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Korngrößenanalyse

Was ist eine Korngrößenanalyse?

Die Korngrößenanalyse, auch als Granulometrie bekannt, ist eine der wichtigsten geotechnischen Prüfungen zur Charakterisierung von Böden, Zuschlagstoffen und anderen Partikelmaterialien. Einfach ausgedrückt ist es der Prozess zur Bestimmung der Verteilung der verschiedenen Partikelgrößen in einer Probe. Das Ergebnis ist grundlegend, um das mechanische und hydraulische Verhalten des Materials vorherzusagen. [1]

Stellen Sie sich eine Sandprobe vor. Sie besteht nicht aus Körnern einer einzigen Größe, sondern aus einer Mischung von Partikeln, die von fein bis grob reichen. Die Granulometrie ermöglicht es uns, diese Verteilung zu quantifizieren und den prozentualen Anteil jeder Partikelgrößenklasse (wie Ton, Schluff, feiner Sand, grober Sand, Kies usw.) in der Gesamtprobe aufzuzeigen. [1]

Wie man dieses Werkzeug benutzt

Folgen Sie diesen einfachen Schritten, um Ihre Online-Korngrößenanalyse durchzuführen:

1

Zugriff auf den Rechner

Navigieren Sie zum Reiter 'Analyse' im Seitenmenü, um die Dateneingabetabelle anzuzeigen.

2

Daten eingeben

Füllen Sie die Spalten 'Öffnung (mm)' mit den Durchmessern Ihrer Siebe und 'Rückstand (g)' mit dem Gewicht des in jedem Sieb zurückgehaltenen Materials.

3

Weitere Siebe hinzufügen

Wenn Sie mehr Zeilen für Ihre Siebe benötigen, klicken Sie einfach auf die Schaltfläche 'Neue Zeile'. Um einen Beispieldatensatz zu laden, verwenden Sie die Schaltfläche 'Beispiel'.

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Ergebnisse berechnen

Klicken Sie nach Eingabe der Daten auf die grüne Schaltfläche 'Analysieren'. Das System berechnet automatisch alle Prozentsätze, Koeffizienten (Cu, Cc) und charakteristischen Durchmesser (D10, D30, D60).

5

Diagramm anzeigen

Scrollen Sie auf der Seite nach unten, um die interaktive Korngrößenverteilungskurve zu sehen. Fahren Sie mit der Maus über die Punkte, um die genauen Werte zu sehen.

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Bericht erstellen

Für eine formelle Aufzeichnung klicken Sie auf 'Bericht erstellen'. Geben Sie Ihrem Dokument einen Titel und ein professionelles PDF mit Tabellen und dem Diagramm wird erstellt.

Warum ist die Granulometrie so wichtig?

Die Partikelgrößenverteilung beeinflusst direkt entscheidende Materialeigenschaften und wirkt sich auf verschiedene Bereiche aus:

Bauingenieurwesen

Unverzichtbar für die Betonmischung, die Auswahl von Materialien für Straßenunterbauten und den Bau von Dämmen und Aufschüttungen. Ein gut abgestuftes Material ist tendenziell dichter und widerstandsfähiger. [2]

Geologie und Agronomie

Hilft bei der Klassifizierung von Böden, dem Verständnis ihrer Entstehung und der Bestimmung ihrer landwirtschaftlichen Eignung. Die Bodentextur beeinflusst die Belüftung, die Wasserhaltekapazität und die Nährstoffverfügbarkeit. [1]

Industrie

Wird in der Qualitätskontrolle von Produkten wie Zement, Keramik und Pharmazeutika verwendet, bei denen die Partikelgröße die Reaktivität, Löslichkeit und Textur des Endprodukts beeinflusst.

Hauptmethoden der Analyse

Die Bestimmung der Korngrößenverteilung erfolgt in der Regel mit zwei Hauptmethoden, die kombiniert werden können:

1. Siebung

Dies ist die gängigste Methode. Die trockene Probe wird durch eine Reihe von Sieben mit zunehmend kleineren Maschenöffnungen geleitet. Durch Schütteln des Satzes werden die Partikel nach Größe getrennt. Die in jedem Sieb zurückgehaltene Materialmasse wird dann gewogen, um den entsprechenden Prozentsatz zu bestimmen. [1]

Diese Methode ist wirksam für Partikel größer als 0,075 mm (Sande und Kiese).

