક્ષીય તાણ તાણ-તાણ સંબંધનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો. એવું જાણવા મળ્યું કે મેટાકાઓલિન સામગ્રીમાં વધારા સાથે, કોંક્રિટની અક્ષીય તાણ શક્તિનો ટોચનો તાણ નોંધપાત્ર રીતે વધ્યો, અને તાણ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ મૂળભૂત રીતે યથાવત રહ્યો. જોકે, કોંક્રિટની સંકુચિત શક્તિ નોંધપાત્ર રીતે વધી, જ્યારે સંકુચિત શક્તિ ગુણોત્તર અનુરૂપ રીતે ઘટ્યો. 15% કાઓલિન સામગ્રી સાથે કોંક્રિટની તાણ શક્તિ અને સંકુચિત શક્તિ અનુક્રમે સંદર્ભ કોંક્રિટના 128% અને 184% છે.
કોંક્રિટ પર મેટાકાઓલિનના અલ્ટ્રાફાઇન પાવડરની મજબૂતીકરણ અસરનો અભ્યાસ કરતી વખતે, એવું જાણવા મળ્યું કે સમાન પ્રવાહીતા હેઠળ, 10% મેટાકાઓલિન ધરાવતા મોર્ટારની સંકુચિત શક્તિ અને ફ્લેક્સરલ શક્તિ 28 દિવસ પછી 6% થી 8% સુધી વધી ગઈ. મેટાકાઓલિન સાથે મિશ્રિત કોંક્રિટનો પ્રારંભિક મજબૂતાઈ વિકાસ પ્રમાણભૂત કોંક્રિટ કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઝડપી હતો. બેન્ચમાર્ક કોંક્રિટની તુલનામાં, 15% મેટાકાઓલિન ધરાવતા કોંક્રિટમાં 3D અક્ષીય સંકુચિત શક્તિમાં 84% વધારો અને 28d અક્ષીય સંકુચિત શક્તિમાં 80% વધારો છે, જ્યારે સ્ટેટિક ઇલાસ્ટીક મોડ્યુલસમાં 3D માં 9% અને 28d માં 8% વધારો છે.

કોંક્રિટની મજબૂતાઈ અને ટકાઉપણું પર મેટાકાઓલિન માટી અને સ્લેગના મિશ્ર પ્રમાણના પ્રભાવનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. પરિણામો દર્શાવે છે કે સ્લેગ કોંક્રિટમાં મેટાકાઓલિન ઉમેરવાથી કોંક્રિટની મજબૂતાઈ અને ટકાઉપણું સુધરે છે, અને સ્લેગ અને સિમેન્ટનો શ્રેષ્ઠ ગુણોત્તર લગભગ 3:7 છે, જેના પરિણામે આદર્શ કોંક્રિટ મજબૂતાઈ મળે છે. મેટાકાઓલિનના જ્વાળામુખી રાખના પ્રભાવને કારણે સંયુક્ત કોંક્રિટનો કમાન તફાવત સિંગલ સ્લેગ કોંક્રિટ કરતા થોડો વધારે છે. તેની વિભાજન તાણ શક્તિ બેન્ચમાર્ક કોંક્રિટ કરતા વધારે છે.

સિમેન્ટના વિકલ્પ તરીકે મેટાકાઓલિન, ફ્લાય એશ અને સ્લેગનો ઉપયોગ કરીને અને કોંક્રિટ તૈયાર કરવા માટે મેટાકાઓલિનને ફ્લાય એશ અને સ્લેગ સાથે અલગથી ભેળવીને કોંક્રિટની કાર્યક્ષમતા, સંકુચિત શક્તિ અને ટકાઉપણુંનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે મેટાકાઓલિન 5% થી 25% સિમેન્ટને સમાન માત્રામાં બદલે છે, ત્યારે બધી ઉંમરે કોંક્રિટની સંકુચિત શક્તિમાં સુધારો થાય છે; જ્યારે મેટાકાઓલિનનો ઉપયોગ સિમેન્ટને સમાન માત્રામાં બદલવા માટે 20% દ્વારા કરવામાં આવે છે, ત્યારે દરેક ઉંમરે સંકુચિત શક્તિ આદર્શ હોય છે, અને 3d, 7d અને 28d પર તેની મજબૂતાઈ મેટાકાઓલિન ઉમેર્યા વિના કોંક્રિટ કરતાં અનુક્રમે 26.0%, 14.3% અને 8.9% વધારે છે. આ સૂચવે છે કે પ્રકાર II પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ માટે, મેટાકાઓલિન ઉમેરવાથી તૈયાર કોંક્રિટની મજબૂતાઈમાં સુધારો થઈ શકે છે.

