DD241736A1 - Deformationsarmer korundfeuerbeton - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gemenge von Korundfeuerbeton und seine Verarbeitung fuer pyrotechnische Anlagen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist, deformationsarmes Feuerfestmaterial mit insbesondere vorteilhaften Materialeigenschaften fuer den Temperaturuebergangsbereich zwischen hydraulischer und keramischer Bindung bereitzustellen. Erfindungsgemaess wird das mit einem Trockengemenge aus einem Tonerdezementanteil von etwa 8 bis 10%, wobei der Al2O3-Gehalt etwa 70% ist, einem Tonerdeanteil von etwa 5 bis 8%, wobei die Tonerde eine spezifische Oberflaeche groesser 7 000 cm2/g (nach Blaine) und einen Feinststoffanteil kleiner 0,032 mm groesser 90% hat, und Korundzuschlagstoffen bis 16 mm erreicht, wobei die Korngruppenanteile des Zuschlagstoffes naeherungsweise ein Masseverhaeltnis von M8-16 mm:M4-8 mm:M0,25-4 mm:M0,09-0,25 mm 2:2:5:1 haben.Dieses Gemenge wird mit einem Wasser-Zement-Wert von etwa 1,0 und Zementgehalten von etwa 200 bis 250 kg/m3 mittels Vibrationsverdichtung verarbeitet. Vorteilhaft ist es, vorgefertigte Korundfeuerbetonelemente aus diesem Gemenge bei Temperaturen kleiner 1 200C thermisch zu behandeln.

Description

⁼ 2:2:5:1

haben, wobei der Zementanteil im Gemenge kleiner 12%, vorzugsweise 8 bis 10%, und das Verhältnis von Zement und Tonerde 0,5 bis 0,9, vorzugsweise aber 0,6 bis 0,7, ist.

2. Deformationsarmer Korundfeuerbeton nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß er mit einem Wasser-Zement-Wert von ca. 1,0 und Zementgehalten von kleiner 300kg pro m³ Frischbeton, vorzugsweise aber 200 bis 250kg/m³, vibrationsverdichtet wird.

3. Deformationsarmer Korundfeuerbeton nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß er vor seinem Einsatz bei Temperaturen kleiner 1200°C thermisch behandelt wird.

4. Deformationsarmer Korundfeuerbeton nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß er in an sich bekannten mehrschichtigen Feuerbetonen beziehungsweise Feuerbetonelementen verarbeitet wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gemenge von Korundfeuerbeton und seiner Verarbeitung, das in pyrotechnischen Anlagen als deformationsarmes, feuerfestes Auskleidungsmaterial mit insbesondere vorteilhaften Materialeigenschaften für den Temperaturübergangsbereich zwischen hydraulischer und keramischer Bindung eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Feuerfestindustrie werden tonerdezementgebundene Feuerbetone mit Korund als Zuschlagstoff für Temperaturen bis 1800⁰C seit über 20 Jahren eingesetzt.

Für vibrationsverdichtete Betone ist ein Zementeinsatz von 15 bis 25% üblich, wobei für hohe Anwendungstemperaturen geringere Aluminatzement-Gehalte und für niedrigere Anwendungstemperaturen (ca. 1200 bis 1400⁰C) höhere (ca. 20 bis 30%) genannt werden.

Tonerdezemente mit hohem AI₂O₃-Gehalt werden, um eine hohe Druckfeuerbeständigkeit zu erreichen, verschiedentlich mit Tonerde gemischt und vermählen. Gleichfalls ist das Einbringen von gefeinter Tonerde bei gleichem Ziel bekannt. Indem FR-Patent 116376 ist die Zusammensetzung eines bis 1780°C einsetzbaren Aluminatzementes genannt, der ein Verhältnis von Calcium-Aluminat-Klinker zu AI2O3 von größer 2,5 hat. Die Feinheit des Zementes wird mit einem Durchgang von 90% auf dem 0,03mm-Sieb angegeben.

Das Ziel hoher Anwendungstemperaturen bis 1800°C verfolgen auch Rezepturangaben für Gemenge in dem DD-Patent 83929. Der Gehalt an Tonerdezement wird in der Spanne von 10 bis 30% begrenzt, Feinheitsangaben für den Korngrößenbereich kleiner 0,09 mm werden nicht mitgeteilt.

