Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung des Wasser-zu-Zement-Verhältnisses von ungeformten feuerfesten Erzeugnissen für besseres Verhalten beim Einbau, Trocknen und im Einsatz

The setting behaviour of hydraulic bond refractory castables is suffers of poor reproducibility that induces bad performance under service conditions. In worst cases the installation already fails during the first heat-up because the material did not develop the required strength. These failures appear even if the material was carefully checked under distinct laboratory condition prior to delivery. In many cases the reason for the failure is not explainable.

The economic damage and the follow-up for SMEs are tremendous. For SMEs this may cause the financial collapse.

The general purpose of this project is to attain a deeper understanding of the interaction properties of calcium aluminate cement (CAC) with other aggregates in the formulation. This knowledge is indispensable to understand or predict the performance of refractory castables. A major objective of this project is to control all known influences that affect the setting behaviour, the strength evolution, the drying behaviour and the high temperature performance. Beside the typical parameters temperature, relative humidity, workability and CAC-microfines-additive combinations a key issue of this project is how the water-to-cement ratio (wcr) affects the strength evolution and in consequence the material performance. The wcr is a key value for concretes for the civil engineering industry. The influence was neglected for CAC containing refractory castables because the CAC in refractory castables loses its functionality after the first heat-up and is always seen as a temporary binder.

Proper adjustment of the wcr will significantly enhance the performance of refractory castable. It will be possible to determine the precise cement concentration for any ambient condition.It will be carefully evaluated how the adjusted cement concentration affects the setting, hardening, drying and high temperature properties.For a proper material development it is indispensable to investigate every step of the whole lifecycle.

Ergebniszusammenfassung:

Die Hochschule Koblenz hat zur Unterstützung bewährter Monitoring-Verfahren zur Bestimmung des Abbindeverhaltens (Schallgeschwindigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Temperaturentwicklung) ein Gefriertrocknungsverfahren entwickelt, mit dem der Hydratwasseranteil von dem Porenwasseranteil während dem Abbinden bestimmt werden kann. Dadurch können Messsignale der Monitorring-Verfahren besser interpretiert werden. Durch die Variation des Wasser zu Zement-Verhältnisses konnten sinnvolle Verhältnisse mit maximalem Hydratwasseranteil identifiziert werden, die in Folge bei der Optimierung bestehender Rezepturen sowie bei Neuentwicklungen von Feuerbetonen Anwendung finden werden.

Die Forschungsgemeinschaft Feuerfest e. V. hat das Aufheizverhalten von Feuerbetonen und die Temperaturverteilung im Inneren von Feuerbetonen untersucht. Der Fokus der Untersuchungen lag auf der Aufklärung von Phasenumwandlungen über die Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit mit Hilfe einer neuen Laser-Flash-Methode. Auf Basis der ermittelten Temperaturleitfähigkeiten konnte zudem die Temperaturverteilung im Inneren von Feuerbetonbauteilen simuliert werden. Durch Variation der Zusammensetzung der Matrix und der thermischen Vorbehandlung der Feuerbetone werden im Wesentlichen unterhalb 500 °C essentielle Unterschiede in der Temperaturverteilung hervorgerufen, die dafür verantwortlich sein können, dass es zu einer Werkstoffschädigung während des Aufheizens kommt. In Folge ist die Berücksichtigung der Rezeptur essentiell für ein optimiertes und sicheres Aufheizen von Zustellungen und Fertigbauteilen aus Feuerbetonen.