JP5458254B2 - モルタルのコンシステンシー評価方法及びコンシステンシー評価装置 - Google Patents
モルタルのコンシステンシー評価方法及びコンシステンシー評価装置Info
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Description
かくして、本願に開示するコンシステンシー評価方法は、セメントを主成分とする粉末材料及び水を主成分とする液体材料を所定の割合で練り合わせたモルタルを収納容器に投入し、当該収納容器内で回転翼を所定の回転速度により攪拌し、当該攪拌開始からせん断応力が過渡的に変化する過渡期間及び/又は当該過渡期間経過後の安定期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定するせん断応力測定工程と、前記過渡期間及び/又は安定期間における各種モルタルのせん断応力に関連する評価基準値を、各種モルタルごとに保持する情報保持工程と、前記せん断応力測定工程により測定されたせん断応力を前記評価基準値と比較し、モルタル評価を行うモルタル評価工程とを備えるものである。
以下、本発明の第1の実施形態に係るコンシステンシー評価装置を、図1から図6に基づいて説明する。この図1は本発明の第1の実施形態に係るコンシステンシー評価装置のブロック図、図2はこの図1に記載されたコンシステンシー評価装置の回転翼粘度計の概略図、図3はこの図1に記載されたコンシステンシー評価装置の正面図、図4はこの図1に記載されたコンシステンシー評価装置のせん断応力及びフロー値に関する実験結果、図5はこの図1に記載されたコンシステンシー評価装置の安定期間におけるせん断応力を用いた材料評価結果、図6はこの図1に記載されたコンシステンシー評価装置の詳細設計図を示す。
本発明の第1の実施形態に係るコンシステンシー評価装置は、図1(a)に示すように、セメントを主成分とする粉末材料(C(kg))及び水を主成分とする液体材料(W(kg))を所定の割合(W/C)で練り合わせたモルタルを収納容器に投入し、収納容器内で回転翼を所定の回転速度により攪拌し、この攪拌開始からせん断応力が過渡的に変化する過渡期間の経過後の安定期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定するせん断応力測定手段1と、この安定期間におけるせん断応力を各種モルタルごとに評価基準値として基準値情報2aに保持する情報保持手段2と、この情報保持手段2に評価基準値を入力する入力手段3と、このせん断応力測定手段により測定されたせん断応力をこの評価基準値と比較し、モルタル評価を行うモルタル評価手段4と、このモルタル評価手段4の結果を出力する出力手段5とを備える構成である。
また、セメントを主成分とする粉末材料(C(kg))としては、セメント、砂、混和材料、樹脂粉末などの粉末材料を含むことができる。また、水を主成分とする液体材料(W(kg))としては、水、懸濁液(薬液)などの液体材料を含むことができる。このため、本発明のモルタルとしては、セメント及び水のみから形成される単純なモルタルのみならず、無収縮モルタル、ポリマーセメントモルタルなどの多種のモルタルを対象とすることができる。
また、この情報保持手段2と、この基準値情報2aと、この入力手段3と、このモルタル評価手段4と、この出力手段5とは、このトルク計105に接続される演算処理装置10として機能する。また、この演算処理装置10は、図1に示すような回転翼粘度計の外部に設置される外部装置として設置してもよく、また、回転翼粘度計の内部に集積回路として組み込まれてもよい。
このように、コンシステンシー評価装置として回転翼粘度計を使用することにより、以下のような利点が挙げられる。
コンシステンシー評価を行うモルタルの前処理としての混練作業は、例えば、容量が100リットル程度のモルタル練りミキサーを使用し、低速度で空練りを10秒間行い、さらに、モルタルの練り混ぜ及び掻き落としを交互に行うことで本練りを5分間行い、モルタルを練り上げる。
