DE2249418A1

DE2249418A1 - Mit wasser kaltabbindende feuerfeste massen und moertel

Info

Publication number: DE2249418A1
Application number: DE19722249418
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Dr Gelsdorf; Franz Schellberg
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1972-10-09
Filing date: 1972-10-09
Publication date: 1974-05-02
Also published as: SE404180B; FR2202050A1; DK131622C; AT324196B; DK131622B; NL7313892A; GB1449484A; DE2249418C3; BE804851A; DE2249418B2; FR2202050B1

Description

Fall 2626 YXIi/p/Gu/Dr. S.e/He

DIDIER- V ERKE A. G. "62 Vi ρ sb ad en, Lessingstr. 16-18

Mit Wasser kaltabbindende feuerfeste - . Massen und Mörtel.

Die Erfindung betrifft mit Wasser kaltabbindende feuerfeste Massen lind Mörtel, die aus Zuschlagstoffen, Mikrofüllstoffen und Bindemitteln bestehen.

Mit Wasser kaltabbindende, feuerfeste Baustoffe auf der Grundlage von hydraulisch abbindenden Tonerdezementen als Bindemittel sind bekannt (Lehmann, Mitusch "Feuerfester Beton aus Tonerdeschmelzzement", Schriftenreihe Steine und Erden, Bd. 3» Hermann Hübner Verlag, Goslar 1959).

Tonerdezeraente werden in der Segel mit einem Anteil von 15 bis 25 Gev.% der Gesaratmasse als Bindemittel zugesetzt. Diese Tonerdezemente sind umso kostenaufwendiger, je höher ihr Tonerdegehalt ist. Beträgt dieser weniger als 65 %_t so sind sie nicht feuerfest und gefährden die Feuerfestigkeit der Zuschläge« Die Gebrauchseigenschaften sind an eine bestimmte Abbindegeschtdndigkeit gebunden, deren optimale Werte auf einen engen Bereich begrenzt sind. Führen Maßnahmen z.B. zum Zwecke der Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Massen und liörtsl zu Werten außerhalb dieses Bereiches, so müssen Nachteile für die Eigenschaften der resultierenden Baustoffe hingenommen τ/eruen.

Weiterhin ist bekannt, auf der Basis von Portlandzementen and Zuschlägen Baustoffe zu erzeugen siehe beispielsweise Petsold, Rohrs "Beton für hohe Temperaturen¹*, Beton Verlag GmbH, Düsseldorf 1964 und Nekrasscv "Hitzebeständiger Beton", Bauverlag 'GMbH, Viesbaden-Eex'lin '1961. -Solche Baustoffe sind infolge der preiswerten Portlandzenente, deren Anteil in einem

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Baustoff etwa 20-35 Gev.% beträgt, relativ billig. In Gegensatz zu Tonerdezementen sind Port leine! ζ ent en te jtiJcch nicht feuerfest. Demzufolge sind Massen mit Portlandzement als Bindemittel in der Regel auch nicht feuerfest.

Sowohl Ton er de ζ er. ent als auch Portlr.ndzeir.ent enthaltende Massen oder Körtel benötigen cu:n Abbinden erhebliche !-'engen Wasser» das als Kris* .llwassc-r gebunden die Festigkeit herbeiführt. Beim Austreiben des ICristallvasscrs durch Er'.w>.rinen über 110 C besteht die Gefahr, daß infolge des resultierenden D?;iti> f druck r, bei großen Dampfvolumen Risse und Abplatzungen entstehen.

In der DOS 2 043 4SG t/erden kaltabbindende, schüttfShige, feuerfeste Baustoffe mit verminderten Tonerdeztmentanteil unter Vervendung von Ton und "alkalischen" Phosphatverflüssigern (pH-Wert >11) beschrieben. Bei der Fertigung von Feuerbetonen nach der Lehre der DOS 2 048 488 ergibt sich ein sehr dichtes Gefüge der hergestellten Bauteile. Dieses dichte Gefüge verursacht bei Einhaltung üblicher Anheizbedingungen erhöhte Rißbildung und verstärktes Abplatzen, da der beim Entwässern sich bildende Dampf nur schwer entweichen kann. Außerdem muß die Dosierung des Anmachwassers in sehr engen Grenzen gehalten werden, vas die exakte Einhaltung verarbeitungsgerechter Konsistenz des Betonbreis erschwert.

