Μετακαολίνη

Η μετακαολίνη είναι η άνυδρη από πύρωση μορφή του ορυκτού καολίνη. Τα ορυκτά που είναι πλούσια σε καολινίτη είναι γνωστά ως καολίνης, που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά στην κατασκευή πορσελάνης. Το μέγεθος των σωματιδίων της μετακαολίνης είναι μικρότερο από τα σωματίδια τσιμέντου, αλλά όχι τόσο λεπτό όσο .

Πηγές καολινίτη 
Η ποιότητα και η αντιδραστικότητα της μετακαολίνης εξαρτάται κυρίως από τα χαρακτηριστικά της πρώτης ύλης που χρησιμοποιείται. Η μετακαολίνη μπορεί να παραχθεί από μια ποικιλία πρωτογενών και δευτερογενών πηγών που περιέχουν καολινίτη :

 Κοιτάσματα καολίνη υψηλής καθαρότητας
 Κοιτάσματα καολινίτη ή τροπικά εδάφη χαμηλότερης καθαρότητας
 Απόβλητα λάσπης χαρτιού (εάν περιέχουν καολινίτη)
 Απορρίμματα πισσώδους άμμου (εάν περιέχουν καολινίτη)

Σχηματισμός μετακαολίνη 
Ο ορυκτός καολινίτης δεν περιέχει ενδιάμεσα κατιόντα ή ενδιάμεσο νερό. Η θερμοκρασία αφυδροξυλίωσης εξαρτάται από τη σειρά στοίβαξης του δομικού στρώματος. Διαταραγμένος καολινίτης αφυδροξυλιώνεται μεταξύ 530 και 570 °C, διατεταγμένος καολινίτης μεταξύ 570 και 630 °C. Ο αφυδροξυλιωμένος διαταραγμένος καολινίτης εμφανίζει υψηλότερη ποζολανική δράση από την παραγγελθείσα.  Η αφυδροξυλίωση του καολίνη σε μετακαολίνη είναι μια ενδόθερμη διαδικασία λόγω της μεγάλης ποσότητας ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση των χημικά συνδεδεμένων ιόντων υδροξυλίου. Πάνω από το εύρος θερμοκρασιών της αφυδροξυλίωσης, ο καολινίτης μετατρέπεται σε μετακαολίνη, μια σύνθετη άμορφη δομή που διατηρεί κάποια τάξη μεγάλης εμβέλειας λόγω της στοίβαξης των στρωμάτων.  Μεγάλο μέρος του αλουμινίου του οκταεδρικού στρώματος γίνεται τετραεδρικά και πενταεδρικά συντονισμένο.  Προκειμένου να παραχθεί μια ποζολάνη (συμπληρωματικό τσιμεντοειδές υλικό) πρέπει να επιτευχθεί σχεδόν πλήρης αφυδροξυλίωση χωρίς υπερθέρμανση, δηλαδή να καβουρδιστεί καλά αλλά όχι να καεί. Αυτό παράγει μια άμορφη, εξαιρετικά ποζολανική κατάσταση, ενώ η υπερθέρμανση μπορεί να προκαλέσει πυροσυσσωμάτωση, να σχηματίσει ένα νεκρό καμένο, μη αντιδραστικό πυρίμαχο, που περιέχει μουλλίτη και ένα ελαττωματικό σπινέλιο Al-Si.  Οι αναφερόμενες βέλτιστες θερμοκρασίες ενεργοποίησης ποικίλλουν μεταξύ 550 και 850 °C για ποικίλες διάρκειες, ωστόσο το εύρος 650-750 Οι °C αναφέρονται πιο συχνά.  Σε σύγκριση με άλλα ορυκτά αργίλου, ο καολινίτης παρουσιάζει ένα μεγάλο διάστημα θερμοκρασίας μεταξύ αφυδροξυλίωσης και ανακρυστάλλωσης, ευνοώντας πολύ τον σχηματισμό μετακαολίνης και τη χρήση θερμικά ενεργοποιημένων αργίλων καολίνης ως ποζολάνες. Επίσης, επειδή το οκταεδρικό στρώμα εκτίθεται απευθείας στο ενδιάμεσο στρώμα (σε σύγκριση για παράδειγμα με ορυκτά αργίλου TOT όπως οι σμηκτίτες), η δομική διαταραχή επιτυγχάνεται πιο εύκολα κατά τη θέρμανση.

