Feuerfeste Gussmassen mit niedrigem Zementgehalt werden mit herkömmlichen feuerfesten Gussmassen aus Aluminatzement verglichen. Die Zementzugabemenge herkömmlicher feuerfester Gussmassen aus Aluminatzement beträgt üblicherweise 12–20 %, die Wasserzugabemenge in der Regel 9–13 %. Aufgrund der hohen Wasserzugabe weist der Gusskörper viele Poren auf, ist nicht dicht und weist eine geringe Festigkeit auf. Aufgrund der hohen Zementzugabe können zwar höhere Normal- und Tieftemperaturfestigkeiten erreicht werden, die Festigkeit nimmt jedoch aufgrund der kristallinen Umwandlung von Calciumaluminat bei mittleren Temperaturen ab. Offensichtlich reagiert das eingebrachte CaO mit SiO2 und Al2O3 im Guss und bildet einige niedrigschmelzende Substanzen, was zu einer Verschlechterung der Hochtemperatureigenschaften des Materials führt.
Durch den Einsatz von Ultrafeinpulvertechnologie, hocheffizienten Zusatzmitteln und wissenschaftlicher Partikelabstufung kann der Zementgehalt des Gießbetons auf unter 8 % und der Wassergehalt auf ≤ 7 % gesenkt werden. So kann ein Feuerfestbeton mit niedrigem Zementgehalt hergestellt und in Form gebracht werden. Der CaO-Gehalt beträgt ≤ 2,5 % und seine Leistungsindikatoren übertreffen im Allgemeinen die von Feuerfestbetonen aus Aluminatzement. Dieser Feuerfestbetontyp weist eine gute Thixotropie auf, d. h. das gemischte Material hat eine bestimmte Form und beginnt bei geringer äußerer Krafteinwirkung zu fließen. Wird die äußere Kraft entfernt, behält es die erhaltene Form bei. Daher wird er auch als thixotroper Feuerfestbeton bezeichnet. Selbstfließender Feuerfestbeton wird ebenfalls als thixotroper Feuerfestbeton bezeichnet und gehört in diese Kategorie. Die genaue Bedeutung von Feuerfestbetonen mit niedrigem Zementgehalt ist bisher nicht definiert. Die American Society for Testing and Materials (ASTM) definiert und klassifiziert feuerfeste Gussmassen anhand ihres CaO-Gehalts.
Dichte und hohe Festigkeit sind die herausragenden Merkmale von Feuerfestmassen mit niedrigem Zementgehalt. Dies verbessert zwar die Lebensdauer und Leistung des Produkts, bringt aber auch Probleme beim Brennen vor der Verwendung mit sich, d. h., es kann leicht zum Ausgießen kommen, wenn man beim Brennen nicht vorsichtig ist. Das Phänomen des Berstens der Masse kann zumindest ein erneutes Gießen erforderlich machen oder in schweren Fällen die persönliche Sicherheit der umstehenden Arbeiter gefährden. Aus diesem Grund wurden in verschiedenen Ländern auch Studien zum Brennen von Feuerfestmassen mit niedrigem Zementgehalt durchgeführt. Die wichtigsten technischen Maßnahmen sind: Durch die Formulierung angemessener Ofenkurven und die Zugabe hervorragender Explosionsschutzmittel usw. kann das Wasser aus den Feuerfestmassen reibungslos und ohne andere Nebenwirkungen entfernt werden.
Die Technologie ultrafeiner Pulver ist die Schlüsseltechnologie für feuerfeste Massen mit niedrigem Zementgehalt (derzeit liegen die meisten ultrafeinen Pulver, die in Keramik und feuerfesten Materialien verwendet werden, tatsächlich zwischen 0,1 und 10 m und fungieren hauptsächlich als Dispersionsbeschleuniger und Strukturverdichter. Ersteres sorgt für eine hohe Dispersion der Zementpartikel ohne Ausflockung, während Letzteres die Mikroporen im Gießkörper vollständig füllt und die Festigkeit verbessert).
