押出成形特性に及ぼすモルタル細骨材形状の影響

【

論

　

文

1

UDC ：691

．

53 二656

．

97 ：691

．

322 口本 建 築 学会 構 造 系論 文 報 告 集 第 397 号

’

1989

年

3

月

押 出成形特 性

に

及

ぼ

す

モ ル

タ

ル

細 骨

材

形

状

の

_影響

正 会 員 正 会 員

守

松

藤

明

泰

子

＊

典

＊＊

　

1．

緒

　言

　 建

造 物

の

プ

レハ

ブ化

に

伴

い

，

ス ク リュ

ー

押 出 成 形

に

よ

る

建材

の

生

産

は

急 激

に のびて きて い る

。

し か し

，

モ ル

タ

ルの よ う な

非 可

塑

性 物 質

を

用

いた

建 材

の ス ク リュ

ー

押 出

成 形

につ い て の

解 析

や

実 験

デ

ー

タ は

，

著 者

らの

知

る か ぎ りに おい て は

少

ない

。

　 著 者

ら は

，

既

に

，

モ ル タ ル を

構 成

する

細 骨 材 粒 度

と

水

の

_量

が

押 出 成 形 特 性

に

影 響 を 及

ぼ

す

こ

と を

報

告

し た1〕

_。

その

中

で

，

モ ル タル

を構 成

する

細 骨 材

の

粒 形

が

押 出 成 形

特

性

に

_関

与

し て い るこ とを

示

唆

する

_結

_果

が

_得

られ た。 そ こで

本

報

で は，

細

骨

材

の

粒

形

が

押 出成

形

特性

に

与

え る

影

響

につ い て

調

べ _{る た め}に

，

形

状

の

_異

な る

細 骨 材

を

用

い

，

同

一

粒 度

に

_{調 整}

し たの ち

，

水

量

比

やス ク リュ

ー

の

_{回 転 速}

度

を

変

えて

_押

出 成 形

を

行

っ た。

　

とこ ろ で

，Benbow

はア ル ミナ

，

ベ ン トナ

イ

トお よ

び

水

の

混 合 物

と

，

ア ル ミ

ナ

，

ベ ン ト

ナ イ

トお よ びス タ

ー

チ

溶 液

との

混 合 物

とい

う粘

上

様

の

材 料

を

用

いて

実

験

を

行

い

，

ラ ム

型 押 出 成 形 機

に

設 置

し たコ ニ _カル

ダ

イに お け る

ダ イ特 性

につ い て

報 告

し て い る2 ，。

Benbow

は

押 出 成 形

にお け る

材 料 を非

ニ ュ

ー

ト

ン

流 体

と して と ら え

，

押 出成

形に お ける

成 形 圧 力

と

成 形 速 度

との

関 係

は

，

Eq

．

1

に

示

P

＝

2tn

_（

Do

／

DXY

十τRocot α

）

十 x＊

Vl

−

”

_cot

α

／

（

1−

n

｝

　 　 　　 　 　 　　 　

………一 …一 ・

・

…一 …・

…

（1 ）

　

ppressure

　

drop

　

through

　orifice 　and 　

parallel

　

die，

　 　 　

N ・

m

−

2

　 D

。

　

barrel

　

diameter

，

　m

　

D

　

die

　

diameter

，

　m

　

Y

　 yield

　

stress

，

　

N ・

m

−

t

　

rRE　wall 　shear 　stress 　needed しo　

initiate

　

flow

，

　

N

・

m

−

2 α

η コ

cy

♂

semi

・

−

angle 　of　conical 　

die

η

／

コcviscosity

　of　

hquid

　

phase

，

　

N ・

sec

・

m

−

2

thickneSS

　of　wall 　

layer，

　m output 　velocity

_、

　m

・

sec

−

1 π／

V

−

A

、

at　

X

　remainS 　COnStan し 本報の

一

部は

、

日本建築 学 会 昭和 63 年 度学 術講 演 会に て発 表し た

。

＊ _{通 産 省工業 技 術 院}

　

九州工業 技 術 試 験 所

　

主 任 研

究

官 ＊ ＊ 九州 大 学 　 教 授

・

工博 　 〔昭 和

63

年

9

月

9

日 原 稿 受 理 ｝ す よ

う

に

_，

バ レ ル

_{形 状 （}

D

。

）

，

ダ イ形 状

CD

，

α

）

，

材 料

の

降 伏

値 （

y

＞

，

初 期 流 動

を

生

じ さ せ る た めの

壁 面

せ ん

断 抵 抗

（

τR 。

）等

の

関 数

で

表

さ れる こと を

導

い て い る

。

同

一

装

置

を

用

い た

実 験

で は

，

バ レ ル

形 状 や ダ イ形 状

の

装

置 形 状

に

関

す る

項

が

定 数

と な る た めに

，

成 形 圧 力

は

，y

とτR。を

含

む

定

数 項

を

持

っ た

成 形

速

度

の

関 数

と な る

。

簡

略 化

の た めに γ と τR。は

比 例 関 係

にあると

仮 定

すると

，

こ の

定 数 項

は

圧 力 軸

の

切 片

で

示 さ

れ るこ

と

に

な

る

。

ま た

n

＝

・

O

の

場 合

，

押 出 成 形

に お ける

材 料

はニ ュ

ー

トン

流 体

と な り， かつ

Y

と

rR。 と

を 含

む

定 数

項

を

もつの で

ビ

ン ガム

流 体 と

して

と

らえ るこ と がで き ることにな る

。

本報

で は

_，

押 出成

形

特 性

はモ ル タル を 構 成 す る

細 骨 材 粒 子

形

状

に

起 因

す る

粒

子

間

の

_摩

擦

に よっ て

影

響

さ れ る と

考

え て モル タル のせ ん

断 試 験

を

行

っ た

。

得

られ た せ ん

断

試 験結

果が

Benbow

の 式に お け る

Y

と τR。の

代 替

とし て

利

用 で き る か

否

か の

可 能 性

につ い て

検 討

し た。

　

