KR100484295B1 - 습식 교반식 골재재생기를 이용한 순환골재의 생산방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 콘크리트를 파쇄하여 이루어진 골재더미에서 몰타르 성분을 제거하고 한국공업규격(KS F 2573)의 1종 규격을 충족시키는 품질을 갖는 골재를 분리하여 생산되도록 하는 폐 콘크리트를 이용한 재생골재의 생산방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본원은 폐 콘크리트를 파쇄, 선별하는 공정을 반복하여 토사와 금속류등을 분리 제거하고 골재를 분리하는 순환골재 생산방법에서, 상기의 분리된 골재를 교반식 골재 재생기에 투입하여 몰타르를 제거하되 교반식 골재 재생기 내에는 수직의 샤프트에 상하로 서로 대향경사를 갖는 2단의 날개가 설치되어 상단의 날개는 하부로 하단의 날개는 상부로 향하도록 날개가 부착되어 유동하는 유체 내에서 입자 상호간 또는 기기내의 전단력 및 마찰력이 작용하는 교반을 하고 적절한 광액농도 및 교반시간을 조절하면서 골재에 부착된 몰타르를 연속적으로 탈리시키는 공정을 수행하고, 탈리된 모타르와 골재는 나선형 분급기에서 분리시키는 공정을 포함하여 이루어지는 폐 콘크리트를 이용한 순환골재의 생산방법 및 그 장치를 제공한다.

Description

습식 교반식 골재재생기를 이용한 순환골재의 생산방법 및 장치{Manufacturing method of aggregate and its apparatus for recycling construction waste aggregate }

본 발명은 폐 콘크리트로부터 순환골재를 생산하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.

본원은 매일 100,000여 톤이 발생하는 건설 폐기물 중 폐 콘크리트에 부착된 시멘트 몰타르를 제거하여 한국공업규격 중 순환골재 1등급에 해당하는 순환 잔골재를 생산하여 부족한 국내 골재자원으로 재활용을 도모하여, 매립으로 인한 한경오염 방지, 매립지 부족현상을 해소 하고자 하는 것이다

순환 골재에서 가장 중요한 인자는 흡수율과 밀도이다. 흡수율에 따라 밀도는 변화하고 콘크리트의 강도, 작업성 등에 밀접한 영향을 미치는 인자가 된다. 흡수율이 높으면 콘크리트의 강도는 저하되고, 유동성(작업성)이 떨어져 사용에 많은 제약이 따르게 된다. 이러한 문제점으로 인하여 순환 골재의 용도에 제약이 많아 주로 성토재 등 저가의 원료로 사용되고 있다.

폐 콘크리트의 주 구성물은 천연골재이므로 골재에 부착된 몰타르를 효과적으로 제거하기만 한다면 천연골재와 유사한 용도 즉, 구조용 골재로 사용이 가능하게 되는 것이다.

천연골재와 유사한 용도로 사용이 가능하다면 순환 잔골재의 이용범위는 크게 확대될 것이고 매립 등으로 인한 매립지 부족난 해소, 환경오염원의 원천적 제거가 가능하며, 궁극적으로 국내 부족한 골재자원의 확대효과와 부가가치 창출 효과가 기대된다.

본 발명은 이러한 여러 가지 장점을 가지는 순환골재를 제공하기 위한 방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것이다.

그동안 국내, 외에서 개발 및 시행되고 있는 기술들을 살펴보면, 국내에서는 파쇄 후 입도분리를 통하여 순환골재를 생산하고 있는바, 이러한 기술은 대량생산이 가능하다는 장점이 있으나 시멘트 몰타르의 제거가 효과적으로 이루어지지 않아 구조물용 골재로서의 사용이 곤란한 문제점을 갖고 있었다.