પરંપરાગત પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટને બદલે જીઓપોલિમર સિમેન્ટ તૈયાર કરવા માટે મુખ્ય કાચા માલ તરીકે સ્ટીલ સ્લેગ, મેટાકાઓલિન અને અન્ય સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને, ઊર્જા સંરક્ષણ, વપરાશ ઘટાડવા અને કચરાને ખજાનામાં ફેરવવાના ધ્યેયને પ્રાપ્ત કરવા. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે સ્ટીલ અને ફ્લાય એશ બંનેનું પ્રમાણ 20% હોય છે, ત્યારે 28 દિવસમાં ટેસ્ટ બ્લોકની મજબૂતાઈ ખૂબ ઊંચી (95.5MPa) સુધી પહોંચે છે. જેમ જેમ સ્ટીલ સ્લેગનું પ્રમાણ વધે છે, તેમ તેમ તે જીઓપોલિમર સિમેન્ટના સંકોચનને ઘટાડવામાં પણ ચોક્કસ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.

"પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ+સક્રિય ખનિજ મિશ્રણ+ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા પાણી ઘટાડનાર એજન્ટ", ચુંબકીય પાણી કોંક્રિટ ટેકનોલોજી અને પરંપરાગત તૈયારી પ્રક્રિયાઓના ટેકનિકલ માર્ગનો ઉપયોગ કરીને, સ્થાનિક સ્ત્રોતોની વિશાળ શ્રેણીમાંથી પથ્થરો અને સ્લેગ જેવા કાચા માલનો ઉપયોગ કરીને ઓછા કાર્બન અને અતિ-ઉચ્ચ શક્તિવાળા પથ્થર સ્લેગ કોંક્રિટની તૈયારી પર પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે મેટાકાઓલિનનો યોગ્ય ડોઝ 10% છે. અલ્ટ્રા-ઉચ્ચ શક્તિવાળા પથ્થર સ્લેગ કોંક્રિટના પ્રતિ યુનિટ માસ સિમેન્ટ યોગદાનનો દળ અને શક્તિ ગુણોત્તર સામાન્ય કોંક્રિટ કરતા લગભગ 4.17 ગણો, ઉચ્ચ-શક્તિવાળા કોંક્રિટ (HSC) કરતા 2.49 ગણો અને પ્રતિક્રિયાશીલ પાવડર કોંક્રિટ (RPC) કરતા 2.02 ગણો છે. તેથી, ઓછી માત્રાવાળા સિમેન્ટ સાથે તૈયાર કરાયેલ અતિ-ઉચ્ચ શક્તિવાળા પથ્થર સ્લેગ કોંક્રિટ એ ઓછા કાર્બન અર્થતંત્ર યુગમાં કોંક્રિટ વિકાસની દિશા છે.

(૩) કોંક્રિટમાં હિમ પ્રતિકાર સાથે કાઓલિન ઉમેર્યા પછી, કોંક્રિટના છિદ્રનું કદ ઘણું ઓછું થાય છે, જેનાથી કોંક્રિટના ફ્રીઝ-થો ચક્રમાં સુધારો થાય છે. ચોક્કસ સંખ્યામાં ફ્રીઝ-થો ચક્ર હેઠળ, 28 દિવસની ઉંમરે 15% કાઓલિન સામગ્રીવાળા કોંક્રિટ નમૂનાનું સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ 28 દિવસની ઉંમરે સંદર્ભ કોંક્રિટ કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે હોય છે. કોંક્રિટમાં મેટાકાઓલિન અને અન્ય ખનિજ અલ્ટ્રાફાઇન પાવડરનો સંયુક્ત ઉપયોગ પણ કોંક્રિટની ટકાઉપણામાં ઘણો સુધારો કરી શકે છે.