Feuerbeton. Werkstofftypen Eigenschaften Anwendung. und betonartige feuerfeste Massen und Materialien

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1 Feuerbeton und betonartige feuerfeste Massen und Materialien Werkstofftypen Eigenschaften Anwendung Von Prof. Dr. rer. nat. Armin Petzold und Doz. Dr.-Ing. habil. Joachim Ulbricht Mit 136 Abbildungen und 33 Tabellen Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und allgemeine Gesichtspunkte Konventionelle Terminologie und Einteilung ungeformter feuerfester Werkstoffe, Einordnung des Feuerbetons Begriffsbestimmung der Betone und Feuerbetone Einteilung der Feuerbetone (und betonartigen Massen/Materialien) Historische und wissenschaftlich-technische Entwicklung des Feuerbetons Rohstoffe und Komponenten für die Synthese von Feuerbetonen und betonartigen feuerfesten Massen Granulate (Zuschlagstoffe) Granulate für wärmebeständige Feuerbetone Hitzebeständige Granulate Feuerfeste und hochfeuerfeste oxidisch-silicatische Granulate Aluminiumsilicatische Granulate Korund Zirconiumdioxid (Baddeleyit) und -silicat (Zirkon) Basische oxidische und silicatische Granulate Materialien auf Basis SiO Nichtoxidische Granulate Bindemittel Silicatische hydraulische Zemente Aluminat-(Tonerde-)Zemente Nichthydraulische anorganische Bindemittel Organische Bindemittel Zusatzstoffe Mikrofüller Aluminiumsilicatische Zusätze Füllstoffe auf Basis SiO Tonerden Magnesia und Chromerz Verstärkend wirkende Kompositkomponenten Fasern Betonstähle 49 7

3 Keramische Bewehrungsstifte Erhärtungsbeschleuniger und -verzögerer Sinterhilfsmittel Plastifikatoren Porenbildner Wasser 51 3 Grundlagen der Projektierung und Synthese von Feuerbetonen Grundlagen der Kornzusammensetzung der Körnungen von Betonen und Massen Maximalkorngröße Kornverteilungen Optimierung der Kornzusammensetzung Feinstkörnige Zusätze (Mikrofüller) Rolle von Kornform und Oberflächenbeschaffenheit Bindemittel und Zemente Optimaler Wasserzusatz Übertragbarkeit der allgemeinen Betongesetzmäßigkeiten auf die speziellen Probleme der Feuerbetone Praktische Synthese und Zusammensetzung von Feuerbetonen und betonartigen Massen Konventionelle dichte (Normal-)Feuerbetone Konventionelle Feuerleichtbetone und hitzebeständige Porenbetone Zementfreie Feuerbetone und betonartige Massen Feuerfeste Mörtel 65 4 Herstellung und Verarbeitung von Feuerbetonen und ungeformten betonartigen feuerfesten Massen Herstellung hydraulischer bzw. zementfreier Frischbetone und verarbeitungsfertiger Massen Dosierung der Komponenten Mischen Lagern und Fördern/Transportieren Verarbeiten (Formgebung, Verdichten) von verarbeitungsfertigen Materialien für dichte Werkstoffe Formen, Schalungen und Bewehrungen Konsistenz des Frischbetons und der verarbeitungsfertigen Massen Einbringen Verdichten Formgebung und Verdichten durch Spritzen und Schleudern Verankerungen Ausbildung von Fugen Entformen und Ausschalen Gesichtspunkte zur Betonreparatur 77