미국 및 일본 등의 외국에서는 폐 콘크리트에 300℃의 열을 가한 후 골재에 물리적인 충격을 가하여 골재를 생산하는 방법, 밀봉된 수조에 골재를 채운 후 진공, 감압을 통하여 재생골재 내부로 수분을 완전히 침투시킨 후 콘크리트용 골재로 사용하는 방법, 회전식 드럼에 골재를 투입하여 드럼을 회전시켜 골재 표면에 부착된 몰타르를 제거하는 방법, 파쇄된 골재를 수조에 침전시키고 하부에서 공기방울을 대량으로 불어 넣어 몰타르와 골재의 밀도차이를 이용하여 분리하는 방법 등 다양한 방법이 개발 및 시도되고 있다.

그러나 지금까지 개발된 기술은 만족할 만한 몰타르 제거성능을 갖지 못하여 경제성을 갖거나 대량생산 체제 구축 등이 곤란하여 실용화에 상당한 어려움을 겪고 있는 것으로 알려져 있다.

본원은 상기한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로 한국공업규격 중 순환골재 1등급에 해당하는 순환잔골재를 생산 및 제공하기 위한 방법과 그 장치를 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 콘크리트는 압축 및 충격강도에서 매우 뛰어난 특성을 가지고 있으나 전단력에는 상당히 취약한 특성을 나타내고 있고, 특히 본 발명에서 제거하고자 하는 시멘트 몰타르는 골재의 표면을 감싸고 있는 형태를 취하므로 전단력 및 마찰력에 많은 영향을 받는 것으로 본 발명에서는 콘크리트의 이러한 특성을 이용하여 강력한 전단력 및 마찰력이 주로 작용하는 습식 교반식 골재재생기를 제공하고 이 교반식 재생기를 사용하여 폐콘크리트 표면에 부착된 몰타르를 제거함으로서 흡수율이 낮은 양질의 순환골재로 한국공업규격 순환골재 1등급에 해당하는 순환골재를 만들어 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 순환골재를 생산하기 위한 시설로서 본원에 적용될 수 있는 전 처리시설들을 도 1에서 예시하고 있는바 도 1에 도시된 순환(재생)골재를 얻기 위한 공정도를 참조하여 설명하여 보면, 폐 콘크리트를 진동피더(11)와 그리즈리스크린(12)을 통해 죠크러셔 (13)로 투입하여 파쇄하고, 상기 그리즈리스크린(12)에 의해 걸러지는 선별물은 진동스크린A(15)과 송풍기(16)를 통해 토사(30)와 에어선별물(70)로 걸러지며, 상기 죠크러셔(13)를 통해 파쇄된 골재는 자력선별기A(14)를 통해 금속류(60)가 걸러지고, 수작업선별공정(17)을 통해 불순물이 분리된 후 콘크러셔(18)에 투입되고, 상기 콘크러셔(18)를 통과하면서 파쇄된 골재중에 금속류는 자력선별기B(19)를 통해 금속류(60)로 보내지고 골재는 진동스크린B(20)에 의해 입도 별로 분리되어 순환골재를 얻는 공정이 사용되고 있다.

상기의 도1의 전 처리공정은 폐콘크리트를 죠크러셔와 콘크려셔로 파쇄를 하고, 진동스크린이나 자력선별기 및 수작업 선별 그리고 송풍기로 토사나 금속류 및 덩어리가 큰 이물질을 선별하는 등 파쇄와 선별을 반복하도록 구성되어 진동스크린B(20)에서 일정 크기로 체질을 한 후 체를 통과하지 못하는 굵은 입자는 별도의 굵은 골재(40) 보관함으로 보내지거나 다시 콘크러셔(18)로 투입되어 파쇄되어 상기 진동스크린B(20)으로 재투입되고, 체를 통과한 잔골재는 잔골재(50) 보관함에 저장되는 구조를 이루게 된다.

