Wielkość ziarna

Wielkość ziarna od 0,016 mm do 2,0 mm

Termin wielkość ziarna określa wielkość poszczególnych cząstek (zwanych także ziarnami ) w mieszaninie . Rozkład wielkości ziaren lub cząstek ma znaczący wpływ na właściwości materiału w wielu dziedzinach technicznych i naukowych, takich jak budownictwo , sedymentologia i gleboznawstwo, a także w metalurgii (patrz wzrost ziaren i rozdrobnienie ziarna ). Stosuje się tam dużą liczbę ziaren lub mieszanek cząstek. Te mieszanki ziaren obejmują wszystkie rodzaje materiałów sypkich, takich jak piasek , żwir , granulat tworzyw sztucznych i pigmenty . W metalurgii mikrostruktury w materiałach metalowych są również nazywane ziarnem .

Ze względu na mnogość metod określania, opisywania i interpretowania wielkości ziarna, a także innych właściwości ziaren zgodnie z normą EN ISO 14688 (kształt, zaokrąglenie i powierzchnia), granulometria rozwinęła się jako niezależna dyscyplina.

Równoważna średnica

Zakładając, że ziarna lub cząstki istnieją jako idealne kule, można po prostu użyć średnicy kulki jako miary rozmiaru ziaren. W praktyce jednak to założenie jest niewystarczające, ponieważ cząstki uformowane naturalnie lub wytworzone technicznie istnieją w wielu różnych formach. Dlatego do opisu ich wielkości używana jest średnica zastępcza . Oznacza to, że określasz inną mierzalną właściwość i odnosisz zmierzone wartości do kulek tego samego rozmiaru (odpowiednik).

Prostym przykładem równoważnej średnicy jest średnica sita. Kula o średnicy 1 mm i podłużnym ziarnie w postaci ołówka o średnicy 1 mm przechodzi przez kwadratowy otwór sita o krawędzi np. 1 mm. Po przekątnej otworu sita dotyczy to również płaskiego ziarna w postaci monety o średnicy znacznie większej niż 1 mm. Wszystkie trzy ziarna mają taką samą średnicę zastępczą 1 mm.

Inne przykłady średnic zastępczych to średnica hydrodynamiczna (taka sama prędkość spadania w słupie wody co kula) lub średnica aerodynamiczna (taka sama prędkość opadania w powietrzu jak kula).

Analiza wielkości ziarna

Sita o różnej grubości

Aby określić skład mieszaniny pod względem wielkości cząstek, można wybrać jedną z wielu metod, w których ostatecznie zawsze określa się równoważną średnicę. Odpowiednia metoda zależy od wielkości ziarna, pytania lub przepisów (np. Normy DIN ).

Bardzo duże cząstki (około 63 mm lub więcej) są mierzone indywidualnie lub określane na podstawie zdjęć.

W przypadku cząstek w zakresie od 10 µm do wielkości guzika, wielkość można określić przez przesiewanie . Tutaj zestaw z mniejszymi w dół sitami jest umieszczany jeden na drugim. Próbkę do analizy wlewa się do najwyższego sita, a zestaw sit jest następnie mocowany w maszynie do przesiewania . Maszyna następnie potrząsa lub wibruje ustawionym sitem przez określony czas. W przypadku dużej zawartości drobnych ziaren przesiewanie przeprowadza się pod bieżącą wodą (przesiewanie na mokro). Wyznaczone w ten sposób wielkości ziaren podaje się zwykle w milimetrach. Jednostka miary siatki jest często używana w krajach anglojęzycznych .

W przypadku bardzo drobnych cząstek (<10 µm) stosuje się metody, w których pozwala się cząstkom osiadać w słupie wody (grubsze cząsteczki opadają szybciej niż drobne) i regularnie określa (za pomocą areometru ) gęstość zawiesiny lub masę osiadłego Oznaczone cząstki (łuski osadu). Nowoczesne metody polegają na rozpraszaniu światła laserowego na cząstkach, które zmienia się w zależności od wielkości cząstek lub przy cyfrowej obróbce obrazu. W gleboznawstwie analizę szlamu stosuje się od wielkości ziarna 0,063 mm = 63 µm (i mniejszych) , w materiałoznawstwie określa się ją w teście wymywania .

W celu określenia klas zawartości składników odżywczych, rozmiar ziarna może być określony przez doświadczonych specjalistów za pomocą testu palca. Dostępne są standardowe próbki do samokontroli

W badaniach gleby rolniczej test palcem jest stosowany w rutynowej eksploatacji do podziału analizowanych wartości na klasy składników pokarmowych w celu określenia rodzaju gleby i wielkości ziaren. Wymaganą ilość wapna ustala się na podstawie proporcji piasku, mułu i gliny oraz proponuje nawożenie przyjazne dla środowiska i dostosowane do potrzeb .

Rozkład wielkości ziarna

Rozkład ziarnistości różnych gleb w przedstawieniu liniowym. Skumulowane krzywe na diagramie nazywane są krzywymi stopniowania .

