KR100560042B1 - 폐콘크리트 미분말을 이용한 재생골재 제조방법 및그로부터 제조된 재생골재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐콘크리트 분쇄/분급 공정시 발생되는 폐미분말을 상온에서 성형체로 성형한 후 개질 유황 코팅액을 사용하여 코팅함으로써 건설현장에서 사용할 수 있는 재생골재를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 재생골재에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 방법은 폐콘크리트 미분말을 제공하는 단계, 상기 미분말과 시멘트 혼합물을 상온에서 구형 또는 펠렛 형태로 성형하는 단계, 상기 성형된 성형체를 건조시키는 단계 및 개질 유황 코팅액을 사용하여 상기 건조된 성형체를 코팅하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 폐콘크리트에서 발생되는 폐미분말을 상온에서 성형하여 코팅함으로써 다시 건설현장에 사용할 수 있는 우수한 물성을 갖는 재생골재를 생산할 수 있기 때문에 폐자원 재활용과 환경오염을 최소화하는 효과를 기대할 수 있다.

재생골재, 개질 유황, 성형, 미분말, 시멘트, 코팅, 건축

Description

폐콘크리트 미분말을 이용한 재생골재 제조방법 및 그로부터 제조된 재생골재{Manufacturing Method of Recycled Aggregate from Dust of Waste Concrete and Recycled Aggregate Produced Therefrom}

도 1은 본 발명의 제조방법을 나타낸 공정도.

본 발명은 폐콘크리트의 미분말을 이용한 재생골재 제조방법 및 이로부터 제조된 재생골재에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 폐콘크리트 분쇄/분급 공정시 발생되는 폐미분말을 상온에서 성형체로 성형한 후 코팅함으로써 건설현장에서 사용할 수 있는 재생골재를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 재생골재에 관한 것이다.

현재 국내외에서는 재건축, 재개발 사업에 따라 발생되는 폐콘크리트량이 갈수록 증가하고 있고 이러한 폐콘크리트를 재활용하기 위하여 폐콘크리트를 분쇄/분급/수쇄 등의 공정을 거쳐서 재생골재를 생산하는 공정에서 폐미분말 (이하 "미분말"이라 칭한다)이 다량 발생하나, 이미 오랜 시간 동안 탄산화가 진행된 미분말이어서 일정한 강도를 발휘할 수 있는 수경성을 발휘하지 못하므로 전량 폐기되고 있 는 실정이다.

이와 같은 미분말을 재활용하기 위한 연구가 국내외에서 시도되고 있는데 개발된 기술들은 다음과 같다.

미분말을 1300℃ 이상의 고온에서 용융하여 비정질을 유지한 채 냉각물을 분쇄하여 골재를 제조하는 방법 (일본 특개2000-72501호), 미분말을 약 700℃ 정도에 온도에서 수시간 동안 열처리하여 CaCO₃에서 CaO 형태로 복원시킴으로써 다시 수화성을 회복시켜 재생 시멘트 (대한민국 특허공고 제10-0379697호) 또는 시멘트 클링커 원료로 사용하는 기술 (일본 특허 공개 제2003-313056호) 등과 미분에 단순히 시멘트나 혼화제 등을 첨가하여 골재를 제작하여 고유동 및 저분리성 콘크리트를 제조하는 방법 (일본특허 특허공개 제2003-2724호, 특허공개 평8-151248호)이 개시되어 있다.

그러나, 현재까지의 기술은 열처리를 실시하기 위하여 막대한 시설비를 요구되고, 고가의 혼화제 등을 첨가하여도 실제로 시멘트에 혼합되어서 사용할 수 있는 미분말의 첨가량이 제한되고 있는 실정이다.