본원은 골재의 표면에 부착된 몰타르를 제거하기 위하여 특수제작된 교반식 골재 재생기를 이용하고자 하는 것으로 도 1에 예시하고 있는 기본공정 중에 진동스크린B(20)을 사용하여 5㎜ 크기로 체질을 한 후 5㎜ 체를 통과하지 못하는 굵은 입자는 별도의 굵은 골재(40) 보관함으로 보내지거나 다시 콘크러셔(18)로 투입되어 파쇄되어 상기 진동스크린B(20)으로 재투입되고, 5㎜ 체를 통과한 잔골재(50) 에 부착된 몰타르를 제거하기 위하여 교반식 골재 재생기를 사용함에 특징부를 갖는 것이다.

본원의 기술사상을 설명하기 위하여 도 2에서는 본원의 처리흐름도를 제시하고 있고, 도 3에서는 본원의 교반식 골재 재생기의 특징부를 나타내고 있으며, 도 4에서는 본원의 나선형 분급기의 특징부를 도시하고 있는바, 상기 도면들을 참조하여 본원의 기술구성을 설명하여 보면, 본원의 교반식 골재 재생기(100)는 2 ~ 4개의 셀(단위반응기)로 재생기 몸체(101)를 이룰 수 있으며, 재생기 몸체는 유입부(102)와 배출부(103)를 가지며, 셀과 셀 사이에는 격벽(104)이 설치되며 하나의 셀에는 수직의 샤프트(105)에 상하로 경사를 가지는 2단의 날개가 상부날개(106)와 하부날개(107)로 각각 고정되어 하부날개는 상부로 향하여 각도를 갖고 상부날개는 이와 달리 하부로 향하는 각도를 가진 날개가 부착되어 회전하는 샤프트에 의하여 고속 회전하게 되며, 공급된 골재는 날개의 운동방향에 의하여 상, 하 날개의 중간 부분에서 자체적으로 격렬히 충돌하게 되어 골재 상호간의 충돌은 부착된 날개의 경사에 따라 정면으로의 충돌(주로 충격력이 작용)이 아니라 전단력 또는 마찰력이 주로 작용하는 형태로 충돌이 이루어지는 구조를 이루게 된다.

이 때의 교반은 물과 골재와의 비율이 25±5 : 75±5 정도를 이루도록, 즉, 광액농도를 75±5 % solids로 유지하는 것이 중요하며, 슬러리는 교반식 재생기에서 약 10~20분 동안 강력하게 교반을 실시하게 된다.

이러한 교반운동을 10~20 분 정도 유지하면 골재 표면에 부착된 몰타르가 거의 탈리된다. 상기의 공정을 수행함에 있어 골재의 처리대상 물량, 골재의 성격에 따라 교반식 골재 재생기로 2 ~ 4 개의 셀(단위반응기)이 사용될 수 있으며, 도 3에서는 2개의 셀이 도시되어 있는 구조를 나타내고 있다.

상기 교반과정에서 몰타르가 탈리된 모래입자는 분쇄 메디어로 작용하게 되어 분리효율을 더욱 높이게 되고, 몰타르 탈리가 완료된 골재와 몰타르는 10~20 분후 외부로 배출되어 경사진 나선형 분급기에 공급된다.

도 4에 도시된 나선형 분급기(200)는 일정한 경사를 유지하여 0.08㎜ 이하의 미립자는 물과 함께 넘쳐 분급기 하단의 저류조(208)로 배출시키고 굵은 입자는 나선형을 따라 분급기 상단으로 이송되어 순환 잔골재로 회수하는 장치로서 일측으로 유입되는 물+골재 투입부(201)를 갖고 타측으로 골재배출부(202)가 설치되고, 나선형 분급기(200)가 일정한 경사각을 갖도록 유압실린더 등의 경사조절부(203)로 조절되며, 몰타르가 벗겨진 골재는 나선형 브레이드(204)에 의해 분급기 상단으로 이송되는 과정에서 분급기 상부에서 다시 한번 고압세척수로 살수하는 살수장치(205)가 설치되고 분급기 하단으로는 익류하는 미립자의 입도를 조절하기 위한 격자(206)가 설치되고 그 상부로 익류판(207)을 경유하여 익류물이 저류조(208)에 저장되어 처리되는 구조이다.