2．

試 　料

　

2

．

1

細

骨

材

の

_{物 性}

　 形 状

の

異

な る

3

種 類

の

細 骨 材

の

顕 微 鏡 写 真

を

Photo．

1

に

，

物 性

を

Table

　

I

にホす

。

ま た

粒 度 分 布

を

Fig

．

1

と

Table

且

に

示

す

。

　

Fig

．

1

に

示

す よ うに

細 骨 材

原 料

の

粒 度 分 布

は

異

なっ て いるので

篩 分

けによ る

粒

度 調

整

を

行

っ た

。

細

骨

材

の

粒 度

分

布

は ガラス ビ

ー

ズの粒 度 分

布 を基

準

と し た

。

ま

ず

，

振 動 篩

を 用い て

細 骨

材

原

料

〔

豊

浦 標 準 砂

，

硅 砂

7

号 ） を 各

フ ラ ク ショ ンに

篩

分 け し た

。

次

にそれぞれ の フ ラク ショ ン の 細

骨 材

を

Table

　

ll

に示 す ガ ラス ビ

ー

ズの

_{粒 度 分 布}

と

同

一

にな る よ う

再 度 混 合

し

，

実 験

に

供

し た

。

　

粉 粒 体の形 状

特

性 を 数 値 と して表 す た めに

，

種

々 の 形

伏 係 数

が

定

義

，

提

案

され てい る S）

_。

著者

らは

_，

モ ル タル は

圧 縮

せ ん

断 作

用

を

う け な が らバ レ ル の

_中

を

移

動

し てい る の で

，

モ ル タル を 構 成 す る 粒 子 間の 摩 擦に は

，

Table

lll

中

に

示

す 円 形

度

Vi

（

SFU

） と

粒 子

の

_縦

_横

比

｛

SLW

）

が か か わ り が あ る と

考

え た

。

そこ で

，

本 実 験

で は

粒 子 形

状 特

性 を

表

す 形 状 係 数 と して

，

円 形 度 妬 （

SFU

）

お よ び

縦 横 比 （

SLW

）を

画 像 解 析 装 置 旧 本

ア ビ オニ クス

（

株

）

製 　 高 速

カ ラ

ー

画 像 処 理

・

粒 度 分 布 解 析 装 置

spicca

を

用い て測

定

し た

。

各

種 細 骨 材

の 円

形 度

凱

（

SFU

〕

お よ

一

₁₂

一

び

縦

横

比

（

SLW

）

の

測定 結

果

を

Table

皿

に

示 す

。

円 形

度

凱

（

SFU

）

は

周 長

か ら

求

め ら れ る

円径

と

投 影 面 積

か ら

求

め ら れ る 円

径

との

比

で，

1

に

近

い

も

の ほ

ど

その

粒 子

は

球 形

に

近

い こ と

を 表

す

。

縦 横 比 （

SLW

）

は

投 影 図 中

の

最 長 長

さとそ れ に

直 角 方 向

の

長

さとの

比

で

あ

り_，

1

に

近

い

も

の ほ

ど

その

粒 子

は

球 形

に

近

い こ

と を表

す

。

　

Table

皿

に

示

す

形 状

の

実 測 値

につ い て み る

と

，

円

形

度 凱

お よび

_縦

_横

比 と もに ガ ラ スビ

ー

ズが

1

に

_最

も 近 く なっ て いること か ら

，

ガ

ラス

ビ

ー

ズ

が

最

も

球 形

に 近い こ と を

示

して い る。 ま た

，

硅

砂

の 円

形度

V

‘お よ

び

縦横

比

は

全 試 料 中 最 も大

き く

，

他

の

_{試 料}

に

_比

べ _て

_{形 状}

_が

_{複 雑}

_で

粒 子長

短の

_差

が

大

きい こ と を

示

して いる。

以

上の

画

像

解

100

（

岬

V

　 リ ロロ コ ⊆

8

毎

ユ

　 　 50 三 uD

喟

鬘 ℃ り

←

吋

閏

づ 巳 づ

り

u ＜ 　 　 　 0 　 　 　 50　　　　　1σ

0

　　　　

200

　　　　　　

500

　 　 　 Part夏C 且e　Size　　　〔　　pm　　　）

Fig

．

1

　

Purticle

　size 　

distribution

　of 　raw 　

fine

　aggregate 　 　 　

！

フ厂

　 　 　 　

’ク

ノ

瓢

1

：

羆

鵬

・

碧

S

・

Sillca … d



il



l

　

　

　

　

　

　

　

　

　

μ

　　　　　　　　 眉

　　 　　　 　　　

s’

裕

Blss

　 　 　 　

111

　　　　　　　　

11i

　　　　　　　　

l

旨

　　 　　　 　　　 　

11

　　 　　　 　　　 　

11

　　　　　　　1　

11

　 　 　 　’1_’

　　 　　　 　

！



1

_！

　　 　　　

，

，！

　

二

v

’

析 装 置

か

ら得 ら

れ た

結 果

は

，Photo．

1

に

示 す 顕 微 鏡 写

真

にも

同

様

に

観 察

さ れ る。

　

2．

2

　

モ ル タル

試 料

の

調 合

　

