Auf Sand gebaut

Physik Journal – Um eine Sandburg zu bauen, braucht man kein Rezept, denn es spielt dabei kaum eine Rolle, wie feucht der Sand ist. Ralf Seemann, Martin Brinkmann und Stephan Herminghaus von der Universität des Saarlandes sowie dem Max Planck Institut für Dynamik und Selbstorganisation nehmen diese überraschende Eigenschaft in der November-Ausgabe des Physik Journals unter die Lupe.

Sand ist der wohl berühmteste Vertreter granularer Materie. Granulate, die allgemein aus vielen kleinen, festen Partikeln wie Körnern oder Kugeln bestehen, sind eine extrem weitverbreitete Materialklasse. Etwa sechzig Prozent aller Rohmaterialien weltweit kommen in dieser Form vor, zehn Prozent des Weltenergieverbrauchs entfallen auf die Verarbeitung granularer Materialien. Der größte Teil des Bodens, auf dem wir unsere Städte und Straßen bauen, besteht aus ihnen.

(Bild: L. Paege/pixelio)

Trockener Sand ähnelt eigentlich einem Fluid: In einem Eimer versucht er, eine horizontale Oberfläche zu bilden (wenn man den Eimer nur ein wenig rüttelt), im Wind formt er Dünen, und er rinnt ohne Mühe durch die Engstelle einer Sanduhr. Fügt man jedoch etwas Flüssigkeit (z. B. Wasser) hinzu, entsteht eine Paste, die keine dieser Eigenschaften mehr besitzt. Feuchter Sand widersteht dem Schweredruck ähnlich wie ein Festkörper beliebig lange. Die Flüssigkeit bildet zwischen den einzelnen Sandkörnern Kapillarbrücken, die für die Stabilität des Granulats sorgen. Steigt der Flüssigkeitsanteil weiter, fließen die Kapillarbrücken zusammen, sodass größere Flüssigkeitscluster entstehen. Über einen weiten Bereich bestimmen allein die Korngröße und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit die mechanischen Eigenschaften des feuchten Granulats.

AH