Bei den beiden angeführten Bindemitteln (Tonerdezeinent, Portlandzement) ist die Abbindegeschwindigkeit nicht beliebig steuerbar, so daß die Einhaltung von optimalen VeraxbeitungsbediriguncTcn nicht iiimer gewährleistet ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es» kaltabbindende feuerfeste Massen oder Mörtel unter Verven dung von Fra« tiarj.lzeu-iPnt in wirtschaftlicher Weise mit verbesserten v"er?xbeitu«gs-, Aufheiz- und Gebrauchseigenschaften herzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird geriäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Bindemittel der feuerfesten Masse oder dem Mörtel aus

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BAD ORIGINAL

einer Mischung von 70 — 95 Gev/.Ji Portlandzement und 5-30 Gc-v.',/' sauren festen Phosphaten, mit einem pH-Wert in wässriger Lösung unter C,0 bestellt.

Auf diese Weise hergestellte Massen und Mörtel sind trotz Vcrung von Portlandzement feuerfest, da nach einer Erhitzung

des rr.it Wasser abgebundenen und verfestigten Gemisches aus Portlandzement und saurem Phosphat auf über 1000_: C sich feuerfeste Kalzium-Sililcophosphctte bilden, deren Feuerfestigkeit über 1G5O° C beträgt. Tonerdezenente sind als Realctionspartnsr im Bindemittel ungeeignet, veil sie sich bei Kaum temper a tür mit saurein Phosphat gemischt nicht verfestigen und bei der Er-'hit-ung auf über 1000° C auch Iceine K al ziuni-Sililco phosphate bilden. Portiandzemente hingegen zeigen bei Raumtemperatur und anschließender Erhitzung den gewünschten Reaktionsabiauf, wobei die Reaktion mit steigender Güteklasse des Portlandzementes vollständiger und schneller abläuft.

Durch Verringerung des Bindemittelanteils unter gleichzeitiger Verwendung eines feuerfesten Bindemittels, bestehend aus weniger kostspieligen, nicht feuerfesten Portiandsementen (Schmelzpunkt 1375° C) und nicht feuerfesten, sauren, festen Phosphaten werden Masse« oder Mörtel billiger»

Die feuerf-esten Hasses oder Mörtel genÄJ3 der Erfindung lassen sich in für Feuerbeton üblicher Weise durch Stampfen, Vibrieren, Schütten, Streichen oder Spritzen verarbeiten. Benerkensvcrt ist, daß der sonst einer spritzmasse- anhaftende Kangcl, sich beim Spritzen au entnischen, weitgehend vermieden Ύ.-ird. Folglich ist der Anteil an EüclcpralLiiasse beim Spritzen der Ylasse außerordentlich niedrig. Er liegt unter 10 % der verarbeiteten Massennenge. Die aufgespritzte Masse behält die Ursprungszusaru^ensetzung sorohl in\chemischer als, auch in granuloraetrischer Hinsicht.

Die Abbindegeschv/indiglceit kann durch einfache Änderung des Reale tionsgefalles, beispielsweise durch Veränderung des Bindemittelanteils, durch den Einsatz unterschiedlicher Portland-

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zementqualitäten oder durch den Einsatz unterschiedlich saurer Phosphate in weiten Grenzen variiert werden, das heißt» die Masse kann in ihrer Konsistenz veitgehend der jeweiligen Verarbeitungstechnik angepal3t werden, ohne ihre vorteilhaften Gebrauchseigenschaften zu verlieren.

Da beim Erwärmen der Masse während des Anheizprozesses über 110' C nur ein niedriger Kristallwassergehalt vorhanden ist» bleibt die Wasserdampfbildung gering, wodurch Rißbildung und Abplatzungen beira Anheizproζefl weitgehend vermieden werden. Daher resultiert die Unempfindlichkeit der Massen beim Anheizen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Massen und Mörtel im Temperaturbereich ■
sches Festigkeitsniinimura zeigen.

und Mörtel im Temperaturbereich von 600 - 1100° C kein kriti-

Die Erfindung schlägt weiter vor, daß der Bindemittelanteil in den Massen bzw. Mörtel 1 - 20 Gewichtsprozent beträgt. In diesem Falle bleibt die Feuerfestigkeit der Zuschlagstoffe erhalten.'

