Untersuchung der rheologischen Eigenschaften von Feuerbetonen unter Berücksichtigung von Versatzkomponenten
- Kurzdarstellung
Die bauteiltypische Qualität von Zustellungen und Fertigbauteilen aus Feuerbetonen wird maßgeblich durch die Verarbeitungseigenschaften während des Einbringens von Feuerbetonen in technologische Anlagen und Fertigbauteilformen bestimmt. Diese sind im Besonderen die rheologischen Eigenschaften, konkret, die scherratenabhängige dynamische Viskosität. Existierende Messmethoden zur Bestimmung der scherratenabhängigen dynamischen Viskosität aggregathaltiger Suspensionen wie den Feuerbetonen sind fehlerbelastet und ungenau. Aus wissenschaftlicher Sicht ist eine exakte Bestimmung der scherratenabhängigen dynamischen Viskosität sowie der Einflussgrößen auf die rheologischen Eigenschaften von Feuerbetonen aufgrund der fehlenden Messmethodik nicht realisierbar. Dies führt bei der Auswertung des Standes von Wissenschaft und TechnikKurzdarstellung
Die bauteiltypische Qualität von Zustellungen und Fertigbauteilen aus Feuerbetonen wird maßgeblich durch die Verarbeitungseigenschaften während des Einbringens von Feuerbetonen in technologische Anlagen und Fertigbauteilformen bestimmt. Diese sind im Besonderen die rheologischen Eigenschaften, konkret, die scherratenabhängige dynamische Viskosität. Existierende Messmethoden zur Bestimmung der scherratenabhängigen dynamischen Viskosität aggregathaltiger Suspensionen wie den Feuerbetonen sind fehlerbelastet und ungenau. Aus wissenschaftlicher Sicht ist eine exakte Bestimmung der scherratenabhängigen dynamischen Viskosität sowie der Einflussgrößen auf die rheologischen Eigenschaften von Feuerbetonen aufgrund der fehlenden Messmethodik nicht realisierbar. Dies führt bei der Auswertung des Standes von Wissenschaft und Technik zu widersprüchlichen und nicht einzuordnenden Aussagen zum Einfluss der Aggregatfraktionen auf die rheologischen Eigenschaften von Feuerbetonen. Aus technischer Perspektive wird die rheologische Optimierung von Feuerbetonen deshalb erschwert.
Innerhalb dieser Arbeit wurde eine Messmethode entwickelt, mit welcher die scherratenabhängige dynamische Viskosität aggregathaltiger Suspensionen wie die der Feuerbetone exakt bestimmt werden kann. Die Messmethode basiert auf einem Kugelauszugviskosimeter zur Bestimmung der dynamischen Viskosität und der Kopplung mit einer CFD-FEM-Simulation zur Bestimmung der vorherrschenden tatsächlichen Scherrate der Materialmischung. Die Bestimmung der dynamischen Viskosität beruht auf der Bestimmung der Auszuggeschwindigkeit bei definierter Auszugkraft (kraftgesteuert) und der Berechnung der dynamischen Viskosität nach dem Stokesschen Gesetz. Es wurde aufgezeigt, dass die Auszuggeschwindigkeit und die Scherrate linear korrelieren, wodurch die Messmethode scherratengesteuert präzisiert werden konnte. Eine Überprüfung zeigte, dass die scherratenabhängige dynamische Viskosität aggregathaltiger Suspensionen wie den Feuerbetonen, auch scherratengesteuert, ebenso exakt bestimmt werden kann. Die den Versuchen nachgeschaltete CFD-FEM-Simulation war hierdurch nicht mehr notwendig.
