Effect of metakaolin and zeolite as cement-reducing additives on the properties of ecological cement composites

openaccess, Vol. 625 (9) 2024 / czwartek, 26 września, 2024

Wpływ metakaolinu i zeolitu jako dodatków zmniejszających ilość cementu na właściwości ekologicznych kompozytów cementowych

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2024.09.03

citation/cytuj: Gołaszewska M, Gołaszewski J.  Effect of metakaolin and zeolite as cement-reducing additives on the properties of ecological cement composites. Materiały Budowlane. 2024. Volume 625. Issue 9. Pages 18-25. DOI: 10.15199/33.2024.09.03

In the study, the effects of metakaolinMK and zeolite Z on cement paste and mortar properties were determined. Blends with different proportions of MK and Z were introduced instead of cement in amounts of up to 40%. It was found that the MK/Z blends delayed the setting time, reduced the amount of hydration heat released and reduced the consistency of the mortars, decreased the early and 28-day strength, with little effect on the 90-day strength, and reduced the shrinkage of themortars. The intensity of the above-mentioned effects increases with an increase in the amount of MK/Z blend and/or an increase in the amount of Z in the blend. The synergistic effect resulting from the simultaneous introduction of MK and Z is not considerable, but by appropriately selecting the proportions of the MK/Z mixture, the properties of cement and cement composites can be modified and the amount of clinker or cement can be significantly reduced without affecting the strength.

W badaniach określono wpływ metakaolinu MK i zeolitu Z na właściwości zaczynów i zapraw cementowych. Mieszaniny o różnych proporcjach MK i Z wprowadzono zamiast cementu w ilości do 40%. Stwierdzono, że opóźniają one czas wiązania, zmniejszają ilość wydzielonego ciepła hydratacji i pogarszają konsystencję zapraw, zmniejszają wytrzymałość wczesną i 28-dniową, w małym stopniu wpływają na wytrzymałość 90-dniową oraz zmniejszają skurcz zapraw. Intensywność wymienionych efektów zwiększa się wraz ze wzrostem ilości mieszaniny MK/Z i/lub ilości Z. Efekt synergii wynikający z jednoczesnego wprowadzenia MK i Z nie jest duży, ale odpowiednio dobierając proporcje mieszaniny MK/Z, można korygować właściwości cementu i kompozytów cementowych i bez pogorszenia ich wytrzymałości znacznie zmniejszyć ilość odpowiednio klinkieru lub cementu.
metakaolin; zeolite; cementitious composites; cement replacement.

metakaolin; zeolit; kompozyty cementowe; zamiennik cementu.
  1. Kanamarlapudi L, Jonalagadda KB, JagarapuDCK, Eluru A. Different mineral admixtures in concrete: a review. SN Appl. Sci. 2020 https://doi. org/10.1007/s42452-020-2533-6.
  2.  Chica L, Alzate A, Cellular concrete review: New trends for application in construction, Constr. Build. Mater. 2019. https://doi. org/10.1016/j. conbuildmat. 2018.12.136.
  3.  Alexa-Stratulat S.-M, Olteanu I, Toma A.-M, Pastia C, Banu O-M, Corbu O.-C,TomI-O.TheUse ofNatural Zeolites inCement-BasedConstructionMaterials –AState of theArt Review. Coat. 2024. https://doi.org/10.3390/coatings14010018.
  4. Tran YT, Lee J, Kumar P, Kim K-H, Lee SS. Natural zeolite and its application in concrete composite production, Compos. B Eng. 2019, https://doi.org/10.1016/j.compositesb. 2018.12.084.
  5.  Shekarchi M, Ahmadi B, Azarhomayun F, Shafei B, Kioumarsi M. Natural zeolite as a supplementary cementitious material –Aholistic review of main properties and applications. Constr. Build. Mater. 2023. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat. 2023.133766.
  6. Wild S, Khatib JM, Jones A. Relative strength, pozzolanic activity and cement hydration in superplasticised metakaolin concrete. Cem. Concr. Res. 1996. https://doi.org/10.1016/0008-8846 (96) 00148-2.
  7. Małaszkiewicz D. Metakaolinit jako pucolanowy dodatek do betonu – przegląd stanu wiedzy. Civil and Environmental Engineering/Budownictwo i Inżynieria Środowiska. 2015; 6, 81 – 94.
  8. Homayoonmehr R, Ramezanianpour AA, Mirdarsoltany M. Influence of metakaolin on fresh properties,mechanical properties and corrosion resistance of concrete and its sustainability issues: A review, J. Build. Eng. 2021. https://doi. org/10.1016/j. jobe. 2021.103011.
  9.  Gowram I, BeulahM, Sudhir MR, Mohan MK, Jain D. Efficacy of Natural Zeolite andMetakaolin as PartialAlternatives to Cement in Fresh and Hardened High Strength Concrete.Advances inMater. Sci. Eng. https://doi. org/10.1155/2021/4090389.
  10. PN-EN 196-1:2016-07 Metody badania cementu – Część 1: Oznaczanie wytrzymałości.
  11.  PN-EN 197-1:2012 Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
  12. PN-EN 206:2014-04 Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.
  13. PN-EN 196-3:2016. Metody badania cementu – Część 3: Oznaczanie czasów wiązania i stałości objętości.
  14.  PN-EN 196-11:2019-1Metody badania cementu – Część 11: Ciepło hydratacji – Metoda kalorymetrii izotermicznej.
  15.  PN-EN 1015-3:2000/A2:2007Metody badań zapraw do murów – Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu). [16] PN-EN 1015-4:2000 Metody badań zapraw do murów – Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą penetrometru).
dr inż. Małgorzata Gołaszewska, Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa
ORCID: 0000-0002-5249-2639
dr inż. Jacek Gołaszewski, , Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa
ORCID: 0000-0003-4110-5581

dr inż. Małgorzata Gołaszewska, Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa
ORCID: 0000-0002-5249-2639

Corespondence address: malgorzata.golaszewska@polsl.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2024.09.03

Article in PDF file

Received: 23.06.2024 / Wpłynął do redakcji: 23.06.2024 r.
Revised: 19.08.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 19.08.2024 r.
Published: 23.09.2024 / Opublikowano: 23.09.2024 r.