Wynikiem analizy uziarnienia jest rozkład wielkości ziaren, czyli rozkład częstotliwości w postaci wykresu słupkowego lub liniowego. Procent (procent wagowy) ziaren wykreślono w odniesieniu do sklasyfikowanej średnicy równoważnej (odcięta). Można obliczyć typowe parametry statystyczne, takie jak wartość średnia , mediana , wartości percentyla , rozrzut lub skośność rozkładu, a także liczbę nieprawidłowości , a tym samym scharakteryzować próbkę pod względem wielkości ziaren.

W procesach produkcyjnych, w których określone rozmiary ziaren są istotne dla surowców lub produktów, analiza wielkości ziarna jest istotną częścią kontroli jakości . W sedymentologii i gleboznawstwie rozkład wielkości ziaren jest bardzo ważną cechą charakterystyczną gleb i osadów. Służy do ich klasyfikacji i określenia właściwości, np. Pod względem bilansu wodnego, potencjału zagęszczania czy stateczności zboczy.

Wielkość ziarna w sedymentologii i gleboznawstwie

W sedymentologii i gleboznawstwie rozkłady wielkości ziaren służą do klasyfikacji i nazewnictwa gleb, osadów i skał osadowych oraz pozwalają na wyciąganie wniosków na temat powstawania i pewnych właściwości tych materiałów naturalnych. W gleboznawstwie proporcje mieszanki różnych rozmiarów ziaren określają rodzaj gleby, która jest uwzględniana w trakcie mapowania gleby na danym obszarze za pomocą testu palcowego .

W zasadzie szerokie spektrum rozmiarów ziaren występujących w geosferze, od znacznie poniżej mikrometra do kilku metrów, jest logarytmicznie podzielone na klasy. W szczegółach klasyfikacja w różnych dyscyplinach nauk o Ziemi różni się w zależności od autora lub w różnych krajach. Klasyfikacja według DIN 4022 jest najbardziej rozpowszechniona w krajach niemieckojęzycznych .

Rodzaj ziarna

Patrząc na gleby, należy rozróżnić między ziarnem sitowym a ziarnem szlamu . Ziarno sita można zobaczyć gołym okiem, a jego wielkość przekracza 0,063 mm. W przeciwieństwie do tego zawiesinę można uwidocznić tylko pod mikroskopem . Zakres wielkości ziarna wynosi od 0,0002 mm do 0,063 mm.

Klasyfikacja wielkości ziarna

Klasyfikacja zgodnie z normą DIN 4022 ( nazewnictwo i opis gleby i skał ). DIN 18196 ( klasyfikacji gleby w celach strukturalnych ) jest zatem w dużym stopniu zgodne z, ale znaki coś innego i zestawy różnych warunków ramowych. W zależności od autora, a zwłaszcza w USA, granice klas są nieco lub znacząco różne, chociaż tylko nazwy dużych grup są jednolite w skali międzynarodowej.

¹W zależności od genezy gruzu , piargi blokowe , bieg kamieni

²Odnosząc się do von Engelhardta , określenia Pelit (<0,063 mm), Psammit (0,063-2 mm) i Psephit (> 2 mm) zostały wprowadzone w 1953 r.

³Według von Engelhardta pogranicze między grubym piaskiem a drobnym żwirem nazywa się również Grand

⁴Według von Engelhardt Silt dla obszaru przygranicznego między gruboziarnistą gliną a drobnym piaskiem (muł zgodnie z DIN)

⁵Zgodnie z EN 12620 między innymi w budownictwie <0,063 mm proszek skalny , patrz rozbite minerały

^6thEN 12620 między innymi: ziarnistość 2–32 mm

^7thEN 12620 między innymi: balast 32–63 mm

^8th Schroppen w budowie

⁹Według Robert L. Folk (1962), węglan skały są klasyfikowane jako mikryt , lutite , siltite , arenite i Rudite ze wzrostem wielkości ziarna

¹⁰Jest to również - niezgodnie z normą DIN - drobny piasek wytrącany jako 0,125-0,250 mm

Wielkość ziarna w kamieniach krystalicznych i kruszywach mineralnych

W petrologii do skał wulkanicznych i metamorficznych skał , jak również w mineralogii , dokonuje się rozróżnienia między bezwzględną i względną wielkość ziarna w strukturze z kamieni i agregaty mineralne . W przeciwieństwie do sedymentologii, termin „ziarno” nie oznacza cząstek detrytycznych lub cząstek, które w inny sposób wyłoniły się z egzogennych procesów sedymentacyjnych, ale kryształy, które albo pierwotnie wyłoniły się ze stopu, albo wyrosły wtórnie w trakcie transformacji skały.