Das Verfahren zur Herstellung der Massen und .Mörtel besteht gemäß der Erfindung darin, daß Portlandzement und saures, festes Phosphat in einer Körnung unter 0,1 mm trocken vorgemischt und den übrigen Massen- oder Mörtelbestandteilen, wie Zuschlagstoffen und Mikrofüllstoffen, unter Zusatz von Wasser beigemischt verden. Die Feinaufteilung und Vormischung der Bestandteile des Bindemittels hat den Vorzug, daß eine weitgehende Aufteilung des Bindemittels innerhalb der fertigen Massen bzw. Mörtel gewährleistet ist. Außerdem erhöht die feine Körnung des Bindemittels die Reaktionsbereitschaft innerhalb der Massen bzw. Mörtel.

Als Mikrofüllstoffe können Bindetori, Bentonit, Kaolin, feinste Tonerden, feinstes Chromoxid, Kieselgläser und Graphit, als Zuschlagstoffe gekörntes Material aus Korund, Muilit, Bauxit, Schamotte, Spinell, Sillimanit, Quarzit und Zirkon benutzt werden.

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Bei don Versuchen über den Charakter des Bindemittels v/urde festgestellt, daß sich durch Variation.der Qualität des Portlandzcmentes und/oder der Qualität des sauren festen Phosphates und der Vassermenge bestimmte Gesetzmäßigkeiten im Ablauf der Verfestigrang einstellen (vcrgl. Tabellen I - III). Diese Besiehungen bleiben auch in Mischungen aus Zuschlagstoffen, Mikrofüllstoffen und Bindemitteln erhalten.

Die Werte aus den Reaktionen von saurem Natriumphosphat (W 200/30, Herstellerfirma Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) mit den handelsüblichen Portlandzement en PZ 5-50, PZ 350 und PZ" 45O F Weiß sind in den Tabellen I - III angegeben.

Aus ihnen ist der Zusammenhang zwisehen Abbindezeit und Zusammensetzung des Bindemittels ersichtlich. Das Gewichtsverhältnis Portlandzement : saures Phosphat wird bei dem Wasser-Bindemittelwert 0,5 gemäß DIlI 1048 variiert. Die Höchsttemperatur bei Abbindung und die Abbindezeit werden angegeben.

Tabelle I

Bindemittel: Portlandzement PZ 550 und saures Phosphat V 200/30

Gewichtsverhältnis Höchsttemperatur Abbindezeit Portlandzement : bei Abbindung _(mln#)

Phosphat ^ ^C*

1,5 58 2

4,0 46 3

9,0 38 4

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Tabelle II

Bindemittel: Portlandzement PZ 350 und

saures Phosphat W 200/30

Gerichtsverhaitnis	Höchsttemperatur	Abbindezeit	Bindemittel: Portlandzement PZ 450 F Weiß und	Höchsttemperatur	Abbindezeit
Portlandzement :	bei Abbindung	(nin.)	saures Phosphat W 2OO/30	bei Abbindung	(min.)
Phosphat	( c)		Gewichtsverhältnis	(⁰C)
1.5	52	5	Portlandzement 1	52	2
4,0	40	5	Phosphat	46	2.5
9.0	32	7	1.5	43	3
Tabelle III			4,0
9,0

Mischungen von Portlandzement mit sauren Phosphaten und Wasser ergeben nach dem Abbinden und Glühen bei über 1000° C in Köntgenbeugungsdiagramm überwiegend talziura-Silikophosphate. Die in Erhitzungsmikroskop geglühte Substanz iiatxe einen Schmelzpunkt von über 1650° C· Die verwendeten Portlandzemente dagegen haben unter 137 5 C liegende Schmelzpunkte, v/ährend die sauren Phosphate bereits zwischen 600 - 800° C schneizen. Die

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benutzten Ausgangsstoffe sind' also nicht feuerfest.

