Nasszugfestigkeit

Festigkeit der gesättigten Kondensationszone eines bentonitgebundenen Formstoffes.

Durch die Wärmeeinwirkung (Strahlung und Kontakt) entsteht ein Temperaturgradient in der Formwand, der sich mit zunehmender Einwirkdauer, Gieß- und teilweise Erstarrungszeit verändert. Es folgt die Verdampfung und Zersetzung von Wasser und anderen flüchtigen Formstoffbestandteilen und anschließend deren Kondensation in den kälteren Zonen der Form - es entsteht die so genannte Kondensationszone (Bild 1). Sie ist durch einen deutlich höheren Wassergehalt als im ursprünglichen Formsand (im Normalfall ein- bis zweifacher formgerechter Wassergehalt) sowie durch Temperaturen nahe der Siedetemperatur des Wassers (ca. 100 °C) gekennzeichnet.

Die Festigkeit dieser Zone ist somit erheblich geringer als die Grünzugfestigkeit und wird in erster Linie durch die strukturellen und chemisch-physikalischen Merkmale des verwendeten Bentonit (Aktivierungszustand), der Aufbereitungsintensität (s. Sandaufbereitung) und des Wassergehaltes bestimmt.

Die Festigkeit eines nassen Formsandes steigt als Folge eines Ionenaustausches, allgemein als Aktivierung bekannt, an. Dabei nimmt in der Regel als erstes die Formfestigkeit in der Kondensationszone, die Nasszugfestigkeit zu. Im Allgemeinen zeigen gut aufbereitete Formsande (Quarzsande mit 7 % Bentonit; unter Laborbedingungen) Nasszugfestigkeiten von 0,40 bis 0,50 N/cm2. Betriebsformsande zeigen Nasszugfestigkeitswerte von 0,20 bis 0,35 N/cm2, wobei vor allem Werte von ca. 0,20 N/cm2 auffällig sind. Bild 2 zeigt das Prinzip der Messung.

Betriebsformsande werden stark durch den Bentonittyp, seine Aktivierung, die Aufbereitung und die "Verschmutzung" des Formsandes, wie z. B. durch Salze und den Anstieg von Kondensaten, beeinflusst. Auch größere Mengen von Feinanteilen verringern die Nasszugfestigkeit (Bild 3).

Bild 4 zeigt die Untersuchungsergebnisse eines Laborversuches (durchgeführt von S&B Industrial Minerals GmbH). Quarzsand wurde mit 7 % Bentonit in einem Kollergang 5 min normal nach VDG-Merkblatt P 69 aufbereitet. Nachdem die Mischung 24 h der Umgebungsluft ausgesetzt war und es zu einer Austrocknung gekommen ist, wurde erneut aufbereitet. Bei dieser Aufbereitung verwendete man mit Natriumchlorid versetztes Wasser. Die Wasserzugabe für den zweiten Zyklus betrug 80 ml mit 1600 mg NaCl, bezogen auf 6 kg Formstoff (420 g Bentonit). Somit entsprach die Chloridzugabe 965 mg auf 420 g Bentonit oder umgerechnet 2300 mg/kg Bentonit. Diese Zugabe von Natriumchlorid entspricht ungefähr einer möglichen Versalzung durch Kühl- und Befeuchtungswasser in einem Kreislauf-System.

Ein Bentonit-Lieferant hat die Möglichkeit Bentonite zu empfehlen, die weniger anfällig für den Abfall der Nasszugfestigkeiten sind. Ob ein Bentonit, oder besser gesagt, sein Hauptbestandteil Montmorillonit, heftig auf die Anwesenheit von Elektrolyten reagiert, wird mit labortechnischen Sandaufbereitungen geprüft. Auch eine starke Reaktion auf Überaktivierung mit Soda deutet auf einen geringen Widerstand gegen Versalzung hin. Die Ergebnisse in Bild 4 zeigen große Unterschiede in der Nasszugfestigkeit nach Zugabe von Elektrolyten. Scheinbar wird eine bestimmte Schwelle überschritten, jenseits davon fällt die Nasszugfestigkeit stark ab (Niveau von 0,30 bis 0,36 auf 0,17 N/cm2).

Aufgrund ihrer geringen Größe hat die Nasszugfestigkeit einen wesentlichen Einfluss auf die Entstehung von Sandausdehnungsfehlern bei bentonitgebundenen Formstoffen (Schülpe, Riefen, Rattenschwanz, Blattrippen u. a. Fehler).

Die Nasszugfestigkeit ist ein wichtiges Charakteristikum für die Beurteilung eines bentonitgebundenen Formstoffes und wird mit speziellen Prüfgeräten bestimmt (s. Formsandprüfung).

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