pF-Laborapparatur: Sandkastenmethode

Untersuchung ungestörter Bodenproben zur Bestimmung der pF-Charakteristik.

Prinzip für pF 0 ... 2,0: Unterdruck durch integrierte Wassersäule

Zur Bestimmung der Feuchtigkeitscharakteristik werden ungestörte, mit Stechzylindern gestochene und im Labor gesättigte Bodenproben in den mit gesättigtem snythetischen Sand (bzw. Kaolin) gefüllten Sandkasten gesetzt. Durch eine hängende Wassersäule wird ein Unterdruck erzeugt. Hat sich ein Gleichgewicht eingestellt, wird durch Wiegen jeder Probe der Feuchtigkeitsgehalt zugehörig zur jeweiligen Feuchtigkeitsspannung ermittelt. Anschließend wird der Versuch mit einer höheren Spannung fortgesetzt.
Der Sandkasten besteht aus dem Kasten, der mit feinem Synthetik-Sand gefüllt wird, und dem Drainagesystem. Der eingefüllte Sand wird mit einem Nylon Filtertuch abgedeckt, auf die Bodenprobenringe gesetzt werden.
Die Höhendifferenz zwischen Saugregulator und der Mitte der Bodenproben bestimmt dabei die Größe des Unterdrucks. Druckhöhen von 0 bis -100 hPa können eingestellt werden.
Die Bodenproben werden über einen ausreichend langen Zeitraum - evtl. bis 1 Woche - dem angelegten (und bekannten) Unterdruck ausgesetzt bis Gleichgewicht erreicht ist. Anschließend wird der gravimetrische Wassergehalt jeder Probe durch Wiegen und Trocknen bestimmt.
Der Feuchtegehalt bei Standardpotentialen wird durch Erhöhen des Unterdrucks (Trocknungs-Kurve) in jeweils aufeinander folgenden Messreihen bestimmt. Daraus lässt sich die pF-Kurve ermitteln. Aufgrund von Hystereseeffekten wird die Trocknungs-Kurve von der Befeuchtungs-Kurve (ermittelt aus aufeinander folgenden Messungen mit jeweils abnehmenden Unterdruck) abweichen.
Der maximal erreichbare Unterdruck wird ermittelt aus dem in der Wasserspannungstabelle angegebenem Lufteintrittspunkt (Bubble point, die Saugspannung bei der Luft beginnt durch die größten Poren durchzufließen), und demzufolge aus der Porengrößenverteilung des verwendeten Materials. Umso feiner die Korngröße, desto höher der Lufteintrittspunkt, und um so höher der anwendbare Unterdruck.
Der Vorteil von Sand als Saugmedium ist, dass die Sandoberfläche zum einen flexibel ist, zum anderen, dass nach der Herausnahme der Bodenprobe zum Wiegen der gute Kontakt beim Zurücksetzen auf den Sand erhalten bleibt, was z. B. bei starren Keramikplatten nicht der Fall wäre.

Mit dem Sandkasten können pF-Werte im Bereich von 0 (gesättigt) bis 2,0 (100 hPa) ermittelt werden.
Für den Bereich pF 2,0 bis 2,7 (500 hPa) ist der sog. Kaolin-Sandkasten geeignet.
Für noch höhere pF-Werte sind eine Membranpresse (pF 3,0 - pF 4,2) oder alternativ Drucktopf-Extraktoren (pF 2,0 - pF 4,2; s. nächste Seite) zu verwenden.

Ergänzend zu den pF-Apparaturen wird eine Waage mit einer Genauigkeit von 0,01 g und ein ventilierter elektrischer Trockenofen (105 °C) benötigt.