কংক্রিটে মেটাক্যাওলিনের ভূমিকা

(1) সিমেন্ট স্লারি এবং মর্টারের শক্তি বৃদ্ধি করা, উচ্চ শক্তি হলো উচ্চ-কর্মক্ষমতাসম্পন্ন কংক্রিটের অন্যতম সূচক। মেটাকওলিন যোগ করার অন্যতম প্রধান উদ্দেশ্য হলো সিমেন্ট মর্টার এবং কংক্রিটের শক্তি বৃদ্ধি করা।

পুন ও অন্যান্যরা (২০০১) পোর্টল্যান্ড সিমেন্টের পরিবর্তে ০-২০% (ভর ভগ্নাংশ) কওলিন এবং সিলিকা পাউডার ব্যবহার করে প্রস্তুতকৃত ০.৩ পানি-সিমেন্ট অনুপাতের সিমেন্ট স্লারির উপর সংকোচন শক্তি পরীক্ষা পরিচালনা করেন। ফলাফলে দেখা যায় যে, ৫% থেকে ২০% কওলিনযুক্ত সিমেন্ট স্লারির সংকোচন শক্তি সকল বয়সেই রেফারেন্স সিমেন্টের চেয়ে বেশি ছিল, এবং ১০% কওলিনযুক্ত সিমেন্ট ২৮ ও ৯০ দিনে রেফারেন্স সিমেন্টের তুলনায় ২০% বেশি শক্তি প্রদর্শন করে। ৫% থেকে ১০% সিলিকা পাউডারযুক্ত সিমেন্টও ২৮ ও ৯০ দিনে রেফারেন্স সিমেন্টের তুলনায় ২০% বেশি শক্তি প্রদর্শন করে। ২৮ ও ৯০ দিনে এর শক্তি কওলিন সিমেন্টের সমতুল্য, কিন্তু এর প্রারম্ভিক শক্তি বেঞ্চমার্ক সিমেন্টের চেয়ে কম। বিশ্লেষণে ধারণা করা হয় যে, এটি ব্যবহৃত সিলিকন পাউডারের তীব্র জমাটবদ্ধতা এবং সিমেন্ট স্লারিতে এর অপর্যাপ্ত বিস্তারের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে।

(2) লি কেলিয়াং এবং অন্যান্যরা (২০০৫) সিমেন্ট কংক্রিটের শক্তি বৃদ্ধির জন্য মেটাকাওলিনের সক্রিয়তার উপর ক্যালসিনেশন তাপমাত্রা, ক্যালসিনেশন সময় এবং কাওলিনে SiO2 এবং A12O3 এর পরিমাণের প্রভাব নিয়ে গবেষণা করেছেন। মেটাকাওলিন ব্যবহার করে উচ্চ শক্তির কংক্রিট এবং মৃত্তিকা পলিমার তৈরি করা হয়েছিল। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, যখন কাওলিনের পরিমাণ ১৫% এবং পানি-সিমেন্ট অনুপাত ০.৪, তখন ২৮ দিনের সংকোচন শক্তি হয় ৭১.৯ MPa। যখন কাওলিনের পরিমাণ ১০% এবং পানি-সিমেন্ট অনুপাত ০.৩৭৫, তখন ২৮ দিনের সংকোচন শক্তি হয় ৭৩.৯ MPa। অধিকন্তু, যখন মেটাকাওলিনের পরিমাণ ১০%, তখন এর সক্রিয়তা সূচক ১১৪-এ পৌঁছায়, যা একই পরিমাণ সিলিকন পাউডারের চেয়ে ১১.৮% বেশি। অতএব, বিশ্বাস করা হয় যে মেটাকাওলিন উচ্চ-শক্তির কংক্রিট তৈরিতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

