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Lexikon der Geowissenschaften: Schlämmanalyse

Schlämmanalyse, dient zur Ermittlung derKorngrößenverteilung der Kornanteile unter 0,125 mm. Sie erfolgt in der Bodenmechanik nach dem Aräometerverfahren nach Casagrande (1934). Das Prinzip beruht darauf, daß verschieden große Körner in einer Aufschlämmung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit absinken (Sedimentation). Der Zusammenhang zwischen Korngröße, Kornwichte und Sinkgeschwindigkeit wird durch das Stokessche Gesetz angegeben. Die Methode bringt keine Trennung nach Korngrößen, sondern nach ›gleichwertigen Korndurchmessern‹ in Kugelform. Versuchsdurchführung und Auswertung erfolgen nach DIN 18123. Die Probemengen betragen bei sandhaltigen Böden ca. 75 g, sonst 30-50 g. Zur Verhinderung von Koagulation (Flockenbildung) bei der Sedimentation wird als Dispergierungsmittel 0,5 g Natriumpyrophosphat (Na4P2O7·10H2O) zugegeben. Besonders anfällig für Flockenbildung sind gelhaltige Böden vulkanischer Herkunft und solche mit Humusanteilen. Bei Humusgehalten über 1,5% müssen die organischen Bestandteile vorab durch Oxidation mit 15%igem H2O2 zerstört werden. Ab Humusgehalten von etwa 15% versagt auch dieses Verfahren. Störende Carbonatanteile werden mit verdünnter Salzsäure (z.B. mit 1 N HCl-Lösung) ausgetrieben. Für Kornverteilungsanalysen von Tongesteinen besteht keine einheitliche Regelung. Die schonende Nasssiebung gibt mehr einen Anhalt über den Verwitterungsgrad als eine Aussage über den Feinkornanteil des Gesteins. In der Laborpraxis sind folgende Aufbereitungsmethoden üblich: a) 24 Stunden Einweichen und schonendes Zerdrücken von Tonsteinbröckchen und gegebenenfalls 6-8 Stunden Schütteln oder Rühren, b) 2 Wochen Einweichen und Behandlung wie vor Mörsern der Tonsteinproben, mehrtägiges Einweichen und schonendes Zerdrücken oder Rühren.

Je nach Festigkeit bzw. Bindemittel der Tonsteinproben ergeben sich hierbei sehr unterschiedliche Körnungslinien und Tongehalte. Untersuchungen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) haben gezeigt, daß in vielen Fällen ein hoher Anteil von nicht zerlegten Tonmineralaggregaten in der Schluff- und Sandfraktion verbleibt. Diese Aggregate lassen sich durch eine 10-30 Minuten lange Behandlung mit dem Ultraschall-Schwingstab weitgehend zerlegen. Um zu vermeiden, daß hierbei schon eine Zerstörung größerer Tonminerale stattfindet, sind Versuchsreihen und eine Kontrolle mit dem REM zweckmäßig. Hierbei zeigt sich auch, ob längeres Einweichen erforderlich ist. Je nach Festigkeit des Ausgangsmaterials ergibt sich durch eine 10- bis 30minütige Ultraschallbehandlung eine Erhöhung des Tonanteils um 10-30% und des Feinschluffanteils um 15-50%. Dieser erhöhte Ton- und Feinschluffanteil entspricht häufig dem röntgendiffraktometrisch ermittelten Tonmineralanteil, wobei sich ein Teil der Tonminerale, besonders glimmerähnliche Illite, z.T. auch Kaolinit und Chlorit sowie einige Wechsellagerungsminerale, auch in der Mittel- und Grobschlufffraktion finden. Bei harten Tonsteinen mit sehr fester Kornbindung ist die Wirkung der Ultraschallbehandlung begrenzt. Inwieweit es zweckmäßig ist, carbonatische Bindemittel durch Säurebehandlung zu ›zerstören‹, hängt letztlich von der Aufgabenstellung ab. Als schonende Säurebehandlung kann eine mehrmalige Behandlung mit 0,1 molaren Lösungen Ethylendiamintetraessigsäure (EDTE, Titripley o. a.) empfohlen werden. Durch Auflösung des Bindemittels wird das Ausgangsgestein verändert. Um eine Kornverteilungsanalyse eines Tonsteinmaterials bewerten zu können, muß auf jeden Fall die Probenaufbereitung angegeben werden. [ME]

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