Korngröße
Der Begriff Korngröße beschreibt die Größe von Partikeln, den Körnern. Sie spielt in vielen technischen und wissenschaftlichen Bereichen eine wichtige Rolle, in der Regel angewandt auf Korn- oder Partikelgemische (Schüttgut). Beispiele sind Baumaterialien wie Sand, Zement, Beton und Schotter, Produktionsprozesse mit pulverförmigen Materialien wie Mehl, Plastikgranulat, Pigmente und Keramik sowie verschiedene geowissenschaftliche Disziplinen, insbesondere Sedimentologie und Bodenkunde.
Die Methoden zur Ermittlung, Beschreibung und Interpretation der Größe und anderer Korneigenschaften wie Kornform, Kornrundung, Kornart und Kornoberfläche, sind derart vielfältig und komplex, dass sich hierfür mit der Granulometrie eine eigene Disziplin entwickelt hat.
Korngröße unregelmäßig geformter Körper
Wären Körner bzw. Partikel perfekte Kugeln, könnte man den Kugeldurchmesser als Maß für die Korn-/Partikelgröße heranziehen. Dem ist in der Praxis leider nicht so, denn bei natürlich gebildeten oder technisch hergestellten Körnern/Partikel handelt es sich in der Regel um unterschiedlichst geformte Körper. Für die Beschreibung deren Größe bedient man sich des Äquivalentdurchmessers, das heißt man bestimmt eine ganz andere messbare Eigenschaft und bezieht die Messwerte auf die gleichgroßer Kugeln.
Ein einfaches Beispiel für einen Äquivalentdurchmesser ist der Siebdurchmesser. Durch das quadratische Loch eines Siebes mit beispielsweise 1 mm Kantenlänge passt sowohl eine Kugel mit 1 mm Durchmesser als auch ein längliches Korn in Form eines Bleistifts mit 1 mm Durchmesser. Über die Diagonale des Sieblochs gilt dies auch für ein flaches Korn in Form einer Münze mit deutlich mehr als 1 mm Durchmesser. Alle drei Körner erhalten denselben Äquivalentdurchmesser von 1 mm.
Andere Beispiele für Äquivalentdurchmesser sind hydrodynamischer Durchmesser (gleiche Fallgeschwindigkeit in einer Wassersäule wie eine Kugel) oder aerodynamischer Durchmesser (gleiche Fallgeschwindigkeit in Luft wie eine Kugel).
Es gibt eine Vielfalt von Methoden zur Bestimmung von Korngrößen, bei denen letztlich immer ein Äquivalentdurchmesser bestimmt wird. Die geeignete Methode hängt vom Korngrößenbereich, der Fragestellung oder von Vorschriften ab.
Sehr große Partikel (ca. > 63 µm) werden einzeln von Hand vermessen oder es wird die Größe aus Fotos ermittelt.
Bei Partikeln im Bereich 10 µm bis Kopfgröße kann die Größe durch Siebung ermittelt werden. Hierbei wird ein Satz mit nach unten immer feiner werdenden Sieben aufeinander gesetzt. Die zu analysierende Probe wird in das oberste Sieb eingefüllt. Der Siebsatz wird in eine Siebmaschine fest eingespannt und die Siebe mechanisch bewegt (z. B. gerüttelt, Vibration).
Bei sehr feinen Partikeln (< 10 µm) kommen Methoden zum Einsatz, bei denen man die Partikel sich einer Wassersäule absetzen lässt (grobe fallen schneller als feine) und regelmäßig die Dichte der Suspension bestimmt (mit Hilfe eines Aräometer) oder die Masse der abgesetzten Partikel bestimmt (Sedimentwaage). Moderne Methoden arbeiten mit der Streuung von Laserlicht an den Partikeln, die in Abhängigkeit von der Partikelgröße variiert.
In der Bodenmechanik wird ab einer Korngröße von <0,063 mm die Schlämmanalyse angewendet.
Korngrößenverteilung
Hauptartikel: Dispersitätsanalyse
Das Ergebnis einer Korngrößenanalyse ist die Korngrößenverteilung, die letztlich nichts anderes als eine Häufigkeitsverteilung in Form eines Balkendiagramms ist. Gegen den klassierten Äquivalentdurchmesser (Abszisse) wird der prozentuale Anteil (Gewichtsprozent) der Körner aufgetragen. Die Korngrößenverteilung wird auch gerne als Summenkurve dargestellt. Die üblichen statistischen Parameter, wie Mittelwert, Median, Perzentilwerte, Streuung oder Schiefe der Verteilung, außerdem die Ungleichförmigkeit, lassen sich berechnen und damit die Probe bezüglich ihrer Korngröße charakterisieren.
In Produktionsprozessen, bei denen es bei den Rohstoffen oder beim Produkt auf definierte Korn-/Partikelgrößen ankommt, sind Korngrößenanalyse und Korngrößenverteilung ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätskontrolle. In der Sedimentologie und Bodenkunde ist die Korngrößenverteilung ein sehr wichtiges Merkmal zur Charakterisierung von Böden und Sedimenten. Sie dient deren Klassifikation und ist eigenschaftsbestimmend, beispielsweise bei Wasserhaushalt, Verdichtungspotential oder Hangstabilität.
Korngröße in der Sedimentologie und Bodenkunde
In Sedimentologie und Bodenkunde ist die Korngrößenanalyse eine fundamentale Untersuchungsmethode von Sedimenten, Sedimentgesteinen und Böden. Die Korngrößenverteilung dient der Klassifikation und Nomenklatur sowie der Ableitung und Interpretation von Eigenschaften. In der Bodenkunde wird durch die Gemengeanteile der verschiedenen Korngrößen die Bodenart definiert.
