Wie lauten die Siebgrößen für die Partikelgrößenverteilung? Ein Leitfaden zu ASTM- und ISO-Standards

Siebgrößen sind nicht willkürlich; sie sind Teil eines standardisierten Systems, das auf der Anzahl der Öffnungen pro linearem Zoll oder der genauen Größe dieser Öffnungen in Millimetern (mm) oder Mikrometern (µm) basiert. Obwohl es keine einzige universelle Liste gibt, werden die Größen durch Standards wie ASTM E11 (in den USA) und ISO 3310 definiert, die eine konsistente Reihe von Drahtgewebesieben für eine genaue Partikelgrößenanalyse bereitstellen. Eine höhere „Maschenzahl“ bedeutet mehr Öffnungen pro Zoll und somit kleinere Öffnungen für feinere Partikel.

Der Schlüssel zum Verständnis von Siebgrößen liegt in der Erkenntnis, dass sie Werkzeuge sind, die in einer Reihe oder einem „Stapel“ verwendet werden. Das Ziel ist nicht, eine einzige spezifische Größe zu finden, sondern eine standardisierte Abfolge von Größen auszuwählen, die zusammenarbeiten, um ein Material in verschiedene Fraktionen zu trennen und seine vollständige Partikelgrößenverteilung aufzudecken.

Wie Siebgrößen definiert werden

Um eine Partikelgrößenanalyse durchzuführen, müssen Sie zunächst die Terminologie verstehen, die zur Beschreibung der Siebe selbst verwendet wird. Dieses System basiert auf einer klaren, umgekehrten Beziehung zwischen der Maschenzahl und der Öffnungsgröße.

Das Konzept der Maschenzahl

Die Maschenzahl eines Siebes bezieht sich auf die Anzahl der Öffnungen im Drahtgewebe über einen linearen Zoll.

Zum Beispiel hat ein #8-Maschensieb acht Öffnungen pro Zoll. Ein #200-Maschensieb hat 200 Öffnungen pro Zoll.

Daher bedeutet eine höhere Maschenzahl mehr Drähte, mehr Öffnungen und folglich kleinere Öffnungen.

Von Maschen zu Mikron und Millimetern

Jede Standard-Maschenzahl entspricht einer bestimmten Öffnungsgröße, die typischerweise in Millimetern (mm) oder Mikrometern (µm) gemessen wird. Ein Millimeter entspricht 1000 Mikrometern.

Hier sind einige gängige US-Standard-Siebgrößen, um die Beziehung zu veranschaulichen:

• #4 Sieb: 4,75 mm Öffnung (grober Kies)
• #10 Sieb: 2,00 mm Öffnung (grober Sand)
• #40 Sieb: 425 µm Öffnung (feiner Sand)
• #200 Sieb: 75 µm Öffnung (Schluff- und Ton-Grenze)

Wie Sie sehen, besteht ein umgekehrtes Verhältnis zwischen Maschenzahl und Öffnungsgröße.

Wichtige Standardisierungsgremien

Die Siebabmessungen werden durch offizielle Standards geregelt, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse in verschiedenen Laboren wiederholbar und vergleichbar sind.

Die beiden dominierenden Standards sind ASTM E11 (häufig in den Vereinigten Staaten) und ISO 3310 (der internationale Standard). Obwohl sie weitgehend harmonisiert sind, ist es entscheidend, bei einer einzigen Analyse Siebe desselben Standards zu verwenden.

Aufbau eines Siebstapels für die Analyse

Die eigentliche Stärke der Siebung liegt in der Verwendung mehrerer Siebe, die übereinander gestapelt sind – vom größten Öffnung oben bis zum kleinsten unten, mit einer festen Pfanne ganz unten, um die feinsten Partikel aufzufangen.

Das Ziel: Eine Verteilungskurve

Der Zweck eines Siebstapels besteht darin, eine Probe nach Gewicht in verschiedene Größenfraktionen zu unterteilen. Durch das Wiegen des auf jedem Sieb zurückgehaltenen Materials können Sie eine Partikelgrößenverteilungskurve erstellen.

Diese Kurve zeigt den Charakter Ihres Materials – ob es gut abgestuft (große Bandbreite an Größen) oder schlecht abgestuft (enge Bandbreite an Größen) ist. Diese Verteilung ist entscheidend für die Vorhersage des Verhaltens eines Materials, wie z. B. seine Festigkeit in Beton, seine Filtrationskapazität oder seine Mischbarkeit.