কিয়ান জিয়াওকিয়ান এবং অন্যান্যরা (২০০১) ০, ০.৫%, ১০% এবং ১৫% কওলিনযুক্ত কংক্রিটের অক্ষীয় টানজনিত পীড়ন-বিকৃতি সম্পর্ক নিয়ে গবেষণা করেন। তারা দেখতে পান যে, কওলিনের পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে কংক্রিটের অক্ষীয় টান শক্তির সর্বোচ্চ বিকৃতি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় এবং টানজনিত স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক মূলত অপরিবর্তিত থাকে। তবে, কংক্রিটের সংকোচন শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় এবং এর সাথে সঙ্গতি রেখে সংকোচন শক্তির অনুপাত হ্রাস পায়। যখন কওলিনের পরিমাণ ১৫% হয়, তখন কংক্রিটের টান শক্তি এবং সংকোচন শক্তি যথাক্রমে রেফারেন্স কংক্রিটের ১২৮% এবং ১৮৪% হয়।

কাও ঝেংলিয়াং এবং অন্যান্যরা (২০০৪) কংক্রিটের উপর মেটাক্যাওলিনের অতিসূক্ষ্ম গুঁড়োর শক্তিবর্ধক প্রভাব নিয়ে তাদের গবেষণায় দেখতে পান যে, একই তরলতায়, ১০% মেটাক্যাওলিনযুক্ত মর্টার ২৮ দিন পর এর সংকোচন শক্তি এবং নমন শক্তি ৬% থেকে ৮% বৃদ্ধি করে। মেটাক্যাওলিন মিশ্রিত কংক্রিটের প্রাথমিক শক্তি বৃদ্ধি সাধারণ কংক্রিটের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে দ্রুততর ছিল। বেঞ্চমার্ক কংক্রিটের তুলনায়, ১৫% মেটাক্যাওলিনযুক্ত কংক্রিটের ত্রিমাত্রিক অক্ষীয় সংকোচন শক্তি ৮৪% এবং ২৮ দিনের অক্ষীয় সংকোচন শক্তি ৮০% বৃদ্ধি পায়, যেখানে স্থিতিশীল স্থিতিস্থাপক মডুলাস ত্রিমাত্রিক ক্ষেত্রে ৯% এবং ২৮ দিনের ক্ষেত্রে ৮% বৃদ্ধি পায়।

হুয়াং ঝান ও অন্যান্যরা (২০০৮) কংক্রিটের শক্তি এবং স্থায়িত্বের উপর মেটাক্যাওলিন এবং স্ল্যাগের বিভিন্ন মিশ্রণ অনুপাতের প্রভাব নিয়ে গবেষণা করেছেন। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, স্ল্যাগ কংক্রিটে মেটাক্যাওলিন যোগ করলে কংক্রিটের শক্তি এবং স্থায়িত্ব উভয়ই উন্নত হয়। স্ল্যাগ ও সিমেন্টের সর্বোত্তম অনুপাত প্রায় ৩:৭, যার ফলে কংক্রিটের আদর্শ শক্তি পাওয়া যায়। মেটাক্যাওলিনের আগ্নেয় ছাই প্রভাবের কারণে, যৌগিক কংক্রিটের আর্চ পার্থক্য একক স্ল্যাগ কংক্রিটের চেয়ে সামান্য বেশি। এর বিভাজন প্রসার্য শক্তি বেঞ্চমার্ক কংক্রিটের চেয়ে বেশি।

ইয়াং ফেংলিং ও অন্যান্যরা (২০১১) সিমেন্টের পরিবর্তে সমপরিমাণ মেটাকওলিন, ফ্লাই অ্যাশ এবং স্ল্যাগ ব্যবহার করেন এবং কংক্রিট তৈরির জন্য মেটাকওলিনকে ফ্লাই অ্যাশ ও স্ল্যাগের সাথে আলাদাভাবে মিশ্রিত করেন। কংক্রিটের কার্যক্ষমতা, সংকোচন শক্তি এবং স্থায়িত্ব নিয়ে গবেষণা করা হয়। ফলাফলে দেখা যায় যে, যখন সিমেন্টের ৫% থেকে ২৫% পর্যন্ত সমপরিমাণে কওলিন দ্বারা প্রতিস্থাপন করা হয়, তখন সব বয়সেই কংক্রিটের সংকোচন শক্তি উন্নত হয়; যখন সিমেন্টের ২০% সমপরিমাণে কওলিন দ্বারা প্রতিস্থাপন করা হয়, তখন প্রতিটি বয়সে সংকোচন শক্তি আদর্শ থাকে। ৩ দিন, ৭ দিন এবং ২৮ দিনে এর শক্তি কওলিন ছাড়া কংক্রিটের তুলনায় যথাক্রমে ২৬.০%, ১৪.৩% এবং ৮.৯% বেশি। এটি নির্দেশ করে যে, টাইপ II পোর্টল্যান্ড সিমেন্টের ক্ষেত্রে মেটাকওলিনের সংযোজন প্রস্তুতকৃত কংক্রিটের শক্তি উন্নত করতে পারে।