本発明者は、図4に示すように、モルタルの安定期間のせん断応力τsat(Pa)とフロー値(mm)との相関関係を確認した。同図は、モルタルの銘柄を区別せずにプロットした結果である。同図(a)は、縦軸(せん断応力)を線形で表示し,同図(b)は、縦軸(せん断応力)を対数で表示した。同図(a)及び(b)の測定結果から、安定期間のせん断応力τsatとフロー値は銘柄に関わらず,強い相関関係にあることが確認された。
モルタルは、市販されているモルタルA、モルタルB及びモルタルCの3種類を使用した。これらは、高機能性能特殊粉末樹脂及び特殊短繊維をプレミックスした特殊無機系パウダーからなるポリマーセメントモルタル(PCM)である。また、回転翼部104は、4枚の長方形形状の羽根141が90°間隔となるように構成した。
上記の各モルタルに対してせん断応力を測定した結果を、図5に示す。
羽根141が4枚の場合で実験を行ったため、前記安定期間は、各羽根141の回転角度の総和が攪拌開始時から480°以上回転した時間である開始時刻から120秒経過後(安定期間A)とすることができる。
このモルタル評価により、例えば、せん断応力が、評価基準値aである場合には、図1(b)に示すように、モルタル材料がA、すなわち、モルタルAであることが判断できる。
本発明の第2の実施形態に係るコンシステンシー評価方法及びコンシステンシー評価装置は、測定点を複数時点に設定することにより、さらに経時的要素を高めてモルタルのせん断応力を測定し、モルタルのコンシステンシー評価を行うものである。
上述した本発明の第1の実施形態との変更点に関して、以下に説明する。
本発明の第2の実施形態に係るコンシステンシー評価装置は、図7(a)に示すように、本発明の第1の実施形態で説明した前記せん断応力測定手段1が、前記過渡期間の経過後の安定期間に加えてさらに、攪拌開始からせん断応力が過渡的に変化する過渡期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定する。また、前記情報保持手段2は、各種モルタルにおける材料特性及びこのせん断応力の経時変化の傾向を示す経時変化特性について、回転翼の種類ごとに保持する。また、前記入力手段3は、この情報保持手段2にこの経時変化特性を入力する。また、前記モルタル評価手段4の代わりに、前記せん断応力測定工程により順次測定されたせん断応力の経時変化を測定変化特性として検出する経時変化検出手段6と、この経時変化特性と測定変化特性との比較に基づいて、この測定変化特性からモルタルの材料特性を検出する材料特性検出手段7とを備える。また、前記出力手段5は、この検出されたモルタルの材料特性を出力する。
また、この材料特性情報2bは、同図(b)に示すように、この入力された経時変化特性と、この経時変化特性に該当するモルタルの材料特性とを紐付けて記憶する。
モルタルは、上述した本発明の第1の実施形態と同様に、市販されているモルタルA、モルタルB及びモルタルCの3種類を使用した。また、回転翼部104は、4枚の長方形形状の羽根141が90°間隔となるように構成した。
上記の各モルタルに対して、本発明のコンシステンシー評価装置の過渡期間及び安定期間におけるせん断応力を用いた材料評価結果を、図8に示す。測定されたモルタルは、同図に示すように、モルタルの前処理である混練作業後の経過時間が20分となったモルタルであって、W/C値が各々異なるモルタルである。
本発明者は、鋭意研究の結果、図10(a)に示すように、回転速度 6°/分、60°/分、240°/分の各グラフにおける過渡期の終了時点の回転角(c=110°, b=130°, a=180°)を結んだ直線yが、この回転速度の比率に対してべき関数の関係を有することを見出した。 すなわち、サンプル中最小の回転速度である回転速度6°/分の場合の角度110°に対する各回転速度の比xは、1((6°/分)÷(6°/分))、10((60°/分)÷(6°/分))、40((240°/分)÷(6°/分))となる。上記の直線yをべき関数としてy=1.015^xと定義した場合には、x=1、10、40の各々に対して、y=1、1.18、1.64となり、各回転速度のグラフとの交点に一致する。