モ ル タル

試

料

と して

，

セ メ ン ト

，

増

粘

材

，

細

骨

材

お よ び

繊 維 質 添 加 材

を

用

い た。 セメ ン トは

普 通

ボル ト ラン ド セメ ン

ト

を

，

増 粘 材

と して メチル セルロ

ー

スを

，

細 骨 材

とし て

形 状

の

異

な る

3

種 類

の

細 骨 材 （

ガラ ス ビ

ー

ズ

，

豊

浦 標 準 砂

お

よ

び

硅 砂

7

号 　

ただし

豊 浦 標 準 砂

と

硅 砂

7

号

は

粒 度 調 整

し た

も

の

） を

，

また

繊 維 質 添 加 材

とし て ク

リ

ソ タ

イ

ル

系

石

綿

6D

を

そ れ ぞ れ

用

い た

。

モ ル タ ル は

，

セメ ン

トと細 骨 材 と を 同 重 量 配 合 と

し， セ メ ン

ト

に

対

し て

重 量

で

石 綿

5

％， メチル セ ル ロ

ー

_ス

₁

_{％ を 添 加}

_した 。

水

量 比 は

0

．

12

，

0

．

15

，

0

．

20

お よ び

0

．

25

と し た

。

こ こ で

水

量

比

は， セ メン ト，

細

骨

材

，

添 加 水

お よ

び石 綿

の

合 計

に

_対

す る

添 加

水

の

重 量

割合

で

あ

る

。

Table

　

ll



Partlcle

　s】ze 　

distribution

　of 　raw 　

fine

　aggregate Particle 　size 　 〔　pm ） 350　 　 　420 Z97　 　 　350 Z50　 　 　Z97 ZIO　 　 　≧50 17了　 　 　 Zle L49　 　 　 177 125　 　 　149 ⊥05　 　 　 125 S8　 　 　 105 74　　 　　

8U

63

　　 　　74 Wei　

ht

〔 髦 ｝

Glass

　

beads 　 　 StandaTd 　sand 　 　Sil】ca

　

sand

1

．

09

．

s45

．

042

．

01

．

40

．

20

．

2 1666751

鹽

　

　

　

　

　

　

　

　

」

　

脚

　

．

3

　 136400 　 431

13677092555

003283224

】

D

　 　 　 上 1311

Table

　

I



PrDpertles

　of　raw 　and　slzed　aggregate ＄_{pecific 　　　　　Packcd}

　 　

gravlty

　　bulk 　density 　 〔

一

〕　　　 　 〔gtCm3 ）

Ratlo　of　　　　　　 SpeClfLc 　　　　 An呂

le

　 of

abso ］ute　volume 　 surface 　area 　 repose 　 　〔

一

　〕　　　　　（cm21 　 cm3 ）　　〔dcgrec ）

〔　 　｝

一

一

一

Sized

　

aggregate

、

Photo

．

1

　

Microscopic

　

_photQgragh

　of　

fine

　aggregate

Table

皿

　Results

　measured 　

by

　

graphic

　analyzer Gla6s 　beads Standard 　Sand

Silica

　sand

SFU

　〔 Ψ

1

）　　　

SLW

（　 　 ）　 　 　 （　

−

　

1

1

，

071

．

28 【

．

4B 1

．

041

．

08

／

．

］4 　 　 　 PM2　 　 1 SFU

＝

_TX

下

SLW

＝＿

皿 ≧ 　 　 　

LG

3．

押 出成

形

試 験

A 　：_Projectionarea

PM

：

Perimeter

WD

：

Projection

　

length

　on　minor 　axis

LG

　：　

Pro

］ectiQn 　

length

　on 　major 　axls

　

実 験

工

程

お よ

び 成

形 圧

力

と

成

形 速 度

の

_{測 定}

は

，

ス ク リュ

ー

回

転 速 度 以 外

は

前

rv11

・

と 同

・』

で ある の で こ こ で は

省

略

す る。 ス ク リュ

ー

の

回 転 速 度

は

，

押 出 成 形 機

の パ

グ

ミル

部

とバ レ ル

部 を 同

一

指 示 日 盛

と し

，

回 転 速 度 計

で

測

定

し た

。

そ れ ぞ れ の

指 示

目

盛

と ス ク リュ

ー

回

転 速

度 との

関 係 を

Table

　

IV

_{に 小す}

。

_なお_，

押 出 成 形 試 験

は すべ て の モ ル

タ

ル

試 料

につ いて

行

っ た

。

　

4．

せ ん

断 試 験

　

混 練

さ れ たモ ル タル につ _{い て は}

一

．

一

_面

_{せ ん}

_断

_試

_験

_を

_行

_っ た

。

せ ん

断 試 験 装 置

は

Fig．

2

に

示

す よ うに

試

料箱

と

載

荷 装 置

と か ら な り

，

試

料 箱

は 径

60mm

高 さ

20

　mm の

円

筒

形

であ る。 モ ル タル は

，

土

練 機

先 端

につ け た口

金 部 分

か ら

径 60mm

の ト リミン グ リングに て

採 取

し て

試 料 箱

に充てん し た

。

せ ん

断

試 験 速

度

lmm

／

min

_，

_非

圧

密

・

非

排 水

と し

，

他

は 日

本 ± 質

工

学 会 「

土

の

一

面

せん

断 試験 法 」

に

準 拠

し紅

，

せ ん

断 強 度

と

垂 直 荷 重

よ り

Eq ．

2

を 用い て モル タルの

_粘着力

と

内部摩擦係 数

を

算出

した

。

T

＝C

＋σ

tan

θ

…・

……・

・

………・

……・

…・

…………

（

2 ）

τ

C

σ

tan

θ shearing 　stress



_〔

kgf／

cm つ cohesion



_（

kgf

_／

cm2 ） normal ・

_st

・ess

　 　

（

kgf

／

cm2

）

coefficien 吐of　

friction



（

　　

一

　　）

　

一

．

面

せ ん

断 試 験 結 果 を

Table

　

