KR100547590B1

KR100547590B1 - 폐플라스틱을 이용한 섬유보강재의 절단장치

Info

Publication number: KR100547590B1
Application number: KR20030080012A
Authority: KR
Inventors: 최영근
Original assignee: 최영근
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2006-02-01
Also published as: KR20040076570A

Abstract

본 발명은 폐플라스틱을 이용하여 건설자재 분야의 목적에 맞게 재활용하기 위하여 가공한 섬유보강재의 제조공정중에서 절단공정에 사용되는 절단장치에 관한 것으로, 기존의 1)강섬유(Steel Fiber) 2) 유리섬유(Glass Fiber) 3) 나일론(Nylon), 레이온(Rayon), 면 섬유(Cotton Fiber) 4) 폴리프로필렌(Poly Propylene), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene Fiber) 5) 탄소섬유(Carbone Fiber) 대신에 플라스틱류, 폴리프로필렌(Polypropylene)재질 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 재질의 폐플라스틱류 및 음료수통 등을 수거한 후 재생공정을 거친 부재를 일정모양으로 절단하여 콘크리트 몰탈 및 숏크리트내에 혼입함으로써 콘크리트의 균열 발생과 발전을 구속하여 인성(Toughness)을 크게 증가시키고 휨강도, 내충격 및 내마모 특성을 증가시킬 수 있다.

폐플라스틱, 휨강도, 인성, 섬유보강재, Pet병

Description

폐플라스틱을 이용한 섬유보강재의 절단장치{A Cutting device of fiber reinforcing material by using used plastics and being added to concrete mortar by mixing fiber reinforcing material}

도 1은 본 발명의 두루말이형 섬유보강재의 절단장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 두루말이형 섬유보강재의 절단장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

도 3는 본 발명의 다른 실시예인 선형 섬유보강재의 절단장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예인 선형 섬유보강재의 절단장치를 개략적으로 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 절단기에 의해 제조된 섬유보강재를 형상별로 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 두루말이형 섬유보강재의 절단장치

2 : 선형 섬유보강재의 절단장치

10 : 두루말이형 섬유보강재 20 : 제1모터

25 : 주롤러 30 : 절삭날

40 : 하단컨베이어벨트 45 : 제1 이송롤러

47 : 제2모터 49 : 제3모터

50 : 세절톱날 55 : 상단 벨트컨베이어

57 : 제2 이송롤러 60 : 선형 섬유보강재

65 : 메인롤러 70 : 제1롤러

71 : 제2롤러 72 : 제3롤러

73 : 제4롤러 80 : 수조

90 : 압착롤러 100 : 성형롤러

110 : 절단칼날 120 : 섬유보강재 절편

본 발명은 폐플라스틱을 이용한 섬유보강재의 절단장치에 관한 것이다.

일반적으로 몰탈, 콘크리트 보강 목적으로 이용하는 종래 섬유 보강 콘크리트 첨가재로는 1)강섬유(Steel Fiber) 2) 유리섬유(Glass Fiber) 3) 나일론(Nylon), 레이온(Rayon), 면섬유(Cotton Fiber) 4) 폴리프로필렌(Poly Propylene), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene Fiber) 5) 탄소섬유(Carbone Fiber) 등으로서 포장용으로 많이 사용되는 섬유는 강섬유이며, 프로필렌(Propylene), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene Fiber)등은 건조수축 균열의 억제용으로 사용되기도 한다. 또한 탄소섬유 등은 스포츠용품, 유리섬유는 항공기 등에 사용되나 비용이 많이 드는 관계로 도로 포장용으로는 사용되지 않고 있다. 이러한 보강재의 경우 원자재를 이용 가공하는 것으로 생산 비용이 고가이며 강섬유의 경우 비중이 7~8정도로 취급 및 운반이 어려우며 시공과정에서도 여러 가지 문제점을 가지고 있으며 기타 유리섬유 및 플라스틱 섬유의 경우도 비슷한 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점들로 인해 폐플라스틱을 이용한 실시예들이 최근들어 선보이기 시작하였다.