또한, 과거에는 미개질된 유황 (보통 유황)과 골재를 가열 혼합하여 유황 콘크리트를 제작하였으나 장기적인 내구성 등에 문제가 있음이 밝혀졌고, 따라서 유황 콘크리트의 품질향상과 상업적 이용을 위해서는 부적절한 것으로 판명되었다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고가의 혼화제를 첨가 하지 않고 고온에서 열처리를 실시하지 않으면서도 우수한 재생골재를 폐콘크리트 미분말로부터 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 미분말을 상온에서 상이한 공정을 이용하여 성형한 후, 성형체를 개질 유황 코팅액을 사용하여 코팅함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 폐콘크리트 분쇄/분급 공정시 발생되는 폐미분말을 상온에서 성형한 후 개질 유황 코팅액을 사용하여 코팅함으로써 건설현장에서 사용할 수 있는 재생골재를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 재생골재를 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 미분말을 이용하여 재생골재를 제조하는 방법은

폐콘크리트 미분말을 제공하는 단계,

상기 미분말과 시멘트 혼합물을 상온에서 구형 또는 펠렛 형태로 성형하는 단계,

상기 성형된 성형체를 건조시키는 단계 및

개질 유황 코팅액을 사용하여 상기 건조된 성형체를 코팅하는 단계

를 포함한다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저 폐콘크리트를 미분말화하여 출발물질을 준비하는 단계는 폐콘크리트를 재활용하기 위하여 기존에 사용되고 있는 공지의 방법 중 분쇄/분급만을 행하고 세척공정은 생략해도 가능하다. 즉, 분쇄된 폐콘크리트에서 미분말, 예를 들어 직경 0.15 mm 이하의 미분말과 0.15 mm 초과의 골재로 분리하여 상기 분리된 미분을 사용하면 가능하다. 그러나, 본 발명의 출발물질인 미분말의 입도크기를 굳이 한정시킬 필요는 없고, 성형기 내에서 성형이 이루어질 수 있는 직경이면 가능하다.

또한, 본 발명에 사용되는 미분말은 폐콘크리트 미분말 뿐만 아니라 석재 가공업소에서 배출되는 석분 등과 같은 미분말을 포함하는 것으로서, 미분말이면 어느 종류든지 골재 제조시 원료로 사용해도 무방하다.

미분말을 상온에서 구형 또는 펠렛으로 성형하는 단계는 미분말 자체가 오랜 시간 탄산화되어서 경화성이 매우 약한 물질이기 때문에 재생골재로서의 특성을 부여하기 위해 압출 공정 또는 펠레타이저(pelletizer)를 이용하여 실시하는 것이다. 인공적으로 골재를 제조할 때에 골재가 가지고 있는 물성 중 강도 특성을 재료공학적 관점에서 최대값으로 발현시키기 위하여는 구형으로 성형을 하여야 되는데 이를 위해서 펠레타이저를 이용하여 성형하는 방법이 있는데, 이와 같은 성형방법은 구형으로의 형상은 양호하나 단위시간당 생산효율을 높이기 위해서는 압출기를 사용하여 연속공정으로 제조하는 것이 더 바람직하다.

본 발명의 일실시태양에서는, 압출기를 이용하여 성형 공정을 수행하는데, 미분말에 시멘트를 물과 같이 혼합하여 압출한 후, 압출기 다이 끝부분에 절단기, 예를 들어 압축공기 절단기를 부착하여 압출물을 일정한 크기로 절단한다. 이때 압출공정시 미분말과 시멘트의 유동성을 양호하게 하기 위하여 첨가제를 첨가할 수 있고, 상기 첨가제의 바람직한 예는 가소성 점토류, 플라이애쉬, 메틸셀룰로스, 물유리 등을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 또한, 절단된 압출물을 펠레타이저 내에서 굴려서 완전 구형으로 성형한 다음에 건조공정을 행할 수도 있다.

상기 미분말에 시멘트를 물과 같이 혼합할 때, 미분말 대 시멘트의 혼합 비율이 90:10 내지 10:90이고, 물은 미분말 입도 및 분포도와 시멘트 첨가량에 따라 결정되며, 예를 들어 전체 배합물 총량 기준으로 20 내지 50 중량%일 수 있다.

절단된 성형체는 상온 내지 약 200 ℃, 바람직하게는 절단된 성형체를 미리 예열시켜 코팅 조건이 균일하게 이루어지도록 약 120℃ 내지 140℃로 유지되는 콘베이어 벨트 내부로 이동하면서 건조되고 잠열을 보유하고 있는 상태로 콘베이어 라인 끝에 설치되어 있는 코팅반응조 내부를 통과하면서 코팅작업이 이루어진다.