분급기 상단으로 이송되는 과정에서 물은 분급기 하단으로 흘러가게 되어 상단으로 배출되는 모래는 탈수 효과를 동시에 달성하게 되므로 분급기를 통과한 순환 잔골재는 자연 탈수 및 건조되어 출하가 가능하게 된다.

본 발명의 기술사상의 효용성을 뒷바침하기 위하여 발명의 실시예를 겸하여 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

교반식 재생장치의 개략적인 특성은 가로×세로×높이= 1:1:1 크기의 사각 쎌(단위반응기) 중앙에 수직의 샤프트를 설치하고 샤프트에는 2단으로 나누어 각 단에 4개의 날개를 달아주되 상부날개는 하향으로 20도, 하부날개는 상향으로 20도의 각을 주고, 광액농도 75%solids, 교반시간 10분, rpm 600으로 조절하였다.

상기 조건에서 생산된 순환 잔골재의 물리적 특성은 한국공업규격(KS F 2504)에 의거하여 측정하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 원료 역시 잔골재의 규격인 0.08㎜ 이하의 미립자는 사전에 제거하고 -5+0.08㎜ 크기의 입자를 대상으로 측정하였다.

표-1. 생산된 순환 잔골재의 특성

산물명	생산율(wt.%)	흡수율(wt.%)	절건비중(gr./㎤)	비고
원 료	100.00	7.49	2.22	-5+0.08㎜
순환 잔골재	82.64	3.46	2.39	-5+0.08㎜
미립자	17.36	26.67	1.41	-0.08㎜

상기의 분석자료에서는 잔골재 재생기에 투입되는 원료의 흡수율 및 절건비중은 각각 7.49wt.%와 2.22gr./㎤으로 나타났다. 이러한 특성을 가지는 폐 콘크리트를 교반식 재생기에 투입하여 모타르를 제거한 잔골재의 흡수율 및 절건 비중은 각각 3.46wt.%와 2.39gr./㎤으로 한국공업규격에 제시된 순환 잔골재 1종 규격에 부합되는 물리적 특성을 나타내고 있음을 알 수 있었다.

상기의 기술은 현장에서 적용이 용이하고 재생 장치가 단순하여 상용화 시 시설비가 저렴할 뿐 만 아니라 생산원가가 저렴하여 순환 잔골재 생산에 커다란 영향을 미칠 것으로 판단된다.

[비교 예]

지금까지 국내외에서 개발된 폐 콘크리트 재생 기술은 앞에서 언급한 바와 같이 경제적 또는 대량생산 등에 문제점이 많아 상용화에 많은 애로를 느끼고 있는 실정이다. 따라서 폐 콘크리트로부터 재생된 순환 잔골재 생산이 거의 없어 기존의 기술과 직접 비교는 곤란한 상태이지만 그 동안 공개된 타사의 제품에 대한 결과와 본 발명에서 처리한 각 광액농도별로 10분 동안 처리한 산물에 대하여 물리적 특성을 조사하여 기재하였다.

구 분 항 목	밀도(gr./㎤)	흡수율(%)	비고
기존의 기술	1.90～2.33	4.2～14.97
발명한 기술	2.21	4.98	광액농도:65%solids
	2.29	3.82	광액농도:70%solids
	2.39	3.46	광액농도:75%solids
	2.31	3.58	광액농도:80%solids

이상의 비교 결과에서도 알 수 있듯이 광액농도에 따라 흡수율 및 밀도에 차이는 있으나 광액농도를 65%-80%solids 범위에서 조절하면서 몰타르를 제거하면 한국공업규격에서 규정하고 있는 1종 순환 잔골재의 흡수율 5% 이하, 밀도 2.2 이상의 규격에는 부합되는 순환 잔골재의 생산이 가능함을 알 수 있었다. 특히, 개발된 기술은 공정이 단순하여 설치비가 저렴하고, 운전 시 가장 많은 영향을 미치는 광액농도에 민감하게 영향을 받지 않는 특성이 있어 경제적이고 대량 생산이 가능한 기술로서 향후 국내 재생골재 생산에 커다란 기여가 예상된다.