예를들면, 공개번호 특1998-087642호는 서로 다른 융점을 가지는 폐플라스틱류를 재료별로 선별하지 않고 파쇄하여 서로 다른 융점의 중간적인 융점에서 용융시켜서 용융된 매트릭스 속에 용융되지 않은 플라스틱칩으로 구성된 파이버가 혼재되도록 소정의 형태로 성형하여 제작된 것을 특징으로 하는 폐플라스틱을 이용한 구조재 및 그의 성형방법을 소개하고 있으며, 또한 공개번호 특1998-071969호는 혼합된 폐플라스틱에 실란화합물(0.5 내지 2 중량%)과 과산화화합물(0.1 내지 1 중량%)을 섞어 함께 240 내지 260℃ 온도에서 용융시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 조성물과, 실란화합물로는 아미노실란, 알콕시실란, 알킬티타네이트 실란 또는 그 조합군에서 선택되고, 과산화화합물로는 지방족과산화물, 방향족과산화물 또는 그 조합군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 조성물에 대해 소 개하고 있다.

그러나 아직까지 산업현장에 폐플라스틱을 이용하는 것은 상용화되지 못한 상태이고, 특히 산업폐기물인 폐플라스틱을 콘크리트 조성물에 혼합하여 사용하는 방법에 대해서도 요구되어 지는 것이 현실이다.

상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여, 폐플라스틱을 이용하여 건설 자재 분야의 목적에 맞게 재활용하기 위하여 폐플라스틱을 이용한 섬유보강재의 절단장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

현재 시공중인 토목섬유거푸집(Fabric Form)사이에 유동상태의 굳지 않은 모르터를 고압의 펌프 등으로 주입하여 콘크리트 매트를 형성하여 세굴부위를 보수하거나 제방의 침식을 방지하고 기초를 보호하는 토목섬유대공법(Green Slope Soil Nail 공법)에서 주입 모르터에 재생(재활용) 플라스틱 재질을 일정한 형태로 절단하여 내부에 충진, 보강하거나 기본적으로 무근 콘크리트 구조물 축조시 콘크리트에 첨가하여 타설하거나 숏크리트와 혼합 분사하여 철근 보강 효과를 대신할 수 있게 하므로써 무근 콘크리트의 단점을 보완하여 ① 인장강도 증진 ② 인성증진 ③ 내마모성 증진 ④ 내 충격성 향상 ⑤ 균열의 확대 억제 ⑥ 휨, 압축, 할열 인장강도의 제반 강성을 향상하고자 하는 목적으로 하며, 본 발명의 또다른 목적은 기존 통용하는 섬유 보강재를 환경친화적인 폐플라스틱으로 대체 하고자 한다.

상기 기술한 목적을 달성하기 위하여, 수집된 폐플라스틱(pet병, 저밀도 폴 리에스테르, 고밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리프로필렌, 섬유보강플라스틱)을 분쇄하는 분쇄공정과 혼합공정과 압축성형공정과 건조양생공정을 거쳐 생산된 두루말이형 섬유보강재를 절단하는 절단장치에 있어서, 상기 두루말이형 섬유보강재가 감겨있고 일측에 제1모터가 장착된 주롤러와, 상기 주롤러에 감긴 두루말이형 섬유보강재를 일차로 절단하는 절삭날과 제1이송롤러를 축으로 제3모터에 의해 구동되는 하단 벨트컨베이어와, 제2이송롤러를 축으로 하는 상단 벨트컨베이어와, 상기 상단 벨트컨베이어와 하단 벨트컨베이어 사이에 위치하며 제2모터에 의해 구동되는 세절톱날을 포함하는 것을 특징으로 하는 두루말이형 섬유보강재의 절단장치와, 선형 섬유보강재가 말려있는 메인롤러와, 상기 선형 섬유보강재가 얹혀서 이동하게 되는 제1롤러, 제2롤러, 제3롤러 및 제4롤러와, 상기 제2롤러와 제3롤러가 안착되고 물이 저장되어 있는 수조와, 상기 선형 섬유보강재를 압착하는 압착롤러와, 상기 압착된 선형 섬유보강재를 성형하는 성형롤러와 성형된 부재를 절단하는 절단칼날을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 섬유보강재의 절단장치와, 몰탈조성물 100중량%에 대하여 시멘트 70-75중량%, 혼화제 1-10중량%, 폐플라스틱(pet병, 저밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리프로필렌, 섬유보강플라스틱)을 가공하여 절단한 두께가 0.5-2.0mm이며, 길이가 1-8㎝인 섬유보강재 0.1-1.5중량%로 이루어져 무근 구조물이나 철근이 배근 된 경우라도 몰탈이나 콘크리트 및 숏크리트에 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 현장타설용 몰탈조성물을 제공하고자 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

