Menü Schließen

Portlandzementklinker: die Bogue-Berechnung

Foto eines Betonwürfels mit schwarzem Hintergrund und Text: Concrete Strength Problems? Klicken Sie auf den Würfel, um 27 Antworten zu erhalten.

Die Bogue-Berechnung wird verwendet, um die ungefähren Anteile der vier Hauptmineralien in Portlandzementklinker zu berechnen.
Die Standard-Bogue-Berechnung bezieht sich auf Zementklinker und nicht auf Zement, sie kann jedoch für die Verwendung mit Zement angepasst werden. Obwohl das Ergebnis nur annähernd ist, ist die Berechnung eine äußerst nützliche und weit verbreitete Berechnung in der Zementindustrie.

Die Berechnung geht davon aus, dass die vier wichtigsten Klinkermineralien reine Mineralien mit folgenden Zusammensetzungen sind:

Alit: C3S, oder Tricalciumsilikat

Belit: C2S, oder Dicalciumsilikat

Aluminatphase: C3A, oder Tricalciumaluminat

Ferritphase: C4AF oder Tetracalciumaluminoferrit

Es ist wichtig, daran zu denken, dass diese angenommenen Zusammensetzungen nur Annäherungen an die tatsächlichen Zusammensetzungen der Minerale sind.

Klinker wird durch die Kombination von Kalk und Siliziumdioxid sowie von Kalk mit Aluminiumoxid und Eisen hergestellt. Wenn ein Teil des Kalks ungebunden bleibt (was mit ziemlicher Sicherheit der Fall sein wird), müssen wir diesen vom Gesamtkalkgehalt abziehen, bevor wir die Berechnung durchführen, um eine bestmögliche Schätzung der Anteile der vier wichtigsten vorhandenen Klinkermineralien zu erhalten. Aus diesem Grund wird bei einer Klinkeranalyse normalerweise eine Zahl für den ungebundenen freien Kalk angegeben.
(Anmerkung: Wenn nur die potenziellen Mineralanteile in einem Klinker berechnet werden sollen, kann die Korrektur für den ungebundenen freien Kalk ignoriert werden; die Berechnung ergibt dann die Mineralanteile des Klinkers unter der Annahme, dass der gesamte Kalk gebunden ist).
Die Berechnung ist im Prinzip einfach:

Erstens ist die Ferritphase gemäß den angenommenen Mineralzusammensetzungen das einzige Mineral, das Eisen enthält. Der Eisengehalt des Klinkers legt also den Ferritgehalt fest.

Zweitens wird der Aluminatgehalt durch den Gesamttonerdegehalt des Klinkers abzüglich der Tonerde in der Ferritphase festgelegt. Drittens wird davon ausgegangen, dass die gesamte Kieselsäure als Belit vorliegt, und in der nächsten Berechnung wird ermittelt, wie viel Kalk benötigt wird, um aus dem Gesamtkieselsäuregehalt des Klinkers Belit zu bilden. Es entsteht ein Kalküberschuss.

Viertens wird der Kalküberschuss dem Belit zugeführt, wobei ein Teil davon in Alit umgewandelt wird.

In der Praxis lässt sich der oben beschriebene Prozess der Zuweisung der Oxide auf die folgenden Gleichungen reduzieren, in denen die Oxide die Gewichtsprozente der Oxide im Klinker darstellen:

BOGENRECHNUNG

C3S=4.0710CaO-7.6024SiO2-1.4297Fe2O3-6.7187Al2O3

C2S=8.6024SiO2+1.0785Fe2O3+5.0683Al2O3-3.0710CaO

C3A=2.6504Al2O3-1.6920Fe2O3

C4AF=3.0432Fe2O3

Clinkeranalysis
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 LOI IR Total
21.5 5.2 2.8 66.6 1.0 0.6 0.2 1.0 1.5 0.5 98.9
Freelime = 1.0% CaO

Worked example of a Bogue calculation:

Using the above analysis, the calculation is as follows:

Combined CaO = (66.6% – 1.0% free lime) = 65.6%

This is the figure we use for CaO in the calculation.

From the analysis, we have:

CaO=65.6%; SiO2=21.5%; Al2O3=5.2% and Fe2O3=2.8%

The Bogue calculation is therefore:

C3S=4.0710CaO-7.6024SiO2-1.4297Fe2O3-6.7187Al2O3

C2S=8.6024SiO2+1.1Fe2O3+5.0683Al2O3-3.0710CaO

C3A=2.6504Al2O3-1.6920Fe2O3

C4AF=3.0432Fe2O3

Therefore:

C3S=(4.0710 x 65.6)-(7.6024 x 21.5)-(1.4297 x 2.8)-(6.718 x 5.2)

C2S=(8.6024 x 21.5)+(1.0785 x 2.8)+(5.0683 x 5.2)-(3.0710 x 65.6)

C3A=(2.6504 x 5.2)-(1.6920 x 2.8)

C4AF=3.0432 x 2.8

So:

C3S=64,7%

C2S=12,9%

C3A=9,0%

C4AF=8,5%

Es sollte betont werden, dass die Bogue-Berechnung nicht die „wahren“ Mengen der vier vorhandenen Hauptklinkerphasen angibt, obwohl dies manchmal vergessen wird. Die Ergebnisse der Bogue-Berechnung weichen von den „wahren“ Mengen (oft als Phasenanteile bezeichnet) hauptsächlich deshalb ab, weil die tatsächlichen Mineralzusammensetzungen von den in der Berechnung angenommenen reinen Phasenzusammensetzungen abweichen – oft nur geringfügig, gelegentlich aber auch stärker und insbesondere im Fall der Ferritphase.

Um die Berechnung für die Verwendung mit Portlandzement anzupassen, muss zunächst berücksichtigt werden, welche anderen Stoffe im Zement vorhanden sein können. Handelt es sich bei dem Zement um ein Gemisch aus Klinker und Gips, so kann das im Gips gebundene Calcium näherungsweise durch Abzug von (0,7 x SO3) vom Gesamt-CaO berücksichtigt werden. Dabei ist zu beachten, dass Klinkersulfat, das als Kalium- oder Natriumsulfat vorliegt, nicht berücksichtigt wird und daher ein kleiner Fehler entsteht.

Eine ähnliche Anpassung kann für Kalkstein vorgenommen werden; der Kalksteingehalt kann durch Bestimmung des CO2-Gehalts des Zements und Berechnung des entsprechenden CaO geschätzt werden. Wenn Schlacke oder Flugasche vorhanden sind, könnte die Formel im Prinzip angepasst werden, um sie zu berücksichtigen, aber die Zusammensetzung der Schlacke oder Asche müsste genau bekannt sein, und in der Praxis wird diese Anpassung normalerweise nicht vorgenommen.

Besseres Verständnis von Zement

Artikel wie dieser können viel nützliches Material liefern. Allerdings ist die Lektüre von ein oder zwei Artikeln vielleicht nicht der beste Weg, um sich ein klares Bild von einem komplexen Prozess wie der Zementherstellung zu machen. Um ein umfassenderes und integriertes Verständnis der Zementherstellung zu erlangen, sollten Sie einen Blick auf das Buch oder ebook Understanding Cement werfen. This easy-to-read and concise book also contains much more detail on concrete chemistry and deleterious processes in concrete compared with the website.

Click here for more information

You are in The Bogue calculation:
The following pages have more details on clinker composition, reactions in the kiln and cement milling:

Cement notation/Clinker compositional parameters/Combinability/Reactions in the kiln/Cement milling

Check the Article Directory for more articles on this or related topics

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.