図10(b)に示すように、モルタル素材ごとの水分比の最適化という視点から、モルタルに流動性、付着性を持たせるために、τstableの値としては700程度が必要とされることから、モルタルの最適な水分比は、モルタルAでは18%、モルタルB及びCでは14%であることがわかる。このグラフから、W/C比のわずかな違いがτstableの違いとして示されることから、モルタル素材の水分比によりτstableを調製できることとなり、現場での調製精度を確保することができる。
図10(c)に示すように、調製後の経過時間とともに、τstableが増加していることから、モルタルは、硬くなっていることがわかる。モルタル素材によって過渡期間の変形抵抗性(τtrans)が異なることから、パラメータ(τt/τs) を、品質管理の指標とすることができる。すなわち、比(τt/τs)は、τstableに対して、モルタルAでは変化なく1近傍であるが、モルタルBでは大きく増加する(流動初期の変形抵抗性が大きくなる)。このことから、例えば、モルタルBは、このパラメータ(τt/τs)の変動を参照することで、調製後に細かい時間管理を行うことが必要なモルタル素材であると判断することができる。
回転速度の影響については、モルタル素材に応じて異なる。例えば、モルタルA及びモルタルBは、回転速度が増加するとともにτstableが増加し、モルタルCは、回転速度が増加するとともにτstableが減少している。このように、期待するモルタル特性に対して、各素材の特性に応じた最適な回転速度を選定することができる。
本発明の第3の実施形態に係るコンシステンシー評価方法及びコンシステンシー評価装置は、上記の第1の実施形態と同様に回転翼粘度計により測定されたせん断応力から、レオロジー定数を推測するものである。上述した本発明の第1の実施形態との変更点に関して、以下に説明する。
本実施形態のコンシステンシー評価方法及びコンシステンシー評価装置について、以下、図11及び図12に基づいて説明する。図11は、本発明の第3の実施形態に係るコンシステンシー評価装置のブロック図、図12はこの図11に記載されたコンシステンシー評価装置のレオロジー変換を示す説明図である。
また、本実施形態に係るコンシステンシー評価装置は、セメントを主成分とする粉末材料(C(kg))及び水を主成分とする液体材料(W(kg))を一定の割合(W/C)で練り合わせたモルタルを収納容器101に投入し、この収納容器101内で回転翼部104を一定の回転速度により攪拌し、モルタルに発生するせん断応力を少なくとも攪拌開始からせん断応力が過渡的に変化する過渡期間において測定する。
101 収納容器
102 底板
103 駆動部
131 回転速度調整ダイヤル
104 回転翼部
141 羽根
105 トルク計
106 トルク高さ調節部
161 高さ調整ダイヤル
2 情報保持手段
2a 基準値情報
2b 材料特性情報
2c レオロジー特性情報
3 入力手段
4 モルタル評価手段
5 出力手段
6 経時変化検出手段
7 材料特性検出手段
10 演算処理装置
Claims (8)
- 少なくともセメント及び水を含むモルタルの変形抵抗性をコンシステンシーとして評価するコンシステンシー評価方法において、
セメントを主成分とする粉末材料及び水を主成分とする液体材料を所定の割合で練り合わせたモルタルを収納容器に投入し、当該収納容器内で回転翼を所定の回転速度により攪拌し、当該攪拌開始からせん断応力が増大して最大値へと過渡的に変化する過渡期間及び当該過渡期間経過後にせん断応力が一定値に収束する安定期間の各々においてモルタルに発生するせん断応力を測定するせん断応力測定工程と、
前記過渡期間及び安定期間における各種モルタルのせん断応力に関連する評価基準値を、各種モルタルごとに保持する情報保持工程と、
前記せん断応力測定工程により測定された前記過渡期間及び安定期間の各々のせん断応力を前記評価基準値と比較し、モルタル評価を行うモルタル評価工程とを含むことを特徴とする
コンシステンシー評価方法。 - 請求項1に記載のコンシステンシー評価方法において、
前記過渡期間が、当該回転翼に配設された各羽根の回転角度の総和が攪拌開始時から180°回転した近傍の期間であり、
前記安定期間が、前記回転翼に配設された各羽根の回転角度の総和が攪拌開始時から480°以上回転した期間である
コンシステンシー評価方法。
