Verbesserung des Aufheizverhaltens Calcium-Aluminat-Zement-gebundener Feuerbetone durch Modifikation der Morphologie der hydraulisch wirksamen Zementhydratphasen

Die Beeinflussung der Kornmorphologie der gebildeten Zementhydratphasen durch die gezielte Zugabe von oberflächenaktiven Substanzen (Templaten) war noch nicht systematisch untersucht worden. Insbesondere die Arbeiten von Arnold und Wang erweisen sich aber als derart vielversprechend, dass in diesem Forschungsvorhaben eine genauere Aufarbeitung des Themenkomplexes erfolgte. Um dem Anspruch eines industrienahen Forschungsvorhabens gerecht zu werden, wurden drei Ziele formuliert, mit denen ein unmittelbarer Nutzen für die Wirtschaft erzeugt wird. Durch die gezielte Beeinflussung der Kornmorphologie wurden signifikante Einflüsse auf die Entwicklung der Grünfestigkeit (1. Ziel) und des Entwässerungsverhaltens (2. Ziel) erwartet und hier dokumentiert. Zudem wurden zwei innovative Messverfahren entwickelt (3. Ziel), mit denen das Entwässerungs- und Aufheizverhalten in realen Feuerbetonen in situ gemessen werden kann. Dadurch wurde erstmalig berücksichtigt, dass während des Aufheizens ein durch verdampfendes Wasser entstehender Poreninnendruck entsteht, der potentiell die Stabilität der Zementhydratphasen zu höheren Temperaturen verschiebt.

Zusammengefasst verfolgte das Forschungsvorhaben drei wichtige Ziele:

1. Ziel: Die Morphologie der während des Abbindens kristallisierenden Zementhydratphasen sollte durch spezielle, die Morphologie beeinflussende Additive (sogenannte Template) derart beeinflusst werden, dass diese besser miteinander verfilzen und somit höhere Grünfestigkeiten erzielt werden als bisher. Dadurch kann bei gleicher Grünfestigkeit der Zementanteil im Feuerbeton gesenkt werden. Es wird weniger Wasser in den Zementhydratphasen gebunden, das beim ersten Aufheizen austritt.

2. Ziel: Zudem sollte mittels Templaten die spezifische Oberfläche der Zementhydratphasen derart vergrößert werden, dass bei der Dehydratation eine deutlich erhöhte Reaktionskinetik erreicht wird. Dadurch wird verhindert, dass bei der Aufheizung die Zementhydratphasen überhitzen und so erst zu einem späteren Zeitpunkt - also bei höherer Temperatur - das Hydratwasser freisetzen. Damit sollte die Entwässerung der Zementhydratphasen in Feuerbetonen beschleunigt werden.

3. Ziel: Um die Entwicklungsziele erreichen zu können, mussten geeignete analytische Methoden zur in situ Beobachtung der Bildung und der Entwässerung der Zementhydratphasen entwickelt werden. Die Auswirkung der beeinflussten Morphologie der Zementhydratphasen auf ihre Dehydratationskinetik sollte über neue analytische Verfahren verifiziert werden, die in ihrer Aussagekraft hinsichtlich des betrieblichen Materialverhaltens den konventionellen Methoden (Thermogravimetrie, DTA, STA) überlegen sind. Radar und MMH ermöglichen eine unmittelbare in situ Untersuchung des Entwässerungsverhaltens der Zementhydratphasen an Proben im Bauteilformat.

Da in realen Feuerbetonen stets auch Wechselwirkungen der CAC mit den weiteren Bestand-teilen und der Porenstruktur ablaufen, war es nicht möglich, die Eigenschaften der Zersetzungsreaktionen in reinen CAC direkt auf reale Feuerbetone zu übertragen. Daher mussten komplexe reale Feuerbetone in situ untersucht werden. Bislang war das mit den bestehenden Methoden zur Thermoanalyse (TG, DTA, STA etc.) nicht möglich, die aufgrund der kleinen Probenmengen die Wechselwirkungen mit den weiteren Bestandteilen und den Poreneigenschaften der Feuerbetone nicht berücksichtigen konnten. Insgesamt konnten die Hersteller von Feuerbetonen anhand der Projektergebnisse in die Lage versetzt werden, innovative Feuerbetone anzubieten, die schneller und schadenfrei aufgeheizt werden können. Die Wahrscheinlichkeit für Schäden und Explosionen beim Aufheizen der innovativen Feuerbetone sollte im Vergleich zu herkömmlichen Feuerbetonen vermindert werden und die Qualität der Produkte sollte durch das Aufheizen weniger beeinträchtigt werden.