CAC bond refractory castables – when does the hydraulic reaction take place in LC-castables?

• Autorzy: Krause O. , Holleyn F. , Kasper J. , Dannert C. , Tischer D.

Warianty tytułu

PL

Ogniotrwałe materiały odlewane na spoiwie CAC – kiedy ma miejsce reakcja hydrauliczna w odlewach LC ?

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article contributes to a meaningful interpretation of results gathered by in situ measurements of sonic velocity, electrical conductivity and the formation of calcium-aluminium-hydrates during setting and curing of LC refractory castables. All said monitoring techniques are well known in the refractory community and are well documented in the literature. However, the time dependent changes of the said properties are not well correlated to mineralogical and in consequence technological changes of the material during setting and curing. The basic interest of refractory users of course is to define the time at which the installation or the pre-shape construction element can be demoulded. This is in principle possible with the methods listed above. However, after water addition the time dependent changes of sonic velocity, electrical conductivity and temperature are as diverse as there are possible combinations of cements, microfines and surface-active additives. In further the ambient conditions, temperature and relative humidity have a strong influence on these properties and this does not only mean a simple time-shift. Up to now, the results are more confusing than helpful to determine the best time for demoulding pre-shapes and refractory linings. Recent research at Koblenz University of Applied Science contributes to a deeper understanding of the setting behaviour, because besides the physical evolution of the said parameters the time dependent formation of hydrate phases is also investigated by means of a gravimetric method. The paper will show further insights in the evolution of refractory castables during setting and curing. After a two years’ research project performed with Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V. and Institute of Ceramics and Building Materials, Refractory Materials Division, we can contribute to the understanding as follows: The strength evolution recorded by means of ultrasonic velocity is mostly dependent on the dispersing agent that leads to typical time resolved strength patterns. However, gravimetrical analysis of the water content bond to the hydrate phases determined by the freeze-drying method clearly show that, depending on the dispersing agent, the first increase of the sonic velocity does not correlate with the formation of hydrate phases. Additional measurements of the electrical conductivity assist the assumption that the said increase does not stand for the formation of hydrate phases. We suppose that, in the early stage of hardening, gelation or coagulation are the predominant reactions that occur. However, further investigations are necessary to gain a deeper understanding for this pre-setting reaction in highly dispersed refractory castables.

PL

Artykuł wnosi wkład w pełną treści interpretację wyników zgromadzonych za pomocą pomiarów in situ prędkości fali dźwiękowej, przewodności elektrycznej i powstawania hydratów glinokrzemianowych w czasie wiązania i dojrzewania niskocementowych betonów ogniotrwałych. Wszystkie wymienione techniki monitorowania są znane w środowisku zajmującym sie materiałami ogniotrwałymi i dobrze udokumentowane w literaturze. Jednakże, zależność zmian tych właściwości w czasie nie jest dobrze skorelowana ze zmianami mineralogicznymi, a w konsekwencji technologicznymi materiału w czasie wiązania i dojrzewania. Głównym przedmiotem zainteresowania użytkowników materiałów ogniotrwałych jest określenie czasu, po którym szalunek lub forma odlewanego elementu mogą być zdemontowane. W zasadzie jest to możliwe za pomocą przedstawionych powyżej metod, jednak po wprowadzeniu wody prędkość fali dźwiękowej, przewodnictwo elektryczne i temperatura są tak zróżnicowane jak możliwe kombinacje cementów, mikroziarna i dodatków powierzchniowo czynnych. Ponad to, warunki otoczenia, temperatura i wilgotność mają silny wpływ na te właściwości i nie oznacza to tylko prostego przesunięcia w czasie. Jak dotąd otrzymane wyniki są bardziej mylące niż pomocne w określeniu najkorzystniejszego czasu demontażu form lub oszalowania wyłożeń. Obecne badania przeprowadzone na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Koblencji pozwalają na głębsze zrozumienie zachowania w czasie wiązania, ponieważ obok fizycznej ewolucji wspomnianych parametrów badano również metodą grawimetryczną tworzenie się hydratów w zależności od czasu. Artykuł pokaże głębszy wgląd w ewolucję betonów w czasie wiązania i dojrzewania. Po dwóch latach realizacji projektu wspólnie z Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V i Oddziałem Materiałów Ogniotrwałych Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych możemy wnieść następujący wkład: Zmiany wytrzymałościowe rejestrowane metodą ultradźwiękową są zależne głównie od dodatku dyspergującego, co prowadzi do typowych zalesności wytrzymałości od czasu. Jednakże analiza grawimetryczna ilości wody związanej przez fazy hydratów, przeprowadzone metodą suszenia przez zamrażanie, jasno pokazują, że zależnie od zastosowanego dodatku dyspergującego pierwszy wzrost prędkości ultradźwięków nie koreluje z tworzeniem się hydratów. Dodatkowe pomiary przewodnictwa elektrycznego prowadzą do wniosku, że ten wzrost wytrzymałości nie jest związany z powstawaniem hydratów. Przypuszczamy, że żelowanie lub koagulacja są dominującymi reakcjami, które występują we wczesnym stadium twardnienia betonu. Konieczne są jednak dalsze badania w celu głębszego zrozumienia reakcji wczesnego wiązania silnie zdyspergowanych betonów ogniotrwałych.

