1) يُعد تحسين قوة ملاط ​​الأسمنت أحد أهم سمات الأداء العالي للخرسانة. ومن الأهداف الرئيسية لإضافة الميتاكاولين تحسين قوة ملاط ​​الأسمنت والخرسانة.

أظهرت دراسة بون وآخرون أن قوة هذا الإسمنت بعد 28 و90 يومًا تُعادل قوة إسمنت الميتاكاولين، إلا أن قوته المبكرة أقل من قوة الإسمنت المرجعي. وتشير التحليلات إلى أن هذا قد يكون مرتبطًا بالتكتل الشديد لمسحوق السيليكون المستخدم وعدم تشتته بشكل كافٍ في ملاط ​​الإسمنت.

(2) درس لي كيليانغ وآخرون (2005) تأثير درجة حرارة التكليس، ومدة التكليس، ومحتوى ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) وأكسيد الألومنيوم (Al2O3) في الكاولين على فعالية الميتاكاولين في تحسين مقاومة الخرسانة الإسمنتية. وقد تم تحضير خرسانة عالية المقاومة وبوليمرات التربة باستخدام الميتاكاولين. أظهرت النتائج أنه عند استخدام 15% من الميتاكاولين ونسبة ماء إلى إسمنت 0.4، بلغت مقاومة الضغط بعد 28 يومًا 71.9 ميجا باسكال. وعند استخدام 10% من الميتاكاولين ونسبة ماء إلى إسمنت 0.375، بلغت مقاومة الضغط بعد 28 يومًا 73.9 ميجا باسكال. علاوة على ذلك، عند استخدام 10% من الميتاكاولين، وصل مؤشر فعاليته إلى 114، أي بزيادة قدرها 11.8% مقارنةً بنفس الكمية من مسحوق السيليكون. لذا، يُعتقد أن الميتاكاولين يُمكن استخدامه في تحضير خرسانة عالية المقاومة.

تمت دراسة العلاقة بين الإجهاد والانفعال في الشد المحوري للخرسانة المحتوية على نسب مختلفة من الميتاكاولين (0، 0.5%، 10%، و15%). وتبين أنه مع زيادة نسبة الميتاكاولين، يزداد الانفعال الأقصى لمقاومة الشد المحوري للخرسانة بشكل ملحوظ، بينما يبقى معامل المرونة للشد ثابتًا تقريبًا. في المقابل، تزداد مقاومة الضغط للخرسانة بشكل ملحوظ، بينما تنخفض نسبة مقاومة الضغط تبعًا لذلك. وتبلغ مقاومة الشد ومقاومة الضغط للخرسانة المحتوية على نسبة 15% من الكاولين 128% و184% على التوالي من مقاومة الخرسانة المرجعية.
أظهرت دراسة تأثير مسحوق الميتاكاولين فائق النعومة على تقوية الخرسانة، أنه عند نفس درجة السيولة، زادت مقاومة الضغط ومقاومة الانحناء للمونة المحتوية على 10% من الميتاكاولين بنسبة تتراوح بين 6% و8% بعد 28 يومًا. وكان تطور المقاومة المبكرة للخرسانة المخلوطة بالميتاكاولين أسرع بكثير من الخرسانة القياسية. وبالمقارنة مع الخرسانة المرجعية، أظهرت الخرسانة المحتوية على 15% من الميتاكاولين زيادة بنسبة 84% في مقاومة الضغط المحوري ثلاثي الأبعاد، وزيادة بنسبة 80% في مقاومة الضغط المحوري بعد 28 يومًا، بينما زاد معامل المرونة الساكن بنسبة 9% في الأبعاد الثلاثة، و8% بعد 28 يومًا.

تمت دراسة تأثير نسبة خلط تربة الميتاكاولين والخبث على قوة ومتانة الخرسانة. أظهرت النتائج أن إضافة الميتاكاولين إلى خرسانة الخبث تُحسّن من قوتها ومتانتها، وأن النسبة المثلى للخبث إلى الإسمنت تبلغ حوالي 3:7، مما يُحقق قوة مثالية للخرسانة. ويُلاحظ أن فرق مقاومة الانحناء في الخرسانة المركبة أعلى قليلاً من مثيله في خرسانة الخبث النقية، وذلك بسبب تأثير الرماد البركاني للميتاكاولين. كما أن مقاومة الشد الانشطاري فيها أعلى من مقاومة الخرسانة المرجعية.