4 4.3 Nachbehandeln Verarbeiten von Feuerleichtbeton-Gemengen und Porenbetonen Verarbeiten von gefügedichten und haufwerksporigen Feuerleichtbetonen Verarbeiten von Gas- und Schaumbetonen Herstellung von Gassilicatbeton und ultraleichten, mikroporösen C S H-Wärmedämmbetonen Herstellung und Verarbeiten feuerfester Mörtel Verfestigungs- und Erhärtungsvorgänge in Frischbetonen und betonartigen Massen mit unterschiedlichen Bindern Hydratation und Erhärtung des Portlandzements Hydratation und Erhärtung von Aluminat-Zementen Erhärtung von Wasserglas Erhärtung von Magnesiabindern Erhärtung von Phosphatbindern Hydrothermale Verfestigung Kolloid-adhäsive Agglomerations- oder Koagulationsverfestigung Eigenschaften von verfestigten Feuerbetonen und betonartigen feuerfesten Materialien Eigenschaften von konventionellen Normal-Feuerbetonen Gefüge und pyrochemische Gefügeänderungen Physikalische Kennwerte und Eigenschaften Dichte der Feuerbetone Porosität Spannungs-Dehnungs- und elastisches Verhalten Mechanische Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur Allgemeine Bemerkungen zur Festigkeit Bruchverhalten Kaltdruckfestigkeit Kaltbiegefestigkeit Kaltzugfestigkeit Spaltzugfestigkeit Schlagzähigkeit Ermüdungsfestigkeit Abrieb- und Verschleißverhalten Thermophysikalische Eigenschaften Spezifische Wärmekapazität Wärmeleitfähigkeit Temperaturleitfähigkeit Wärmetransport durch Strahlung Strahlungsemissionsvermögen ; Thermomechanische Eigenschaften Feuerfestigkeit Klassifikationstemperatur Thermisches Dehnungs-Schwindungs-Verhalten 117

5 Temperaturabhängigkeit des Spannungs-Verformungs-Verhaltens und des -Moduls von Feuerbetonen Heißfestigkeiten Thermomechanische Beständigkeit und belastungsabhängige irreversible Formänderungen Temperaturwechselbeständigkeit Mechanischer Hochtemperaturverschleiß Materietransportvorgänge in, von und durch Feuerbetone Diffusionsvorgänge, Infiltration und Tränkung Permeabilität (Gas-und Dampfdurchlässigkeit) Verdampfung Chemisches Reaktions- und Korrosionsverhalten Verhalten gegen Schlackenschmelzen, Oxide und Kohlenstoff Verhalten gegenüber Salzen Verhalten gegen Metallschmelzen Verhalten gegenüber Gasen und Dämpfen Elektrische Eigenschaften Eigenschaften zementarmer Normal-Feuerbetone Gefüge und Gefügeänderungen Physikalische Kennwerte Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur Verschleißverhalten Wärmeleitfähigkeit Thermomechanische Eigenschaften Dehnungs-Schwindungs-Verhalten ' Heißfestigkeiten und bruchmechanische Kennwerte Zeit-, temperatur- und belastungsabhängige Formänderungen Temperaturwechselbeständigkeit Chemisches Korrosionsverhalten Eigenschaften zementfreier Normal-Feuerbetone und betonartiger feuerfester Massen Gefüge und Gefügeänderungen Physikalische Kennwerte Spannungs-Dehnungs-Verhalten und Elastizitätsmodul Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur Mechanisches Verschleißverhalten Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit Thermomechanische Eigenschaften Feuerfestigkeit und Klassifikationstemperatur Dehnungs-Schwindungs-Verhalten und Ausdehnungskoeffizient Hochtemperatur-Elastizität Bruchmechanische Kennwerte Heißfestigkeitseigenschaften Hochtemperaturverschleiß Zeit-, temperatur- und belastungsabhängige irreversible Formänderungen Temperaturwechselbeständigkeit Materietransport in und von zementfreien Feuerbetonen

