1) Poprawa wytrzymałości zaczynu cementowego i zaprawy jest jedną z cech charakterystycznych wysokiej jakości betonu. Jednym z głównych celów dodawania metakaolinu jest poprawa wytrzymałości zaprawy cementowej i betonu.

Poon i in., jego wytrzymałość w temperaturach 28 i 90 dni jest równoważna wytrzymałości cementu metakaolinowego, ale jego wytrzymałość wczesna jest niższa niż w przypadku cementu referencyjnego. Analiza sugeruje, że może to być związane z silną aglomeracją użytego proszku krzemionkowego i niewystarczającą dyspersją w zaczynie cementowym.

(2) Li Keliang i in. (2005) badali wpływ temperatury kalcynacji, czasu kalcynacji oraz zawartości SiO2 i A12O3 w kaolinie na aktywność metakaolinu w poprawie wytrzymałości betonu cementowego. Wysokowytrzymały beton i polimery gruntowe przygotowano przy użyciu metakaolinu. Wyniki pokazują, że przy zawartości metakaolinu wynoszącej 15% i wskaźniku wodno-cementowym 0,4, wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wynosi 71,9 MPa. Przy zawartości metakaolinu wynoszącej 10% i wskaźniku wodno-cementowym 0,375, wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wynosi 73,9 MPa. Ponadto, przy zawartości metakaolinu wynoszącej 10%, jego wskaźnik aktywności osiąga 114, co jest wartością o 11,8% wyższą niż w przypadku tej samej ilości proszku krzemowego. Dlatego uważa się, że metakaolin może być stosowany do przygotowywania betonu o wysokiej wytrzymałości.

Zbadano zależność między osiowym naprężeniem a odkształceniem rozciągającym betonu o zawartości metakaolinu 0, 0,5%, 10% i 15%. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości metakaolinu, szczytowe odkształcenie wytrzymałości na rozciąganie betonu przy rozciąganiu znacznie wzrosło, a moduł sprężystości przy rozciąganiu pozostał zasadniczo niezmieniony. Jednakże, wytrzymałość betonu na ściskanie znacznie wzrosła, a jednocześnie zmniejszył się wskaźnik wytrzymałości na ściskanie. Wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na ściskanie betonu o zawartości kaolinu 15% wynoszą odpowiednio 128% i 184% betonu referencyjnego.
Badając wpływ ultradrobnego proszku metakaolinu na wzmocnienie betonu, stwierdzono, że przy tej samej płynności, wytrzymałość na ściskanie i wytrzymałość na zginanie zaprawy zawierającej 10% metakaolinu wzrosła o 6% do 8% po 28 dniach. Wczesny wzrost wytrzymałości betonu z dodatkiem metakaolinu był znacznie szybszy niż betonu standardowego. W porównaniu z betonem wzorcowym, beton z 15% metakaolinem charakteryzuje się 84% wzrostem wytrzymałości na ściskanie osiowe w trzech wymiarach i 80% wzrostem wytrzymałości na ściskanie osiowe w 28 wymiarach, podczas gdy statyczny moduł sprężystości wzrósł o 9% w trzech wymiarach i o 8% w 28 wymiarach.

Zbadano wpływ mieszanej proporcji gleby metakaolinu i żużla na wytrzymałość i trwałość betonu. Wyniki pokazują, że dodanie metakaolinu do betonu żużlowego poprawia jego wytrzymałość i trwałość, a optymalny stosunek żużla do cementu wynosi około 3:7, co zapewnia idealną wytrzymałość betonu. Różnica w grubości betonu kompozytowego jest nieco większa niż w przypadku betonu żużlowego ze względu na wpływ popiołu wulkanicznego metakaolinu. Jego wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupaniu jest wyższa niż betonu referencyjnego.

Urabialność, wytrzymałość na ściskanie i trwałość betonu badano, stosując metakaolin, popiół lotny i żużel jako zamienniki cementu, a następnie mieszając metakaolin z popiołem lotnym i żużlem oddzielnie w celu przygotowania betonu. Wyniki pokazują, że zastąpienie metakaolinem 5% do 25% cementu w równych ilościach poprawia wytrzymałość betonu na ściskanie w każdym wieku. Zastąpienie metakaolinem 20% cementu w równych ilościach zapewnia idealną wytrzymałość na ściskanie w każdym wieku, a jego wytrzymałość w 3, 7 i 28 dniu jest odpowiednio o 26,0%, 14,3% i 8,9% wyższa niż w przypadku betonu bez dodatku metakaolinu. Wskazuje to, że w przypadku cementu portlandzkiego typu II dodanie metakaolinu może poprawić wytrzymałość przygotowanego betonu.

Wykorzystanie żużla stalowniczego, metakaolinu i innych materiałów jako głównych surowców do produkcji cementu geopolimerowego zamiast tradycyjnego cementu portlandzkiego, pozwoliło na osiągnięcie celu, jakim jest oszczędność energii, redukcja zużycia i przekształcenie odpadów w skarb. Wyniki pokazują, że przy zawartości stali i popiołu lotnego na poziomie 20%, wytrzymałość bloku testowego po 28 dniach osiąga bardzo wysoki poziom (95,5 MPa). Wraz ze wzrostem ilości dodawanego żużla stalowniczego, może on również odgrywać pewną rolę w zmniejszaniu skurczu cementu geopolimerowego.

Wykorzystując technologię „cement portlandzki + aktywna domieszka mineralna + wysokowydajny środek redukujący zawartość wody”, technologię betonu z wodą magnetyzowaną oraz konwencjonalne procesy produkcyjne, przeprowadzono eksperymenty nad przygotowaniem betonu z żużla kamiennego o niskiej zawartości węgla i ultrawysokiej wytrzymałości, wykorzystując surowce, takie jak kamienie i żużel, pochodzące z szerokiej gamy lokalnych źródeł. Wyniki wskazują, że odpowiednia dawka metakaolinu wynosi 10%. Stosunek masy do wytrzymałości cementu na jednostkę masy betonu z żużla kamiennego o ultrawysokiej wytrzymałości jest około 4,17 razy większy niż w przypadku zwykłego betonu, 2,49 razy większy niż w przypadku betonu o wysokiej wytrzymałości (HSC) i 2,02 razy większy niż w przypadku betonu z reaktywnym proszkiem (RPC). Dlatego też beton z żużla kamiennego o ultrawysokiej wytrzymałości, przygotowywany z użyciem cementu o niskiej zawartości cementu, jest kierunkiem rozwoju betonu w erze gospodarki niskoemisyjnej.

(3) Po dodaniu mrozoodpornego kaolinu do betonu, wielkość porów betonu ulega znacznemu zmniejszeniu, co poprawia cykl zamrażania i rozmrażania betonu. Po określonej liczbie cykli zamrażania i rozmrażania, moduł sprężystości próbki betonu z 15% zawartością kaolinu po 28 dniach jest znacznie wyższy niż modułu betonu referencyjnego po 28 dniach. Kompozytowe zastosowanie metakaolinu i innych mineralnych proszków ultradrobnoziarnistych w betonie może również znacznie poprawić jego trwałość.