Метакаолин — это безводная кальцинированная форма глинистого минерала каолинита . Породы, богатые каолинитом, известны как каолиновая глина или каолин, традиционно используемые в производстве фарфора . Размер частиц метакаолина меньше, чем частиц цемента , но не такой мелкий, как микрокремнезем .
Качество и реакционная способность метакаолина сильно зависят от характеристик используемого сырья. Метакаолин может быть получен из различных первичных и вторичных источников, содержащих каолинит : Метакаолин — это дегидратированная форма каолинита, типа глинистого минерала. Минералы, богатые каолинитом, также называются китайской глиной или каолином, которые традиционно используются в производстве фарфора. Размер зерна метакаолина меньше, чем у частиц цемента, но он не такой крошечный, как у кремнеземной пыли.
Глинистый минерал каолинит ТО не содержит межслоевых катионов или межслоевой воды. Температура дегидроксилирования зависит от порядка структурной укладки слоев. Неупорядоченный каолинит дегидроксилируется между 530 и 570 °C, упорядоченный каолинит между 570 и 630 °C. Дегидроксилированный неупорядоченный каолинит проявляет более высокую пуццолановую активность, чем упорядоченный. [1] Дегидроксилирование каолина в метакаолин является эндотермическим процессом из-за большого количества энергии, необходимого для удаления химически связанных гидроксильных ионов. Выше температурного диапазона дегидроксилирования каолинит превращается в метакаолин, сложную аморфную структуру, которая сохраняет некоторый дальний порядок из-за укладки слоев. [2] Большая часть алюминия октаэдрического слоя становится тетраэдрически и пентаэдрически координированной. [3] Для получения пуццолана (дополнительного цементирующего материала) необходимо достичь почти полной дегидроксилации без перегрева, т. е. тщательно обжечь, но не обжечь. Это создает аморфное , высокопуццолановое состояние, тогда как перегрев может вызвать спекание , чтобы сформировать намертво обожженный, нереакционноспособный огнеупор , содержащий муллит и дефектную шпинель Al-Si. [4] Сообщаемые оптимальные температуры активации варьируются от 550 до 850 °C в течение различной продолжительности, однако чаще всего упоминается диапазон 650-750 °C. [5] По сравнению с другими глинистыми минералами каолинит показывает широкий температурный интервал между дегидроксилацией и перекристаллизацией, что значительно способствует образованию метакаолина и использованию термически активированных каолиновых глин в качестве пуццоланов. Кроме того, поскольку октаэдрический слой напрямую контактирует с промежуточным слоем (по сравнению, например, с глинистыми минералами TOT, такими как смектиты), структурный беспорядок достигается легче при нагревании.
Высокореактивный метакаолин (HRM) — это высокообработанный реактивный алюмосиликатный пуццолан, тонкодисперсный материал, который реагирует с гашеной известью при обычной температуре и в присутствии влаги, образуя прочный медленно твердеющий цемент. Он образуется путем прокаливания очищенного каолинита, как правило, при температуре от 650 до 700 °C во вращающейся печи с внешним обогревом . Также сообщается, что HRM отвечает за ускорение гидратации обычного портландцемента (OPC), и его основное воздействие проявляется в течение 24 часов. Он также снижает ухудшение бетона в результате щелочно-кремниевой реакции (ASR), что особенно полезно при использовании переработанного измельченного стекла или стеклянной мелочи в качестве заполнителя. [6] Количество гашеной извести, которое может быть связано метакаолином, измеряется с помощью модифицированного теста Шапеля. [7] [8]
Адсорбционные поверхностные свойства метакаолинов можно охарактеризовать с помощью анализа методом обратной газовой хроматографии . [9]
Считается, что у метакаолина вдвое больше реактивности, чем у большинства других пуццоланов , он является ценной добавкой для бетонных/цементных применений. Замена портландцемента на 8–20 мас.% (% по весу) метакаолина дает бетонную смесь, которая демонстрирует благоприятные инженерные свойства, включая: эффект наполнителя, ускорение гидратации ОПК и пуццолановую реакцию . Эффект наполнителя проявляется немедленно, в то время как эффект пуццолановой реакции наступает между 3 и 14 днями. [10]