કોંક્રિટમાં મેટાકાઓલિનની ભૂમિકા

(1) સિમેન્ટ સ્લરી અને મોર્ટારની મજબૂતાઈમાં સુધારો કરવો, ઉચ્ચ શક્તિ એ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કોંક્રિટના સૂચકોમાંનું એક છે. મેટાકાઓલિન ઉમેરવાનો એક મુખ્ય હેતુ સિમેન્ટ મોર્ટાર અને કોંક્રિટની મજબૂતાઈમાં સુધારો કરવાનો છે.

પૂન એટ અલ. (2001) એ 0.3 ના પાણી સિમેન્ટ ગુણોત્તર સાથે સિમેન્ટ સ્લરી પર સંકુચિત શક્તિ પરીક્ષણો હાથ ધર્યા હતા, જે પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટને 0-20% (દળ અપૂર્ણાંક) કાઓલિન અને સિલિકા પાવડરથી બદલીને તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે 5% થી 20% કાઓલિન ધરાવતી સિમેન્ટ સ્લરીઓની સંકુચિત શક્તિ બધી ઉંમરના સંદર્ભ સિમેન્ટ કરતા વધારે હતી, જેમાં 10% કાઓલિન ધરાવતી સિમેન્ટ સંદર્ભ સિમેન્ટની તુલનામાં 28 અને 90 દિવસમાં 20% મજબૂતાઈમાં વધારો દર્શાવે છે. 5% થી 10% સિલિકા પાવડર ધરાવતી સિમેન્ટે પણ સંદર્ભ સિમેન્ટની તુલનામાં 28 અને 90 દિવસમાં 20% મજબૂતાઈમાં વધારો દર્શાવ્યો હતો. 28d અને 90d પર તેની મજબૂતાઈ કાઓલિન સિમેન્ટની સમકક્ષ છે, પરંતુ તેની શરૂઆતની મજબૂતાઈ બેન્ચમાર્ક સિમેન્ટ કરતા ઓછી છે. વિશ્લેષણ સૂચવે છે કે આ વપરાયેલ 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 કેલ્સિનેશન તાપમાન, કેલ્સિનેશન સમય અને કાઓલિનમાં SiO2 અને A12O3 સામગ્રીની મેટાકાઓલિનની પ્રવૃત્તિ પર થતી અસરોનો અભ્યાસ કર્યો. મેટાકાઓલિનનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ શક્તિવાળા કોંક્રિટ અને માટી પોલિમર તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે કાઓલિનનું પ્રમાણ 15% હોય છે અને પાણી સિમેન્ટ ગુણોત્તર 0.4 હોય છે, ત્યારે 28 દિવસની સંકુચિત શક્તિ 71.9 MPa હોય છે. જ્યારે કાઓલિનનું પ્રમાણ 10% હોય છે અને પાણી સિમેન્ટ ગુણોત્તર 0.375 હોય છે, ત્યારે 28 દિવસની 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.

કિયાન ઝિયાઓકિયાન અને અન્યોએ (2001) 0, 0.5%, 10% અને 15% ની કાઓલિન સામગ્રી સાથે કોંક્રિટના અક્ષીય તાણ તાણ-તાણ સંબંધનો અભ્યાસ કર્યો. તેમણે જોયું કે કાઓલિન 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, અને સંકુચિત શક્તિ ગુણોત્તર અનુરૂપ રીતે ઘટ્યો. જ્યારે કાઓલિનનું પ્રમાણ 15% હોય છે, ત્યારે કોંક્રિટની તાણ શક્તિ અને સંકુચિત શક્તિ અનુક્રમે સંદર્ભ કોંક્રિટના 128% અને 184% હોય છે.

કાઓ ઝેંગલિયાંગ અને અન્ય (2004) એ કોંક્રિટ પર મેટાકાઓલિનના અલ્ટ્રાફાઇન પાવડરની મજબૂતીકરણ અસર પરના તેમના અભ્યાસમાં શોધી કાઢ્યું કે, સમાન પ્રવાહીતા હેઠળ, 10% મેટાકાઓલિન ધરાવતા મોર્ટારએ 28 દિવસ પછી તેની સંકુચિત શક્તિ અને ફ્લેક્સરલ શક્તિમાં 6% થી 8% વધારો કર્યો. 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.

હુઆંગ ઝાન અને અન્ય લોકોએ (2008) મેટાકાઓલિન અને સ્લેગના વિવિધ મિશ્રણ ગુણોત્તરની કોંક્રિટની મજબૂતાઈ અને ટકાઉપણું પર અસરનો અભ્યાસ કર્યો. પરિણામો દર્શાવે છે કે સ્લેગ કોંક્રિટમાં મેટાકાઓલિન ઉમેરવાથી કોંક્રિટની મજબૂતાઈ અને ટકાઉપણું બંનેમાં સુધારો થાય છે. 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.