V

に

示

す

。

内 部 摩 擦 係

数

は

，

い

ず

れの

試 料

に お いて も

，

水

量

比

の

増 加

と と もに 小 さ く なっ て い る

。

ま た

，

_同

一

_{水 量 比}

で は_，

硅

砂

の

_{場 合}

が

最 も大

き く_， ガ ラス

ビ

ー

ズ

の

場 合

が

最 も小

さい

。

つ ま り

球 形

に

近

い

細 骨 材

ほ ど

内

部 摩 擦 係 数

は

小

さい

。

_{粘 着 力}

は

，

いずれ の

試

料

において

も

，

お お むね

水

量 比の

_{増 加}

と と

も

に

小 さ

く なっ ている

。

こ の

傾 向

は

寺

下 らの

_報告

4丿 に お け る

高 水 分 領 域

で の

_{傾 向}

と

類 似

し て い る

。

　 5

．

試 験 結 果

お よび

考 察

　5．

1

　

成 形 速 度

と

細

骨

材

形 状

お よ びせ

ん 断 強

度

　

成 形 速 度

と

細 骨 材 形

状

の

_関

係

を

Fig

．

3

に ス ク リュ

ー

回 転 速 度 別 に

_示

す。 パ ラ メ

ー

タ

ー

は

水 量 比

で あ る

。

Fig

、

3

に

示

す よ うに

，

成 形 速 度

は_， ス ク リュ

ー

回転 速 度

にか かわ ら

ず ガ

ラス

ビ

ー

ズ

を

骨 材

と するモ ル タルが

最

も

大

き く

，

硅 砂

を 骨 材 と す るモ ル タ ル が

_最

も

小

さい

傾 向

を

一

₁₄

一

Table

　

W



RQtational

　speed 　of　screw

IndicatiOn

　 　 of　screw 　 ｛

一

｝ 0

．

230

，

30

．

4D

．

5D

，

60

．

7e

，

76 RotntionaL　specel 　 　〔r

・

P

・

m

・

） Pug　miU 　 Barrel

8

，

51 上

，

0 】

5

，

01B

，

5Z2

．

5Z5

，

5Z8

．

O 8

．

511

．

013

．

5 ！7

．

oZl

．

025

．

026

．

5 P：

1

　ormal 　stress

T

：

Shearing

stress

BlBOxM

：

Mortar

Fig

．

2



Method

　of　shearing 　

test

Tabee

　

V



Results

　of　shearing 　test Wan 　1

・

oo

鳴

t

匸

：

11 と GIR555tandardS11 にH L

’

atLQha

印

rl5 粗ndsand 〔　

一

　 〕

■

．

o

，

E け　1［同 0

，

447o

．

弓66 O肥fnC［mt ｛1

．

］5 o

，

］しoll

，

う〔14O

．

336 of

　

Lrlc1LO

几

o

．

ZD P

、

U35O

．

L25ll

．

162 1

−

〕 じ

，

25 D

．

D ［4ll

．

05呂 o』9呂 D

．

13 O

，

54 O

．

60o

、

ら3 CohesIun D

．

⊥ゴ 卩

，

5弓 D

．

61D

．

5斗 〔k售f1¢m り D

．

zo D

，

30 DF

レ

1o

．

53 o

．

25 D

．

01 o

．

13 口

．

15

示 し

ている

。

こ の

傾 向

は

水 量 比

が

0

．

15

や

0

．

20

において

顕 著

で

あ

る が_，

水 量 比

が

_小

さく_， また は

大

き く なる と_，

細 骨 材 形 状

によ る

明確

な

差

は

認

め ら れ な く な る

。

な お，

水 量 比

の

影 響

に つ いてみ る と

，

成 形 速 度

は

水

量

比

の

増 加

と と もに

_上昇

す る が

高水

量 比

域

にな る と

．

ヒ

昇 率

は 鈍

化

し て お り，

前報

i｝ と

同

様

の

_結

_果

が

得

ら れ た。

　原

ら は

ポ

リス チレ ン

粉

体

を

用

い

，

水

量 比

＝

0

の

乾 燥

粉

体

につ い て

論

じ

，

粒 子 間

の

摩 擦 係 数 （

tan

θ

）

の

減 少

が

流 動

性

の

向

上

につ な が ること を

示

して いる5〕 。

乾 燥 粉

体

におい ては

，

流 動

性

は

粘

着 力

を

無 視

して

tan

θ に

基

づい て

論

じ ら れ る。 し か し

，

モ ル タル は

Table

　

V

に

示

す よ う に

粘 着

力

〔

C

）

を もつ _{の で}

，

モ ル タルの

_{押 出 成}

形にお い て は

，Eq ．

2

か ら

得

ら れ る せ ん

断強 度 （

τ

）

がモ ル タ ル の

流 動 性

に

重

要

な

_役割

を

果

たす もの と

考

え られ る

。

Table

　

V

の

値 を

Eq

．

2

に

代

入 して モ ル タ ル の τ

を 求

め る と

Fig

．

4

が

得

ら れ る

。

同 図

は

垂 直 荷 重

σ

；

1

．

O

kgf

／

cm2 にお け る

例

で あるが

，

σ が

変

わ っ て

も

Eq

．

2

中

の

第

2

項

が 比

例

増 減 す るのみで せ ん

断 強 度

その

も

の は

Fig

．

4

と

類 似

の

_{傾 向}

を

示

す。　

Fig．

4

に

示

す よ うに，

細

骨

材 形 状

が

球

に

近

い ほ ど

同

一

水

量 比

に お け る せ ん

断強 度

は お お む ね

小

さ く な っ ており_， また

水

量 比 が 大 き く な る と せ ん

断 強 度

は

小

さ く なっ て い る。

Fig

．

3

と

Fig．

4

を比

較

す る

と

，

せ

ん 断 強 度

が

大 き

い と

成

形

速度

は

小

さ く なっ て お り，

逆

に せん

断 強 度

が

小

さい と

成 形

速

度

は

大

き く なっ てい る

。

こ の こ

と

は_，

細 骨 材 形 状

と

水 量 比

によ る

成

形

速

度

の

_変

化 が

せ

ん 断 強 度 と逆 比 例

の

関 係

に あ ること を

示

して い る。

　 5

．

2

成

形 圧

力

と

細骨材形状

お よ

び

せ

ん 断 強 度

　