تمت دراسة قابلية تشغيل الخرسانة ومقاومتها للضغط ومتانتها باستخدام الميتاكاولين والرماد المتطاير والخبث كبدائل للأسمنت، بالإضافة إلى خلط الميتاكاولين مع الرماد المتطاير والخبث بشكل منفصل لتحضير الخرسانة. أظهرت النتائج أنه عند استبدال 5% إلى 25% من الأسمنت بالميتاكاولين بكميات متساوية، تتحسن مقاومة الخرسانة للضغط في جميع مراحل عمرها. وعند استخدام الميتاكاولين كبديل للأسمنت بنسبة 20% بكميات متساوية، تكون مقاومة الخرسانة للضغط مثالية في كل مرحلة عمرية، وتكون مقاومتها في الأيام 3 و7 و28 أعلى بنسبة 26.0% و14.3% و8.9% على التوالي من مقاومة الخرسانة غير المضاف إليها الميتاكاولين. يشير هذا إلى أن إضافة الميتاكاولين إلى أسمنت بورتلاند من النوع الثاني تُحسّن من مقاومة الخرسانة المُحضّرة.

يُستخدم خبث الصلب والميتاكاولين ومواد أخرى كمواد خام رئيسية لتحضير أسمنت الجيوبوليمر بدلاً من أسمنت بورتلاند التقليدي، وذلك لتحقيق هدف ترشيد استهلاك الطاقة، وخفض الاستهلاك، وتحويل النفايات إلى موارد قيّمة. تُظهر النتائج أنه عند إضافة 20% من كلٍّ من خبث الصلب والرماد المتطاير، تصل قوة عينة الاختبار بعد 28 يومًا إلى مستوى عالٍ جدًا (95.5 ميجا باسكال). كما أن زيادة كمية خبث الصلب المضافة تُسهم في تقليل انكماش أسمنت الجيوبوليمر.

باستخدام الطريقة التقنية المتمثلة في "أسمنت بورتلاند + مادة مضافة معدنية نشطة + عامل مخفض للماء عالي الكفاءة"، وتقنية الخرسانة الممغنطة، وعمليات التحضير التقليدية، أُجريت تجارب على تحضير خرسانة خبث حجري منخفضة الكربون وعالية المقاومة باستخدام مواد خام مثل الأحجار والخبث من مصادر محلية متنوعة. تشير النتائج إلى أن الجرعة المناسبة من الميتاكاولين هي 10%. تبلغ نسبة كتلة الأسمنت إلى مقاومته لكل وحدة كتلة من خرسانة الخبث الحجري عالية المقاومة حوالي 4.17 ضعفًا مقارنةً بالخرسانة العادية، و2.49 ضعفًا مقارنةً بالخرسانة عالية المقاومة، و2.02 ضعفًا مقارنةً بخرسانة المساحيق التفاعلية. لذلك، تُعد خرسانة الخبث الحجري عالية المقاومة المُحضّرة بجرعات منخفضة من الأسمنت اتجاهًا واعدًا لتطوير الخرسانة في عصر الاقتصاد منخفض الكربون.

(3) بعد إضافة الكاولين المقاوم للصقيع إلى الخرسانة، يقل حجم مسامها بشكل كبير، مما يُحسّن مقاومتها لدورات التجميد والذوبان. بعد عدد معين من هذه الدورات، يكون معامل المرونة لعينة الخرسانة التي تحتوي على 15% من الكاولين، عند عمر 28 يومًا، أعلى بكثير من معامل المرونة للخرسانة المرجعية عند نفس العمر. كما أن استخدام الميتاكاولين مع مساحيق معدنية فائقة النعومة أخرى في الخرسانة يُحسّن متانتها بشكل ملحوظ.