본 발명은 1종 순환 잔골재 생산이 가능한 경제적인 기술이다. 본원은 종래의 순환골재에서 몰타르를 완전하게 제거하지 못하여 재생골재로 활용하지 못하고 땅에 매립하므로 2차 오염원을 배출시키는 매립지 부족난을 해소하여 환경오염원의 원천적 제거가 가능하며, 궁극적으로 국내 부족한 골재자원의 확대효과와 부가가치 향상 효과가 기대된다. 본 발명은 상기의 실험분석자료에서 확인할 수 있는 바와 같이 한국공업규격 순환골재 1등급에 해당하는 양질의 순환골재를 제공할 수 있는 여러 가지 장점을 갖는 경제적이고 대량 생산이 가능한 기술로서 향후 국내 재생골재 생산에 커다란 기여가 예상되는 순환 잔골재 생산기술이다.

도 1. 순환골재를 생산하기 위한 종래의 처리 계통도

도 2. 본원 발명의 처리흐름도

도 3. 본원의 교반식 골재 재생기의 특징부

도 4. 본원의 나선형 분급기의 특징부

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

11 : 폐 콘크리트 진동피더 12 : 그리즈리스크린

13 : 죠크러셔 14 : 자력선별기A

15 : 진동스크린A 16 : 송풍기

17 : 수작업선별공정 18 : 콘크러셔

19 : 자력선별기B 20 : 진동스크린B

30 : 토사 40 : 굵은 골재

50 : 잔 골재 60 : 금속류

70 : 에어선별물 100 : 교반식 골재 재생기

101 : 재생기 몸체 102 : 골재 유입부

103 : 배출부 104 : 격벽

105 : 샤프트 106 : 상부날개

107 : 하부날개 200 : 나선형 분급기

201 : 물+골재 투입부 202 : 골재배출부

203 : 경사조절부 204 : 나선형 브레이드

205 : 살수장치 206 : 격자

207 : 익류판 208 : 익류물 저류조

Claims (3)

1. 폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 선별하는 공정을 반복하여 토사와 금속류등을 분리하고 진동스크린을 통해 입도별로 골재를 분리하는 순환골재 생산방법에 있어서;

   상기의 분리된 골재를 교반식 골재 재생기에 투입하여 몰타르를 제거하되 교반식 골재 재생기 내에는 수직의 샤프트에 상하로 서로 대향경사를 갖는 2단의 날개가 설치되어 상단의 날개는 하부로, 하단의 날개는 상부로 향하도록 날개가 부착되어 유동하는 유체 내에서 입자 상호간 또는 기기내의 전단력 및 마찰력이 작용하는 교반을 하고 광액농도 및 교반시간을 조절하면서 골재에 부착된 몰타르를 연속적으로 탈리시키는 공정을 수행하고, 탈리된 모타르와 골재는 나선형 분급기에서 분리시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트를 이용한 순환골재의 생산방법.
2. 제1항에 있어서,

   광액농도는 65 ~ 80 % Solids 범위이며, 교반시간은 5 ~ 20분 범위인 것을 특징으로 하는 폐콘크리트를 이용한 순환골재의 생산방법.
3. 폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 선별하는 공정을 반복하여 토사와 금속류드을 분리하고 진동스크린을 통해 입도별로 골재를 분리하는 순환골재 생산장치에 있어서;

   상기 분리된 골재에 부착된 몰타르를 탈리시키기 위해 수직의 샤프트에 상하로 서로 대향경사를 갖는 2단의 날개가 설치되고 상단의 날개는 하부로 하단의 날개는 상부로 향하도록 날개가 부착되어 강력한 전단력 및 마찰력이 작용하는 교반기능을 갖는 교반식 골재 재생기와, 탈리된 모타르와 골재를 분리하는 나선형 분급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트를 이용한 순환골재의 생산장치.