Aus dem DD-Patent 2230746 sind für spritzbare feuerfeste Mischungen Zusammensetzungen zu entnehmen, die „wenigstens 5 bis 13% eines tonerdehaltigen hydraulischen Zementes" und „wenigstens 2,5 bis 3% eines pulverförmigen feuerfesten Materials mit großer spezifischer Oberfläche und hoher Wasserabsorbtionsfähigkeit" enthalten sollen. Hierbei wird als pulverförmiges Material u.a. mikronisierte Tonerde genannt.

Üblicherweise erfahren Korundfeuerbetone mit dem ersten Erhitzen beim Übergang von der hydraulischen zur keramischen - Bindung stärkere Deformationen, die trotz hoher Feuerbeständigkeit der eingesetzten Stoffe zu Rißbildungen und Abplatzungen führen. Kostenaufwendige Neuzustellungen bzw. Anlagenausfälle sind die Folge. Zur Minderung dieser Nachteile wurden zementarme abriebsbeständige dichte Feuerbetone entwickelt, die beim Aufheizen explosionsfrei sind, d. h. unter entwässender Wasserdampfspannung nicht zertreiben. Diese Feuerbetone enthalten Anteile von 5 bis 8% Calciumaluminat-Zement, Feinststoffe mit hoher spezifischer Oberfläche und oberflächenaktive organische Stoffe. Die Wassermenge für die Verarbeitung dieser Betone beträgt gemäß US-Patent 3803894 6-7%.

Eine andere Lösung zur Verringerung des Wasser- und Zementgehaltes mit dem Ziel eines explosionsfreien Betons bei verbesserter Festigkeit sieht vor, den Anteil des Tonerdezementes auf ca. 2,5% durch den Einsatz eines Kieselsäure-Sols zu verringern (US-Patent 4244745, SW-Patent 7807178-4).

Die genannten Patente weisen auf eine sich in jüngerer Zeit abzeichnende Entwicklung von hydraulisch gebundenen Feuerbetonen mit geringen Zementgehalten, die es ermöglichen, verbesserte Feuerbetone für Beanspruchungen im kritischen Temperaturbereich herzustellen. Allerdings sind hierfür kostenaufwendige Zusätze erforderlich, die die Aufwendungen für die Gemengeherstellung und Verarbeitung erhöhen.

Ziel dieser Entwicklung ist es, abriebfeste und explosionsfreie Betone zu schaffen; das häufig negative Deformationsverhalten feinkörniger Feuerbetone findet dabei kaum Beachtung.

Es ist das Ziel der Erfindung, deformationsarme Korundfeuerbetone mit verbesserter Haltbarkeit im Übergangsbereich zwischen hydraulischer und keramischer Bindung herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, hochtemperaturbeständige Korundfeuerbetone mit geringer Deformation und verbesserter Standzeit effektiv zu nutzen.

Es wurde gefunden, daß feingemahlene Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von größer 7000cm²/g und einem Feinststoffgehalt von mindestens 90% kleiner 0,032 mm problemlos, ohne oberflächenaktive Zusätze oder vorherige Dispergierung in Wasser mit einer geeigneten Zusammensetzung an Korundzuschlagstoffen und einem geringeren als bisher üblichen Zemehtanteil zu deformationsarmen Betonen verarbeitet werden kann. Der Zementanteil im Gemenge ist kleiner 12%, vorzugsweise 8 bis 10%, und das Verhältnis von Zement zu Tonerdemehl beträgt ca. 0,6 bis 0,7.

Die Korundzuschlagstoffe, die ein Größtkorn bis 16mm enthalten, sind in Korngruppenanteilen enthalten, die durch folgendes annähernde Korngruppenverhältnis gekennzeichnet sind:

M8-i6mm:M4_8_mm:Mo,25-4mnvM₀,o9-o,25mm ⁼ 2:2:5:1.

Das erfindungsgemäße Gemenge für gering deformierbare Betone wird zweckmäßigerweise vibrationsverdichtet und mit Wasser-Zement-Werten von ca. 1,0 verarbeitet. Die Zementgehalte pro m³ Frischbeton sind kleiner als 300kg.

