Metacaolín

El metacaolín es la forma calcinada anhidra del mineral arcilloso caolinita . Las rocas ricas en caolinita se conocen como arcilla china o caolín, y se utilizan tradicionalmente en la fabricación de porcelana . El tamaño de partícula del metacaolín es menor que el del cemento , pero no tan fino como el del humo de sílice .

La calidad y reactividad del metacaolín dependen en gran medida de las características de la materia prima utilizada. El metacaolín se puede producir a partir de diversas fuentes primarias y secundarias que contienen caolinita : el metacaolín es una forma deshidratada de la caolinita, un tipo de mineral arcilloso. Los minerales ricos en caolinita también se conocen como arcilla china o caolín, que se utilizan tradicionalmente en la producción de porcelana.

• Yacimientos de caolín de alta pureza
• Depósitos de caolinita o suelos tropicales de menor pureza
• Residuos de lodo de papel (si contienen caolinita)
• Residuos de arenas bituminosas (si contienen caolinita)

El mineral de arcilla TO caolinita no contiene cationes interlaminares ni agua interlaminar. La temperatura de deshidroxilación depende del orden de apilamiento de 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 requerida para eliminar los iones hidroxilo químicamente unidos. 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 tetraédrica y pentaédricamente. ^{[ 3 ]} Para producir una puzolana (material cementicio 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 quemado muerto, no reactivo , que contiene mullita y una espinela Al-Si defectuosa. ^{[ 4 ]} Las temperaturas de activación óptimas reportadas varían entre 550 y 850  °C para duraciones variables, sin embargo, el rango de 650-750  °C es el más citado. ^{[ 5 ]} En comparación con otros minerales de arcilla, 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 activadas térmicamente como puzolanas. Además, debido a que la capa octaédrica está directamente expuesta al espacio interlaminar (en comparación con, por ejemplo, los minerales arcillosos TOT como las esmectitas), el desorden estructural se alcanza más fácilmente al calentarse.

El metacaolín de alta reactividad (HRM) es una puzolana de aluminosilicato reactiva altamente procesada , un material finamente dividido que reacciona con la cal apagada a temperatura ambiente y en presencia de humedad para formar un cemento resistente de fraguado lento. Se forma calcinando caolinita purificada, generalmente entre 650 y 700  °C en un horno rotatorio de combustión externa . También se ha informado que el HRM acelera la hidratación del cemento Portland ordinario (OPC), y su mayor impacto se observa en 24 horas. Además, reduce el deterioro del hormigón por la reacción álcali-sílice (RAS), siendo particularmente útil cuando se utiliza vidrio reciclado triturado o finos de vidrio como agregado. ^{[ 6 ]} La cantidad de cal apagada que puede ser ligada por el metacaolín se mide mediante el ensayo de Chapelle modificado . ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Las propiedades de adsorción superficial de los metacaolines se pueden caracterizar mediante análisis de cromatografía de gases inversa . ^{[ 9 ]}

Considerada como una puzolana con el doble de reactividad , la metacaolina es un aditivo valioso para aplicaciones de hormigón/cemento. La sustitución del cemento Portland por un 8-20 % en peso de metacaolina produce una mezcla de hormigón con propiedades de ingeniería favorables, entre las que se incluyen: el efecto de relleno, la aceleración de la hidratación del cemento Portland ordinario y la reacción puzolánica . El efecto de relleno es inmediato, mientras que el efecto de la reacción puzolánica se produce entre 3 y 14 días. ^{[ 10 ]}

A mediados de la década de 2010, se desarrolló una mezcla de cemento de arcilla calcinada con caliza que incorporaba incluso más del 20 % de metacaolín como sustituto del cemento con menor contenido de carbono. Esta tecnología se encuentra en fase de comercialización desde la década de 2020.

• Mayor resistencia a la compresión y a la flexión.
• Permeabilidad reducida (incluida la permeabilidad al cloruro)
• Menor potencial de eflorescencia , que se produce cuando el calcio es transportado por el agua a la superficie, donde se combina con el dióxido de carbono de la atmósfera para formar carbonato de calcio, que precipita en la superficie como un residuo blanco.
• Mayor resistencia a los ataques químicos
• Mayor durabilidad
• Efectos reducidos de la reactividad álcali-sílice (RAS)
• Mejora de la trabajabilidad y el acabado del hormigón.
• Retracción reducida, debido al "compactación de partículas" que hace que el hormigón sea más denso.
• Se mejora el color aclarando el tono del hormigón, lo que permite teñir colores integrales más claros.
• Mayor resistencia térmica debido al aumento de los niveles de temperatura ^{[ 11 ]}

• Hormigón de alto rendimiento, alta resistencia y ligereza
• Hormigón prefabricado y vertido en moldes
• Productos de fibrocemento y ferrocemento
• Hormigón reforzado con fibra de vidrio
• Encimeras, esculturas artísticas (véanse, por ejemplo, las esculturas exentas de Albert Vrana ).
• Mortero y estuco

• Concreto
• Compuesto cementicio de ingeniería
• cenizas volantes
• caolinita
• cemento Portland
• Puzolana
• Ceniza de cáscara de arroz (también muy rica en SiO₂ )
• humo de sílice