Folgende, nicht, einschränkende Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel 1: Korundmasse

1a) Schüttbeton gemäß der Erfindung

1. Zuschlagstoff : Elektroschmelzkorund 97 Gev.-Tle.

O-G rrjx Kornsusaciiinensetaung nach DIlI- 1045

2. Hikrofüllstoffe : Kalzinierte Tonerde 3 " "

100 Gew.-TIe.

3. Bindemittel : Portlandzement PZ 550 + 2 "

Saures Phosphat W 2CO/3O + 1 " ^CT der Fa-EscMirufiftr t:

4. Anmachwasser ; 6 ltr/iOO kg trockene Masse

- Ausbreitmaß τ (cm)s 6 - Bestimmt aach 17«» PRE=-

Empfehlung "Essais de controls de reception des betoas refractaires^M, Jan. 1969

- Veraichtung s Vibratioa

- AusschalzeitCmisi.); 60

Bemerkung: Die Pro^ekörper können sofort nach Auss bei 110* C getrocknet verden.

Physikalische Eigenschaften:

chalen

Getempert	Std,	Gevichts	Lineare	Längen-	1	Kaltdruckfestig-
bei ⁰C	24	ver lust in %	änderung	isi %	2	keif (kp/cm )
110	5	5,3	\°		130
600	5	5,5	o		150 ·
1000	5	5,5	- o,	170
1800	5,5	."· ¹'	800

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Ein Probekörper im Normalforraat (230 χ 1-14 x 64 nun) zeigte nach <*e*n Trocknen bei 110° C und anschließendem Aufheizen mit 30 :</:nin. auf 1200° C keine Risse.

Beurteilung: Wenig Anmachwasser, schnelle Abbindezeit (=Ausschalzeit), Unempfindlichkeit beim Aufheizen, da der Anteil des Anmachvasscrs bei 110 C ausdampft und nur sehr venig Kristallwasscr verbleibt, kein kritischer Festigkeitsbereich, hohe Feuerfestigkeit, Schwindung bei 1&©0° C = - 1,2 %)

Ib) Schüttbeton konventioneller Art

1. Zuschlagstoff : Elektroschmelzkorund 97 Get/.-Tie.

0-6 mm Koriizusanimensetzung nach DIN 1045

2. Mikrofüllstoffe : Kalzinierte Tonerde 3 " "

100 Gew.-TIe.

Portlandzement PZ 550 + 2 5 "

11 ltr/iOO kg trockene Masse 6,5

"⁵ br ation

3. Bindemittel

4· Anmachwasser

- Ausbreitmaß r (cm)

- Mischzeit (min.)

- Verdichtung

~ Ausschalzeit(min.): 100

Bemerkungen: Die Probekörper müssen nach den Ausschalen mindestens 48 Std. in feuchter Atmosphäre hydratisiert werden und können dann bei 110 C getrocknet werden.

Physikalische Eigenschaften:

Getempert	Std.	Gewichts	Lineare Längen-	Kaltdruckfestig
bei ⁰C	24	verlust in	% änderung in %	keit (kp/cm²)
110	5	6,8	0	300
600	5	7·4	- 0,3	175
1000	5	9,6	■ - 0,4	110
1800		_	nicht meßbar, da	_
		geschmolzen

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Ein Probekörper im Normalformat (230 χ 114 x 64 mm) zeigte nach dem Trocknen bei 110° C und anschließendem Aufheizen mit
30 K/iitiri. auf 1200° C klaffende Risse und Abplatzungen.
Beurtei lunffjf. Relativ viel Anmachwasser, Empfindlichkeit beim Aufheizen, da viel Kristallv/asser verbleibt, lange Abbindezeit, kritischer Festigkeitsbereich, geringe Feuerfestigkeit (bei 1800° C geschmolzen).

Beispiel 2: Schamottemasse

2a) Stampfbeton gemäß der Erfindung

1. Zuschlagstoff

2. Mikrofüllstoffe

3. Bindemittel

4. Aniflachwasser

- Mischzeit (min.)

