Porositätsmaße

Porositätsmaße umfassen Kennzahlen, die den Porenraum in Festkörpern quantifizieren. Die Porosität beschreibt den Anteil des Porevolumens am Gesamtvolumen und ist eine fundamentale Eigenschaft von Materialien, die Speicherung, Transport und Reaktionen von Flüssigkeiten und Gasen beeinflusst.

Zu den zentralen Porositätsmaßen gehören die Gesamtporosität φt, oft auch als absolute Porosität bezeichnet, definiert als Vp/Vb, wobei Vp das Porenvolumen und Vb das Gesamtvolumen ist. Die effektive Porosität φe entspricht dem Anteil des Porenraums, der mit dem externen Fließpfad verbunden ist und somit zur Durchlässigkeit beiträgt. Nicht verbundene Poren erfüllen diese Funktion nicht. In manchen Anwendungen wird auch von Rest- oder rezidualer Porosität gesprochen.

Bestimmungsmethoden reichen von gravimetrischen oder volumetrischen Messungen bis hin zu speziellen Verfahren. Die Heliumpyknometrie liefert das Skeletal-Volumen und damit das Porenvolumen. Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) erfasst die Porengrößenverteilung über Druck-Porosität. Gasadsorption mit Stickstoff oder Argon dient der Bestimmung von Mikroporen und der Porengrößenverteilung im nanoskaligen Bereich (BET, BJH-Analysen). Nukleare Magnetresonanz (NMR) Porosität liefert Informationen zur Größe und Verteilung der Poren sowie zum Typ der Pore-Verbindung. Bildgebende Verfahren wie die Röntgen-Computertomographie (CT) ermöglichen eine dreidimensionale Porenstrukturbetrachtung. In der Geologie, Hydrologie und Materialwissenschaft ergänzen sich MIP, NMR und CT mit konventionellen Methoden, um φt und φe abzuleiten.

Porosität korreliert mit Speicherkapazität und Transport, ist aber kein alleiniger Indikator für Durchlässigkeit. Modelle wie Kozeny-Carman illustrieren, wie Porosität und Oberflächengehalt die hydraulische Leitfähigkeit beeinflussen. Porositätsmaße finden Anwendung in Geologie, Erdöl- und Grundwasserwirtschaft, Bauwesen sowie bei keramischen und com-positen Werkstoffen, um Speicherfähigkeit, Reaktivität und Verkehrsverhalten unter Feuchte- oder Gasbelastung abzuschätzen.