성형된 성형체는 물유리, 콜로이드 실리카졸, 개질 유황 등의 코팅액을 이용하여 코팅하는데, 본 발명에서는 개질 유황을 제조하여 사용하였다. 유황 코팅액을 제조하는데 사용되는 유황은 분말상, 플레이크상 또는 용융 유황을 사용해도 무방하나, 석유정제시 부산물로 배출되는 유황에 올리고머 등을 첨가하여 제조할 수 있다.

구체적으로, 국내 정유공장에서 부산물로 배출되고 있는 유황과 석유화학 공장에서 부산물로 배출되고 있는 싸이클로펜타디엔 올리고머와 시약급 디싸이클로펜타디엔 (DCPD)를 사용하여 공지된 방법에 따라 개질 유황을 제조할 수 있다.

본 발명의 일실시태양에 따르면, 싸이클로펜타디엔 올리고머와 디싸이클로펜타디엔을 50:50의 부피피로 혼합하고, 유황 100 부피%를 기준으로 5%의 상기 혼합물을 유황과 고온, 예를 들어 120℃ 내지 180℃에서 항온 유지되는 반응기에서 혼합반응시켜 개질 유황을 합성하고, 이 개질 유황액을 상온에서 냉각하여 플레이크 (flake) 상태로 보관하다가 코팅작업시 플레이크 덩어리들을 다시 130℃로 녹여서 코팅액으로 사용할 수 있다. 코팅작업시 코팅액은 120℃ 내지 150℃를 유지하면서 사용하는데, 유황의 용융온도와 작업유동성을 감안하여 약 130℃ 온도를 일정하게 유지할 수 있는 항온조 내에서 행하는 것이 바람직하다.

상기 용융 상태의 개질 유황액 항온조는 콘베이어 라인 끝부분에 설치되고, 이 항온조 내부로 건조가 완료되면서 잠열을 보유하고 있는 상태의 성형체가 통과되면서 코팅이 이루어지게 된다.

코팅 시간은 경제성 측면에서 약 10분 내외가 바람직하지만, 구형체의 기공율과 직경 등을 감안하여 임의로 결정할 수 있다.

코팅이 끝난 성형체는 약 5분 내에 경화가 완료되어 지면에 강하게 내리칠 경우에도 깨지지 않고 튀어 올라올 수 있는 정도의 탄력성과 초기강도를 발휘할 수 있는 재생골재로서 제조된다.

본 발명에 따른 재생골재는 조골재로 이용해도 좋고, 조골재와 함께 사용되는 세골재의 형태로 이용해도 좋다. 조골재로 이용하는 경우에는 골재크기가 5 내지 20 ㎜ 정도가 적당하고 조골재와 함께 세골재로 이용하는 경우에는 5 ㎜ 이하가 바람직하다. 그러나 현재까지도 재생골재를 사용하고 있는 현장에서는 재생골재 사용에 따른 장기적 내구성에 대한 검증사례가 없기 때문에 재생골재와 천연골재를 일정량 같이 사용하고 있는 실정이므로, 용도별로 쓰이는 골재에 크기를 굳이 한정시킬 필요는 없다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

<실시예 1 내지 3>

폐콘크리트 재활용 업체에서 직경 0.15 mm 이하의 미분말을 입수하고, 이 미분말을 표 1에 나타낸 바와 같은 양으로 시멘트와 배합하고, 여기에 전체 배합물 총량 기준으로 실시예 1의 경우 37%, 실시예 2의 경우에는 34%, 실시예 3의 경우에는 30%의 물을 첨가하여 혼합한 후 호퍼를 통하여 2축 스크류 압출기 (유성기업 제품)에 주입하고 압출작업을 실시하였다. 압출된 혼합물을 다이 끝에 부착되어 있는 압축공기 절단기를 이용하여 약 10 ㎜ 크기로 절단하였다.

PID 방식으로 일정한 온도가 유지되는 항온조（실리콘 오일을 열매로 사용）내에 6,000 ml용 3구 (가운데 구멍은 45/50 조인트를 장착한 독일산 IKA 임펠러가 설치되어 있고, 다른 구멍 하나는 24/40 조인트용 콘덴서가 끼워져 있고 마지막 구멍은 올리고머와 DCPD를 투입하는 구멍으로 구성되어 있음) 모양의 유리 반응기를 제작하였다.

