1) การเพิ่มความแข็งแรงของปูนซีเมนต์เหลวและปูนฉาบเป็นหนึ่งในคุณสมบัติสำคัญของคอนกรีตประสิทธิภาพสูง วัตถุประสงค์หลักประการหนึ่งของการเติมเมตาคาโอลินคือการเพิ่มความแข็งแรงของปูนซีเมนต์เหลวและคอนกรีต

จากการศึกษาของ Poon et al. พบว่าความแข็งแรงของซีเมนต์ชนิดนี้ที่ 28 วันและ 90 วันเทียบเท่ากับซีเมนต์เมตาคาโอลิน แต่ความแข็งแรงในช่วงแรกต่ำกว่าซีเมนต์มาตรฐาน การวิเคราะห์ชี้ให้เห็นว่าสาเหตุอาจเกี่ยวข้องกับการจับตัวเป็นก้อนอย่างรุนแรงของผงซิลิคอนที่ใช้และการกระจายตัวที่ไม่เพียงพอในสารละลายซีเมนต์

(2) Li Keliang และคณะ (2005) ศึกษาผลของอุณหภูมิการเผา เวลาการเผา และปริมาณ SiO2 และ A12O3 ในดินขาวต่อกิจกรรมของเมตาคาโอลินในการปรับปรุงความแข็งแรงของคอนกรีตซีเมนต์ โดยได้เตรียมคอนกรีตกำลังสูงและพอลิเมอร์ดินโดยใช้เมตาคาโอลิน ผลการศึกษาพบว่า เมื่อปริมาณเมตาคาโอลินอยู่ที่ 15% และอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์อยู่ที่ 0.4 กำลังอัดที่ 28 วันอยู่ที่ 71.9 MPa และเมื่อปริมาณเมตาคาโอลินอยู่ที่ 10% และอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์อยู่ที่ 0.375 กำลังอัดที่ 28 วันอยู่ที่ 73.9 MPa นอกจากนี้ เมื่อปริมาณเมตาคาโอลินอยู่ที่ 10% ดัชนีกิจกรรมของมันจะสูงถึง 114 ซึ่งสูงกว่าผงซิลิคอนในปริมาณเท่ากันถึง 11.8% ดังนั้นจึงเชื่อว่าเมตาคาโอลินสามารถนำมาใช้ในการเตรียมคอนกรีตกำลังสูงได้

ได้ทำการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดตามแนวแกนของคอนกรีตที่มีปริมาณเมตาคาโอลิน 0, 0.5%, 10% และ 15% พบว่า เมื่อปริมาณเมตาคาโอลินเพิ่มขึ้น ความเครียดสูงสุดของความแข็งแรงดึงตามแนวแกนของคอนกรีตเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่โมดูลัสความยืดหยุ่นในการดึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงในการรับแรงอัดของคอนกรีตเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่อัตราส่วนความแข็งแรงในการรับแรงอัดลดลงตามไปด้วย ความแข็งแรงดึงและความแข็งแรงในการรับแรงอัดของคอนกรีตที่มีปริมาณคาโอลิน 15% คิดเป็น 128% และ 184% ของคอนกรีตอ้างอิง ตามลำดับ
จากการศึกษาผลของการเสริมความแข็งแรงของผงเมตาคาโอลินละเอียดพิเศษต่อคอนกรีต พบว่าภายใต้สภาวะความเหลวเดียวกัน ความแข็งแรงในการรับแรงอัดและแรงดัดของปูนที่ผสมเมตาคาโอลิน 10% เพิ่มขึ้น 6% ถึง 8% หลังจาก 28 วัน การพัฒนาความแข็งแรงในช่วงเริ่มต้นของคอนกรีตที่ผสมเมตาคาโอลินนั้นเร็วกว่าคอนกรีตมาตรฐานอย่างเห็นได้ชัด เมื่อเปรียบเทียบกับคอนกรีตมาตรฐาน คอนกรีตที่ผสมเมตาคาโอลิน 15% มีความแข็งแรงในการรับแรงอัดตามแนวแกน 3 มิติเพิ่มขึ้น 84% และความแข็งแรงในการรับแรงอัดตามแนวแกน 28 วันเพิ่มขึ้น 80% ในขณะที่โมดูลัสความยืดหยุ่นสถิตเพิ่มขึ้น 9% ใน 3 มิติ และเพิ่มขึ้น 8% ใน 28 วัน

งานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของอัตราส่วนการผสมระหว่างดินเมตาคาโอลินและตะกรันต่อความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเติมเมตาคาโอลินลงในคอนกรีตตะกรันช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต และอัตราส่วนที่เหมาะสมของตะกรันต่อซีเมนต์อยู่ที่ประมาณ 3:7 ซึ่งส่งผลให้ได้ความแข็งแรงของคอนกรีตที่เหมาะสม ค่าความโค้งของคอนกรีตผสมสูงกว่าคอนกรีตตะกรันเดี่ยวเล็กน้อยเนื่องจากผลของเถ้าภูเขาไฟในเมตาคาโอลิน และค่าความแข็งแรงดึงแบบแยกส่วนสูงกว่าคอนกรีตมาตรฐาน

