1) 시멘트 슬러리와 모르타르의 강도 향상은 고성능 콘크리트의 특징 중 하나입니다. 메타카올린을 첨가하는 주요 목적 중 하나는 시멘트 모르타르와 콘크리트의 강도를 향상시키는 것입니다.

Poon et al.의 연구에 따르면, 이 시멘트의 28일 및 90일 강도는 메타카올린 시멘트와 동등하지만, 초기 강도는 기준 시멘트보다 낮습니다. 분석 결과, 이는 사용된 실리콘 분말의 심각한 응집 현상과 시멘트 슬러리 내 불충분한 분산과 관련이 있을 수 있습니다.

(2) Li Keliang 등(2005)은 소성 온도, 소성 시간, 카올린 내 SiO2 및 Al2O3 함량이 시멘트 콘크리트 강도 향상을 위한 메타카올린의 활성에 미치는 영향을 연구했습니다. 메타카올린을 사용하여 고강도 콘크리트와 토양 폴리머를 제조했습니다. 연구 결과, 메타카올린 함량이 15%이고 물-시멘트비가 0.4일 때 28일 압축강도가 71.9 MPa에 달했습니다. 메타카올린 함량이 10%이고 물-시멘트비가 0.375일 때는 28일 압축강도가 73.9 MPa에 달했습니다. 또한, 메타카올린 함량이 10%일 때 활성 지수는 114에 도달하여 동일량의 실리콘 분말보다 11.8% 더 높았습니다. 따라서 메타카올린은 고강도 콘크리트 제조에 사용될 수 있다고 판단됩니다.

메타카올린 함량이 0%, 0.5%, 10%, 15%인 콘크리트의 축방향 인장 응력-변형률 관계를 연구하였다. 메타카올린 함량이 증가함에 따라 콘크리트의 축방향 인장 강도의 최대 변형률이 크게 증가하였고, 인장 탄성 계수는 ​​거의 변화가 없었다. 그러나 콘크리트의 압축 강도는 크게 증가한 반면, 압축 강도비는 그에 상응하여 감소하였다. 메타카올린 함량이 15%인 콘크리트의 인장 강도와 압축 강도는 기준 콘크리트의 각각 128%와 184%였다.
메타카올린 초미세 분말의 콘크리트 강화 효과를 연구한 결과, 동일한 유동성 조건에서 메타카올린 10%를 함유한 모르타르는 28일 후 압축강도와 휜강도가 6~8% 증가한 것으로 나타났다. 메타카올린을 첨가한 콘크리트는 표준 콘크리트에 비해 초기 강도 발달 속도가 현저히 빨랐다. 기준 콘크리트와 비교했을 때, 메타카올린 15%를 함유한 콘크리트는 3D 축압축강도가 84%, 28일 축압축강도가 80% 증가했으며, 정적 탄성계수는 3D에서 9%, 28일에서 8% 증가했다.

메타카올린 토양과 슬래그의 혼합 비율이 콘크리트의 강도 및 내구성에 미치는 영향을 연구하였다. 연구 결과, 슬래그 콘크리트에 메타카올린을 첨가하면 콘크리트의 강도와 내구성이 향상되며, 최적의 슬래그 대 시멘트 비율은 약 3:7로 이상적인 콘크리트 강도를 얻을 수 있음을 확인하였다. 메타카올린의 화산재 효과로 인해 복합 콘크리트의 아치 차이는 단일 슬래그 콘크리트보다 약간 높았으며, 인장 강도는 기준 콘크리트보다 높았다.

시멘트 대체재로 메타카올린, 플라이애시, 슬래그를 사용하고, 메타카올린을 플라이애시 및 슬래그와 각각 혼합하여 콘크리트를 제조함으로써 콘크리트의 작업성, 압축강도 및 내구성을 연구하였다. 연구 결과, 메타카올린을 시멘트의 5%~25%를 동일량으로 대체했을 때, 모든 재령에서 콘크리트의 압축강도가 향상되었다. 특히, 메타카올린을 시멘트의 20%를 동일량으로 대체했을 때, 모든 재령에서 이상적인 압축강도를 나타냈으며, 3일, 7일, 28일 재령에서의 강도는 메타카올린을 첨가하지 않은 콘크리트에 비해 각각 26.0%, 14.3%, 8.9% 높았다. 이는 2종 포틀랜드 시멘트를 사용하는 경우, 메타카올린을 첨가하면 제조된 콘크리트의 강도를 향상시킬 수 있음을 보여준다.

에너지 절약, 소비 감소, 폐기물 재활용이라는 목표를 달성하기 위해 기존 포틀랜드 시멘트 대신 제강 슬래그, 메타카올린 등의 재료를 주원료로 사용하여 지오폴리머 시멘트를 제조했습니다. 연구 결과, 제강재와 비산재 함량이 각각 20%일 때 28일 강도 시험편이 95.5MPa로 매우 높은 강도를 나타냈습니다. 또한, 제강 슬래그 첨가량이 증가할수록 지오폴리머 시멘트의 수축률을 감소시키는 데에도 효과가 있었습니다.

“포틀랜드 시멘트 + 활성 광물 혼화제 + 고효율 감수제”의 기술 경로, 자화수 콘크리트 기술 및 기존 제조 공정을 이용하여, 다양한 지역에서 구할 수 있는 석재 및 슬래그 등의 원료를 활용한 저탄소 초고강도 석재 슬래그 콘크리트 제조 실험을 수행하였다. 실험 결과, 메타카올린의 적정 투입량은 10%인 것으로 나타났다. 초고강도 석재 슬래그 콘크리트의 단위 질량당 시멘트 기여도 대비 강도비는 일반 콘크리트의 약 4.17배, 고강도 콘크리트(HSC)의 약 2.49배, 반응성 분말 콘크리트(RPC)의 약 2.02배였다. 따라서, 저시멘트 투입량으로 제조된 초고강도 석재 슬래그 콘크리트는 저탄소 경제 시대의 콘크리트 개발 방향이 될 수 있다.

(3) 내한성이 있는 카올린을 콘크리트에 첨가하면 콘크리트의 기공 크기가 크게 감소하여 콘크리트의 동결-융해 사이클이 향상됩니다. 일정 횟수의 동결-융해 사이클에서 카올린 함량이 15%인 콘크리트 시료의 28일 경과 시 탄성 계수는 ​​기준 콘크리트의 28일 경과 시 탄성 계수보다 현저히 높습니다. 콘크리트에 메타카올린과 다른 광물 초미세 분말을 복합적으로 적용하면 콘크리트의 내구성을 크게 향상시킬 수 있습니다.