Influence of kaolinite crystallinity and calcination conditions on the pozzolanic activity of metakaolin

Two kaolin ores with the almost same fineness and purity of original kaolinite but possessing different kaolinite crystallinity (Hinckley Index) were selected to study the influence of crystallinity and calcination conditions on the pozzolanic activity of metakaolin after dehydroxylation. The different calcination conditions were conducted by altering the calcination temperature and holding time to obtain different metakaolin samples with different degrees of dehydroxylation. Then pozzolanic activities of metakaolin samples were tested by the modified Chapelle test, Frattini test and strength evaluations. Additionally, the apparent activation energies of two kaolin ores were calculated to study the thermal properties of kaolinite by isoconversional methods followed by iterative computations. The results showed that pozzolanic activities were dependent on the degree of dehydroxylation, except for the metakaolins calcined at 900°C due to the fact that recrystallization and high pozzolanic activity was conducted by complete dehydroxylation (degree of dehydroxylation ≥ 90%). Moreover, the lower crystallinity of original kaolinite favored the removal of the structural hydroxyls, leading to a reduction of apparent activation energy and increase of pozzolanic activity, indicating that the higher calcination temperature or longer holding time was required during calcination to reach the same degree of dehydroxylation and finally highly ordered kaolinite converted into the less active metakaolinite, which was confirmed by the lower Ca(OH)2 consumption in the modified Chapelle test, higher [CaO] and [OH] in the Frattini test and weaker compressive strength.

Do zbadania wpływu krystaliczności i warunków kalcynacji na aktywność pucolanową metakaolinu po dehydroksylacji wybrano dwie rudy kaolinitu o prawie takiej samej jakości i czystości jak oryginalny kaolinit, ale o różnej krystaliczności kaolinitu (indeks Hinckleya). Przeprowadzono różne warunki kalcynacji, zmieniając temperaturę kalcynacji i czas przetrzymywania w celu uzyskania różnych próbek metakaolinu o różnych stopniach dehydroksylacji. Następnie zbadano aktywność pucolanową próbek metakaolinu za pomocą zmodyfikowanego testu Chapelle’a, testu Frattiniego i oceny wytrzymałości. Ponadto obliczono pozorne energie aktywacji dwóch rud kaolinu w celu zbadania właściwości termicznych kaolinitu metodami izokonwersji, a następnie obliczeń iteracyjnych. Wyniki pokazały, że aktywność pucolanowa była zależna od stopnia dehydroksylacji, z wyjątkiem metakaolinów kalcynowanych w temperaturze 900°C z powodu rekrystalizacji, a wysoką aktywność pucolanową przeprowadzono przez całkowitą dehydroksylację (stopień dehydroksylacji ≥ 90%). Ponadto niższa krystaliczność oryginalnego kaolinitu sprzyjała usuwaniu strukturalnych grup hydroksylowych, prowadząc do zmniejszenia pozornej energii aktywacji i wzrostu aktywności pucolanowej, co wskazuje, że wyższa temperatura kalcynacji lub dłuższy czas przebywania były wymagane podczas kalcynacji, aby osiągnąć ten sam stopień dehydroksylacji i wreszcie wysoce uporządkowany kaolinit przekształcony w mniej aktywny metakaolinit, co zostało potwierdzone przez mniejsze zużycie Ca(OH)2 w zmodyfikowanym teście Chapelle’a, wyższe [CaO] i [OH] w teście Frattiniego oraz słabszą wytrzymałość na ściskanie.