Μετακαολίνη υψηλής αντιδραστικότητας 
Η υψηλής αντιδραστικότητας μετακαολίνη (HRM) είναι μια εξαιρετικά επεξεργασμένη αντιδραστική αργιλιοπυριτική ποζολάνη, ένα λεπτώς διαιρεμένο υλικό που αντιδρά με σβησμένο ασβέστη σε κανονική θερμοκρασία και παρουσία υγρασίας για να σχηματίσει ένα ισχυρό τσιμέντο βραδείας σκλήρυνσης. Σχηματίζεται με φρύξη καθαρού καολινίτη, γενικά μεταξύ 650-700 °C σε περιστροφικό κλίβανο εξωτερικής καύσης . Αναφέρεται επίσης ότι η HRM είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση της ενυδάτωσης του συνηθισμένου τσιμέντου Πόρτλαντ (OPC) και η σημαντική επίδρασή του φαίνεται εντός 24 ωρών. Μειώνει επίσης τη φθορά του σκυροδέματος από την αντίδραση αλκαλίου πυριτίου (ASR), ιδιαίτερα χρήσιμο όταν χρησιμοποιείται ανακυκλωμένο θρυμματισμένο γυαλί ή λεπτά υαλοπίνακα ως αδρανή.  Η ποσότητα σβησμένου ασβέστη που μπορεί να δεσμευτεί με μετακαολίνη μετράται με το τροποποιημένο τεστ Chapelle .

Ιδιότητες προσρόφησης 
Οι ιδιότητες της επιφάνειας προσρόφησης των μετακαολινών μπορούν να επιτευχθούν με ανάλυση αντίστροφης αέριας χρωματογραφίας.

Εφαρμογή σκυροδέματος 
Θεωρείται ότι έχει διπλάσια δραστικότητα από τις περισσότερες άλλες ποζολάνες, η μετακαολίνη είναι ένα πολύτιμο μείγμα για εφαρμογές σκυροδέματος/τσιμέντου. Η αντικατάσταση του τσιμέντου πόρτλαντ με 8–20% (κατά βάρος) μετακαολίνη παράγει ένα μείγμα σκυροδέματος που παρουσιάζει ευνοϊκές μηχανικές ιδιότητες, όπως: το φαινόμενο πλήρωσης, η επιτάχυνση της ενυδάτωσης OPC και η ποζολανική αντίδραση . Το πληρωτικό αποτέλεσμα είναι άμεσο, ενώ το αποτέλεσμα της ποζολανικής αντίδρασης εμφανίζεται μεταξύ 3 και 14 ημερών.

Πλεονεκτήματα 

 Αυξημένη ανθεκτικότητα σε θλίψη και κάμψη
 Μειωμένη διαπερατότητα (συμπεριλαμβανομένης της διαπερατότητας από χλωριούχα)
 Μειωμένο δυναμικό εξάνθησης, που συμβαίνει όταν το ασβέστιο μεταφέρεται με νερό στην επιφάνεια όπου ενώνεται με το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα για να δημιουργήσει ανθρακικό ασβέστιο, το οποίο κατακρημνίζεται στην επιφάνεια ως λευκό υπόλειμμα.
 Αυξημένη αντοχή στη χημική επίθεση
 Αυξημένη αντοχή
 Μειωμένες επιδράσεις της αντιδραστικότητας αλκαλίου-πυριτίου (ASR)
 Βελτιωμένη εργασιμότητα και φινίρισμα σκυροδέματος
 Μειωμένη συρρίκνωση, λόγω της «συσκευασίας σωματιδίων» καθιστώντας το σκυρόδεμα πιο πυκνό
 Βελτιώθηκε το χρώμα ανοίγοντας το χρώμα του σκυροδέματος, καθιστώντας δυνατή τη χρώση πιο ανοιχτού ενσωματωμένου χρώματος.

Χρήσεις 

 Υψηλή απόδοση, υψηλή αντοχή και ελαφρύ σκυρόδεμα
 Προκατασκευασμένο και χυμένο σκυρόδεμα
 Προϊόντα ινών και σιδηροτσιμέντου
 Σκυρόδεμα οπλισμένο με ίνες γυαλιού
 Πάγκοι, γλυπτά τέχνης (δείτε για παράδειγμα τα ανεξάρτητα γλυπτά του Albert Vrana )
 Κονίαμα και στόκος

Δείτε επίσης 

 Σκυρόδεμα
 Σχεδιασμένο Τσιμεντοειδές Σύνθετο
 Ιπτάμενη τέφρα
 Καολινίτης
 Τσιμέντο Πόρτλαντ
 Ποτζολάν
 Τέφρα από φλοιό ρυζιού (επίσης πολύ πλούσια σε </br>  )
 Ατμός πυριτίου

Παραπομπές

Ορυκτά του πυριτίου
Σκυρόδεμα