- Verdichtung

Schamotte 40?ά Al₀O,,, 0-6 nm Kornzus £jni?iensetzung nach DIN 1045

Ton 3856 Al_o0_

Portlandzement PZ 450 Saure3 Phosphat

(F'euerfestbinder 10 Oer + 0,8 " Fa.MetallgeseLischaft)

5,5 ltr/iOO kg trockene Hasse

10

Hands tampfung

97,0	Gew.	-TIe.
2,5	η	Il
0,5	If	M
100,0	Gev.	-TIe.
+ 2	H	Il

- Ausschalzeit(min.):

Bemerkungen: Die Probekörper können sofort nach dem Ausschalen bei 110 C getrocknet verden.

Physikalische Eigenschaften:

Getempert	Std.	Gewichts	Lineare Längen-	Kaltdruckfestig
bei ⁰C	24	verlust in	% änderung in % \	keit (kp/cm²)
110	5	4,5	0	130
600	5	5,1	0	170
1000	5	5,1	- 0.1	200
1450	5,1	- 1,2	480

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Ein Probekörper in Normalformat (230 κ 114 χ 64 πια) zeigte nach de.« Trocknen bei 110° C und anschließendem Aufheizen mit 30 r/min, auf 1200° C keine Risse.

ri; Wenig Annachu'asser, Uncnpfindlichkeit bein Aufheizen, da der Hauptteil des AnnachT/acscrs bis 110° C ausdampft und venig Iristallvasser verbleibt, kein kritischer" Festigkeitsbereich, gute Feuerfestigkeit, Scht/indung bei 1450° C — — 1,2 ,*.

2b) Stampfbeton konventioneller Art

1. Zuschlagstoff : Scharrotte 40%" Al₀O , 97,0 Gcv.-Tle.

0-6 mm Korηzusammensetzung nach DIN 1045

2. Mikrofüllstoffe

Ton 38% Al₂O₃	2,	5	η	Il
^Cr2^P3	°r	5	It	Il
Tonerdeschmelzzement "Rolandshütte¹¹	100,	0	Gev.	-TIe.
+ 20		N	Il

3· Bindemittel

4. Anmachvasser : 10 ltr/iOO kg trockene

Masse

- Hischzeit (min.) : 10

- Verdichtung : Handstampfung

- Ausschalzeit(min.): 180

Bemerkungen: Die Probekörper müssen nach dem Ausschalen mindestens 48 Std. in feuchter Atmosphäre hydratisiert verden und können dann bei 110 C getrocknet werden.

Physikalische Eigenschaften:

Getempert Gev.dchts- Lineare Längen- Kaltdruckfestigbei ⁰C Std. verlust in % änderung in % keit (kp/cm )

0 360

- 0,1 200

- 0,5 180

Probekörper deformiert

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110	24	3,5
600	5	5.6
1000	5	7,7
1450	5	7.7

Ein Probekörper im Normalformat (230 χ 114 x 64 mm) ist nach dem Trocknen, bei 110° C und anschließendem Aufheizen mit 30 K/rtin. bei etva 700° C restlos durch Dampfspannungen scrs türt t/orden. ·

Beurteilung: Viel Anniaclrv/asser, große Empfindlichkeit Aufheizen, da selir viel JCristallvasser verbleibt, lange Abbindeseit, kritischer Festigkeitsbereich, geringe Feuerfestigkeit (bei 1450° C Probekörper deformiert).

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Claims

Patentansprüche:

1. Hit Vaascr kaltabbindcnde feuerfeste Massen und Mörtel, bestehend aus Zuschlagstoffen, Mikrofüllstoffen und Bin demitteln, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindenittel aus einer Mischung von 70 - 95 Gcv.% Portlandzement und 5-30 Gev./i festen, sauren Phosphat besteht, dessen wässrige Lösung einen pH-Wert unter 6_t0 aufweist.

2. Feuerfeste Hassen und Mörtel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindemittelanteil 1 bis 20 Gev.% beträgt.

3. Verfahren zum Herstellen von Massen und Mörteln nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Portlandzement und saures, festes Phosphat in einer Körnung unter 0,1 mn trocken vorgemischt und den übrigen Bestandteilen (Zuschlagstoffe und Mikrofüllstoffe) der Hassen bzw. Mörtel unter Zusatz von Wasser beigemischt werden.

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