Phsyiklaborpraktikum. Siebanalyse

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1 Siebanalyse Inhalt: 1. Grundlagen 2. Ermittlung des Volumens und der Gesamtmasse des Haufenwerks der Probe 2. Siebung des Haufwerks 4. Bestimmung der Massenrückstände auf den einzelnen Siebböden durch Wägung 5. Berechnung der Massenteile, Rückstands- und Durchgangssummen der bestimmten Massenrückstände aus Aufgabe 6. Graphische Bestimmung der beiden Feinheitsparameter d` und n im RRSB- Körnungnetz, sowie Berechnung der Volumenbezogenen Oberfläche Sv und der spezifischen Oberfläche aus den graphisch ermittelten Ergebnissen 7. Erstellung der Kornverteilungs- Rückstands- und Durchgangssummendiagramms 8. Diskussion der Diagramme 9. Mögliche Fehlerquellen 10. Anhang mit Tabelle, Diagrammen und RRSB-Körnungsnetz

2 1.0 Grundlagen Bei der Siebanalyse wird die Korngrößenverteilung eines Haufenwerks bestimmt. Ein Haufwerk ist eine Menge von Partikeln (Teilchen, Körner), die sich z.b. zu einem Schüttkegel anhäufen lassen. Die Teilchen des Haufwerks sind in der Regel unterschiedlich groß. Da nicht jeder Partikel einzeln vermessen werden kann, teilt man sie in Größenklassen ein und bestimmt jeweils deren Mengenanteil. Bei der Siebanalyse wird die Klasseneinteilung durch Siebung vorgenommen. Andere Verfahren sind die Sedimentationsverfahren, Sichtanalyse, Zählverfahren (elektrisch, optisch), Bildanalyse von Mikroskopbildern oder eine Analyse mit der LaserAnemometrie (LDA). Bei der Siebanalyse wird das Schüttgut von oben in einem Siebsatz mit etwa 5 Sieben gegeben. Die Maschenweite nimmt nach unten hin ab. Das Schütteln übernimmt eine Prüfsiebmaschine, Nach einiger Zeit hat sich das Schüttgut entspechend der Korngröße auf den Siebböden verteilt, Auf jedem Siebboden liegt der Rückstand, man nennt sie auch die zur Kornklasse gehörende Fraktion. Zählt man die Rückstände zusammen, erhält man die von oben nach unten zunehmende Rückstandssumme. Was durch ein Sieb durchfällt, nennt man Durchgang. Zählt man die Durchgänge zusammen, erhält man die von oben nach unten abnehmende Durchgangssumme. Aus die so gewonnen Ergebnissen kann man nun mit Hilfe von Microsoft-EXCEL die Massenanteile, Rückstands- und Durchgangssummen über den jeweiligen Korngrößen in einem Balkendiagramm auftragen und so das zu bestimmende Haufwerk charakterisiert werden Für den Versuch werden folgende Geräte benötigt: - Retsch Schüttelmaschine - Sartorius Tafelwaage - Analysensiebe verschiedener Maschenweite nach DIN ISO 10/1 - Becherglas mit Volumenskalierung 2.0 Ermittlung des Volumen und des Gewichtes des Haufenwerks Probe 2 Das Haufenwerk der Probe 2 ( in unserem Fall handelt es sich um Bausand) wurde in einem Becherglas ausgelitert und ausgewogen. Volumen Probe 2 = 10 ml Gewicht = 186,4 g.0 Siebung des Haufwerks Die Siebung der Probe wurde mit einer Analysensiebmaschine der Firma Retsch durchgeführt. Zunächst mußte diese Maschine jedoch mit den einzelnen Analysensieben bekannter Maschenweiten bestückt werden, und zwar so, daß die Maschenweiten der Analysensiebe von oben nach unten abnehmen. Der Siebsatz ist so zusammenzustellen, daß der gesamte Korngrößenbereich des zu prüfenden Haufwerks der Probe 2 erfaßt ist. Da uns die Korngrößen des Haufwerks der Probe 2 nicht bekannt waren, wählten wir 8 Analysensiebe mit den Maschenweiten:

