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押出成形特性に及ぼすモルタル細骨材形状の影響

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(1)

【

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

(2)

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

(3)

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  : Projection  area

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

(4)

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

.

LE  Or20   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

(5)

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

(6)

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

.

(7)

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,

図

Table   I   PrDpertles   of   raw   and   slzed   aggregate
Table 皿  Results   measured   by   graphic   analyzer Gla6s   beads Standard   Sand Silica   sand SFU   〔 Ψ 1 )     SLW(   )     ( −   11,071.28【 .4B 1 . 041.08/.]4       PM2     1 SFU = TX 下 SLW =_ 皿 ≧       LG 3. 押 出成 形 試 験 A   :  Projection   areaPM:Per

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