1) Il miglioramento della resistenza della malta cementizia è una delle caratteristiche distintive del calcestruzzo ad alte prestazioni. Uno degli scopi principali dell'aggiunta di metacaolino è proprio quello di migliorare la resistenza della malta cementizia e del calcestruzzo.

Poon et al. La sua resistenza a 28 e 90 giorni è equivalente a quella del cemento metacaolino, ma la sua resistenza iniziale è inferiore a quella del cemento di riferimento. L'analisi suggerisce che ciò potrebbe essere correlato alla forte agglomerazione della polvere di silicio utilizzata e all'insufficiente dispersione nella malta cementizia.

(2) Li Keliang et al. (2005) hanno studiato gli effetti della temperatura di calcinazione, del tempo di calcinazione e del contenuto di SiO2 e Al2O3 nel caolino sull'attività del metacaolino per migliorare la resistenza del calcestruzzo cementizio. Sono stati preparati calcestruzzo ad alta resistenza e polimeri del suolo utilizzando metacaolino. I risultati mostrano che quando il contenuto di metacaolino è del 15% e il rapporto acqua/cemento è 0,4, la resistenza a compressione a 28 giorni è di 71,9 MPa. Quando il contenuto di metacaolino è del 10% e il rapporto acqua/cemento è 0,375, la resistenza a compressione a 28 giorni è di 73,9 MPa. Inoltre, quando il contenuto di metacaolino è del 10%, il suo indice di attività raggiunge 114, che è l'11,8% superiore alla stessa quantità di polvere di silicio. Pertanto, si ritiene che il metacaolino possa essere utilizzato per preparare calcestruzzo ad alta resistenza.

È stata studiata la relazione sforzo-deformazione a trazione assiale del calcestruzzo con un contenuto di metacaolino pari allo 0%, 0,5%, 10% e 15%. Si è osservato che, con l'aumento del contenuto di metacaolino, la deformazione di picco della resistenza a trazione assiale del calcestruzzo aumentava significativamente, mentre il modulo elastico a trazione rimaneva sostanzialmente invariato. Tuttavia, la resistenza a compressione del calcestruzzo aumentava significativamente, mentre il rapporto di resistenza a compressione diminuiva di conseguenza. La resistenza a trazione e la resistenza a compressione del calcestruzzo con un contenuto di caolino del 15% sono rispettivamente pari al 128% e al 184% di quelle del calcestruzzo di riferimento.
Studiando l'effetto di rinforzo della polvere ultrafine di metacaolino sul calcestruzzo, si è riscontrato che, a parità di fluidità, la resistenza a compressione e a flessione della malta contenente il 10% di metacaolino aumentava dal 6% all'8% dopo 28 giorni. Lo sviluppo della resistenza iniziale del calcestruzzo con aggiunta di metacaolino era significativamente più rapido rispetto a quello del calcestruzzo standard. Rispetto al calcestruzzo di riferimento, il calcestruzzo contenente il 15% di metacaolino presentava un aumento dell'84% nella resistenza a compressione assiale 3D e dell'80% nella resistenza a compressione assiale a 28 giorni, mentre il modulo elastico statico presentava un aumento del 9% in 3D e dell'8% a 28 giorni.

È stata studiata l'influenza di una miscela di terreno metacaolino e scorie sulla resistenza e la durabilità del calcestruzzo. I risultati mostrano che l'aggiunta di metacaolino al calcestruzzo di scorie ne migliora la resistenza e la durabilità, e il rapporto ottimale tra scorie e cemento è di circa 3:7, con conseguente resistenza ideale del calcestruzzo. La differenza di arco del calcestruzzo composito è leggermente superiore a quella del calcestruzzo di sole scorie a causa dell'effetto della cenere vulcanica del metacaolino. La sua resistenza a trazione per spaccatura è superiore a quella del calcestruzzo di riferimento.

Sono state studiate la lavorabilità, la resistenza alla compressione e la durabilità del calcestruzzo utilizzando metacaolino, ceneri volanti e scorie come sostituti del cemento, e miscelando separatamente metacaolino con ceneri volanti e scorie per preparare il calcestruzzo. I risultati mostrano che quando il metacaolino sostituisce dal 5% al ​​25% del cemento in parti uguali, la resistenza alla compressione del calcestruzzo a tutte le età migliora; quando il metacaolino viene utilizzato per sostituire il 20% del cemento in parti uguali, la resistenza alla compressione a ogni età è ideale, e la sua resistenza a 3, 7 e 28 giorni è rispettivamente del 26,0%, 14,3% e 8,9% superiore a quella del calcestruzzo senza aggiunta di metacaolino. Ciò indica che, per il cemento Portland di tipo II, l'aggiunta di metacaolino può migliorare la resistenza del calcestruzzo preparato.

L'utilizzo di scorie d'acciaio, metacaolino e altri materiali come materie prime principali per la preparazione di cemento geopolimerico, in sostituzione del tradizionale cemento Portland, mira a raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico, riduzione dei consumi e trasformazione dei rifiuti in risorse. I risultati mostrano che, con un contenuto di acciaio e ceneri volanti pari al 20%, la resistenza del blocco di prova a 28 giorni raggiunge un valore molto elevato (95,5 MPa). L'aumento della quantità di scorie d'acciaio aggiunte contribuisce inoltre a ridurre il ritiro del cemento geopolimerico.

Utilizzando la tecnica di produzione del calcestruzzo con scorie di pietra ad alta resistenza e additivi minerali attivi, nonché agenti riduttori d'acqua ad alta efficienza, e processi di preparazione convenzionali, sono stati condotti esperimenti sulla realizzazione di calcestruzzo a basso impatto ambientale e ad altissima resistenza, utilizzando materie prime come pietre e scorie provenienti da un'ampia gamma di fonti locali. I risultati indicano che il dosaggio appropriato di metacaolino è del 10%. Il rapporto tra la massa e la resistenza del cemento per unità di massa del calcestruzzo ad altissima resistenza è circa 4,17 volte superiore a quello del calcestruzzo ordinario, 2,49 volte superiore a quello del calcestruzzo ad alta resistenza (HSC) e 2,02 volte superiore a quello del calcestruzzo a polveri reattive (RPC). Pertanto, il calcestruzzo ad altissima resistenza con scorie di pietra preparato con un basso dosaggio di cemento rappresenta la direzione di sviluppo del calcestruzzo nell'era dell'economia a basse emissioni di carbonio.

(3) Dopo l'aggiunta di caolino resistente al gelo al calcestruzzo, la dimensione dei pori del calcestruzzo si riduce notevolmente, migliorando il ciclo di gelo-disgelo del calcestruzzo. Sotto un certo numero di cicli di gelo-disgelo, il modulo elastico del campione di calcestruzzo con un contenuto di caolino del 15% a 28 giorni di età è significativamente superiore a quello del calcestruzzo di riferimento a 28 giorni di età. L'applicazione composita di metacaolino e altre polveri minerali ultrafini nel calcestruzzo può anche migliorare notevolmente la durabilità del calcestruzzo.