Korngröße
Der Begriff Korngröße beschreibt die Größe von Partikeln (= Körner). Die Größe einzelner Körner oder Partikel bzw. von Korn- oder Partikelgemischen (Schüttgut) spielt in vielen technischen und wissenschaftlichen Bereichen eine wichtige Rolle. Beispiele sind Baumaterialien (Sand, Zement, Beton, Schotter), Produktionsprozesse mit pulverförmigen Materialien (Mehl, Plastikgranulat, Pigmente, Keramik) oder Sedimentologie und Bodenkunde. Die Methoden zur Ermittlung, Beschreibung und Interpretation der Größe und anderer Eigenschaften von Körnern (Kornform, Kornrundung, Kornart, Kornoberfläche) sind derart vielfältig und komplex, dass sich hierfür eine eigene Disziplin, die Granulometrie (granulum = Körnchen, metrie = Messen), entwickelt hat.
Das Problem des Begriffs "Größe" bei unregelmäßig geformten Körpern
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 Äquivalenzdurchmessers, d.h. man bestimmt eine ganz andere messbare Eigenschaft und vergleicht die Messwerte mit denen gleichgroßer Kugeln.
Das einfachset 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 ("Bleistift") mit 1 mm Durchmesser, aber auch über die Diagonale des Sieblochs ein flaches Korn ("Münze") mit etwas 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).
Korngrößenanalyse
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. > 1 m) werden einzeln von Hand vermessen oder es wird die Größe aus Fotos ermittelt. Bei Partikeln im Bereich 10 µm - 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 (Atterberg-Methode) 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.
Korngrößenverteilung
Das Ergebnis einer Korngrößenanalyse ist die Korngrößenverteilung, die letztlcih 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, lassen sich berechnen und damit die Probe bezüglich ihrer Korngröße charakterisieren.
Der Begriff Korngröße in der Sedimentologie
Die Korngröße von siliziklastischen Gesteinen und klastischen Karbonatgesteinen, wobei es sich bei beiden Gruppen um Sedimentgesteine handelt, ist der Äquivalentdurchmesser, der im Gestein vorherrschenden Partikel. Wichtig sind die Korngrößen und die hiermit verbundene Korngrößenklassifikation für die Geologie, Pedologie und Ingenieurgeologie. Aufgrund dieser vielfältigen Anwendungsgebiete haben sich zahlreiche verschiedene und sich auch teilweise widersprechende Klassifikationschemen entwickelt, wobei im deutschsprachigen Raum die Klassifikation nach DIN 4022 (1955) die größte Verbreitung besitzt.
Korngrößenklassifikation
Angelehnt an DIN 4022
| Bezeichnung | Äquivalentdurchmesser in mm |
Bemerkung | 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 | 0,00002 - 0,00063 | mT | |||||||
| Feinton | < 0,00002 | fT | |||||||
Je nach Autor und besonders in den USA sind die Klassengrenzen geringfügig bis deutlich anders, wobei auch nur die Bezeichnungen der Großgruppen international einheitlich sind.
Durch die Korngröße werden Bindigkeit, Feinheit, Trennungsverhalten bestimmt.
Wichtig Eigenschaften eines Partikels bzw. Artikelverbundes neben der Korngröße, sowie die durch die Korngröße bestimmten Eigenschaften sind:
- Sortierung (gut = ähnliche Korngrößen der Partikel, bedeutet meist hohe Durchlässigkeit für Wasser; schlechte Sortierung = ungleiche Partikel)
- Rundungsgrad der Partikel => siehe Konglomerat, Brekzie, Fanglomerat; gibt bei Quarz Hinweis auf Länge des Gesteinstransportes
- Gefüge und Kornkontakt
- Zusammensetzung und Herkunft
Die oben genannten, durch Erosion entstandenen Sedimente werden großteils von Gebirgsbächen und Flüssen talwärts transportiert. Dabei werden sie laufend abgelagert: Geröll oder grober Kies oft schon in hochgelegenen Flussebenen oder nach Durchbruchstälern - insbesondere bei Hochwasser, Feinkies und Sande näher beim Hauptstrom.
Karbonatgesteine nach Folk
Klastische Karbonatgesteine klassifiziert man nach R. L. Folk mit zunehmenden Äquivalentdurchmesser auch als Mikrit, Lutit, Siltit, Arenit und Rudit.
von Engelhardt
Von Engelhardt hat 1953 eine weitere Klassifikation eingeführt.
- Ton, Fein- und Mittelschluff nach obiger Klassifikation werden abweichend von dieser Pelit (Genauer: Schweb + Feinschluff + Grobschluff) oder Ton (Genauer: Feinton + Grobton) genannt
- Grobschluff und Sand nach obiger Klassifikation werden abweichend von dieser Psammit (Genauer: Feinsand + Grobsand) oder Sand (Genauer: Feinsand + Mittelsand + Grobsand) genannt
- Kies und Steine nach obiger Klassifikation werden abweichend von dieser Psephit (Genauer: Feinkies + Grobkies + Block) oder Kies und Blockwerk (Genauer: Feinkies + Mittelkies + Grobkies + Blockwerk) genannt
Den Grenzbereich zwischen Grobsand und Feinkies bezeichnet man nach ihm auch als Grand und den Grenzbereich zwischen Grobton und Feinsand als Silt.
Siehe auch: Erosion, Mergel, Tonmineral
Korngrößenverteilung
Hauptartikel: Dispersitätsanalyse
Da ein Gestein, Sediment, Boden oder sonstiges Material in der Regel eine große Bandbreite an verschiedenen Korngrößen besitzt, kommt deren Verteilung eine große Rolle zu. So ist die Korngrößenverteilung das wichtigste Merkmal eines Bodens und vor allem in Bezug auf dessen Wasserhaushalt eigenschaftsbestimmend. Ausgehend von der Verteilung der Korngrößen klassifiziert man daher Böden unter anderem in Bodenart.