可視化実験手法を用いた2軸強制練りミキサ内のコンクリートの力学的挙動に関する研究

本研究は、2軸強制練りミキサの練混ぜ性能の評価方法の確立を目的として、モデルコンクリートと外部から観察可能なアクリル樹脂製の1/5モデルミキサを用いてコンクリートミキサの練混ぜ性能に関する可視化実験を行った。主たる実験パラメータを、パドル配列角度とし、1相系粘性流体のモデルモルタルを用いてミキサ内の練混ぜ機構を把握し、固液2相系混相流体のモデルコンクリートを用いてミキサの練混ぜ性能を定量的に評価する一手法を提案することを試みた。本研究の範囲で明らかになったことを以下に示す。1)フレッシュコンクリートを1相系の粘性流体としてモデル化した可視化実験手法により計測されたトレーサ粒子群の速度ベクトル分布を用いることにより、コンクリート自由表面、ミキサ低層部およびミキサ側面部のコンクリートの流動性状を定量化することができる。2軸強制練りミキサ内の流動には、1軸のシャフトの回転によって形成される2つの“らせん流動"が逆方向に発生することによって、2軸のシャフト間で“らせん流動"が交錯する現象(以下、交錯流動と称す)と逆方向に生じる“らせん流動"が交互に発生することで繰り返され循環する現象(以下、循環流動と称す)が存在することが明らかになった。3)交錯流動と循環流動は、パドル配列角度に関係なく存在するが、パドル配列角度90度では交錯流動が卓越し、パドル配列角度45度では循環流動が卓越する。2相系モデルコンクリート内の着目トレーサ粒子群の分布状況から、練混ぜ初期の混ぜ工程では交錯流動が重要であり、その後の混ぜ工程では循環流動が重要であることが明らかになった。

本研究は、2軸強制練りミキサの練混ぜ性能の評価方法の確立を目的として、モデルコンクリートと外部から観察可能なアクリル樹脂製の1/5モデルミキサを用いてコンクリートミキサの練混ぜ性能に関する可視化実験を行った。主たる実験パラメータを、パドル配列角度とし、1相系粘性流体のモデルモルタルを用いてミキサ内の練混ぜ機構を把握し、固液2相系混相流体のモデルコンクリートを用いてミキサの練混ぜ性能を定量的に評価する一手法を提案することを試みた。本研究の範囲で明らかになったことを以下に示す。1)フレッシュコンクリートを1相系の粘性流体としてモデル化した可視化実験手法により計測されたトレーサ粒子群の速度ベクトル分布を用いることにより、コンクリート自由表面、ミキサ低層部およびミキサ側面部のコンクリートの流動性状を定量化することができる。2軸強制練りミキサ内の流動には、1軸のシャフトの回転によって形成される2つの“らせん流動"が逆方向に発生することによって、2軸のシャフト間で“らせん流動"が交錯する現象(以下、交錯流動と称す)と逆方向に生じる“らせん流動"が交互に発生することで繰り返され循環する現象(以下、循環流動と称す)が存在することが明らかになった。3)交錯流動と循環流動は、パドル配列角度に関係なく存在するが、パドル配列角度90度では交錯流動が卓越し、パドル配列角度45度では循環流動が卓越する。2相系モデルコンクリート内の着目トレーサ粒子群の分布状況から、練混ぜ初期の混ぜ工程では交錯流動が重要であり、その後の混ぜ工程では循環流動が重要であることが明らかになった。