Meny Stäng

Portlandcementklinker: Bogue-beräkning

Bild på betongkub med svart bakgrund och text: Problem med betongens hållfasthet? Klicka på kuben för 27 svar.

Bogue-beräkningen används för att beräkna de ungefärliga proportionerna av de fyra viktigaste mineralerna i Portlandcementklinker.
Standardberäkningen av Bogue avser cementklinker snarare än cement, men den kan justeras för användning med cement. Även om resultatet endast är ungefärligt är beräkningen en mycket användbar och allmänt använd beräkning inom cementindustrin.

Beräkningen utgår från att de fyra viktigaste klinkermineralen är rena mineraler med följande sammansättningar:

Alit: C3S, eller trikalciumsilikat

Belit: C2S, eller dikalciumsilikat

Aluminatfas: C3A eller trikalciumaluminat

Ferritfas: C3A eller trikalciumaluminat

Ferritfas: C3A eller trikalciumaluminat: C4AF, eller tetrakalciumaluminoferrit

Det är viktigt att komma ihåg att dessa antagna sammansättningar endast är approximationer av mineralens faktiska sammansättningar.

Klinker framställs genom att kombinera kalk och kiseldioxid och även kalk med aluminiumoxid och järn. Om en del av kalken förblir okombinerad (vilket den nästan säkert kommer att göra) måste vi subtrahera detta från den totala kalkhalten innan vi gör beräkningen för att få den bästa uppskattningen av proportionerna av de fyra viktigaste förekommande klinkermineralerna. Av denna anledning ger en klinkeranalys normalt en siffra för obunden fri kalk.
(OBS: Om man endast vill beräkna de potentiella mineralandelarna i en klinker kan man bortse från korrigeringen för obunden fri kalk; beräkningen kommer då att ge klinkermineralandelarna med antagandet att all kalk har kombinerats).
Beräkningen är i princip enkel:

För det första är ferritfasen, enligt de antagna mineralsammansättningarna, det enda mineral som innehåller järn. Järninnehållet i klinker fixerar därför ferritinnehållet.

För det andra fixeras aluminatinnehållet av den totala aluminiumoxidhalten i klinker minus aluminiumoxidhalten i ferritfasen. Detta kan nu beräknas, eftersom mängden ferritfas har beräknats.

För det tredje antas att all kiseldioxid finns som belit och nästa beräkning bestämmer hur mycket kalk som behövs för att bilda belit från den totala kiseldioxidhalten i klinker. Det kommer att finnas ett överskott av kalk.

För det fjärde allokeras kalköverskottet till beliten, varvid en del av den omvandlas till alit.

I praktiken kan ovanstående process för allokering av oxiderna reduceras till följande ekvationer, där oxiderna representerar viktprocenten av oxiderna i klinker:

BOGUEKALKULERING

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

Så:

C3S=64,7 %

C2S=12,9 %

C3A=9,0 %

C4AF=8,5 %

Det bör understrykas att Bogue-beräkningen inte ger de ”verkliga” mängderna av de fyra viktigaste klinkerfaserna som förekommer, även om detta ibland glöms bort. Resultaten av Bogue-beräkningen skiljer sig från de ”verkliga” mängderna (ofta kallade fasproportioner) främst på grund av att de faktiska mineralsammansättningarna skiljer sig – ofta bara lite, men ibland mer och särskilt när det gäller ferritfasen, från de rena fassammansättningarna som antas i beräkningen.

För att justera beräkningen för att användas med Portlandcement är det nödvändigt att först ta hänsyn till vilka andra material som kan förekomma i cementet. Om cementen är en blandning av enbart klinker och gips kan man ta hänsyn till det kalcium som är bundet till gipset genom att dra av (0,7 x SO3) från det totala CaO-värdet. Observera att detta inte tar hänsyn till eventuella klinkersulfat i form av kalium- eller natriumsulfat och att ett litet fel därför kommer att uppstå.

En liknande justering kan göras för kalksten; kalkstensinnehållet kan uppskattas genom att bestämma cementets CO2-halt och beräkna det motsvarande CaO-värdet. Om det finns antingen slagg eller flygaska kan formeln i princip justeras för att ta hänsyn till detta, men slaggens eller askans sammansättning måste vara exakt känd och i praktiken är detta inte en justering som normalt görs.

Få en bättre förståelse för cement

Artiklar som denna kan ge mycket användbart material. Att läsa en artikel eller två är dock kanske inte det bästa sättet att få en klar bild av en komplex process som cementtillverkning. Om du vill få en mer fullständig och integrerad förståelse för hur cement tillverkas kan du ta en titt på boken eller e-boken 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

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *