Der Methylenblau-Test für Ton, Gesteinskörnungen und Böden

Ein Betonhersteller weist eine Sandlieferung zurück, weil ihr Methylenblau-Wert den Grenzwert der Spezifikation überschreitet. Der Lieferant widerspricht: Sein eigenes Labor hat am selben Sand einen niedrigeren Wert gemessen. Beide Labore verwendeten Methylenblau. Beide gaben das Ergebnis in Gramm pro Kilogramm an. Nur eines von ihnen prüfte die in der Spezifikation genannte Kornfraktion, und die beiden Werte waren zu keinem Zeitpunkt vergleichbar.

Diesem Fehler liegt ein begriffliches Missverständnis zugrunde. „Der Methylenblau-Test“ klingt nach einem einzigen Instrument mit einer einzigen Skala. Tatsächlich handelt es sich um eine Gruppe von Verfahren, die denselben Farbstoff verwenden, aber unterschiedliche Messgrößen definieren: unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Kornfraktionen, unterschiedliche Endpunkte und unterschiedliche Bezugsbasen. Der Fehler besteht darin, aus dem gemeinsamen Farbstoffnamen auf vergleichbare Ergebnisse zu schließen. Die folgenden Abschnitte unterscheiden die einzelnen Verfahren, damit Leser die passende Methode für das jeweilige Material wählen und jeden Wert auf seiner eigenen Grundlage interpretieren können.

Was der Farbstoff tatsächlich erfasst

Methylenblau ist ein kationischer Farbstoff. Tonminerale mit hoher Oberflächenaktivität adsorbieren ihn stark, während Quarz und andere inerte Feinanteile deutlich weniger aufnehmen. Die schrittweise Zugabe kleiner Farbstoffmengen zu einer gerührten Suspension titriert daher die aktive Oberfläche: Freier Farbstoff tritt erst dann in der Lösung auf, wenn die aktiven Bindungsstellen besetzt sind. Deshalb reagiert der Methylenblau-Test für Ton auf die Menge und die Eigenschaften aktiver Tonminerale und nicht allein auf den Gesamtgehalt an Feinanteilen.

Daraus ergeben sich zwei Konsequenzen. Erstens hängt das Ergebnis davon ab, welche Partikel in der Prüfportion enthalten sind. Ein Verfahren, das die Kornfraktion 0/2 mm prüft, und ein Verfahren, das nur den feinsten Staub prüft, liefern für dieselbe Gesamtprobe unterschiedliche Werte, weil der Ton unterschiedlich stark angereichert ist. Zweitens hat die angegebene Einheit nur zusammen mit dieser Kornfraktion eine Bedeutung. Gramm Farbstoff pro Kilogramm wovon genau, das ist Teil des Ergebnisses. Ein ergänzender Leitfaden zu Methylenblau-Adsorptionsmessungen behandelt das zugrunde liegende Aufnahmeverhalten ausführlicher.

Prüfung von Gesteinskörnungen: EN 933-9 definiert zwei Werte, nicht einen

Die europäische Referenz ist EN 933-9, Prüfverfahren für geometrische Eigenschaften von Gesteinskörnungen, Teil 9: Beurteilung von Feinanteilen, Methylenblau-Verfahren. Die aktuelle Ausgabe ist EN 933-9:2022. Sie ersetzte die Ausgabe von 2009 einschließlich ihrer Änderung von 2013; ihr Anwendungsbereich wird im Normenportal von CEN und CENELEC zusammengefasst. Die Norm definiert zwei unterschiedliche Werte. MB wird an der Kornfraktion 0/2 mm bestimmt. MB_F, beschrieben in einem normativen Anhang, wird an der Kornfraktion 0/0.125 mm bestimmt. Ein Ergebnis für 0/2 mm als „MB_F“ zu bezeichnen, ist ein Zuordnungsfehler und keine Frage der Rundung.

Bei diesem Verfahren wird die Prüfportion in etwa 500 mL Wasser suspendiert und unter Rühren Farbstoff aus einer Lösung mit 10 g/L zugegeben. Nach jeder Zugabe gibt die prüfende Person einen Tropfen der Suspension auf das vorgeschriebene Filterpapier. Der Endpunkt wird mit dem klassischen Tüpfeltest bestimmt: Freier Farbstoff zeigt sich als etwa 1 mm breiter hellblauer Hof um den zentralen Fleck, der fünf Minuten bestehen bleibt. Das Ergebnis wird in Gramm Methylenblau pro Kilogramm der geprüften trockenen Kornfraktion angegeben. MB hat somit die Einheit g/kg des Materials 0/2 mm, MB_F dagegen g/kg des Materials 0/0.125 mm. Derselbe Sand kann den Grenzwert für MB einhalten und den für MB_F überschreiten. Genau deshalb muss die Spezifikation den gemeinten Wert benennen.

Die amerikanischen Verfahren für Gesteinskörnungen verwenden unterschiedliche Prinzipien

In den Vereinigten Staaten decken zwei Verfahren ähnliche Anwendungsbereiche mit unterschiedlichen Geräten ab. ASTM C1777-20, von ASTM als gültig geführt, bestimmt den Methylenblau-Wert von Material, das das Sieb mit 4.75 mm (No. 4) passiert, anhand einer kolorimetrischen Messung bei 610 nm statt mit dem Tüpfeltest auf Filterpapier. AASHTO T 330, erhältlich im AASHTO-Shop, verwendet weiterhin den visuellen Endpunkt des Tüpfeltests und prüft die Kornfraktion, die das Sieb mit 75 µm passiert. Beide geben die Farbstoffaufnahme pro Masseneinheit an, dimensionsgleich mit Gramm pro Kilogramm. ASTM weist jedoch ausdrücklich darauf hin, dass sich Ergebnisse nach C1777, AASHTO T 330 und EN 933-9 erheblich unterscheiden können. Die Prüfportionen sind unterschiedlich definiert, der Ton ist unterschiedlich stark angereichert, und die kolorimetrische Messung ist nicht derselbe Vorgang wie die Beurteilung eines Hofs auf Papier.

Für einen Sandeinkäufer lässt sich der Methylenblau-Test für Gesteinskörnungen daher nur unter bestimmten Bedingungen interpretieren: Der Wert dient dazu, schädliche aktive Tonanteile in der festgelegten Kornfraktion nach dem festgelegten Verfahren zu erkennen. Ein Labor, das eine andere Kornfraktion prüft oder den Endpunkt nach einem anderen Prinzip bestimmt, führt eine andere Prüfung durch, selbst wenn die Farbstoffflasche identisch ist.

Bodenprüfung: Der französische VBS gehört zum Erdbau, nicht zur Betonprüfung

Für Böden gibt es ein eigenes Verfahren innerhalb dieser Gruppe. Der valeur de bleu de sol, abgekürzt VBS, misst die Methylenblau-Aufnahme eines Bodens zur Klassifizierung im Erd- und Straßenbau. Das historische Verfahren ist in der französischen Norm NF P94-068 beschrieben, die im AFNOR-Katalog aufgeführt ist. Diese Norm von 1998 wurde zurückgezogen und durch NF EN 17542-3:2022 ersetzt. Ein Verfahren, das NF P94-068 zitiert, ohne die aktuelle Ausgabe zu prüfen, arbeitet daher auf Grundlage eines ersetzten Dokuments.

Der VBS-Tüpfeltest ähnelt dem Tüpfeltest für Gesteinskörnungen: Einer Suspension aus Boden und Wasser wird schrittweise Farbstoff zugegeben. Dabei werden Tropfen auf Filterpapier aufgebracht, bis der beständige Hof am Rand erscheint. Die Messgröße unterscheidet sich jedoch. Das Labor prüft den Anteil 0/5 mm, und der VBS wird üblicherweise in Gramm Farbstoff pro 100 g trockenen Bodens angegeben, bezogen auf das Material 0/50 mm. Rechnen Sie einen VBS nicht durch Multiplikation oder Division mit zehn in einen MB-Wert nach EN 933-9 um. Der Faktor zehn rechnet die Einheiten um; er rechnet weder die Kornfraktion noch die Vorbereitung oder die Normierung um. Ein Boden-VBS und ein MB-Wert für Gesteinskörnungen beantworten unterschiedliche technische Fragen, und jeder Grenzwert gehört zu seinem eigenen Verfahren.

Bentonit und Bohrspülung: Aktivität und Kapazität statt Reinheit

Ein dritter Zweig dieser Verfahrensgruppe hat nichts mit der Annahme oder Zurückweisung von Gesteinskörnungen zu tun. Bei Bohrspülungen misst der Methylenblau-Test, wie viel reaktiven Ton die Spülung bereits enthält, sowohl handelsüblichen Bentonit als auch reaktive Feststoffe aus dem erbohrten Material, und schätzt die gesamte Kationenaustauschkapazität ab. Das aktuelle Verfahren ist in API RP 13B-1, Prüfung wasserbasierter Bohrspülungen, enthalten. Die sechste Ausgabe ist auf Januar 2026 datiert; der API-Normenkatalog ist die maßgebliche Quelle für die gültige Ausgabe. Die Spülungsprobe wird angesäuert und mit Wasserstoffperoxid behandelt, um störende organische Bestandteile zu entfernen. Anschließend wird sie mit Farbstoff bis zum Endpunkt titriert, der durch einen Hof auf Filterpapier angezeigt wird. Das Ergebnis, die Methylenblau-Kapazität, wird pro Volumen der Bohrspülung angegeben und kann unter ausdrücklich genannten Annahmen zur Austauschkapazität des Bentonits in ein Bentonitäquivalent umgerechnet werden.

Trockener Bentonit selbst wird wiederum anders charakterisiert. API RP 13I behandelt Laborprüfungen, darunter ein Methylenblau-Verfahren an dispergiertem Bentonit, das einen Schätzwert für die Austauschkapazität in Milliäquivalenten pro 100 g liefert. ASTM C837, Standardprüfverfahren für den Methylenblau-Index von Ton, dessen aktuelle Fassung C837-09(2024) weiterhin gültig ist, misst die Farbstoffadsorption durch den Ton selbst und beschreibt den Index als mit der Kationenaustauschkapazität und anderen Toneigenschaften zusammenhängend. Dies sind Messungen der Tonaktivität. Einen Reinheitsgrenzwert für Gesteinskörnungen auf einen Bentonitindex oder eine Bentonitkapazität auf eine Bohrspülung anzuwenden, wiederholt den ursprünglichen Fehler mit neuen Materialien.

Vergleich der Verfahren

Die folgende Tabelle dient als Referenzübersicht für diesen Artikel. Prüfen Sie vor dem Vergleich zweier Werte, ob sie derselben Tabellenzeile zuzuordnen sind.

Prüfen Sie die Ausgabe jeder Norm, bevor Sie ein Verfahren aus dieser Tabelle veröffentlichen. Normen werden überarbeitet, und die Tabelle dokumentiert die bei der Recherche verifizierten Ausgaben, kein dauerhaft gültiges Literaturverzeichnis. Verwandte Anwendungen des Farbstoffs in der Materialprüfung, einschließlich Membran- und Polymerexperimenten, behandelt der ergänzende Leitfaden zur Materialprüfung mit Methylenblau.

Warum sich ein Grenzwert niemals von einem Verfahren auf ein anderes übertragen lässt

Zurück zum zurückgewiesenen Sand. Angenommen, der Grenzwert der Spezifikation wurde für EN 933-9 MB an 0/2 mm festgelegt, während das Labor des Lieferanten MB_F an 0/0.125 mm oder einen kolorimetrischen Wert nach ASTM C1777 angab. In der feineren Kornfraktion ist der Ton stärker angereichert, sodass ihr Wert verfahrensbedingt höher ausfällt; das Kolorimeter erfasst ein anderes physikalisches Signal als der Hof. Schon eine dieser Abweichungen kann dazu führen, dass ein Material den Grenzwert überschreitet, den es andernfalls einhalten würde. Der Streit dreht sich nicht darum, wer die Titration besser durchgeführt hat. Es geht um zwei unterschiedliche Messgrößen mit demselben Farbstoffnamen.

Die Regel ist daher eindeutig. Ein Spezifikationsgrenzwert gilt nur für das Verfahren, die Kornfraktion und die Bezugsbasis, auf deren Grundlage er ermittelt wurde. Um einen Grenzwert für ein Ersatzverfahren festzulegen, ist eine empirische Korrelation erforderlich, die auf repräsentativen, mit beiden Verfahren geprüften Materialien beruht, keine bloße Einheitenumrechnung. Und weil der Methylenblau-Test für aktiven Ton sowohl auf die Toneigenschaften als auch auf die Tonmenge reagiert, lässt sich selbst eine gute Korrelation für eine geologische Herkunft möglicherweise nicht auf eine andere übertragen.

Eine kurze Checkliste vor der Prüfung

Notieren Sie das Material, die Norm mit ihrem Ausgabejahr, die geprüfte Kornfraktion, die Regel zur Endpunktbestimmung und die Bezugsbasis, bevor Sie eine Lösung vorbereiten. Bestätigen Sie bei der herausgebenden Organisation, dass die zitierte Ausgabe aktuell ist. Bereiten Sie anschließend die Farbstoffkonzentration, die Kalibrierung und die Kontrollen vor, die zu diesem Verfahren gehören. Ein Bericht, der alle fünf Angaben enthält, ermöglicht jedem Leser, die Messung zu reproduzieren, und verhindert, dass der Farbstoffname die Aufgabe übernimmt, die eigentlich die Verfahrensbeschreibung erfüllen sollte.