成 形 圧 力

と

細 骨

材

形

状

の

_関

係

を

Fig．

5

に ス ク

リ

ュ

ー

回 転 速 度 別

に

示 す

。 パ ラ メ

ー

タ

ー

は

水

量 比で あ る

。

Fig．

5

に

示 す よ う

に

，

成 形

圧

力

は

，

ス ク リュ

ー

回

転

速 度

に か かわら

ず

，

ガ

ラ ス

ビ

ー

ズ を

骨材

と

す るモル

タ

ル

が最

も小 さ く

，

硅 砂 を骨 材

と

す

るモル タル が

最

も

大

きい

傾 向

を示

して いる。 こ の

傾 向

は

水 量 比

が

小

さい

領

域

に おいて 顕

著

である が_，

水

量

比

が

大

き く な る と

細 骨

材

形

状

によ る

明

確

な

差

は

認

め ら れ な く な る

。

　

な お

，

水

量 比

の

_影

響

につ いてみ る

と

，

成 形 圧 力

は

水 量

比の

増 加

と と も に 急 激 に低 下 して お り，

前 報

1）_と

_{同 様}

_の

結 果

が

得

ら れ た。

　 5

．

1

項

と

同

様

に

Fig．

4

と

Fig．

5

を 比 較

す る

と

，

せ

ん

断 強 度

が

大

きい と

成 形

圧 力 は

大

き く

逆

にせ ん

断 強 度

が

小

さ

い

と成 形 圧 力

は

小

さ く なっ てい る。 このこと は，

成 形

速 度

の

場 合

と は

反 対

に

，

細 骨

材

形

状

と

水

量 比によ る

成

形

圧

力

の

変 化

が せ ん

断 強 度

と

比 例 関係

にあ ること を

示

して いる

。

　

5．3

　押

出 成 形

の

操 作 条 件

　

押 出 成 形

に お ける

ダ

イ

特 性

につ い て は_，

Fig

．

6

鎖 線

で

示

す よ う に

，

成

形

圧

力

の

_増

加

と と

も

に

速 度

は

上 昇

するが_，

水 量 比

が

増 加

す るに

従

い

横 軸

との

交

点

で

表

さ れ る

押 出 停

止 圧 力

は

急 激

に

低 下

し

，

成 形

速 度

の

_圧

_力依存性

は ほと ん どな く な る と

報 告

さ れて い る6 ） 。 つ ま り

水

量 比 が

増

加

す LOO 80n

．

囗

HE

、

Eu

冒

60 　 　 　 　 40 ゐ

冖

uo 可

〉

ぎ 看

コ

辷

x

国 tq 100 6D GO 4

・

るに

従

い

成

形

圧 力 と成 形 速 度 と

の

_関

係

は

（

a

_）

→

（

b

）

→

（

c

＞

→

（

d

＞

と

移

動

す る

。

ま たス ク リュ

ー

特 性

につ いて は_，

成 形 圧 力

と

速 度

は

Carley

や

Parks

ら の

報 告

7

・

8〕 か ら

Fig．

6

一

点 鎖 線

で

示

す よ うな

右

下

がり の

関

係

にな ること が

想 定

さ れ

，

また

水

量

比

の

増 加

と と もに モ ル タルは 辷 り TOO LO Ep こ 巳D 名

〕

　 　 5 　 　 0n 口

田

廻

」

ρ

の 凶 夏 鵠 名 切 o　； △　

‘

　Standard 　sand X 　：　Silica　sand 　

＼

　 　 　 　 σ

＝

1

，

0kgflcm2 　 　 　 交 ゜

＼

＼

，

一

∴

　 　 　 o

＼

　 　

0

　

　

0

鹽

10

　

　

　　

　

　

0

．

15

　

　　

　

　　

0

．

20

　

　

　　

　

　

0

．

Z5 　 　 　 　W

＝

ter

　

content

　

ratie

　

of

　

mortar 〔

一

）

Fig

．

4

　

Shearing

　stress　calculated 　at　no【mal 　stress

　 　 　

＝

1

，

0kgf

／cmt Bo 　 　 0 　 　

　

　

　

　

　 　 　

　

₀ 　 　 ム 　 　

　

　

　

　

　 　 　

　

る

冖

開

Eu こ

薗

と u 旨 曇

」

含

口

【

O 羣

×

国

訶 loo BO bO 40 zo loe AO ら0 40 tO 　 　 O

．

1D 　　D

、

L5 　 0

，

乙0 　 0

．

35　 　 0

．

10 　　0

．

」う　 0

．

己O

　 　 　 WateT

　

CDnt

臼

ロ

t

　

t

盆

tjo

　

d

　

mort

“

r 〔

一

十　 　N

・

【

冂

dlcatT

凵

n

　

o ‘ screw

Fig

．

5

　

Relation

　

between

　extruding 　

_pressure

　and 　

fine

　aggregate 　 　 　

geometry

」 丁

矧

口

一

℃ コ 勘 ω 瞬 国 　 　 D

．

10　　0

、

Ls　　b

．

乙0　　0

、

2う　　　　0

．

L

ロ

　　D

，

］5　　0　20　　0

．

Z5　　　0

、

LD　　O

．

LEOr20 0

．

Zう

　 　 　 幽t2r

　

co

冂

ヒ

nt

　

ratLO

　

of

　

mnr

ヒ

Ar　｛

一

〕　 　帳　匸

匚

Ldjcati

叩of

　

scrtw

Fig

．

3

　

Relatien

　

between

　extruding 　velocity 　and　

fine

　aggregate

　　

Fig

．

6

　 　 　

geometry

CS 醐

Extruding 　

pressure

Relation

　

between

　extruding 　

_pressuTe

　and 　velocity ｛【om

literatures

90

r80

羣

・・

量

・・

0

　 　 　 　