งานวิจัยนี้ศึกษาความสามารถในการทำงาน ความแข็งแรงรับแรงอัด และความทนทานของคอนกรีต โดยใช้เมตาคาโอลิน เถ้าลอย และตะกรันเป็นวัสดุทดแทนซีเมนต์ และผสมเมตาคาโอลินกับเถ้าลอยและตะกรันแยกกันเพื่อเตรียมคอนกรีต ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า เมื่อใช้เมตาคาโอลินทดแทนซีเมนต์ 5% ถึง 25% ในปริมาณที่เท่ากัน ความแข็งแรงรับแรงอัดของคอนกรีตในทุกช่วงอายุจะดีขึ้น เมื่อใช้เมตาคาโอลินทดแทนซีเมนต์ 20% ในปริมาณที่เท่ากัน ความแข็งแรงรับแรงอัดในแต่ละช่วงอายุจะอยู่ในระดับที่เหมาะสม และความแข็งแรงที่ 3 วัน 7 วัน และ 28 วัน จะสูงกว่าคอนกรีตที่ไม่ได้เติมเมตาคาโอลิน 26.0%, 14.3% และ 8.9% ตามลำดับ ซึ่งแสดงให้เห็นว่า สำหรับซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ชนิดที่ 2 การเติมเมตาคาโอลินสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของคอนกรีตที่เตรียมได้

การใช้ตะกรันเหล็ก เมตาคาโอลิน และวัสดุอื่นๆ เป็นวัตถุดิบหลักในการเตรียมซีเมนต์จีโอโพลิเมอร์แทนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์แบบดั้งเดิม เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการประหยัดพลังงาน ลดการใช้ทรัพยากร และเปลี่ยนของเสียให้เป็นสิ่งที่มีค่า ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า เมื่อปริมาณเหล็กและเถ้าลอยอยู่ที่ 20% เท่ากัน ความแข็งแรงของบล็อกทดสอบที่ 28 วันจะสูงมาก (95.5 MPa) นอกจากนี้ การเพิ่มปริมาณตะกรันเหล็กยังสามารถช่วยลดการหดตัวของซีเมนต์จีโอโพลิเมอร์ได้อีกด้วย

โดยใช้กระบวนการทางเทคนิค “ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ + สารเติมแต่งแร่ธาตุที่ออกฤทธิ์ + สารลดน้ำประสิทธิภาพสูง” เทคโนโลยีคอนกรีตน้ำแม่เหล็ก และกระบวนการเตรียมแบบดั้งเดิม ได้ทำการทดลองเตรียมคอนกรีตหินตะกรันที่มีคาร์บอนต่ำและมีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ โดยใช้วัตถุดิบ เช่น หินและตะกรันจากแหล่งต่างๆ ในท้องถิ่น ผลการวิจัยระบุว่า ปริมาณเมตาคาโอลินที่เหมาะสมคือ 10% อัตราส่วนมวลต่อความแข็งแรงของส่วนประกอบซีเมนต์ต่อหน่วยมวลของคอนกรีตหินตะกรันที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษนั้นสูงกว่าคอนกรีตธรรมดาประมาณ 4.17 เท่า สูงกว่าคอนกรีตความแข็งแรงสูง (HSC) ประมาณ 2.49 เท่า และสูงกว่าคอนกรีตผงปฏิกิริยา (RPC) ประมาณ 2.02 เท่า ดังนั้น คอนกรีตหินตะกรันที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษที่เตรียมด้วยปริมาณซีเมนต์ต่ำจึงเป็นทิศทางการพัฒนาคอนกรีตในยุคเศรษฐกิจคาร์บอนต่ำ

(3) หลังจากเติมคาโอลินที่มีคุณสมบัติทนต่อการแข็งตัวลงในคอนกรีต ขนาดรูพรุนของคอนกรีตจะลดลงอย่างมาก ทำให้คอนกรีตทนต่อวัฏจักรการแข็งตัวและการละลายได้ดีขึ้น ภายใต้จำนวนวัฏจักรการแข็งตัวและการละลายที่กำหนด ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นของตัวอย่างคอนกรีตที่มีปริมาณคาโอลิน 15% เมื่ออายุ 28 วันจะสูงกว่าคอนกรีตอ้างอิงเมื่ออายุ 28 วันอย่างมีนัยสำคัญ การประยุกต์ใช้เมตาคาโอลินและผงละเอียดพิเศษแร่ธาตุอื่นๆ ในคอนกรีตยังสามารถปรับปรุงความทนทานของคอนกรีตได้อย่างมาก