1) L'amélioration de la résistance des coulis et mortiers de ciment est l'une des caractéristiques essentielles d'un béton performant. L'un des principaux objectifs de l'ajout de métakaolin est d'améliorer la résistance des mortiers et bétons de ciment.

Poon et al. ont constaté que sa résistance à 28 et 90 jours est équivalente à celle du ciment métakaolinique, mais que sa résistance initiale est inférieure à celle du ciment de référence. L'analyse suggère que cela pourrait être lié à une forte agglomération de la poudre de silicium utilisée et à une dispersion insuffisante dans le coulis de ciment.

(2) Li Keliang et al. (2005) ont étudié l'influence de la température et de la durée de calcination, ainsi que des teneurs en SiO₂ et Al₂O₃ du kaolin, sur l'activité du métakaolin en vue d'améliorer la résistance du béton. Des bétons à haute résistance et des polymères pour sols ont été préparés à partir de métakaolin. Les résultats montrent qu'avec une teneur en métakaolin de 15 % et un rapport eau/ciment de 0,4, la résistance à la compression à 28 jours atteint 71,9 MPa. Avec une teneur en métakaolin de 10 % et un rapport eau/ciment de 0,375, cette résistance est de 73,9 MPa. De plus, à une teneur en métakaolin de 10 %, l'indice d'activité atteint 114, soit 11,8 % de plus qu'avec une quantité équivalente de poudre de silicium. Le métakaolin peut donc être utilisé pour la préparation de bétons à haute résistance.

La relation contrainte-déformation en traction axiale du béton contenant 0 %, 0,5 %, 10 % et 15 % de métakaolin a été étudiée. Il a été constaté qu’avec l’augmentation de la teneur en métakaolin, la déformation maximale en traction axiale du béton augmentait significativement, tandis que le module d’élasticité en traction restait pratiquement inchangé. En revanche, la résistance à la compression du béton augmentait significativement, tandis que le rapport de résistance à la compression diminuait en conséquence. Les résistances à la traction et à la compression du béton contenant 15 % de kaolin représentent respectivement 128 % et 184 % de celles du béton de référence.
Lors d'une étude sur l'effet de renforcement de la poudre ultrafine de métakaolin sur le béton, il a été constaté qu'à fluidité égale, la résistance à la compression et la résistance à la flexion d'un mortier contenant 10 % de métakaolin augmentaient de 6 à 8 % après 28 jours. Le développement de la résistance initiale du béton mélangé à du métakaolin était significativement plus rapide que celui du béton standard. Comparé au béton de référence, le béton contenant 15 % de métakaolin présente une augmentation de 84 % de la résistance à la compression axiale 3D et de 80 % de la résistance à la compression axiale 28 jours, tandis que le module d'élasticité statique augmente de 9 % en 3D et de 8 % à 28 jours.

L'influence du dosage de métakaolin et de laitier sur la résistance et la durabilité du béton a été étudiée. Les résultats montrent que l'ajout de métakaolin au béton de laitier améliore sa résistance et sa durabilité, et que le rapport optimal laitier/ciment est d'environ 3:7, permettant d'obtenir une résistance idéale. La résistance à la flexion du béton composite est légèrement supérieure à celle du béton de laitier pur, grâce à l'effet des cendres volcaniques du métakaolin. Sa résistance à la traction par fendage est également supérieure à celle du béton de référence.

La maniabilité, la résistance à la compression et la durabilité du béton ont été étudiées en utilisant du métakaolin, des cendres volantes et du laitier comme substituts du ciment, et en mélangeant séparément le métakaolin avec les cendres volantes et le laitier pour préparer le béton. Les résultats montrent que lorsque le métakaolin remplace 5 % à 25 % du ciment en proportions égales, la résistance à la compression du béton est améliorée à tous les âges. Lorsque le métakaolin remplace 20 % du ciment en proportions égales, la résistance à la compression est optimale à chaque âge, et sa résistance à 3, 7 et 28 jours est respectivement supérieure de 26,0 %, 14,3 % et 8,9 % à celle du béton sans ajout de métakaolin. Ceci indique que, pour le ciment Portland de type II, l'ajout de métakaolin permet d'améliorer la résistance du béton préparé.

L'utilisation de scories d'acier, de métakaolin et d'autres matériaux comme matières premières principales pour la préparation d'un ciment géopolymère, en remplacement du ciment Portland traditionnel, vise à réaliser des économies d'énergie, à réduire la consommation et à valoriser les déchets. Les résultats montrent qu'avec une teneur de 20 % en acier et en cendres volantes, la résistance du bloc d'essai à 28 jours atteint une valeur très élevée (95,5 MPa). L'augmentation de la quantité de scories d'acier ajoutée contribue également à réduire le retrait du ciment géopolymère.

Des essais ont été menés sur la fabrication d'un béton de laitier de pierre à très haute résistance et à faible empreinte carbone, à partir de matières premières telles que des pierres et du laitier provenant de diverses sources locales. Ces essais ont utilisé la technique du « ciment Portland + ajout de minéraux actifs + réducteur d'eau à haute efficacité », la technologie du béton à l'eau magnétisée et des procédés de préparation conventionnels. Les résultats indiquent que le dosage optimal de métakaolin est de 10 %. Le rapport masse/résistance du ciment, par unité de masse, est environ 4,17 fois supérieur à celui du béton ordinaire, 2,49 fois supérieur à celui du béton à haute résistance (BHR) et 2,02 fois supérieur à celui du béton à poudre réactive (BPR). Par conséquent, le béton de laitier de pierre à très haute résistance, préparé avec un faible dosage de ciment, représente une voie d'avenir pour le développement du béton dans une économie bas carbone.

(3) L'ajout de kaolin résistant au gel au béton réduit considérablement la porosité de ce dernier, améliorant ainsi sa résistance aux cycles de gel-dégel. Après un certain nombre de cycles de gel-dégel, le module d'élasticité d'un échantillon de béton contenant 15 % de kaolin, à 28 jours, est significativement supérieur à celui du béton de référence au même âge. L'utilisation combinée de métakaolin et d'autres poudres minérales ultrafines dans le béton permet également d'améliorer considérablement sa durabilité.