　

0

厂

〕 　 　 　 　

4

か

州

8

［

Φ 〉 　

0

　 　 　

0

　

3

　 　 　

2

。Ω £ ℃

ヨ

ω × 国

10

0

　 　

10

　 　

20

w

ND

．

IZ

　　　

O

．

15

　　　

0

．

20

　　　

0

．

25

レ

0

．

3O

　 　 ム　 　 ロ　 　 ◇

惜

0

．

5O

　 　 △　 　 　田　 　 ◇ 丶

．

_、

₀

．

₇₆

_● ▲　　 　層　 　◆ b

「

、

_亀

「

’

△

．

i

　、

　、

　亀

　 、

　　、

　　、

　　、

鵙

　、

　、

　＼_一

　　噛

　　「

　　丶

　　＼

1

　 　 　 　 ● ム 　丶

、

　

1

　　 、

　 　 　

曁

o

　

幽

　

　

脚

　

　

　

　

ー

ゴ

　

　

　

ー

、

△

F

＼

ぎ

甲

　

、

」

°

1

；

1

90

80

7060

50

　

40

　

3

°

2

°

10

90

80

7e60

50

40

3020

lo

、

、

1

　　

＼

1

食

　

■

_、

　 　 　

、

L且1ca 　sand

9

，

＼

『

＼

₁

　　

／

　

　

　

　

＼ ▲

「

’

冒

’

一

’

一

_∵

、

、

、

驢

「

四

ー

□

　

　

　

　

　

、

轟 　

」

一

．

、

吾

’

一一冒一

7

　

「

△

一一一一一

．

_O

　 　

l

　 　 　

．

〆

30



40



50



₆₀



0

　　

10

　　

20

　　　

30

　　　

40

　　　

50

　　　

60

　　　

0

　　　／

0

　　

20

　　

30

　　

40

　　　

5D

　　　

60

　 　

Extruding

　

_pressure



〔

kgftcm

’

i）

　　　　　　

W

：

Water

　 content 　 ratio 　 Qf 　 mortar 　 　 　 　

N

：

Ir

ユ

dication

　of　screw

Fig

．

7

_Relation

　

betwee

皿 extruding 　

_pressure

　and 　velocity 　

from

　

_present

　study

や すい

_材料

と な る と

考

え ら れるの で4 〕_， その

関 係

は

（

a

’

_）

→

（

b’

）

→

（

c

’

）

→

（

d

’

_）

と 上

_方

へ

_{移 動 す}

るこ

と

が

予 想

さ れ る。

実

際

の

押 出成 形

で の

操 作 条 件

は

，

成 形

圧

力

と

成

形 速

度

との

_関係

はス ク

リ

ュ

ー

特 性 と ダ イ

特性

と

の

_交点

で

_与

え ら れ る と

言

わ れて い るS ］の で_，

図 中 鎖 線

と

一

点

鎖 線

との

交点

が

操 作 条 件

とな る

。

前 報

1｝ で は この

考

え方の

_{妥 当 性}

を示

す

結 果 が 得

ら れ ている

。

そこ で

本実

験

で

用

い たモ ル

タ

ル に

対

して

同

様

に

成形

圧

力

と

成

形

速

度

との

関 係 を

プ

ロ ッ トする と

Fig．3

と

Fig

，

5

か ら

Fig

．

7

が

得

ら れ る

。

Fig．

7

は，

細

骨

材

の

形 状

お よ びス ク

リ

ュ

ー

回転 速 度

にか か わ ら

ず

，

水

量 比 が

小

さ く な ると

，

成 形

圧

力

と

成

形

速

度 の

_{関 係}

は

右 下

が り の

傾 向

に な る こ と

を示

してい る

。

こ の

Fig

．

7

の

水 量 比 を 変

え た

時

の

成 形 圧 力

と

成形速度

と の

関

係

は

，

Fig

．

6

に

示

す 関

係

と

定

性 的に

一

致 してい る

。

これ ら の ことか ら， 骨

材

形

状

の

異

な るモ ル タルの ス クリュ

ー

押 出成 形

について

も

，

操 作 条

件

の

考

え

方

は

適 用

さ れ る

可

能 性

が

あ

る

。

　

こ こ で ス ク リュ

ー

回

転 速度

を

変

えてダ

イ特 性

につ い て

検 討

す るに

_，Fig．

7

_実線

で

示

す よ うに

，

モ ルタル の

各 水

量 比に

_対

し

，

成 形

圧

力

は

成 形 速 度

と 正の

関 係

にあ り，

水

量

比

が

増加

す る と

，

圧 力

の

増 加 割 合

は

小

さ く な り， つ い に は

無 視

で き る く らい に

小

さ く なっ て し

ま

う

。

つ ま り

，

成 形 圧 力 が 成

形

速

度

に

依 存

し な く な る

傾 向

を

示

し てい る

。

この

_傾

_向

は

先

に

述

べ た

岡 田

の

報 告

6 ｝

と類 似

して いる

。

し た がっ て

，

ダ

イ特 性

につ い て は

，

ス クリュ

ー

押 出 成 形

に おいて も ピス トン

_押出成

_形

と

類 似

の

_{結 果}

が

得 ら

れてい ること が わ か る

。

これ は

ゲ

ル

化 物

を

添 加

し たモ ルタル に おい て

得

られ た

結 果

y）_と も

同様

で あっ た

。

　

