Menu Sluiten

Portlandcementklinker: de Bogue berekening

Foto van betonnen kubus met zwarte achtergrond en tekst: Betonsterkte Problemen? Klik op de kubus voor 27 antwoorden.

De Bogue-berekening wordt gebruikt om bij benadering de verhouding van de vier belangrijkste mineralen in portlandcementklinker te berekenen.
De standaard Bogue-berekening heeft betrekking op cementklinker en niet op cement, maar hij kan worden aangepast voor gebruik met cement. Hoewel het resultaat slechts bij benadering is, is de berekening een uiterst nuttige en veel gebruikte berekening in de cementindustrie.

De berekening gaat ervan uit dat de vier belangrijkste klinkermineralen zuivere mineralen zijn met samenstellingen:

Aliet: C3S, of tricalciumsilicaat

Beliet: C2S, of dicalciumsilicaat

Aluminaatfase: C3A, of tricalciumaluminaat

Ferrietfase: C4AF, of tetracalcium aluminoferriet

Het is belangrijk te onthouden dat deze veronderstelde samenstellingen slechts benaderingen zijn van de werkelijke samenstellingen van de mineralen.

Klinker wordt gemaakt door kalk en silica te combineren en ook kalk met alumina en ijzer. Als een deel van de kalk ongemengd blijft (wat vrijwel zeker het geval is), moet dit van het totale kalkgehalte worden afgetrokken voordat de berekening wordt uitgevoerd, om een zo goed mogelijke schatting te krijgen van de verhoudingen van de vier voornaamste aanwezige klinkermineralen. Daarom wordt bij een klinkeranalyse gewoonlijk een getal voor ongebonden vrije kalk gegeven.
(NB: Als men alleen de potentiële mineraalverhoudingen in een klinker wil berekenen, kan de correctie voor ongebonden vrije kalk worden genegeerd; de berekening geeft dan de klinker-mineraalverhoudingen in de veronderstelling dat alle kalk is gebonden).
De berekening is in principe eenvoudig:

Vooreerst is, volgens de veronderstelde mineraalsamenstellingen, de ferrietfase het enige mineraal dat ijzer bevat. Het ijzergehalte van de klinker bepaalt dus het ferrietgehalte.

Ten tweede wordt het aluminaatgehalte bepaald door het totale aluminiumoxidegehalte van de klinker, minus het aluminiumoxide in de ferrietfase. Dit kan nu worden berekend, omdat de hoeveelheid ferrietfase is berekend.

Ten derde wordt aangenomen dat al het kiezelzuur aanwezig is als beliet en de volgende berekening bepaalt hoeveel kalk nodig is om beliet te vormen uit het totale kiezelzuurgehalte van de klinker. Er zal een overschot aan kalk zijn.

Vierde wordt het kalkoverschot toegewezen aan het beliet, waarbij een deel wordt omgezet in aliet.

In de praktijk kan het bovenstaande proces van toewijzing van de oxiden worden teruggebracht tot de volgende vergelijkingen, waarin de oxiden de gewichtspercentages van de oxiden in de klinker vertegenwoordigen:

BOGUE CALCULATION

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

Dus:

C3S=64,7%

C2S=12,9%

C3A=9,0%

C4AF=8,5%

Het moet benadrukt worden dat de Bogue-berekening niet de ‘ware’ hoeveelheden van de vier aanwezige hoofdklinkerfasen geeft, hoewel dit wel eens vergeten wordt. De resultaten van de Bogue-berekening verschillen van de “ware” hoeveelheden (vaak de faseverhoudingen genoemd) voornamelijk omdat de werkelijke minerale samenstellingen – vaak slechts in geringe mate, maar soms meer en met name in het geval van de ferrietfase – verschillen van de zuivere fasesamenstellingen waarvan in de berekening wordt uitgegaan.

Om de berekening aan te passen voor gebruik met portlandcement moet eerst worden nagegaan welke andere materialen in het cement aanwezig kunnen zijn. Als het cement een mengsel is van uitsluitend klinker en gips, kan met het met het gips gebonden calcium bij benadering rekening worden gehouden door (0,7 x SO3) af te trekken van het totale CaO. Merk op dat hierbij geen rekening wordt gehouden met eventueel aanwezig klinkersulfaat in de vorm van kalium- of natriumsulfaat, zodat een kleine fout wordt geïntroduceerd.

Een soortgelijke correctie kan worden uitgevoerd voor kalksteen; het kalksteengehalte kan worden geschat door het CO2-gehalte van het cement te bepalen en het corresponderende CaO te berekenen. Als er slakken of vliegas aanwezig zijn, kan de formule in principe worden aangepast om daarmee rekening te houden, maar de samenstelling van de slakken of de as moet nauwkeurig bekend zijn en in de praktijk wordt deze aanpassing normaal gesproken niet uitgevoerd.

Geef een beter begrip van cement

Artikels als deze kunnen veel nuttig materiaal opleveren. Maar het lezen van een artikel of twee is misschien niet de beste manier om een duidelijk beeld te krijgen van een complex proces als cementproductie. Om een vollediger en meer geïntegreerd inzicht te krijgen in hoe cement wordt gemaakt, moet u eens kijken naar het boek of ebook Understanding Cement. 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

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *