1) Sementtilietteen ja -laastin lujuuden parantaminen on yksi betonin korkean suorituskyvyn tunnusmerkeistä. Yksi metakaoliinin lisäämisen päätarkoituksista on sementtilaastin ja betonin lujuuden parantaminen.

Poon ym., Sen lujuus 28d:ssä ja 90d:ssä vastaa metakaoliinisementin lujuutta, mutta sen alkulujuus on alhaisempi kuin vertailusementillä. Analyysi viittaa siihen, että tämä voi liittyä käytetyn piijauheen voimakkaaseen agglomeraatioon ja riittämättömään dispersioon sementtilietteessä.

(2) Li Keliang ym. (2005) tutkivat kalsinointilämpötilan, kalsinointiajan sekä kaoliinin SiO2- ja A12O3-pitoisuuksien vaikutuksia metakaoliinin aktiivisuuteen sementtibetonin lujuuden parantamisessa. Metakaoliinia käyttäen valmistettiin suurlujuusbetonia ja maapolymeerejä. Tulokset osoittavat, että kun metakaoliinin pitoisuus on 15 % ja vesi-sementtisuhde on 0,4, puristuslujuus 28 päivän kuluttua on 71,9 MPa. Kun metakaoliinin pitoisuus on 10 % ja vesi-sementtisuhde on 0,375, puristuslujuus 28 päivän kuluttua on 73,9 MPa. Lisäksi, kun metakaoliinin pitoisuus on 10 %, sen aktiivisuusindeksi saavuttaa arvon 114, mikä on 11,8 % korkeampi kuin samalla määrällä piijauhetta. Siksi uskotaan, että metakaoliinia voidaan käyttää suurlujuusbetonin valmistukseen.

Tutkimuksessa tarkasteltiin 0, 0,5 %, 10 % ja 15 % metakaoliinipitoisuuden omaavan betonin aksiaalista vetojännitys-venymäsuhdetta. Havaittiin, että metakaoliinipitoisuuden kasvaessa betonin aksiaalisen vetolujuuden huippuvenymä kasvoi merkittävästi ja vetokimmomoduuli pysyi käytännössä muuttumattomana. Betonin puristuslujuus kuitenkin kasvoi merkittävästi, kun taas puristuslujuuden suhde vastaavasti pieneni. 15 % kaoliinipitoisuuden omaavan betonin vetolujuus ja puristuslujuus ovat vastaavasti 128 % ja 184 % vertailubetonista.
Tutkittaessa ultrahienon metakaoliinijauheen lujittavaa vaikutusta betoniin havaittiin, että samalla juoksevuudella 10 % metakaoliinia sisältävän laastin puristuslujuus ja taivutuslujuus kasvoivat 6–8 % 28 päivän kuluttua. Metakaoliinilla sekoitetun betonin varhaislujuuden kehitys oli merkittävästi nopeampaa kuin standardibetonin. Vertailubetoniin verrattuna 15 % metakaoliinia sisältävällä betonilla on 84 %:n kasvu 3D-aksiaalisessa puristuslujuudessa ja 80 %:n kasvu 28d-aksiaalisessa puristuslujuudessa, kun taas staattinen kimmomoduuli on 9 %:n kasvu 3D-suunnassa ja 8 %:n kasvu 28d-suunnassa.

Tutkimuksessa tutkittiin metakaoliinimaaperän ja kuonan seoksen vaikutusta betonin lujuuteen ja kestävyyteen. Tulokset osoittavat, että metakaoliinin lisääminen kuonabetoniin parantaa betonin lujuutta ja kestävyyttä, ja optimaalinen kuonan ja sementin suhde on noin 3:7, mikä johtaa ihanteelliseen betonin lujuuteen. Komposiittibetonin holvikaariero on hieman suurempi kuin yksittäisen kuonabetonin metakaoliinin vulkaanisen tuhkan vaikutuksesta. Sen halkaisuvetolujuus on suurempi kuin vertailubetonin.

Betonin työstettävyyttä, puristuslujuutta ja kestävyyttä tutkittiin käyttämällä metakaoliinia, lentotuhkaa ja kuonaa sementin korvikkeina ja sekoittamalla metakaoliinia lentotuhkaan ja kuonaan erikseen betonin valmistamiseksi. Tulokset osoittavat, että kun metakaoliini korvaa sementtiä 5–25 % yhtä suurina määrinä, betonin puristuslujuus paranee kaikissa ikäryhmissä. Kun metakaoliinia käytetään korvaamaan sementtiä 20 % yhtä suurina määrinä, puristuslujuus on ihanteellinen kussakin ikäryhmässä, ja sen lujuus 3, 7 ja 28 päivän kohdalla on 26,0 %, 14,3 % ja 8,9 % korkeampi kuin betonilla, johon ei ole lisätty metakaoliinia. Tämä osoittaa, että tyypin II portlandsementin tapauksessa metakaoliinin lisääminen voi parantaa valmistetun betonin lujuutta.

Teräskuonan, metakaoliinien ja muiden materiaalien käyttö pääraaka-aineina geopolymeerisementin valmistuksessa perinteisen portlandsementin sijaan energiansäästön, kulutuksen vähentämisen ja jätteen muuntamisen aarteeksi tavoitteen saavuttamiseksi. Tulokset osoittavat, että kun teräksen ja lentotuhkan pitoisuus on molemmat 20 %, testilohkon lujuus 28 päivän kuluttua saavuttaa erittäin korkean (95,5 MPa). Lisätyn teräskuonan määrän kasvaessa sillä voi olla myös tietty rooli geopolymeerisementin kutistumisen vähentämisessä.

Käyttäen teknistä reittiä ”Portlandsementti + aktiivinen mineraalilisäaine + tehokas veden vähentäjä”, magnetoidun veden betoniteknologiaa ja perinteisiä valmistusmenetelmiä, tehtiin kokeita vähähiilisen ja erittäin lujan kivikuonabetonin valmistamiseksi käyttämällä raaka-aineita, kuten kiviä ja kuonaa, laajasta valikoimasta paikallisia lähteitä. Tulokset osoittavat, että metakaoliinin sopiva annostus on 10 %. Sementin massa-lujuussuhde erittäin lujan kivikuonabetonin massayksikköä kohden on noin 4,17 kertaa tavalliseen betoniin, 2,49 kertaa korkealujuusbetoniin (HSC) ja 2,02 kertaa reaktiiviseen jauhebetoniin (RPC) verrattuna. Siksi matala-annoksisella sementillä valmistettu erittäin luja kivikuonabetoni on betonin kehityssuunta vähähiilisen talouden aikakaudella.

(3) Kun betoniin on lisätty pakkaskestävää kaoliinia, betonin huokoskoko pienenee huomattavasti, mikä parantaa betonin jäätymis-sulatussykliä. Tietyn määrän jäätymis-sulatussyklien jälkeen 15 % kaoliinipitoisen betoninäytteen kimmokerroin 28 päivän iässä on huomattavasti suurempi kuin vertailubetonin 28 päivän iässä. Metakaoliinin ja muiden mineraalihienojen jauheiden yhdistelmäkäyttö betonissa voi myös parantaa huomattavasti betonin kestävyyttä.