ところで

，

緒 言

で

も述

べ た よ うに

Benbow

は

_実

験

か ら

，

押 出 成 形

にお

け

る

成 形 圧 力 と成 形 速 度 と

の

関 係 が

，

Eq ．1

に 示 す よ う にバ レ ル

形 状 （

D

，

）

ダ

イ形 状 （

D

，

α

）

材 料

の

降 伏 値

（

Y

）初

期 流

動

を生

じ さ せ る た

め

の

壁 面

せ ん

断 抵 抗 （

τ

諭

等

の関 数で表 さ れ ること を

導

い て い る

。

本 実 験 を

Eq 、

1

に照 ら し

考

え る と

，

本 実 験

の

場 合

，

同

一

ダ イ

ス

_，

同

一

ス ク リュ

ー

を

用

い て いるの で

，Eq ．

1

中

の

1

）。

／

D

と cot α は

一

定で あ る。 し たがっ て

成 形 圧 力

は

Y

と r，。を

含

む

定

数 項

を

も

っ た

成 形 速 度

の

関 数

に な る

。

ま

ず

y

と rne を

含

ん だ

定 数 項

につ い て

考

え るに

_，

簡

略化

の ため に

Y

と rR。は

比 例 関 係

にあ る と

仮定

す る と

，

こ の

_{定 数 項}

は

Fig

．

7

の

横 軸

の

切 片

で

与

え ら れ る。　

Fig．7

の

横 軸 （

圧 力軸 〉切 片 を

み る と

，

水

量 比の

増 加

と と

も

に

小

さ く な っ て い る

。

つ ま り

Y

とrRe を

含

ん だ

定 数 項

が

水 量 比

の

増 加

と と も に

小

さ く なっ て い ること

を 示

し て い る

。

他 方

，Fig．

4

に

示

す よ うに

，

水 量 比

が

大

き く な る と せ ん

断 強 度

は

小

さ く なっ て い る

。

これ らの こ

と

は_，

Benbow

の

式

に お け る

Y

と τR。がせん

断 強 度

と

比

例関

係

に あ るこ と を

示

し て お り

，

せ ん

断 試 験

によっ て

得

ら れる

材料

のせ ん

断 強 度

が

Eq

．

1

中

の

Y

と

Tft。の

代 替

と し て

利

用

で き る

可 能 性

を

示 唆

して い る

と 考

え ら れ る

。

次

に

Fig．

7

に

示

す よ

う

に

，

成 形 圧 力

と

成 形 速 度

は ほ ぼ

直線

関

係

にある の で

，

本 実 験

において は

n

≒

0

と

考

え ら れ る。 す る と

，Eq ．

1

は

成 形 圧 力 が 定 数

項

を

持

つ

成

_{形 速}

度

の

一

次 関 係 式

とな る

。

こ れ は

押 出 成

形 に お け るモ ル タルが ビ ンガム

流 体

に

近

い

_挙

動 を示

す もの と して

_考

え ること がで き ること

を示 唆

してい る

。

　

また

細 骨 材 形 状

の

影 響

につ い てみ る と

_，

Fig

．

7

は

_，

形

状

の

類 似

した

細 骨 材

で

あ

る

豊 浦

標準砂

と

硅

砂

の

間

に は ガ ラ ス ビ

ー

ズに

比 較

し て

若 干

の

差

し か 認 め ら れ ない もの の

，

細 骨

材 形 状

が

球 形

か ら

遠

く な ると

水

量 比 によ る 圧 力

変 化

の

_幅

が

大

き く なっ て いること を

示

し て い る

。

こ れ は

Fig

_，

₄

に

示

す よ う に，

細

骨

材

形 状

が

球 形

に

近

い

も

の ほど

，

同

一

水 量 比

で は せん

断 強 度

が

小

さい ことに

起 因

し て いる

一 16 一

と

考

え ら れ る

。

な お

，Fig．

7

におい て

成 形 圧 力

の

成 形 速

度 依 存 性

が

水 量 比

と と

も

に

変 化

して い る

と

い うこ

と

は，

Benbow

の

式

の

k

す な わ ち ダ イ壁 面 と

材料 間

に

_{存 在}

す る

水 膜

の

厚

みや

粘 度

が

水

量 比に

密 接

に関 係 して い ること

を示

して い る

も

の と

考

え ら れ る

。

　

6

，

結 　 語

　

形 状

の

異

な る 同

一

粒 度

の

細

骨

材

を

骨 材

と し たモ ル タル につ い て，

水

量

比

とスク リュ

ー

回 転

速

度

を

変

えて

押 出成

形 を 行

っ た

。

成 形 時

の圧

力

と

速

度

を

測

定

し

，

細 骨 材

の

形

状

が

押出

成 形 特 性

に

与

え る

影 響

につ い て

調

べ た

結 果

，

以

下

の

知 見

が

得

ら れ た

。

　

（

1 ）

細 骨

材

形

状

は

押 出 成 形 特 性

に

影 響 を及

ぼし

，

球

形

に

近

い

細 骨 材 程

，

成 形

圧

力

は

小

さ く，

成

形 速

度

は

大

き く なっ た

。

モ ル タル

水

量 比 が

小

さい と

，

骨

材

形 状

の

成 形

速 度

に

対

す る

影 響

は

小

さ く なっ た が

，

成 形 圧 力に対 す る

影 響

は よ り

顕 著

で

あ

っ た。 モ ル タル

水 量 比

が

大

き く な る

と骨 材 形 状

に

よ

る

成 形 速 度

お

よ

び

圧 力

に

対

す る

影 響

は

認

め ら れ な くな っ た

。

　 （

2

｝ 細

骨

材 形 状

の

異

なる モ ル タル の ス ク

リ

ュ

ー

押 出

成形

におい ても

，

ス ク

リ

ュ

ー

特 性 と ダ イ特 性

に

よ

っ て

規

定

さ れ る

操 作 条

件

の

_考

え

_方

が

適 用

され る

_{可能 性}

が

あ

る

。

　