Zu den derzeit häufig verwendeten Arten ultrafeiner Pulver gehören SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 usw. Die spezifische Oberfläche von SiO2-Mikropulver beträgt etwa 20 m2/g und seine Partikelgröße entspricht etwa 1/100 der Zementpartikelgröße, sodass es gute Fülleigenschaften aufweist. Darüber hinaus können SiO2-, Al2O3-, Cr2O3-Mikropulver usw. in Wasser auch kolloidale Partikel bilden. In Gegenwart eines Dispergiermittels bildet sich auf der Oberfläche der Partikel eine überlappende elektrische Doppelschicht, die eine elektrostatische Abstoßung erzeugt, die die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Partikeln überwindet und die Grenzflächenenergie verringert. Dies verhindert Adsorption und Flockung zwischen den Partikeln. Gleichzeitig wird das Dispergiermittel um die Partikel herum adsorbiert und bildet eine Lösungsmittelschicht, die auch die Fließfähigkeit des Gießmaterials erhöht. Dies ist auch einer der Mechanismen von ultrafeinem Pulver, d. h. die Zugabe von ultrafeinem Pulver und geeigneten Dispergiermitteln kann den Wasserverbrauch von feuerfesten Gussmassen reduzieren und die Fließfähigkeit verbessern.
Das Abbinden und Aushärten von feuerfesten Massen mit niedrigem Zementgehalt ist das Ergebnis der kombinierten Wirkung von Hydratationsbindung und Kohäsionsbindung. Die Hydratation und Aushärtung von Calciumaluminatzement erfolgt hauptsächlich durch die Hydratisierung der hydraulischen Phasen CA und CA2 und den Kristallwachstumsprozess ihrer Hydrate, d. h., sie reagieren mit Wasser zu hexagonalen, flocken- oder nadelförmigen CAH10-, C2AH8- und Hydratisierungsprodukten wie kubischen C3AH6-Kristallen und Al2O3аq-Gelen, die dann während des Aushärtungs- und Erwärmungsprozesses eine miteinander verbundene Kondensations-Kristallisations-Netzwerkstruktur bilden. Die Agglomeration und Bindung ist darauf zurückzuführen, dass das aktive, ultrafeine SiO2-Pulver bei Kontakt mit Wasser kolloidale Partikel bildet und auf die Ionen trifft, die sich langsam aus dem zugesetzten Additiv (d. h. der Elektrolytsubstanz) dissoziieren. Da die Oberflächenladungen der beiden entgegengesetzt sind, d. h. die Kolloidoberfläche hat Gegenionen adsorbiert, wodurch das £2-Potenzial sinkt und Kondensation auftritt, wenn die Adsorption den „isoelektrischen Punkt“ erreicht. Mit anderen Worten: Wenn die elektrostatische Abstoßung an der Oberfläche der kolloidalen Partikel geringer ist als ihre Anziehung, entsteht mithilfe der Van-der-Waals-Kräfte eine kohäsive Bindung. Nach der Kondensation des mit Siliciumdioxidpulver vermischten feuerfesten Gussmaterials werden die auf der SiO₂-Oberfläche gebildeten Si-OH-Gruppen getrocknet und dehydriert, um eine Brücke zu bilden und eine Siloxan-Netzwerkstruktur (Si-O-Si) zu bilden, die aushärtet. In der Siloxan-Netzwerkstruktur nehmen die Bindungen zwischen Silizium und Sauerstoff bei steigender Temperatur nicht ab, sodass auch die Festigkeit weiter zunimmt. Gleichzeitig reagiert die SiO₂-Netzwerkstruktur bei hohen Temperaturen mit dem darin eingeschlossenen Al₂O₃ und bildet Mullit, was die Festigkeit bei mittleren und hohen Temperaturen verbessern kann.
Veröffentlichungszeit: 28. Februar 2024