યાંગ ફેંગલિંગ અને અન્ય લોકોએ (2011) સિમેન્ટને બદલવા માટે મેટાકાઓલિન, ફ્લાય એશ અને સ્લેગનો સમાન માત્રામાં ઉપયોગ કર્યો હતો, અને કોંક્રિટ તૈયાર કરવા માટે ફ્લાય એશ અને સ્લેગ સાથે મેટાકાઓલિનને અલગથી મિશ્રિત કર્યું હતું. કોંક્રિટની કાર્યક્ષમતા, સંકુચિત શક્તિ અને ટકાઉપણુંનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે 5% થી 25% સિમેન્ટને સમાન માત્રામાં બદલવા માટે કાઓલિનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે બધી ઉંમરે કોંક્રિટની સંકુચિત શક્તિમાં સુધારો થયો હતો; જ્યારે 20% સિમેન્ટને બદલવા માટે કાઓલિનનો ઉપયોગ સમાન માત્રામાં કરવામાં આવે છે, ત્યારે દરેક ઉંમરે સંકુચિત શક્તિ આદર્શ હોય છે. 3d, 7d અને 28d પર મજબૂતાઈ અનુક્રમે કાઓલિન ઉમેર્યા વિના કોંક્રિટ કરતાં 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.

ઝાંગ ચેંગબો એટ અલ. (2012) એ પરંપરાગત પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટને બદલવા માટે જીઓપોલિમર સિમેન્ટ તૈયાર કરવા માટે મુખ્ય કાચા માલ તરીકે સ્ટીલ સ્લેગ, મેટાકાઓલિન અને અન્ય સામગ્રીનો ઉપયોગ કર્યો, જેનાથી ઉર્જા સંરક્ષણ, વપરાશ ઘટાડવા અને કચરાને ખજાનામાં ફેરવવાનું લક્ષ્ય પ્રાપ્ત થયું. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે સ્ટીલનું પ્રમાણ અને ફ્લાય એશનું પ્રમાણ બંને 20% હતા, ત્યારે 28 દિવસમાં ટેસ્ટ બ્લોકની મજબૂતાઈ ખૂબ જ ઊંચા સ્તરે (95.5MPa) પહોંચી ગઈ. જેમ જેમ સ્ટીલ સ્લેગનું પ્રમાણ વધે છે, તેમ તેમ તે જીઓપોલિમર સિમેન્ટના સંકોચનને ઘટાડવામાં પણ ચોક્કસ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.

ચેન ગુઓકન (2010) એ "પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ+સક્રિય ખનિજ મિશ્રણ+ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા પાણી ઘટાડનાર એજન્ટ", ચુંબકીય પાણી કોંક્રિટ ટેકનોલોજી અને પરંપરાગત તૈયારી પ્રક્રિયાનો ટેકનિકલ માર્ગ અપનાવ્યો, અને સ્થાનિક રીતે મેળવેલા કાચા માલ જેમ કે પથ્થરો અને સ્લેગનો ઉપયોગ કરીને ઓછા કાર્બન અલ્ટ્રા-હાઇ સ્ટ્રેન્થ સ્ટોન સ્લેગ કોંક્રિટ પર તૈયારી પ્રયોગો હાથ ધર્યા. પરિણામો દર્શાવે છે કે મેટાકાઓલિનનો યોગ્ય ડોઝ 10% છે. અલ્ટ્રા-હાઇ સ્ટ્રેન્થ સ્ટોન સ્લેગ કોંક્રિટના પ્રતિ યુનિટ માસ સિમેન્ટ યોગદાનનો દળ અને શક્તિ ગુણોત્તર સામાન્ય કોંક્રિટ કરતા લગભગ 4.17 ગણો, ઉચ્ચ-શક્તિ કોંક્રિટ (HSC) કરતા 2.49 ગણો અને પ્રતિક્રિયાશીલ પાવડર કોંક્રિટ (RPC) કરતા 2.02 ગણો છે. તેથી, ઓછી માત્રાવાળા સિમેન્ટ સાથે તૈયાર કરાયેલ અલ્ટ્રા-હાઇ સ્ટ્રેન્થ સ્ટોન સ્લેગ કોંક્રિટ એ ઓછી કાર્બન અર્થતંત્ર યુગમાં કોંક્રિટ વિકાસની દિશા છે.

(૩) કોંક્રિટમાં હિમ પ્રતિકાર સાથે કાઓલિન ઉમેર્યા પછી, કોંક્રિટના છિદ્રોનું કદ ઘણું ઓછું થાય છે, જેનાથી કોંક્રિટના ફ્રીઝ-થો ચક્રમાં સુધારો થાય છે. ફેંગ નાઇકિયાન (૨૦૦૨) એ શોધી કાઢ્યું કે ચોક્કસ સંખ્યામાં ફ્રીઝ-થો ચક્ર હેઠળ, ૨૮ દિવસની ઉંમરે ૧૫% કાઓલિન સામગ્રી ધરાવતા કોંક્રિટ નમૂનાનું સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ ૨૮ દિવસની ઉંમરે સંદર્ભ કોંક્રિટ કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે હોય છે. કોંક્રિટમાં મેટાકાઓલિન અને અન્ય ખનિજ અલ્ટ્રાફાઇન પાવડરનો સંયુક્ત ઉપયોગ કોંક્રિટના ટકાઉપણું પ્રદર્શનમાં ઘણો સુધારો કરી શકે છે.