Die Hydratation von Magnesiumoxid$dα-Aluminiumoxid-Mischungen und deren Verwendung als hydraulisches Bindemittel

Dünzen, Christian

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines alternativen, hydraulischen Bindemittelsystems auf Basis von α-Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Fließmitteln beschrieben. Es wird gezeigt, dass abhängig vom MgO-Gehalt hydrotalcitartiges Al-Mg-Doppelhydroxid mit variablem Aluminiumgehalt oder, bei hohen MgO-Gehalten, Brucit als Hydratationsprodukt entstehen kann. Eine ähnliche Abhängigkeit der Hydratationsprodukte liegt vor, wenn anstelle des MgO-Gehaltes die Reaktivität des Magnesiumoxides variiert wird. Desweiteren wird der Zusammenhang zwischen MgO-Gehalt und Festigkeit sowie zwischen MgO-Gehalt und Abbindezeit eines Korundbetons untersucht. Diese Arbeit beschränkt sich auf die Verwendung von α-Aluminiumoxiden, da diese die höchste Leistungsfähigkeit im Feuerfesteinsatz versprechen. Da α-Aluminiumoxide sehr reaktionsträge sind, ist die Verfügbarkeit von Aluminationen der limitierende Faktor bei der Entstehung des Al-Mg-Doppelhydroxides. Der Zusammenhang zwischen dem für die Hydratbildung verfügbaren Anteil Aluminiumoxid und seiner spezifischen Oberfläche wird quantitativ bestimmt, ebenso wie der Zusammenhang zwischen dem reaktiven Anteil und dem Na2O-Gehalt des Aluminiumoxides. Durch Anwendung dieser Erkenntnisse wird ein alternatives Bindemittel entwickelt, welches in einem Korundbeton mit praxisgerechten Verarbeitungseigenschaften, Abbindezeit und Festigkeit resultiert. Es wird gezeigt, dass die abbindeverzögernden Eigenschaften von Polyacrylsäureestern auf das alternative Bindemittelsystem nach einem ähnlichen Mechanismus wirken wie man ihn von Tonerdezement annimmt. Basische Verflüssigungsadditive wirken stärker abbindeverzögernd als saure. Die Abbindung eines alternativen hydraulischen Bindemittels mit optimierter Zusammensetzung wird mittels Porenlösungsuntersuchungen und Schalllaufzeitmessungen beobachtet und ein Modell für die Hydratationsreaktion von Aluminiumoxid-Magnesiumoxid- Mischungen aufgestellt. Am Ende steht der Nachweis der verbesserten Hochtemperatureigenschaften eines Korundbetons mit alternativer Bindung im Vergleich zu einem tonerdezementgebundenen Korundbeton.

In this thesis, the development of an alternative hydraulic binder, based on α-alumina, magnesia and super-plasticizers is described. It is shown that, depending on the MgO-content, either hydrotalcite-like Al-Mg-doublehydroxide or, at high MgO-contents, brucite can be generated as a product of hydration. A similar dependency exists if MgO-reactivity is varied instead of MgO-content. Furthermore, the relation between MgO-content and strength, as well as the relation between MgO-content and setting time of an alumina concrete is investigated. This thesis limits itself to the use of α-aluminas, as these promise the highest performance in refractory use. Due to the high inertness of α-aluminas, the availability of aluminate-ions is the limiting factor for the formation of the Al-Mg-double-hydroxide. The relation between the portion of alumina, available for hydration, and its specific surface is determined quantitatively, as well as the relation between the reactive portion and the Na2O-content of alumina. By applying these findings, an alternative binder, that results in an alumina concrete with practice compatible workability, setting time and strength is developed. It is shown that the setting-retardant properties of polyacrylates to the alternative binder work in a similar mechanism, as it is assumed to be the case for alumina cement. Alkaline deflocculants have a stronger setting-retardant affect the alternative binder than acid ones. The setting reaction of an alternative binder with optimised composition is monitored by analysis of pore solution and sound velocity measurement. A model for the hydration reaction of alumina-magnesia-mixes is developed. At the end stands the demonstration of improved high-temperature-properties of an alumina concrete with alternative binder, in comparison to the same concrete, bonded with aluminate cement.

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Dünzen, Christian: Die Hydratation von Magnesiumoxid$dα-Aluminiumoxid-Mischungen und deren Verwendung als hydraulisches Bindemittel. 2018.

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