3 4.0 mm,2 mm 1.0 mm, 500 m, 250 m, 125 m, 6 m, 45 m, Boden nach DIN ISO 10/1. Die Siebe wurden Leer gewogen und das Gewicht in der Tabelle notiert. Nach der Bestückung der Analysensiebmaschine mit den Prüfsieben und dem Boden wurde nun das Haufenwerk der Probe auf das oberste Analysensieb aufgegeben. Zur Stabilisierung des Systems wurden die Analysensieb mit einem Deckel verschlossen und mit 2 Feststellschrauben an der Analysensiebmaschine fest installiert. Nun wurde 15 min bei 60 % Leistung (Amplitudeneinstellung) gesiebt. 4.0 Bestimmung der Massenrückstände auf den Siebböden Nach der Siebung wurden die Massenrückstände der Probe auf den einzelnen Siebböden bestimmt. Dies erfolgt durch Wägung der einzelnen Siebe, die Auswaagen wurden in die Tabelle eingetragen. Die Massenrückstände der einzelnen Fraktionen ergeben sich aus der Differenz des Leergewichts und Bruttogewichts. 5.0 Berechnung der Massenanteile, Rückstands- und Durchgangssummen Aus den in Aufgabe ermittelten Massenrückstände der einzelnen Siebböden wurde nun der jeweilige Massenanteil, Rückstands- und Durchgangssummen berechnet. Mit Hilfe eines einfachen Dreisatzes, siehe Tabelle. 6.0 Graphische Bestimmung der Feinheitsparameter d und n und Berechnung der Oberfläche Die Feinheitsparameter d und n lassen sich graphisch mit Hilfe des RRSB- Körnungsnetzes (spezielles Diagrammpapier, siehe Anhang) bestimmen. Hierzu trägt man die Durchgangssummen in % über den Teilchendurchmesser (0 Maschenweiten der Siebböden) auf und verbindet diese so erhaltenen Punkte soweit als möglich zu einer Geraden. Dabei ist zu bemerken, das die erhaltenen Punkte der mittleren und oberen Kornklasse sich gut zu einer Geraden verbinden lassen, während die Punkte der unteren Kornklassen von der Linearität der oberen Punkte abweichen und somit nicht in die Auswertung mit einbezogen wurden. Über den Schnittpunkt mit der waagrechten 6,2%-Linie (0,62) läßt sich der 1.Feinheitsparameter d` ablesen. In unserem Falle beträgt dieser 500 m (0,5mm). Durch Parallelverschiebung dieser Geraden durch den Pol des Diagramms erhält man durch den Schnittpunkt mit den Randskalen den Wert für n und b, die für die Berechnung der Volumenbezogenen Oberfläche Sv und der spezifischen Oberfläche Sm benötigt werden. b = 16,8 n = 1,6

4 6.1 Berechnung der Volumenbezogenen Oberfläche Sv: Der abgelesene Wert für b (16,8) wird durch den graphisch ermittelten Wert für d` (0,05 cm) geteilt und mit f (0 Formfaktor geschätzt auf ) multipliziert. sv * d` b f *16,8 0,05 cm 1008 cm 2 f * b d 6.2 Berechnung der spezifischen Oberfläche Sm: Um diese Berechnung durchführen zu können, muß als erstes die Dichte des Haufenwerks der Probe berechnet werden. Die Dichte wird berechnet indem man den Quotienten aus der Gesamtmasse des Haufenwerkes und das Volumen des Haufens bildet. 186,4 g in 10 cm g 1,44 cm Die spezifische Oberfläche Sm wird aus dem Quotienten der Volumenbezogenen Oberfläche Sv und der berechneten Dichte berechnet ,44 cm 2 702,9 g 7.0 Erstellung der Diagramme Mit Hilfe von Microsoft EXCEL werden nun folgende Balken-Diagramme erstellt: Kornverteilungsdiagramm: Bei diesem Diagramm werden die Massenanteile der Rückstände in % über den jeweiligen Kornklassen (Teilchendurchmesser) aufgetragen.