（

3

）

モ ルタルの

押

出

成

形

に お け る

成 形 速 度

はモ ル タ ル の せ ん

断 強

度

と

逆

比

例

の

_関係

に

，

成 形 圧 力

は

比 例 関 係

に

あ

り

，

モ ル

タ

ル の せん

断 強 度

は

，

Benbow

の

_式

にお け る

y

と

τRO の

代 替

と して

利 用

で き る

可 能

性

が あ る。

　 謝 　 辞

　 本

研 究 を遂

行

す るに

当

た り

，

冨 士 理 化

工

業 （

株 ）

お よ

び 熊 本 硅 砂 鉱 業 （

株 ）

か ら

試 料 を提 供 頂

いた。 ま た

本 稿

を ま と める に

当

た り

，

当 所 大 内 山紀 男 主 任 研 究 官

に は

有

益

な

助 言

を

頂

いた。

記

して

謝

意

を

表

す。 参 考 文 献

1

｝

守

　

明子

・

神尾

　

典：粒 度の異なる硅 砂 を用い た モ ル タ

　 　

ルの押 出成 形 特 性につ い て の実 験 的 検 討

，

材 料

，

Vol

．

36

_，

　

No

．

410

，

　

pp

．

123

−

127

，

1987

．

11

．

2

）

　

Benbow

，

　

J．

J．

：

The

　

dependence

　of 　output 　rate 　 on 　

die

　

shape 　

during

　catalyst 　extrusion

，

　

Chemi

じal 　

Engineering

　

Science

，

　

Vol

．

26

，

　

pp

．

1467

−

1473

，

1971

．

3

） 増 田 弘 昭 ；基 礎 粉 体工学 講 座

1

_，

粉 体工学 会誌

，

VoL

　

22

，

　 　

NQ

．

1

，

　

pp

．

42

−

50

，

　

1985

．

1

．

4

） 寺 下

敬

一

郎

・

宮南 　啓

・

岡

嶋 雅

資

・

古林 和 夫 ：

一

面 剪 断

　 　試験

に よ る

湿潤粉 体

の内

部

摩 擦 係 数 お よ び剪 断 付 着 力，

　

粉体

工

学

会 誌

，

Vol

．

18

，　

No

．

9

，　

pp

．

3

−

11

，

1981

．

9

．

5

_）

原

　

隆

一・

鈴 木 博 之

・

梅 屋

　

薫：ボ リスチレ ン粉 体圧

縮

　 　

成 形 体の動 的 特 性に及ぼ す粒 子表 面 処 理 の 影 響

，

材 料

，

　 　

Vol

．

30

，

　

No

．

336

，

　

_pp

．

17

−

22

，

1981

．

9

．

6

）

岡田 純 ：カ

ー

ボン ねつ 合 物の流 動 性に及ぼ すバ _イン

　 　

ダ

ー

量 お よ び温 度の影 響

，

工 業 化 学 雑 誌

，

Vol

．

63

，

　

No．

12

，

　 　

pp

．

3

−

8

_，

　

1960

．

12

．

7

＞

CARLEY

，

∫

．

　

F

，

，

　

MALLOUK

，

　

R

．

　

S

．

，

　 and　

McKEL

−

　 　

VEY

_，

　

J

．

　

M

．

：

Simplified

　

Flow

　

Theory

　

for

　

Screw

　

Ex

−

　 　

trudels

_，

1

．

E

．

C

．

　

Vol

．

45

，

　

pp

．

974

−

979

，

1953

．

8

）

Parks

，

　

J．

R

．

　 and　

Hill

，

　

M

．

J．

：

Design

　of 　

Extrusion

　 　

Augers

　and

　

the

　

ChaTacteristics

　

Equation

　of 　

Ceramic

　 　

Extrusion

　

Machines

，

　 」

．

　

A

．

　

C

．

S

．

，



Vol

．

42

，



No

．

1

，

　 　

pp

．

1

−

6

，

　

1959

，

9

｝ 守 　明子

：ゲル化 物 を 添 加し たモ ルタル の押 出 成 形 特性

　 　

につ い て の実 験 的 検 討

，

材 料

，

Vol

．

37

，

　

No

．

421

，

　

_pp

．

30

−

34

，

　 　

1988

、

lG

．

SYNOPSIS

UDC:691.53:666.97:691.322

INFLUENCES

OF

FINE

AGGREGATE

GEOMETRY

ON

EXTRUSION

CHARACTERISTICS

OF

MORTARS

by

AKIKO

MORL

and

YASUNORI

MATSUFUJI,

Mernbers

ofA.LJ.

Extrusion

experiments were carried

out

with mortars of which

fine

aggregates

had

different

_geometries

but

a same

_particle

size

distribution.

The

mortars

were

_prepared

to

various water contents, and extruded at severai rotational speeds of screw,

Both

extrttding

_pressure

and velocity were

measured.

Graphic

analyzer was used

to

measure

fine

aggregate

geometries

which

correlated

well with

extTusion

character-istics.

That

is,

the

moTe spherical

the

configuration of

fine

aggregate was,

the

lower

the

extruding

_pressure

was,

but

the

higher

the

velocity was.

At

comparatively

lew

water content ratios,

influences

of

fine

aggregate

geometry

on

the

extrudipg

velocity were a

little,

but

much on

the

pressure,

At

the

higher

water content ratios,

the

effects

could not

be

observed so obviously,

Extruding

pressure

and

velocity

have

been

generally

thought

to

be

prescribed

by

the

extruder operating

_point

which

is

determined

by

a

cross

_point

of screw characteristics and

die

characteristics.

This

concept may

be

also applied

to

the

mortars with various

fine

aggregate

_geomet[ies.

And

the

die

characteristics of screw extrusion were

found

to

be

similar

to

those

of

_piston

extrusion.

The

extruding

_pressure

was

directly

_proportional

to

the

shearing

stress

of

mortar,

but

the

extruding velocity

was

inversely.

It

is

suggested

that

the

shearing stress of mortar

is

used

for

a substitute of

Y

and Tko

in

Eq,1

p[esented

by

Benbow,