Die geringe Deformationsneigung dieses Betons kann weiter dadurch reduziert werden, daß man die Betone bzw. Betonfertigteile in an für sich bekannter Weise vorbrennt, wobei gefunden wurde, daß die Vorbrandtemperatur wesentlich unter der Einsatztemperatur gehalten und mit 1200^cC begrenzt werden kann.

Vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Gemenge auch in mehrschichtigen Feuerbetonelementen einsetzen. Dabei stabilisieren sich insbesondere die Deformationsverhältnisse im Temperaturbereich zwischen 800 bis 1 200°C.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden Beispiel werden die Vorteile des erfindungsgemäßen deformationsarmen Korundfeuerbetons verdeutlicht, wobei die ermittelten Gütewerte einem herkömmlichen Feuerbeton mit gleicher Anwendungsgrenztemperaturyon 1700⁰C gegenüber gestellt werden:

Merkmale	mm	üblicher Korund	-	erfindungsgemäßer
	8-16	feuerbeton	-	Korundfeuerbeton
1	4-8	2	89	3
Korngruppen	0,25-4		7
der Korundzuschlag—	0,09-0,25	4	16
stoffe	0,09	20	14
		-	43
			8
Feinststoffanteil		0,53	19
%Zement im Gemenge			10
VerhältnisTonerdemehl		2,50	1,7:1
zu Zement	7d	2,40
Wasser-Zement-Wert	1050C	1,60	1,0
(bei gleicher Verarbeitung)	1 000°C	1,40
auf den Zementgehalt	1200°C	+0,20	2,3
bezogene Festigkeit in	1000°C	+0,40	2,6
MPa pro %	1 200°C	0,058	2,9
	1. Auf heiz.	0,023	3,0
lineare Längen	2. Auf heiz.		+0,03
änderung in %		1,39	+0,12
Kriechgeschwindigkeit	1. Aufheiz.	0,56	0,006
(%/Std.)bis24Std.	2. Aufheiz.		0,001
beil 1000C
Kriechmaß nach 24 Std.	0,14
in % mit Belastung	0,03
von 1 MPa

Ohne eine Verringerung der auf den Zementgehalt bezogenen Festigkeit verminderte sich die prozentuale Längenänderung bei Temperaturen um 1000°C um mehr als 75% des Ursprungwertes. Kriechgeschwindigkeit und Kriechmaß bei 1100°C reduzierten sich bei einer Belastung von 1 MPa um eine Zehnerpotenz. Vorteilhaft erweist sich eine thermische Vorbehandlung des erfindungsgemäßen Gemenges, wie aus den Werten der 2. Aufheizung ersichtlich ist.

In einem anderen Beispiel wurde der Zementgehalt des erfindungsgemaßen Korundfeuerbetons auf 7% herabgesetzt, so daß die Zementmasse pro m³ verdichteten Frischbetons 200 kg betrug. Die bezogenen Festigkeiten um 1000°C erreichten 2,0MPa pro Zementprozent, die lineare Längenänderung ±0und Kriechmaß und Kriechgeschwindigkeit hatten Werte von 0,16% bzw. 0,007%/Std. nach der ersten und 0,07% bzw. 0,003%/Std. nach der zweiten Aufheizung.

Die vorteilhaften geringen Formänderungen der erfindungsgemaßen Feuerbetongemenge ermöglichen den Spannungsabbau im Feuerbeton, erhöhen den Erzeugnisgebrauchswert und reduzieren den Zementeinsatz. Die vorteilhafte Verarbeitung ermöglicht den Einbau des beschriebenen Feuerbetongemenges bzw. seine Kombination in an sich bekannten Mehrschicht-Feuerbetonelementen.

Claims (1)

1. -1- Ζ4Ί /3b

   Erfindungsanspruch:

   1. Deformationsarmer Korundfeuerbeton im Übergangstemperaturbereich zwischen hydraulischer und keramischer Bindung, gekennzeichnet dadurch, daß sein Trockengemenge aus Tonerdezement mit einem AI₂O3-Gehalt von ca. 70%, aus feinstgemahlener Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von größer7000cm²/g und einem Feinststoffanteil kleiner 0,032mm größer 90% und Korundzuschlagstoffen bis 16mm besteht, und die Korngruppenanteile näherungsweise das Verhältnis