- 請求項1又は請求項2に記載のコンシステンシー評価方法において、
前記せん断応力測定工程により順次測定されたせん断応力の経時変化を測定変化特性として検出する経時変化検出工程を備え、
前記せん断応力測定工程が、前記過渡期間及び安定期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定し、
前記情報保持工程が、各種モルタルにおける材料特性及び前記せん断応力の経時変化の傾向を示す経時変化特性を、前記評価基準値として、前記回転翼の種類ごとに保持し、
前記モルタル評価工程が、経時変化特性と測定変化特性との比較に基づいて、前記測定変化特性からモルタルの材料特性を検出してモルタル評価を行う
コンシステンシー評価方法。
- 請求項1又は請求項2に記載のコンシステンシー評価方法において、
前記せん断応力測定工程が、前記過渡期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定し、
前記情報保持工程が、各種モルタルにおけるせん断速度に応じたモルタルの降伏値、塑性粘度及び付着力のうち少なくともいずれか1つを材料特性として、各種モルタルごとに保持し、
前記モルタル評価工程が、前記せん断応力測定工程により測定されたせん断応力を前記材料特性と比較し、モルタルの降伏値、塑性粘度及び付着力のうち少なくともいずれか1つをモルタル特性として演算してモルタル評価を行う
コンシステンシー評価方法。
- 少なくともセメント及び水を含むモルタルの変形抵抗性をコンシステンシーとして評価するコンシステンシー評価装置において、
セメントを主成分とする粉末材料及び水を主成分とする液体材料を所定の割合で練り合わせたモルタルを収納容器に投入し、当該攪拌開始からせん断応力が増大して最大値へと過渡的に変化する過渡期間及び当該過渡期間経過後にせん断応力が一定値に収束する安定期間の各々においてモルタルに発生するせん断応力を測定するせん断応力測定手段と、
前記過渡期間及び安定期間における各種モルタルのせん断応力に関連する評価基準値を、各種モルタルごとに保持する情報保持手段と、
前記せん断応力測定手段により測定された前記過渡期間及び安定期間の各々のせん断応力を前記評価基準値と比較し、モルタル評価を行うモルタル評価手段とを備えることを特徴とする
コンシステンシー評価装置。
- 請求項5に記載のコンシステンシー評価装置において、
前記過渡期間が、当該回転翼に配設された各羽根の回転角度の総和が攪拌開始時から180°回転した近傍の期間であり、
前記安定期間が、前記回転翼に配設された各羽根の回転角度の総和が攪拌開始時から480°以上回転した期間である
コンシステンシー評価装置。
- 請求項5又は請求項6に記載のコンシステンシー評価装置において、
前記せん断応力測定手段により順次測定されたせん断応力の経時変化を測定変化特性として検出する経時変化検出手段を備え、
前記せん断応力測定手段が、前記過渡期間及び安定期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定し、
前記情報保持手段が、各種モルタルにおける材料特性及び前記せん断応力の経時変化の傾向を示す経時変化特性を、前記評価基準値として、前記回転翼の種類ごとに保持し、
前記モルタル評価手段が、経時変化特性と測定変化特性との比較に基づいて、前記測定変化特性からモルタルの材料特性を検出してモルタル評価を行う
コンシステンシー評価装置。
- 請求項5又は請求項6に記載のコンシステンシー評価装置において、
前記せん断応力測定手段が、前記過渡期間においてモルタルに発生するせん断応力を測定し、
前記情報保持手段が、各種モルタルにおけるせん断速度に応じたモルタルの降伏値、塑性粘度及び付着力のうち少なくともいずれか1つを材料特性として、各種モルタルごとに保持し、
前記モルタル評価手段が、前記せん断応力測定手段により測定されたせん断応力を前記材料特性と比較し、モルタルの降伏値、塑性粘度及び付着力のうち少なくともいずれか1つをモルタル特性として演算してモルタル評価を行う
コンシステンシー評価装置。
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