El metacaolín es la forma calcinada anhidra del mineral arcilloso caolinita . Los minerales ricos en caolinita son los conocidos como caolín o caolín, utilizados tradicionalmente en la fabricación de porcelana . El tamaño de las partículas del metacaolín es más pequeño que el de las partículas de cemento , pero no tan fino como el del humo de sílice .
La calidad y reactividad del metacaolín depende en gran medida de las características de la materia prima utilizada. El metacaolín se puede producir a partir de una variedad de fuentes primarias y secundarias que contienen caolinita : el metacaolín es una forma deshidratada de caolinita, un tipo de mineral arcilloso. Los minerales ricos en caolinita también se conocen como caolín o caolín, y se utilizan tradicionalmente en la producción de porcelana. El tamaño de grano del metacaolín es menor que el de las partículas de cemento, pero no es tan minúsculo como el humo de sílice.
La caolinita mineral de arcilla TO no contiene cationes entre capas ni agua entre capas. La temperatura de deshidroxilación depende del orden de apilamiento de las capas estructurales. La caolinita desordenada se deshidroxila entre 530 y 570 °C, la caolinita ordenada entre 570 y 630 °C. La caolinita desordenada deshidroxilada muestra una actividad puzolánica mayor que la ordenada. [1] La deshidroxilación del caolín a metacaolín es un proceso endotérmico debido a la gran cantidad de energía necesaria para eliminar los iones hidroxilo unidos químicamente. Por encima del rango de temperatura de deshidroxilación, la caolinita se transforma en metacaolín, una estructura amorfa compleja que conserva cierto orden de largo alcance debido al apilamiento de capas. [2] Gran parte del aluminio de la capa octaédrica se coordina tetraédricamente y pentaédricamente. [3] Para producir una puzolana (material cementoso suplementario) se debe alcanzar una deshidroxilación casi completa sin sobrecalentamiento, es decir, completamente tostada pero no quemada. Esto produce un estado amorfo , altamente puzolánico, mientras que el sobrecalentamiento puede causar sinterización , para formar un refractario no reactivo, quemado a muerte , que contiene mullita y una espinela Al-Si defectuosa. [4] Las temperaturas de activación óptimas informadas varían entre 550 y 850 °C durante diferentes duraciones; sin embargo, el rango más comúnmente citado es de 650 a 750 °C. [5] En comparación con otros minerales arcillosos, la caolinita muestra un amplio intervalo de temperatura entre la deshidroxilación y la recristalización, favoreciendo mucho la formación de metacaolín y el uso de arcillas de caolín térmicamente activadas como puzolanas. Además, debido a que la capa octaédrica está directamente expuesta a la capa intermedia (en comparación, por ejemplo, con minerales arcillosos TOT como las esmectitas), el desorden estructural se logra más fácilmente al calentarse.
El metacaolín de alta reactividad (HRM) es una puzolana de aluminosilicato reactivo altamente procesada , un material finamente dividido que reacciona con cal apagada a temperatura normal y en presencia de humedad para formar un cemento fuerte de endurecimiento lento. Se forma calcinando caolinita purificada, generalmente entre 650 y 700 °C en un horno rotatorio de combustión externa . También se informa que la HRM es responsable de la aceleración de la hidratación del cemento Portland ordinario (OPC), y su mayor impacto se observa dentro de las 24 horas. También reduce el deterioro del hormigón por la reacción alcalino-sílice (ASR), particularmente útil cuando se utiliza vidrio triturado reciclado o finos de vidrio como agregado. [6] La cantidad de cal apagada que el metacaolín puede unir se mide mediante la prueba de Chapelle modificada. [7] [8]
Las propiedades superficiales de adsorción de los metacaolines se pueden caracterizar mediante análisis de cromatografía de gases inversa . [9]
Se considera que tiene el doble de reactividad que la mayoría de las otras puzolanas , el metacaolín es un aditivo valioso para aplicaciones de concreto/cemento. Reemplazar el cemento portland con 8 a 20% en peso (% en peso) de metacaolín produce una mezcla de concreto que exhibe propiedades de ingeniería favorables, que incluyen: el efecto de relleno, la aceleración de la hidratación del OPC y la reacción puzolánica . El efecto de relleno es inmediato, mientras que el efecto de reacción puzolánica se produce entre 3 y 14 días. [10]