Słowa kluczowe

EN

refractory castables; setting kinetics; mixing energy; cement testing; hydration process

PL

materiały ogniotrwałe odlewane; kinetyka osadzania; energia mieszania; badanie cementu; hydratacja

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 3
• Strony: 192--197
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Krause O.

• Hochschule Koblenz, Höhr-Grenzhausen, Germany

autor

Holleyn F.

• Hochschule Koblenz, Höhr-Grenzhausen, Germany

autor

Kasper J.

• Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V., Höhr-Grenzhausen, Germany

autor

Dannert C.

• Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V., Höhr-Grenzhausen, Germany

autor

Tischer D.

• Mineralwerk Westerwald Horn GmbH & Co. KG, Weitefeld, Germany

Bibliografia

• [1] Götz-Neunhoeffer, F.: Modelle zur Kinetik der Hydratation von Calciumaluminatcement mit Calciumsulfat aus kristallchemischer und mineralogischer Sicht, Erlanger Forschungen, Reihe B, Naturwissenschaften und Medizin, Band 29, 2006.
• [2] Roesel, R. E., MacZura, G., Rothenbuhler, P. T.: Calcium Aluminate Cements for High Strength Refractory Monoliths, Interceram, 5, (1982), 519–523.
• [3] Kopanda, J. E., MacZura, G.: Production Processes, Properties and Applications for Calcium Aluminate Cements in Alumina Chemicals, Science and Technology Handbook, Westerville, USA, (1990),171–183.
• [4] Krause, O., Cölle, D., Schaffhauser, H., Jahn, D.: Setting Kinetics of High-dispersed Refractory Castables, Refractories Worldforum, 4, 4, (2012), 81–88.
• [5] Proske, T.: Frischbetondruck bei Verwendung von selbstverdichtendem Beton, PhD thesis, Institut für Massivbau der TU Darmstadt, Darmstad 2007.
• [6] Boumiz, A., Vernet, C., Tenoudji, F .C.: Mechanical properties of cement pastes and mortars at early ages, Adv. Cement Based Mat., 3, 3-4, (1996), 94–106.
• [7] Parr, C., Wöhrmeyer, C.: The investigations into the interactions of deflocculated castables which control placing and hardening properties, part 1: placing properties, Unitecr’07, Dresden, Deutschland, 2007.
• [8] Parr, C., Wöhrmeyer, C.: Investigations into the Interactions of Deflocculated Castables which control Placing and Hardening Properties, Part 1: Placing Properties, Refract. Applicat. Trans., 4, 2, (2009), 2–8.
• [9] Simonin, F., Wöhrmeyer, C., Parr, C.: A new method for assessing calcium aluminate cements, Unitecr’05, Orlando, USA, 2005.
• [10] Parr, C., Wöhrmeyer, C., Alt, C.: The optimization of the hardening properties of refractory castables using non destructive techniques to measure early age properties , 31st ALAFAR Cong., Cartagena, Columbia, 2006.
• [11] Buhr, A., Gierisch, D., Groß, H.-L., Kraaijenbos, F., Wams, G., Dutton, J.: A new temperature independent cement for low and ultra low cement castables, Unitecr’07, 396–400, Dresden, Germany, 2007.
• [12] Buhr, A., Schmidtmeier, D., Wams, G., Zacherl, D., Dutton, J.: New results for CA-470 TI temperature independent cement-robustness against low temperature and impurities, Unitecr’09, Salvador, Brasilien, 2009.
• [13] Stinnessen, I., Buhr, A., Kockegey-Lorenz, R., Racher, R.: High purity calcium aluminate cements, production and properties, Conf. on Min. Dalian, 2002.
• [14] Gierisch, D., Buhr, A., Dutton, J., Hösler, M., Franz, B.: Aging behaviour of Alphabond and Calcium Aluminate Cement bonded castables, Proc. 49th Int. Col. Ref., Aachen, 137-142, 2006.
• [15] Bier, T. A., Parr, C., Revais, C: Workability of Calcium Aluminate Cement Based Castables containing Magnesia, 25th ALAFAR Cong., Bariloche, Argentinia, 1996.
• [16] Parr, C., Revais, C., Fryda, H.: The nature of chemical reactions that occur during castables installation and analytical techniques used to follow these reactions, in Fundamentals of Refractory Technology, von Bennett, J. P. und Smith (eds.), J., Am. Ceram. Soc., 53-72, 1999.
• [17] Buhr, A., Schmidtmeier, D., Wams, G., Kuiper, S., Klaus, S., Götz-Neunhoeffer, F., Zacherl, D.: Cement Hydration and strength development – how can reproducible results be achieved? Part I+II, Unitecr’13, Victoria, Canada, 2013.