우선 첨부된 도면을 살펴보면, 도 1은 본 발명의 두루말이형 섬유보강재의 절단장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 두루말이형 섬유보강재의 절단장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3는 본 발명의 선형 섬유보강재의 절단장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 선형 섬유보강재의 절단장치를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 절단기에 의해 제조된 섬유보강재를 형상별로 도시한 도면이다.

본 발명에 의해 생산된 섬유보강재를 몰탈에 혼합시, 섬유보강 효과로서 강도증가 효과가 커지며, 구조재료로 사용될 경우의 소요 특성인 인성은 크게 증가된다.(15배 이상) 또한, 일반 콘크리트의 경우 균열발생과 확대로 콘크리트 재료의 침식, 이물질의 침입등으로 보강재 부식, 균열부위 파손 등이 발생하여 내구성에 악영향을 미치나 섬유를 사용하는 경우 균열의 발전과 확대를 구속하여 내구적으로 견실한 콘크리트 포장체로 유지해준다. 또한 포장표층은 섬유 사용시 교통하중에 대하여 내충격 및 내마모성이 향상된다. 즉, ① 인장강도 증진 ② 인성증진 ③ 내마모성 증진 ④ 내 충격성 향상 ⑤ 균열의 확대 억제 ⑥ 휨, 압축, 할열 인장강도 등이 증가함을 알 수 있다.

본 발명의 두루말이형 섬유보강재의 절단장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도인 도1과, 단면도인 도 2를 살펴보면, 수집된 폐플라스틱(pet병, 저밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리프로필렌, 섬유보강플라스틱)을 분쇄하는 분쇄공정과 혼합공정과 압축성형공정과 건조양생공정을 거친 후 생산된 두루말이형의 섬유보강재를 절단하는 절단장치의 구조에 대해 도시되어 있으며, 그 구조는 두루말이형 섬유보강재(10)가 감겨있고 일측에 제1모터(20)가 장착된 주롤러(25)와, 상기 주롤러(25)에 감긴 두루말이형 섬유보강재(10)를 일차로 절단하는 절삭날(30)이 형성되고, 제1이송롤러(45)를 축으로 제3모터(49)에 의해 구동되는 하단 벨트컨베이어(40)와, 제2이송롤러(57)를 축으로 하는 상단 벨트컨베이어(55)와, 상기 상단 벨트컨베이어(55)와 하단 벨트컨베이어(40) 사이에 위치하며 제2모터(47)에 의해 구동되는 세절톱날(50)으로 구성되어 있다. 상기 절단장치로 생산된 2-8㎝ 크기의 섬유보강재 절편(120)은 도5에 도시된 바와 같이 여러형상으로 제작되게 된다.

그리고 본 발명의 다른 실시예인 선형 섬유보강재의 절단장치를 개략적으로 도시한 단면도인 도3과, 사시도인 도4에서 알 수 있듯이, 선형 섬유보강재(60)가 말려있는 메인롤러(65)와, 상기 선형 섬유보강재(60)가 얹혀서 이동하게 되는 제1롤러(70), 제2롤러(71), 제3롤러 (72) 및 제4롤러(73)와, 상기 제2롤러(71)와 제3롤러(72)가 안착되고 물이 저장되어 있는 수조(80)와, 상기 선형 섬유보강재(60)를 압착하는 압착롤러(90)와, 상기 압착된 선형 섬유보강재(60)를 성형하는 성형롤러(100)와 성형된 부재를 절단하는 절단칼날(110)로 구성되어 있다.