ঝাং চেংবো ও অন্যান্যরা (২০১২) প্রচলিত পোর্টল্যান্ড সিমেন্টের বিকল্প হিসেবে স্টিল স্ল্যাগ, মেটাক্যাওলিন এবং অন্যান্য উপাদানকে প্রধান কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহার করে জিওপলিমার সিমেন্ট প্রস্তুত করেন, যার মাধ্যমে শক্তি সংরক্ষণ, খরচ হ্রাস এবং বর্জ্যকে সম্পদে রূপান্তরের লক্ষ্য অর্জন করা সম্ভব হয়। ফলাফলে দেখা যায় যে, যখন স্টিল এবং ফ্লাই অ্যাশ উভয়ের পরিমাণ ২০% ছিল, তখন ২৮ দিনে পরীক্ষামূলক ব্লকটির শক্তি একটি অত্যন্ত উচ্চ স্তরে (৯৫.৫ মেগাপ্যাসকেল) পৌঁছেছিল। স্টিল স্ল্যাগের পরিমাণ বাড়ার সাথে সাথে এটি জিওপলিমার সিমেন্টের সংকোচন কমাতেও একটি নির্দিষ্ট ভূমিকা পালন করতে পারে।

চেন গুওকান (২০১০) “পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট + সক্রিয় খনিজ মিশ্রণ + উচ্চ-দক্ষতা সম্পন্ন পানি হ্রাসকারী এজেন্ট” এই প্রযুক্তিগত পথ, চৌম্বকীয় পানি কংক্রিট প্রযুক্তি এবং প্রচলিত প্রস্তুতি প্রক্রিয়া অবলম্বন করে, পাথর ও স্ল্যাগের মতো স্থানীয়ভাবে প্রাপ্ত কাঁচামাল ব্যবহার করে স্বল্প-কার্বন অতি-উচ্চ শক্তির স্টোন স্ল্যাগ কংক্রিট তৈরির পরীক্ষা চালান। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, মেটাক্যাওলিনের উপযুক্ত মাত্রা হলো ১০%। অতি-উচ্চ শক্তির স্টোন স্ল্যাগ কংক্রিটের প্রতি একক ভরে সিমেন্টের অবদানের ভর-থেকে-শক্তির অনুপাত সাধারণ কংক্রিটের তুলনায় প্রায় ৪.১৭ গুণ, উচ্চ-শক্তি কংক্রিটের (HSC) তুলনায় ২.৪৯ গুণ এবং রিঅ্যাক্টিভ পাউডার কংক্রিটের (RPC) তুলনায় ২.০২ গুণ বেশি। অতএব, স্বল্প মাত্রার সিমেন্ট দিয়ে প্রস্তুত অতি-উচ্চ শক্তির স্টোন স্ল্যাগ কংক্রিটই হলো স্বল্প-কার্বন অর্থনীতির যুগে কংক্রিট উন্নয়নের দিকনির্দেশনা।

(3) কংক্রিটে হিম-প্রতিরোধী কাওলিন যোগ করার পর, কংক্রিটের ছিদ্রের আকার ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়, যা কংক্রিটের জমাট-গলে যাওয়ার চক্রকে উন্নত করে। ফেং নাইকিয়ান (২০০২) দেখতে পান যে একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক জমাট-গলে যাওয়ার চক্রের অধীনে, ২৮ দিন বয়সে ১৫% কাওলিনযুক্ত কংক্রিট নমুনার স্থিতিস্থাপক মডুলাস, ২৮ দিন বয়সের রেফারেন্স কংক্রিটের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। কংক্রিটে মেটাকাওলিন এবং অন্যান্য খনিজ অতিসূক্ষ্ম গুঁড়োর যৌগিক প্রয়োগ কংক্রিটের স্থায়িত্ব কর্মক্ষমতা ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে।