Исследования связаны с важным актуальным вопросом изучения процессов трансформации каолинита в метакаолин при нагреве, которые позволяют дополнить существующие положения и закономерности в части снижения энергоемкости процесса термоактивации, с одной стороны, и пуццолановой активности получаемой добавки – с другой. Определен химический состав исходной каолиновой глины, по данным лазерной дифракции, дифференциально-термического и рентгенофазового анализов, а также инфракрасной спектроскопии установлено влияние температуры обжига каолинита на гранулометрический состав, степень дегидроксилирования и аморфизации метакаолина. Авторами установлена пуццолановая активность минеральной добавки метакаолина, полученной при термоактивации каолиновой глины в диапазоне температур 450-900 °C, при введении в качестве частичной замены портландцемента. Наибольший прирост прочности при сжатии камня вяжущего, как в раннем, так и в марочном возрасте достигается при замене части цемента минеральной добавкой – термоактивированным каолином при температуре 650 ºС. Отмечено повышение водопотребности композиционного цемента с добавкой полученного метакаолина. Более высокие значения показателя прочности цементного камня с добавкой метакаолина, полученной термообработкой каолиновой глины при температуре 650 ºС, вероятнее всего объясняются достижение оптимального температурного режима обжига каолинита, когда при неполном дегидроксилировании достигается максимальная степень аморфизации, что и определяет пуццолановую активность добавки по показателю прочности. Полученные результаты могут представлять интерес для практической реализации задачи снижения выбросов углекислого газа, ресурсо- и энергосбережения, повышения строительно-технических свойств материалов, полученных на основе композиционного вяжущего с добавкой метакаолина.
каолинит, метакаолин, термоактивация, дегидроксилирование, аморфизация, пуццолановая активность
1. Стратегия развития промышленности строительных материалов на период до 2020 года и дальнейшую перспективу до 2030 года : [утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от
2. Limestone calcined clay cement and concrete: A state-of-the-art review / M. Sharma, S. Bishnoi, F. Martirena, K. Scrivener // Cement and Concrete Research. 2021. vol. 149, 106564.
3. Модифицированные цементы с применением отходов промышленности Донбасса / С. В. Лахтарина, Н. М. Зайченко, Е. В. Егорова [и др.] // Современное промышленное и гражданское строительство.
4. Li C., Sun H., Li L. A review: The comparison between alkali-activated slag (Si+Ca) and metakaolin (Si+Al) cements // Cement and Concrete Research. 2010. vol. 40(9). PP. 1341 – 1349.
5. Mitigating alkali-silica reaction induced concrete degradation through cement substitution by metakaolin and bentonite / J. Wei, B. Gencturk, A. Jain, M. Hanifehzadeh // Applied Clay Science. 2019. vol. 182, 105257.
6. Sabir B. B., Wild S., Bai J. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review // Cement and Concrete Composites. 2001. vol. 23(6). PP. 441 – 454.
7. Abdul Razak H., Wong H. S. Strength estimation model for high-strength concrete incorporating metakaolin and silica fume // Cement and Concrete Research. 2005. vol. 35. PP. 688 – 695.
8. Jiang G. Effects of metakaolin on mechanical properties, pore structure and hydration heat of mortars at 0.17 w/b ratio // Construction and Building Materials. 2015. vol. 93. PP. 564 – 572.
9. Mo Z., Wang R., Gao X. Hydration and mechanical properties of UHPC matrix containing limestone and different levels of metakaolin // Construction and Building Materials. 2020. vol. 256, 119454.
10. Chen X., SunPang Z. J., Pang J. A research on durability degradation of mineral admixture concrete // Materials. 2021. vol. 14, 1752. DOI:https://doi.org/10.3390/ma14071752.
11. Influence of calcined clay morphology on flow in blended cementitious systems / D. Benkeser, K. Hernandez, F. Lolli, K. Kurtis // Cement and Concrete Research. 2022. vol. 160, 106927.
12. Рассулов В. В., Платова Р. А., Платов Ю. Т. Контроль качества метакаолина методом спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 53 – 56.
13. Thu-Ha Phung-Thi. Metakaolin as an additive in composite cement // A thesis presented for the Degree of Doctor of Engineering at the Faculty of Civil Engineering of the Weimar Bauhaus University. 2013, 119 pp.
14. Dehydroxylation of kaolinite to metakaolin – a molecular dynamics study / S. Sperinck, P. Raiteri, N. Marks, K. Wright // Journal of Materials Chemistry. 2011. vol. 21. PP. 2118 – 2125.
15. Pozzolanic activity of metakaolins by the French standard of the modified Chapelle test: A direct methodology / E. Ferraz, S. Andrejkovicova, W. Hajjaji [et al.] // Acta Geodynamica et Geomaterialia. 2015. vol. 1
16. Salvador S. Pozzolanic properties of flash-calcined kaolinite: A comparative study with soak-calcined products // Cement and Concrete Research. 1995. vol. 25(1). PP. 102 – 112.
17. The effect of dehydroxylation / amorphization degree on pozzolanic activity of kaolinite / A. Shvarzman, K. Kovler, G. S. Grader, G. E. Shter // Cement and Concrete Research. 2003. vol. 33(3). PP. 405 – 416.
18. Formation of aluminosilicate geopolymers from 1:1 layer-lattice minerals pre-treated by various methods: a comparative study / K. J. D. MacKenzie, D. R. M. Brew, R. A. Fletcher, R. Vagana // Journal of Materials
19. TEM study of kaolinite thermal decomposition by controlled-rate thermal analysis / F. Bergaya, P. Dion, J. F. Alcover [et al.] // Journal of Materials Science. 1996. vol. 31. PP. 5069 – 5075. DOI:
20. Строганов В.Ф., Амельченко М. О., Потапова Л. И. Влияние кислотной и термической активации каолина на его дисперсность, химический состав и сорбционные свойства // Известия КГАСУ. 2016. №
21. Lagier F., Kurtis K. E. Influence of Portland cement composition on early age reactions with metakaolin // Cement and Concrete Research. 2007. vol. 37. PP. 1411 – 1417. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.07.002.
22. He C., Osbaeck B., Makovicky E. Pozzolanic reactions of six principal clay minerals: Activation, reactivity assessments and technological effects // Cement and Concrete Research. 1995. vol. 25, no. 8. PP 1691
23. Mitra G. B., Bhattacherjee S. X-ray diffraction studies on the transformation of kaolinite into metakaolin: I. variability of interlayer spacings // The American Mineralogist. 1969. vol. 54. PP. 1409 – 1418.
24. Salvador S. Pozzolanic properties of flash-calcined kaolinite: A comparative study with soak-calcined products // Cement and Concrete Research. 1995. vol. 25, no. 1. PP. 102 – 112.
25. Дятлова Е. М., Сергиевич О. А., Бобкова Н. М. Структурные особенности природных и обогащенных каолинов месторождений Республика Беларусь // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. 2018.
26. Ilić B. R., Mitrović, A. A., Miličić Lj. R. Thermal treatment of kaolin clay to obtain metakaolin // Hemijska Industriya. – 2010. – Vol. 64, no. 4. PP. 351 – 356. DOI:https://doi.org/10.2298/HEMIND100322014I.
27. Mitrović A., Zdujić M. Mechanochemical treatment of Serbian kaolin clay to obtain a highly reactive pozzolana // Journal of the Serbian Chemical Society. 2013. vol. 78, no. 4. PP. 579 – 590.