Unter Verwendung der neuen Methode wurde nachgewiesen, dass die scherratenabhängige dynamische Viskosität aggregathaltiger Suspensionen mit steigendem mineralischem Aggregatgehalt ebenfalls ansteigt. Weiterhin wurde dargelegt, dass die komplexe komponentenseitige Zusammensetzung von Feuerbetonen deren rheologischen Eigenschaften definieren. Variationen der Partikelgrößenverteilung des Mittelkorns und des Grobkorns können die scher-ratenabhängige dynamische Viskosität maßgeblich beeinflussen, müssen dies jedoch nicht zwangsläufig tun. Dies ist zudem von der Partikelgrößenverteilung des Feuerbetons in seiner Schlickerform abhängig. Weiterhin kann die dynamische Viskosität bei unterschiedlichen Scherraten in anderer Intensität beeinflusst werden. Es kann somit ein unvorhersehbarer Ein-fluss steigender Scherraten auf die dynamischen Viskosität beobachtet werden.
Diese Komplexität erschwert eine rheologische Optimierung von Feuerbetonen. Dennoch wurde nachgewiesen, dass auch durch eine Anpassung der Partikelgrößenverteilung der mineralischen Aggregate eine rheologische Optimierung von Feuerbetonen, zum Beispiel durch die Unterdrückung der Dilatanz, realisierbar ist.…


- Abstract
The component-specific quality of linings and prefabricated components made from refractory castables is largely determined by the processing properties during the placement of refractory castables. These are, in particular, the rheological properties, specifically the shear rate-de-pendent dynamic viscosity. Existing measurement methods for determining the shear rate-dependent dynamic viscosity of aggregate-containing suspensions such as refractory castables are prone to errors and inaccurate. From a scientific point of view, an exact determination of the shear rate-dependent dynamic viscosity as well as influencing variables on the rheological properties of refractory castables cannot be realized due to the lack of measurement methods. This leads to contradictory and unclassifiable statements on the influence of aggregateAbstract
The component-specific quality of linings and prefabricated components made from refractory castables is largely determined by the processing properties during the placement of refractory castables. These are, in particular, the rheological properties, specifically the shear rate-de-pendent dynamic viscosity. Existing measurement methods for determining the shear rate-dependent dynamic viscosity of aggregate-containing suspensions such as refractory castables are prone to errors and inaccurate. From a scientific point of view, an exact determination of the shear rate-dependent dynamic viscosity as well as influencing variables on the rheological properties of refractory castables cannot be realized due to the lack of measurement methods. This leads to contradictory and unclassifiable statements on the influence of aggregate fractions on the rheological properties of refractory castables in the state of science and technology. From a technical point of view, this complicates the rheological optimization of refractory concretes.
Within this work, a measuring method was developed with which the shear rate-dependent dynamic viscosity of aggregate-containing suspensions such as refractory castables can be determined precisely. The measurement method is based on a spherical viscometer for deter-mining the dynamic viscosity and the coupling with a CFD-FEM simulation to determine the actual prevailing shear rate. The determination of the dynamic viscosity is based on the determination of the pull-out speed at a defined pull-out force (force-controlled) according to Stokes' law. It was shown that the pull-out speed and the shear rate can be correlated linearly, which made it possible to redesign the measuring method in a shear rate-controlled manner. A check showed that the shear rate-dependent dynamic viscosity of aggregate-containing suspensions such as refractory castables could be determined just as accurately. The CFD-FEM simulation downstream of the test was no longer necessary.
It was demonstrated that the shear rate-dependent dynamic viscosity of aggregate-containing suspensions increases with increasing mineral aggregate content. Furthermore, it was shown that the complex composition of refractory castables defines their rheological properties. Variations in the particle size distribution of the medium grain and the coarse grain can significantly influence the shear rate-dependent dynamic viscosity, but do not necessarily have to. This also depends on the particle size distribution of the slurry. Furthermore, the dynamic viscosity can be influenced to a different extent at different shear rates. An unpredictable influence of increasing shear rates on dynamic viscosity can therefore be observed.
This complexity complicates the rheological optimization of refractory concretes. Nevertheless, it has been proven that a rheological optimization of refractory concretes, for example the suppression of dilatancy, can also be achieved by optimizing the particle size distribution of the mineral aggregates.…