2. Sedimentation

Für feine Partikel (Schluff und Ton) ist die Siebung nicht praktikabel. Die Sedimentationsmethode basiert auf dem Stokes'schen Gesetz, das die Fallgeschwindigkeit eines Partikels in einem Fluid mit seinem Durchmesser in Beziehung setzt. Die Veränderung der Suspensionsdichte im Laufe der Zeit wird gemessen, was die Berechnung des Prozentsatzes jeder Partikelgröße ermöglicht. [1]

Ideal für Partikel kleiner als 0,075 mm.

Anwendungen in der Wasseraufbereitung

Die Granulometrie ist ein grundlegender Parameter bei der Planung und dem Betrieb von Wasseraufbereitungsanlagen (WAAs), insbesondere bei Filtrationsprozessen, bei denen die Effizienz direkt vom Filtermedium abhängt.

Filterdesign (Sand und Anthrazit)

Die Partikelgrößenverteilung des Filtermediums (Sand, Anthrazit) ist entscheidend für die Entfernung von Verunreinigungen. Die 'effektive Größe' (D10) und der 'Ungleichförmigkeitsgrad' (Cu) werden durch technische Standards definiert, um die Qualität des aufbereiteten Wassers und eine angemessene Filterlaufzeit zu gewährleisten. [3]

Auswahl von Stützschichten (Kies)

Die Kiesschichten, die das Sandbett stützen, werden nach Granulometrie bemessen, um den Wasserdurchgang zu ermöglichen und den Sandverlust während der Rückspülung zu verhindern. [3]

Rückspüleffizienz

Ein Filtermedium mit ungeeigneter Granulometrie kann zu einer falschen Fluidisierung während der Rückspülung führen, was zu ineffizienter Reinigung, Materialverlust oder der Bildung von 'Vorzugswegen' führt.

Interpretation der Korngrößenverteilungskurve

Das Endergebnis der Analyse wird grafisch durch die **Korngrößenverteilungskurve** dargestellt. Daraus werden der Ungleichförmigkeitsgrad (Cu) und die Krümmungszahl (Cc) berechnet, die helfen, den Boden hinsichtlich seiner Gradation zu klassifizieren. [1]

Die Y-Achse (vertikal) zeigt den prozentualen Anteil des Materials, das ein bestimmtes Sieb passiert.

Die X-Achse (horizontal) stellt in logarithmischem Maßstab die Partikeldurchmesser dar.

Die Steigung der Kurve gibt Aufschluss über die Beschaffenheit des Bodens:

  • **Gut abgestuft:** Eine glatte Kurve, die sich über einen weiten Durchmesserbereich erstreckt (normalerweise Cu > 4 und 1 < Cc < 3 für Sande).
  • **Schlecht abgestuft (oder gleichförmig):** Eine steile Kurve, die sich auf einen engen Durchmesserbereich konzentriert.
  • **Diskontinuierliche Gradation (oder 'Gap-Graded'):** Die Kurve weist ein Plateau auf, was auf das Fehlen von Partikeln in einem bestimmten Größenbereich hinweist.

Beispiel einer granulometrischen Datentabelle

Sieb (ABNT) Öffnung (mm) Rückstand (g) % Rückstand % Akk. Rückstand % Durchgang
4 4,75 0.0 0.0% 0.0% 100.0%
10 2,00 45.5 9.1% 9.1% 90.9%
20 0,85 89.0 17.8% 26.9% 73.1%
40 0,425 112.5 22.5% 49.4% 50.6%
60 0,250 98.0 19.6% 69.0% 31.0%
100 0,150 75.5 15.1% 84.1% 15.9%
200 0,075 45.0 9.0% 93.1% 6.9%
Boden - 34.5 6.9% 100.0% 0.0%
Gesamtmasse der Probe: 500,0 g

Schlussfolgerung: Ein unverzichtbares Werkzeug

Die Korngrößenanalyse ist weit mehr als ein einfaches Laborverfahren; sie ist eine grundlegende Technik, die wichtige Informationen über das Verhalten von Partikelmaterialien liefert. Ob zur Gewährleistung der Sicherheit eines Bauprojekts, zur Optimierung eines industriellen Prozesses oder zum Verständnis der Dynamik eines Ökosystems, die Granulometrie ist die Grundlage für fundierte technische Entscheidungen.

Technische Referenzen

  1. DAS, Braja M.; SOBHAN, Khaled. **Principles of Geotechnical Engineering**. 9. Aufl. Cengage Learning, 2018.
  2. NEVILLE, A. M. **Properties of Concrete**. 5. Aufl. Pearson, 2011.
  3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. **NBR 12216**: Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público. Rio de Janeiro, 1992.