Bezwzględna wielkość ziarna

Bezwzględną wielkość ziaren można oszacować częściowo gołym okiem, ale częściowo tylko pod mikroskopem. Do rozróżnienia używa się terminów makrokrystaliczny (rozpoznawalny gołym okiem), mikrokrystaliczny (rozpoznawalny tylko pod mikroskopem świetlnym) i kryptokrystaliczny ( nierozróżnialny pod mikroskopem świetlnym).

Struktury kryształów gruboziarnistych do olbrzymich mają średnią wielkość ziarna 5–30 mm. Struktury kryształów o średniej ziarnistości mają średnią wielkość ziarna 1–5 mm. Obecna jest drobnoziarnista struktura o średniej średnicy ziarna mniejszej niż jeden milimetr. W przypadku mikrolitów lub krystalitów średnia wielkość ziarna wynosi zaledwie kilka mikrometrów.

Względna wielkość ziarna

Względna wielkość ziaren świadczy o stosunku wielkości ziaren minerałów w ogólnej strukturze skały. Przy jednolitej (jednorodnej) strukturze ziarna wykazują tylko niewielkie różnice w wielkości.

W przypadku niejednorodnej struktury ziarnistej (niejednorodnej) różnice wielkości są jednak większe, a także bardziej zmienne. Jeśli w makroskopowo nierozpuszczalnej jednorodnej matrycy osadzone są większe kryształy, tak zwane posypki , nazywa się to strukturą porfirową . Pod względem mikroskopowym można dokonać dalszego rozróżnienia między strukturami witrofirycznymi , w których matryca jest podobna do szkła , a strukturami mikrolitycznymi , w których matryca jest mikrokrystaliczna. W przypadku struktur kłębuszkowych pojedyncze fragmenty występują jako agregaty kryształów.

Jeśli chodzi o rozkład statystyczny wielkości ziaren w skałach krystalicznych o nierównomiernej strukturze ziarnistej, rozróżnia się rozkład szeregowy ( ciągły ) od okresowego ( nieciągłego ) z co najmniej dwoma maksimami i całkowitym brakiem niektórych przedziałów wielkości ziaren. Struktury porfirowe charakteryzują się występowaniem rozworu przełykowego.

Wielkość ziarna w metalografii

W metalografii termin rozmiar ziarna opisuje średnią średnicę lub średnią powierzchnię krystalitów (ziaren) w metalu wielokrystalicznym . Średnia średnica ziarna wynosi zwykle od kilku µm do kilku mm, ale przy strukturze nanokrystalicznej może również mieścić się w zakresie kilku nanometrów. Różne rozmiary ziaren można ustawić poprzez odpowiednie warunki krzepnięcia, obróbkę mechaniczną i termiczną. Wielkość ziaren metali wpływa na właściwości mechaniczne materiałów, a także na ich skrawalność i zachowanie korozyjne; struktury drobnoziarniste są zwykle twardsze i twardsze oraz tworzą grubszą , pasywną warstwę chroniącą przed korozją .

Zobacz też

• Typ gleby
• Ziarno (zdjęcie)
• Powierzchnia ziarna

literatura

• Robert L. Folk : Praktyczna klasyfikacja petrograficzna wapieni. W: Bulletin of the American Association of Petroleum Geologists. Vol. 43, 1959, ISSN  0883-9247 , str. 1–38, doi: 10.1306 / 0BDA5C36-16BD-11D7-8645000102C1865D .
• Robert L. Folk: Podział widmowy typów wapienia. W: William E. Ham (red.): Klasyfikacja skał węglanowych. A Symposium (= American Association of Petroleum Geologists. Memoir. Vol. 1, ISSN  0065-731X ). American Association of Petroleum Geologists, Tulsa OK 1962, s. 62–84.
• Wolfhard Wimmenauer: Petrografia skał magmowych i metamorficznych. Enke-Verlag, Stuttgart 1985, ISBN 3-432-94671-6 .

linki internetowe

• Trójkąt wielkości ziarna
• Trójkąt rodzaju gleby
• Uni Münster - struktura skał wulkanicznych ( pamiątka z 17 sierpnia 2007 w Internet Archive ) w Internet Archive na archive.org, przeglądano 16 kwietnia 2010
• Porównanie oznaczeń uziarnienia osełek według norm niemieckich i japońskich
• Dyfrakcja laserowa: zasady analizy wielkości cząstek (angielski)

Indywidualne dowody

1. ↑ Klasyfikacja gleb zgodnie z DIN 18196. Str. 29–35 w Rolf Katzenbach: Studienunterlagen Geotechnik. II Właściwości gleb. Notatki z wykładów, TU Darmstadt, 2013 ( geotechnik.tu-darmstadt.de PDF; 1,05 MB).
2. ↑ ^{a b} Hans-Jürgen Bargel: Nauka o materiałach: z 85 tabelami . Springer, 2005, ISBN 3-540-26107-9 . 
3. ↑ KD Ralston, N. Birbilis: Wpływ wielkości ziarna na korozję: przegląd . W: Korozja . taśma 66 , nie. 7 , marzec 2010, doi : 10.5006 / 1.3462912 .