6 5.3.9 Chemisches Reaktions- und Korrosionsverhalten Verhalten gegen Oxide, Schlacken und Salze Verhalten gegen Metallschmelzen Verhalten gegen Gase und Dämpfe Eigenschaften von Feuerleichtbetonen, Ultraleichtbetonen und Isolationsmassen Gefüge und pyrochemische Gefügeänderungen Physikalische Gefügekennwerte Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur Spannungs-Verformungs-Verhalten und Elastizitätsmodul Kaltfestigkeitsverhalten Thermophysikalische Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit Temperaturleitfähigkeit und Wärmeeindringzahl Thermomechanische Eigenschaften Dehnungs-Schwindungs-Verhalten und Klassifikationstemperatur Hochtemperatur-Elastizitätsmodul Heißfestigkeiten Thermomechanische belastungsabhängige Formänderungen Temperaturwechselbeständigkeit Materietransport in und durch Feuerleichtbetone Chemisches Reaktionsverhalten Eigenschaften faserverstärkter Feuerbetone Grundlagen der Faserverstärkung Mechanische Eigenschaften faserverstärkter Feuerbetone Kraft-Biege-Verhalten Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur Thermomechanische Eigenschaften Thermische Dehnung Heißfestigkeit Hochtemperatur-Spannungs-Verformungs-Verhalten Druckerweichen Temperaturwechselbeständigkeit Wärmeleitfähigkeit Chemisches Reaktions- und Korrosionsverhalten Eigenschaften hitzebeständiger Stahlbetone Allgemeines zum baupraxisüblichen Stahlbeton Hitzebeständiger Stahlbeton Eigenschaften der hitzebeständigen Stahlbetone Verhalten des Betonstahls bei erhöhten Temperaturen Verhalten des Stahlbetons bei erhöhten Temperaturen Einige Eigenschaften von feuerfesten Mörteln Prüfverfahren für Rohstoffe, Frischbetone und verarbeitungsfertige Massen sowie verfestigte Feuerbetone und betonartige Materialien Prüfverfahren für Rohstoffe und Komponenten Chemische Analyse

7 6.1.2 Physikalische Prüfverfahren Festigkeitsprüfungen Prüf- und Kontrollverfahren für Frisch- bzw. Jungbetone und verarbeitungsfertige bzw. frisch geformte betonartige Massen Mischgüte, Beton- und Massehomogenität Wasserzusatz und Konsistenz Verarbeitbarkeitsindex Erhärtung Schwinden Prüfverfahren für Festbetone und verfestigte betonartige Materialien Chemische Zusammensetzung Prüfkörperherstellung und Vorbehandlung Physikalische Prüfverfahren Physikalisch-mechanische Prüfungen Heißfestigkeitsprüfungen Thermomechanische Prüfungen Chemische Korrosionsprüfungen Charakteristika der wichtigsten Typen von Feuerbetonen und betonartigen Materialien unter dem Gesichtspunkt hauptsächlicher technischer Einsatzbedingungen Konstruktive Normal-Feuerbetone für hohe Einsatztemperaturen Abrieb- und verschleißfeste Normal-Feuerbetone Wärmedämmende Feuerleichtbetone Inbetriebnahme von Feuerbetonen und betonartigen feuerfesten Massen und allgemeine Probleme des technischen Einsatzverhaltens Nachbehandeln und Trocknen von Feuerbetonen und Massen Aufheizen Aufheizprogramme Physikalisch-chemische Vorgänge Kühlen (Abtempern) Thermisch-konstruktiver Einsatz und thermomechanisches Verhalten Wärmetechnisches Verhalten Einsatzbedingte mechanische Schäden Rißbildung Abplatzungen (Spalling) Mechanischer Verschleiß Physikalisch-chemische Vorgänge in und an Feuerbetonen und betonartigen Materialien beim Einsatz Systeminterne Vorgänge Einfluß von außen einwirkender fester und schmelzflüssiger Stoffe Verhalten von Feuerbetonen in Gasen

8 9 Technischer Einsatz von Feuerbetonen und ungeformten betonartigen feuerfesten Materialien in der Industrie und industriellen Hochtemperaturanlagen Allgemeine Gesichtspunkte Eisenmetallurgie Roheisenerzeugung (Hochofenbereich) Stahlerzeugung Stahlverarbeitung Metallurgische Wärmebehandlungsaggregate (Anlagen ohne Flüssigkontakt) Nichteisen-Metallurgie Leichtmetalle Schwermetalle Keramische Industrie Ofenwagenplateaus Keramische Brennöfen Glasindustrie Zement- und Kalkindustrie Vorwärmer Brennaggregate Kühlersysteme Kalkbrennöfen Kokereien und Gaswerke Kraftwerke/Energetik Chemische Industrie Anorganisch-chemische Industrie Organisch-chemische Industrie Müllverbrennung 294 Literaturverzeichnis 295 Sachwörterverzeichnis

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