상술한 절단장치로 생산된 섬유보강재 절편(120)은 건축이나 토목공사의 콘크리트나 숏크리트에 혼합하여 사용하게 되는 바, 몰탈조성물 100중량%에 대하여 시멘트 70-75중량%, 혼화제 1-10중량%, 폐플라스틱(pet병, 저밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리프로필렌, 섬유보강플라스틱)을 가공하여 절단한 0.5-2.0mm이며, 길이가 1-8㎝인 섬유보강재 0.1-1.5중량%로 이루어져 무근 구조물이나 철근이 배근 된 경우라도 몰탈이나 콘크리트 및 숏크리트에 혼합하여 사용하게 된다.

또한 연구실에서 실시한 실내 시험 결과 압축강도의 경우 섬유혼입량에 따른 압축강도의 변화를 비교·분석하였고 실험적으로 검증하였다. 실험은 재령 28일 강도를 기준으로 행해졌다. 그림 1에서 알 수 있듯이 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유가 0%, 0.1%, 0.3%, 0.5% 중 0.1%에서 가장 높은 압축강도 발현이 나타났다. 이 값은 무보강 계열보다는 약 32%의 높은 압축강도 값을 나타내는 것이고 0.3, 0.5%의 계열보다는 20∼23%의 높은 압축강도 값을 나타낸다.

섬유 종류별로 분석하였을 때, 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합섬유 배합을 1로 보았을 때, 강섬유 혼입 배합은 약 1.45배, 폴리프로필렌 배합은 1.13배의 압축강도 증진을 나타내었다.

또한 인장강도 역시 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유가 0.1%의 계열에서 가장 높은 강도값을 나타낸다. 이는 무보강계열(0%)보다는 29%가 높은 값이며, 0.3, 0.5%의 계열보다는 11∼23%의 강도 증진 효과를 보였다.

인장강도는 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유와 폴리프로필렌 섬유의 배합에서는 우열을 가릴 수 없을 정도로 인장강도의 값이 비교적 비슷하게 나타났고, 강섬유 배합은 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유 배합의 인장강도에 비해서 약 34.6%의 증진을 보였다.

휨 인성평가 분석경과는 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유와 같은 섬유보강을 한 모르터는 모르터내의 인장 저항성을 개선하고 균열저항성을 증가시킨다. 연성 즉 인성을 확보하는 것은 변형에너지를 크게 확보한다는 의미로 구조물의 취성적 파괴를 방지할 수 있음을 의미한다. 이때 인성이라는 것은 하중-변위 곡선(응력-변형률 곡선)의 면적으로 표현될 수 있고, 이 면적으로 인성이 정량화 될 수 있다.

인성 평가방법에는 ACI, ASTM 등에서 제안하는 방법이 있다.

이상에서 기술한 바와 같이 대부분의 인성지수를 구하는 방법은 초기 균열점을 하중-처짐 곡선하의 비례 한도점으로 잡고 있으나, 콘크리트는 정확한 비례한도점을 나타내고 있지 않기 때문에 그 점을 찾는 것이 대단히 어려운 일이다. 같은 재료, 같은 시험편에 있어서도 그 점은 상당히 다르게 나타날 수 있어 얻고자 하는 인성지수에 상당한 영향을 줄 수 있다.

표는 각 계열별 휨인성지수를 ASTM, ACI 방법에 의한 결과이고, 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유 보강의 계열에서는 곡선의 인성효과가 뚜렷이 나타나고 있음을 알 수 있다.

