Kenngrößen

Für die Untersuchung von Haufwerken lassen sich die Methoden der Partikelmesstechnik und Dispersitätsanalyse nutzen.

• Die Geometrie der Partikel
• Die Rauheit der Oberflächen (Rheologie)
• Der Anteil der Partikel pro Korngröße wird durch die Sieblinie angegeben. Eine stetige Sieblinie erhält man bei Haufwerken mit vielen unterschiedlichen Korngrößen, ohne dass gewisse Körnungen fehlen. In durch Sedimentation nach Korngröße sortiertem Material verwendet man das Körnungsnetz.
• Das Maß für den Anteil des Hohlraums in Haufwerk nennt sich Porosität. Die Hohlräume zwischen den Kontaktstellen der Partikeln werden als Zwickel bezeichnet.
• Die Reindichte ist die Dichte bezogen auf das Volumen ohne Hohlräume, die Rohdichte bzw. Schüttdichte auf Hohlräume inklusive.
• Als empirische Kenngröße in pulverig-puderigem Material nimmt man die spezifische Oberfläche als Verhältnis von Materialvolumen zu inneren Oberflächen je Gewichtseinheit
• Maß für die innere Reibung im Haufwerk ist der Schüttwinkel: Je größer der Schüttwinkel, desto stärker hält das Material. Gemessen werden kann er am Schüttkegel. Bei bindigem und verbackenem Material sind sogar Schüttwinkel > 90° möglich.

Auswirkungen der Kenngrößen

Durch Mischen unterschiedlicher Haufwerke (wie Sand und grobkörnigem Kies) entstehen Haufwerke mit neuer Charakteristik und entsprechend anderem Verwendungszweck.

Stetige Sieblinien sind in bestimmten Anwendungen erwünscht, weil das Gemisch dann wenig Hohlräume enthält. So wird bei der Beton-Herstellung eine höhere Festigkeit erzielt, wenn die Sieblinie des verwendeten Haufwerks stetig ist.

Andere Anwendungen vermeiden gerade die stetige Sieblinie im verwendeten Haufwerk, um eine bestimmte Porosität und Porengröße zu erzielen. Haufwerksporen sind etwa im wasserdurchlässigen Betonpflaster erwünscht, das die zügige Versickerung von Regenwasser ermöglichen soll (Ökopflaster, Sickerpflaster, Drain-Pflaster). Hier wird überwiegend eine Körnung um 5 mm verwendet, mit Anteilen von Feinsand mit 0–1 mm Durchmesser. Die Sieblinie weist also eine charakteristische Lücke zwischen 1 und 5 mm auf. Ein solches Produkt wird dann auch als haufwerksporig bezeichnet. Es findet Verwendung, wo Regenwasser dem Grundwasser zugeführt werden soll, statt zunächst oberflächlich und dann durch die Kanalisation abzulaufen.

Modellierung

• Einfachste Haufwerke lassen sich mathematisch über Kugelpackungen modellieren.
• Topologisch betrachtet bildet das Haufwerk einen Körper, der zwar insgesamt kompakt ist, dessen Poren (Zwickel) aber sowohl (zumindest idealisiert) überall als auch durchgehend sind. Er ist ein Schwamm, kein Schaum.
• Insbesondere bei stetigen oder teilstetigen Sieblinien sowie sortierten Korngrößen entstehen selbstähnliche Strukturen. Dann korrelieren die wichtigen Kennwerte mit der fraktalen Dimension, die im Volumen unter 3, und in jedem Querschnitt unter 2 liegt.

Wesentlich komplexer wird das mechanische Verhalten von unrunden Partikeln. Als extremes Beispiel sei der Heuhaufen genannt, dessen Halme selbst schon interessante Eigenschaften haben. Hier vollzieht sich ein Übergang vom Haufwerk zum Stapel und dessen mechanischen Eigenschaften (Stapelungsmechanik).

Geraten Haufwerke in Bewegung, so verhalten sie sich wie Fluide und lassen sich durch fluiddynamische Formeln beschreiben.