5 Rückstandssummendiagramm: Bei diesem Diagramm werden die Rückstandssummen in % über den jeweiligen Kornklassen aufgetragen. Durchgangssummendiagramm: Bei diesem Diagramm werden die Durchgangssummen in % über den jeweiligen Kornklassen aufgetragen. 8.0 Diskussion der Diagramme Kornverteilungdiagramm: Dieses Diagramm zeigt auf, mit welchem Massenanteil eine Kornklasse in unserem Haufenwerk vorliegt. Die Auswertung ergab, daß die Kornklasse mit einem Teilendurchmesser von bis zu 0,5 mm mit 2, % und die Kornklasse mit einem Teilchendurchmesser von bis zu 1 mm mit 0, % die größten Massenanteile des Gesamthaufwerks der Probe ausmachen. Rückstandsummendiagramm: Dieses Diagramm zeigt auf, welcher Massenanteil des Haufenwerks der Probe größer als eine bestimmte Korngröße ist. Die Auswertung ergab daß 6,88 % der Masse des Haufenwerks der Probe eine Korngröße von mehr als 1mm haben. Durchgangssummendiagramm: Dieses Diagramm gibt den Massenanteil des Haufenerks an, der kleiner als eine bestimmte Korngröße ist. Die Auswertung ergab, daß 99,98% unseres Haufwerks eine Korngröße von weniger als 2mm besitzen. 9.0 Mögliche Fehlerquellen - Auf die Fehlerrechnung wurde nach Absprache mit Herrn Müller bewußt verzichtet, da diese sehr kompliziert und zeitaufwendig wäre. - Bei der Bestimmung der Massenrückstände in Aufgabe 2 konnten Wägefehler /Wägeungenauigkeiten zu Fehlern führen, da die Analysenwaage der Firma Sartorius nur bis auf die 2. Stelle hinter dem Komma anzeigte. Diese Wägeungenauigkeit würde so über die gesamten Berechnungen im Protokoll fortgepflanzt. - Bei der Ermittlung des Volumen des Haufwerks der Probe konnten große Ungenauigkeiten entstehen, da die Skalierung des Becherglases nicht genau genug war. - Bei der Bestimmung der beiden Feinheitsparameter d` und n in Aufgabe 5 konnten Zeichenfehler im RRSB-Körnungsnetz zu großen Ungenauigkeiten führen, diese Größen wurden von uns geschätzt. - Bei der Berechnung der Volumenbezogenen Oberfläche Sv und der spezifischen Oberfläche Sm werden diese Fehler fortgepflanzt. - Bei der Berechnung der Volumenbezogenen Oberfläche Sv wurde der Formfaktor auf geschätzt, da wir den genauen Wert des Faktors nicht genau bestimmen konnten. Bei dieser Abschätzung der Berechnung von der volum. Oberfläche und der spez. Oberfläche kommt es zur Fehlerfortpflanzung.

6 SIEBPROTOKOLL - Diagramm Nr.2 120,00 100,00 Rückstand 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 4,000 2,000 1,000 0,500 0,250 0,125 0,06 Rücksta ndssumme in % Maschengröße in mm - SIEBPROTOKOLL - Diagramm Nr.1 70,00 60,00 Auswaage 50,00 40,00 0,00 20,00 10,00 Rückstand über Korngröße (Auswaage ) 0,00 4,000 2,000 1,000 0,500 0,250 0,125 0,06 0,045 Boden Maschengröße in mm

7 SIEBPROTOKOLL - Diagramm Nr. Durchgangssumme 200,00 180,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Durchgangs-summe über der Kornklasse in g 4,000 2,000 1,000 0,500 0,250 0,125 0,06 0,045 Boden Maschengröße in mm Siebanalyse Becherglas voll in g: 5,40 Becherglas leer in g: 167,00 Einwaage : 186,40 Siebgrößen in mm Nach Filtration Rückstand über Korngröße (Auswaage in g) Durchgangssumme über der Kornklasse Rückstandssumme über Korngröße Leergewicht Massenanteil in % Durchgangssumme in % Rücksta summe 4, ,0 414,0 0,00 0,00 186,7 99,98 0,00 0,00 2,000 81,27 9,4 12,16 6,52 186,7 99,98 12,16 6,52 1,000 66,48 42,00 56,52 0,2 174,21 9,46 68,68 6,8 0,500 08,79 68,96 60,17 2,28 117,69 6,14 128,85 69,1 0, ,8 2,4 4,05 18,27 57,52 0,86 162,90 87, 0, ,94 295,1 15,19 8,15 2,47 12,59 178,09 95,5 0,06 274,45 281,80 7,5,94 8,28 4,44 185,44 99,4 0, ,68 271,57 0,89 0,48 0,9 0,50 186, 99,9 Boden 245,91 245,95 0,04 0,02 0,04 0,02 186,7 99,9 Gesamt : 99,98 Wegeverlust : 86,42