Fiber contents(%)	ASTM method			ACI method
Fiber contents(%)	I ₅	I ₁₀	I ₃₀	ACI method
0%	5.83(1.00)	8.21(1.00)	8.89(1.00)	9.56(1.00)
PET 0.1%	8.31(1.43)	13.79(1.67)	15.98(1.80)	20.36(2.13)
Steel 0.1%	8.88(1.52)	22.55(2.75)	35.25(3.97)	36.55(3.82)
PP 0.1%	8.52(1.46)	18.57(2.26)	29.63(3.33)	24.87(2.60)
PET 0.3%	5.34(0.92)	15.02(1.83)	19.73(2.22)	21.55(2.25)
Steel 0.3%	8.22(1.41)	28.95(3.53)	40.12(4.51)	75.36(7.88)
PP 0.3%	7.53(1.29)	20.33(2.48)	32.75(3.68)	29.63(3.10)
PET 0.5%	6.12(1.05)	9.78(1.19)	14.78(1.66)	18.01(1.88)
Steel 0.5%	7.98(1.37)	24.12(2.94)	36.53(4.11)	45.23(4.73)
PP 0.5%	7.88(1.35)	12.38(1.51)	20.78(2.34)	21.14(2.21)

표2 각 계열별 휨인성지수 결과재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유, 철(Steel), 폴리프로필렌 섬유가 모르타르 체적에 대해서 각각 0%, 0.1%, 0.3%, 0.5%로 보강된 하중-변위 곡선을 나타낸다. 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유는 0.5%의 섬유 보강 배합에서 가장 높은 인성효과를 보일 것이라고 예상하였지만, 실험결과 0.3%에서 가장 높은 인성효과를 보였고, 다음은 0.1%와 0.5%의 순으로 나타났다. 물론 무보강 배열에 대해서는 많게는 125%의 인성효과를 나타내기도 하였다. 전체적으로 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유와 PP섬유 보강은 대체적으로 20%내외의 편차를 갖는 인성효과를 나타내고 있었으며, 강섬유 보강의 인성효과는 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유와 PP에 비해 월등히 좋은 효과를 나타내었다. 결론적으로, 무보강 배합에 대해서 재활용 플라스틱을 활용하여 가공한 혼합 섬유의 배합은 인성효과가 뚜렷히 나타났고 섬유의 형태에 따라서 달라지겠지만, 위의 실험에서 제시한 섬유형태에서의 인성효과가 가장 뚜렷한 혼입률은 시편 체적의 0.1%∼0.3%였다.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 절단장치는 제작에 많은 비용이 소요되 지 않음과 동시에 섬유보강재 절편을 대량생산 할 수 있으며, 또한 주입 모르터에 재생(재활용) 플라스틱 재질을 일정한 형태로 절단한 섬유보강재 절편을 내부에 충진, 보강하거나 기본적으로 무근 콘크리트 구조물 축조시 콘크리트에 첨가하여 타설하거나 숏크리트와 혼합 분사하여 철근보강 효과를 대신할 수 있게 하므로써 무근 콘크리트의 단점을 보완하여 ① 인장강도 증진 ② 인성증진 ③ 내마모성 증진 ④ 내 충격성 향상 ⑤ 균열의 확대 억제 ⑥ 휨, 압축, 할열 인장강도의 제반 강성을 향상시킬 수 있게 되었다. 그리고 폐플라스틱을 이용 재생가공하여 적절한 품질을 가지는 재활용 제품을 제조하였기 때문에 소각하거나 매립하는데 발생되는 비용을 줄일 수 있고 이에 따른 폐기물에 의한 환경 오염을 감소시킬 수 있다.

Claims

수집된 pet병, 저밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리에스테르, 고밀도 폴리프로필렌, 섬유보강플라스틱중에서 어느 하나를 선택하여 분쇄하는 분쇄공정과 혼합공정과 압축성형공정과 건조양생공정을 거쳐 생산된 두루말이형 섬유보강재를 절단하는 절단장치에 있어서,

상기 두루말이형 섬유보강재(10)가 감겨있고 일측에 제1모터(20)가 장착된 주롤러(25)와, 상기 주롤러(25)에 감긴 두루말이형 섬유보강재(10)를 일차로 절단하는 절삭날(30)과 제1이송롤러(45)를 축으로 제3모터(49)에 의해 구동되는 하단 벨트컨베이어(40)와, 제2이송롤러(57)를 축으로 하는 상단 벨트컨베이어(55)와, 상기 상단 벨트컨베이어(55)와 하단 벨트컨베이어(40) 사이에 위치하며 제2모터(47)에 의해 구동되는 세절톱날(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱을 이용한 두루말이형 섬유보강재의 절단장치.
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