Prinzipiell wird das breite Spektrum in der Geosphäre vorkommender Korngrößen von weit unter einem Mikrometer bis hin zu mehreren Metern logarithmisch in Klassen eingeteilt. Im Detail variiert die Einteilung innerhalb der verschiedenen geowissenschaftlichen Disziplinen, von Autor zu Autor oder zwischen verschiedenen Ländern. Im deutschsprachigen Raum besitzt die Klassifikation nach DIN 4022 (1955) die größte Verbreitung.
Korngröße in der Petrologie
In der Petrologie (Gesteinskunde) wird zwischen der absoluten und der relativen Korngröße im Gefüge von Gesteinen unterschieden.
Absolute Korngröße
Die absolute Korngröße lässt sich bereits grob mithilfe des Auges bzw. Mikroskops abschätzen. In der Petrologie werden dafür die Begriffe makrokristallin (mit bloßem Auge erkennbar), mikrokristallin (nur unter dem Mikroskop erkennbar) und kryptokristallin (unter dem Mikroskop nicht mehr aufzulösen) verwendet.
- Grob- bis riesenkörnige Kristallgefüge entsprechen mit einer durchschnittlichen Korngröße von 5 bis 30 Millimeter in etwa der Klasse der Kiese.
- Mittelkörnig Kristallgefüge besitzen eine durchschnittliche Korngröße von 1 bis 5 Millimeter bilden den Übergang zwischen Kies- und Sandgesteinen.
- Feinkörnige Gefüge von weniger als einem Millimeter liegt bei einem mittelfeinem Sandstein vor.
- Bei Mikrolithen oder auch Kristalliten beträgt die durchschnittliche Korngröße nur wenige Mikrometer (µm).
Relative Korngröße
Die relative Korngrößenbestimmung vergleicht im Gesamtgefüge die einzelnen Kristallite (Körner) untereinander. Bei einem gleichkörnigen Gefüge zeigen entsprechend die Einzelkristalle nur geringe Größenunterschiede.
Ungleichkörnige Gefüge können dagegen sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Größere Kristalle können entweder in einer feinkörnigen Kristallmatrix eingebettet sein und werden porphyrische Gefüge genannt. Vitrophyrische Gefüge betten größere Kristalle in einer glasigen Grundmasse ein und in glomerophyrischen Gefügen liegen Kristallaggregate in einer feinkörnigen Matrix vor.
Zusätzlich kann die Korngröße innerhalb eines Gesteins variieren, das heißt, sie ändert sich in serialen Gefügen in bestimmten, stetigen Intervallen oder oder sie ändert sich in hiatalen Gefügen unregelmäßig bzw. unstetig.
Korngrößenklassifikation
Angelehnt an DIN 4022
| Bezeichnung | Äquivalentdurchmesser in mm |
anschaulicher Vergleich | Symbol | Bodentyp | Kornart | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Großgruppe | Kleingruppe | ||||||||
| gerundet | eckig-kantig | Feinheit | Bindigkeit | ||||||
| Steine | Blöcke | Blöcke | > 200 | größer als Hühnereier | - | Grobboden (Bodenskelett) | nichtbindige Böden | Siebkorn | |
| Gerölle, Geschiebe | Grobsteine | 63 - 200 | - | ||||||
| Kies | Grobkies | Mittelsteine | 20 - 63 | kleiner als Hühnerei / größer als Haselnüsse | - | ||||
| Mittelkies | Feinsteine | 6,3 - 20 | kleiner als Haselnüsse / größer als Erbsen | - | |||||
| Feinkies | Grus | 2 - 6,3 | kleiner als Erbsen / größer als Streichholzköpfe | - | |||||
| Sand | Grobsand | 0,63 - 2 | kleiner als Streichholzköpfe / größer als Gries | gS | S | Feinboden | |||
| Mittelsand | 0,2 - 0,63 | gleich Gries | mS | ||||||
| Feinsand | 0,063 - 0,2 | kleiner als Gries, aber mit bloßem Auge noch erkennbar | fS | ||||||
| Schluff (Silt) |
Grobschluff | 0,02 - 0,063 | mit bloßem Auge nicht mehr erkennbar | gU | U | bindige Böden | Schlämmkorn | ||
| Mittelschluff | 0,0063 - 0,02 | mU | |||||||
| Feinschluff | 0,002 - 0,0063 | fU | |||||||
| Ton (Feinstkorn) |
Grobton | 0,00063 - 0,002 | gT | T | |||||
| Mittelton | 0,0002 - 0,00063 | mT | |||||||
| Feinton | < 0,0002 | fT | |||||||
Von Engelhardt hat 1953 die Begriffe Pelit (< 0,063 mm), Psammit (0,063 - 2 mm) und Psephit (> 2 mm) eingeführt.
Den Grenzbereich zwischen Grobsand und Feinkies bezeichnet man nach ihm auch als Grand und den Grenzbereich zwischen Grobton und Feinsand als Silt.
Klastische Karbonatgesteine klassifiziert man nach Robert L. Folk (1962) mit zunehmender Größe als Mikrit, Lutit, Siltit, Arenit und Rudit.
Siehe auch: Erosion, Mergel, Tonmineral
Literatur
- Folk, R.L., 1959, Practical petrographic classification of limestones: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, v. 43, p. 1-38.
- Folk, R.L., 1962, Spectral subdivision of limestone types, in Ham, W.E., ed., Classification of Carbonate Rocks-A Symposium: American Association of Petroleum Geologists Memoir 1, p. 62-84