Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung des Aufheizverhaltens Calcium-Aluminat-Zement-gebundener Feuerbetone durch Modifikation der Morphologie der hydraulisch wirksamen Zementhydratphasen

Zementgebundene Feuerbetone stellen eine sehr wichtige Gruppe der feuerfesten Erzeugnisse dar. Der Erfolg von Feuerbetonen gründet darauf, dass komplexe Zustellungen schnell gegossen oder gespritzt werden können. Dadurch reduzieren sich die Stillstandzeiten von revisionsbedürftigen Hochtemperatur-Aggregaten.

Das Entwässerungsverhalten der Feuerbetone erfordert jedoch große Sorgfalt beim Aufheizen. Das beim Aufheizen abgespaltene Wasser liegt als Wasserdampf im Inneren der Bauteile oder Zustellungen vor. Bei zu schneller Aufheizung können Schäden urch zu hohen inneren Wasserdampfdruck entstehen. Im schlimmsten Fall kommt es zu Wasserdampfexplosionen.

Das Problem auf Seiten der Wirtschaft ist, dass Bauteile und Zustellungen aus Feuerbetonen betont langsam aufgeheizt werden müssen. Dies führt zu Produktivitätsverlusten bei Feuerfest-Herstellern und bei Feuerfest-Nutzern. Ein weiteres Problem ist der austretende Wasserdampf, der die Qualität von Produkten beeinträchtigen kann.

1. Ziel: Die Morphologie der während des Abbindens kristallisierenden Zementhydratphasen soll durch Additive derart beeinflusst werden, dass diese besser miteinander verfilzen und höhere Grünfestigkeiten erzielt werden. Dadurch kann der Zementanteil im Feuerbeton gesenkt werden.

2. Ziel: Zudem soll mittels Templaten die spezifische Oberfläche der Zementhydratphasen vergrößert werden, damit bei der Dehydratation eine deutlich erhöhte Reaktionskinetik erreicht wird. Dadurch wird verhindert, dass bei der Aufheizung die Zementhydratphasen überhitzen.

3. Ziel: Es müssen geeignete analytische Methoden entwickelt werden, mit denen Bildung und Entwässerung der Zementhydratphasen in situ beobachtet werden können.

KMU können so innovative Feuerbetone anbieten, die schneller und schadenfrei aufgeheizt werden können. Eine Verkürzung der Aufheizdauer um 30 % ist angestrebt. Es kommt beim Aufheizen der Feuerbetone seltener zu Schäden und Explosionen. Die Qualität der Produkte wird weniger beeinträchtigt.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des IGF-Vorhabens 19855 N war, die Morphologie von Zementhydratphasen in Feuerbetonen durch Template zu modifizieren, um so ihre Bindewirksamkeit zu erhöhen und ihre thermische Zersetzung zu erleichtern. Außerdem sollten zwei neue Methoden zur in situ Analyse der thermischen Zersetzung der Zementhydratphasen in Feuerbetonen eingeführt werden.

Verschiedene Template beeinflussen die Bindewirksamkeit von Zementhydratphasen deutlich. Der hierzu wirksame Beitrag der Zementphasenmorphologie verblieb nicht vollständig beantwortet. Deutlich wurde jedoch gezeigt, dass eine Beeinflussung möglich ist.

Mit der Methode Monotones Aufheizen (MMH) war es erstmalig möglich, die Temperaturen der thermischen Zersetzung der Zementhydratphasen in situ im Feuerbetongefüge zu ermitteln. Dabei zeigte sich, dass die Zersetzungstemperaturen deutlich vom Poreninnendruck im Feuerbeton abhängen und grundsätzlich höher liegen als die in der Literatur angegebenen Temperaturen, die vorrangig mittels DTA ermittelt wurden.

Die Einführung der Radarmethode als komplementäres Verfahren zur MMH gestaltete sich aufgrund der komplexen physikalischen Zusammenhänge als sehr zeitaufwändig. Bemerkenswert ist hierbei der Nachweis, dass das Entwässerungsverhalten von Zementhydratphasen von der ausgebildeten Morphologie der Zementhydratphasen klar beeinflusst wird.

Mit den Ergebnissen wurde das Verständnis über die Bildung und Zersetzung von Zementhydratphasen in Feuerbetonen wesentlich erweitert. Es wurde dargestellt, dass die Wegsamkeit des Wasserdampfes maßgeblich die Zersetzung steuert - und nicht die Zementphasenmorphologie. Dieser Aspekt ist völlig neu und ein wesentlicher Beitrag für die zielorientierte Entwicklung neuartiger Feuerbetone. Zur Unterstützung dieser Entwicklung wurden zwei neue Methoden bereitgestellt.