Die √2-Progression

Die gebräuchlichste und technisch fundierteste Methode zur Auswahl von Sieben für einen Stapel ist die Verwendung einer √2 (Quadratwurzel von 2)-Progression.

Bei diesem System ist die Öffnungsgröße jedes aufeinanderfolgenden Siebes in der Reihe etwa 1,414-mal kleiner als das Sieb darüber. Dies erzeugt gleichmäßig verteilte Datenpunkte, wenn sie auf einer logarithmischen Skala aufgetragen werden, was ein klares und genaues Bild der Verteilung liefert.

Häufige Fallstricke und Einschränkungen

Obwohl die Siebanalyse eine unkomplizierte und zuverlässige Methode ist, ist es wichtig, ihre Grenzen zu verstehen, um eine genaue Interpretation zu gewährleisten.

Die untere Grenze der Siebung

Die Siebanalyse wird für sehr feine Pulver unpraktisch und ungenau. Partikel, die kleiner als ~38 Mikrometer (#400 Maschenweite) sind, neigen dazu, sich zu agglomerieren, aufgrund statischer Elektrizität am Maschendraht zu haften und dem Durchgang durch die Öffnungen zu widerstehen.

Für diese feinen Materialien sind andere Methoden wie die statische Lichtstreuung (Laserbeugung) oder die dynamische Lichtstreuung erforderlich.

Der Einfluss der Partikelform

Die Siebung misst ein Partikel im Wesentlichen anhand seiner zweitgrößten Abmessung. Ein längliches oder flaches Teilchen (wie ein Gesteinssplitter) kann durch eine Maschenöffnung passieren, die kleiner ist als seine Gesamtlänge.

Das bedeutet, dass die Siebanalyse eine Verteilung liefert, die auf der Fähigkeit eines Partikels basiert, ein quadratisches Loch zu passieren, was möglicherweise nicht seine tatsächliche geometrische Form oder sein Volumen darstellt.

Verfahrenskonsistenz ist der Schlüssel

Die Ergebnisse einer Siebanalyse hängen stark vom Verfahren ab. Faktoren wie die Dauer des Schüttelns, die Intensität der Schüttelbewegung und die ursprüngliche Probengröße können die endgültige Verteilung beeinflussen. Damit die Ergebnisse vergleichbar sind, muss das Verfahren konsistent sein.

So wählen Sie die richtige Siebreihe aus

Die Auswahl der richtigen Siebe hängt vollständig von dem Material ab, das Sie analysieren, und von der Frage, die Sie beantworten müssen.

• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Qualitätskontrolle eines bekannten Materials liegt: Verwenden Sie den etablierten Standard-Siebstapel, der in der Prüfmethode Ihrer Branche angegeben ist (z. B. ASTM C136 für Zuschlagstoffe), um die Konformität sicherzustellen.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Charakterisierung eines neuen oder unbekannten Materials liegt: Beginnen Sie mit einer breiten Palette von Sieben in einer √2-Progression, um die gesamte Verteilung zu erfassen, bevor Sie Ihre Auswahl für zukünftige Tests verfeinern.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Trennung eines Materials an einem bestimmten Trennpunkt liegt: Wählen Sie zwei Hauptsiebe – eines knapp größer und eines knapp kleiner als Ihre Zielpartikelgröße –, um Ihre gewünschte Fraktion effizient zu isolieren.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Analyse sehr feiner Pulver (unter ca. 45 µm) liegt: Erkennen Sie die Grenzen der mechanischen Siebung an und wählen Sie eine alternative Methode wie die Laserbeugung für zuverlässige Ergebnisse.

Letztendlich verwandelt eine durchdachte Auswahl von Siebgrößen einen einfachen Trenntest in ein leistungsstarkes Werkzeug zur Vorhersage und Steuerung der Materialleistung.

Zusammenfassungstabelle:

Übliche US-Siebgröße	Maschenzahl	Öffnungsgröße (mm)	Öffnungsgröße (µm)	Typisches Material
Grober Kies	#4	4,75 mm	4750 µm	Kies
Grober Sand	#10	2,00 mm	2000 µm	Sand
Feiner Sand	#40	0,425 mm	425 µm	Sand
Schluff-/Ton-Grenze	#200	0,075 mm	75 µm	Feinstoffe

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