이 반응기 내에 공업용 분말유황 4,000 g을 투입한 후 온도를 서서히 올리면서 130℃에서 액상으로 녹인 후 믹서기에 임펠러를 교반시키면서 싸이클로펜타디엔 올리고머 100 cc를 약 5 내지 10분 내에 투입하였다. 이어서, 약 10분 후에 DCPD 100 ㏄를 투입한 후, 발열반응으로 반응기 내부에 액상물 온도가 130℃에서 약 145℃ 정도까지 상승되는 점에 유의하면서 반응온도를 140℃로 유지하면서 교반을 진행하였다. 약 ４시간이 경과하면 약간의 점성이 생기는데 이때에 반응을 종료시켰다． 만약 반응액 온도가 160℃ 정도까지 상승하면 반응액 색상이 검은색으로 변함과 동시에 일시에 점도가 상승하면서 경화되어 반응기가 손상을 입게 된다.

상기 절단된 성형체를 약 130℃로 유지되는 콘베이어 벨트 내부로 이동하면서 건조되면서 잠열을 보유하고 있는 상태로 콘베이어 라인 끝부분에 설치되어 있는 코팅 반응조 내부를 통과시켰다. 이 반응조는 약 130℃가 유지되는 상기 제조한 코팅용액을 포함하며, 약 10분간 통과하면서 코팅시킨 후 상온에서 냉각하여 재생골재를 얻었다.

<실시예 4>

실시예 2와 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 코팅시간을 1분으로 하여 코팅을 수행하였다.

<실시예 5>

실시예 2와 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 코팅시간을 5분으로 하여 코팅을 수행하였다.

<실시예 6>

실시예 2와 동일한 방식으로 성형체를 제조하되, 코팅시간을 30분으로 하여 코팅을 수행하였다.

<시험예>

상기 실시예에서 제조된 재생골재의 물성을 측정하기 위하여 밀도, 흡수율 및 압축강도 등을 측정하였다.

흡수율은 건조 후에 무게 측정시 더이상 무게가 감소되지 않는 일정한 무게값, 즉 항량이 될 때까지 건조한 골재의 무게를 건조무게로 정하고 수돗물에 하루 동안 함침시킨 후에 꺼내어 골재 표면의 물기를 젖은 수건으로 부드럽게 닦은 후에 측정한 무게를 함침무게로 하여 측정하였는데, 건조된 골재표면을 통하여 골재 내부 속으로 들어간 물의 양을 환산하여 계산하였다. 밀도는 무게에 대한 부피비로 측정하는데 항량이 될 때까지 건조시킨 골재무게를 측정한 후 실린더에서 물부력 원리를 이용하여 측정하였고, 수중 측정법과는 약간의 편차를 일으킬 수 있다.

압축강도 시험편은 시멘트 1：잔골재 (폐재생골재) 2：제조한 재생골재 2의 배합비로 혼합하여 직경 100 ㎜ x 길이 200 ㎜ 실린더 형상의 콘크리트 공시체를 KSF 2403 (콘크리트의 강도시험용 공시체 제작방법)에 준하여 제작하였다. 제조한 콘크리트 공시체를, 23℃, 상대습도 90%가 유지되는 항온항습기 내에서 1일 양생한 후 탈형하여, 시험편을 20℃ 정도가 유지되는 수돗물에서 수중 양생한 후 KSF2405 (콘크리트에 압축강도 시험방법)에 준하여 만능시험기 (UTM)를 사용하여 28일 강도를 측정하였다.

상기 측정 결과를 하기 표 １에 나타내었다.

	미분말 (wt%)	시멘트 (wt.%)	코팅시간 (분)	밀 도 (gr/㎤)	흡수율 (%)	압축강도 (kg/㎠)	외관 검사
실시예 1	90	10	10	1.91	0.59	450	양호
실시예 2	80	20	10	2.07	0.51	510	양호
실시예 3	70	30	10	2.14	0.44	540	양호
실시예 4	80	20	1	1.85	0.85	310	보통
실시예 5	80	20	5	1.90	0.62	506	양호
실시예 6	80	20	30	2.01	0.52	520	양호

표 １에서 알 수 있는 바와 같이, 미분말 상태보다 미분말을 재생골재로 제조한 후에 물성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.

미분말을 수거한 상태로 본 발명자들이 측정한 밀도와 흡수율은 각각 1.42, 26.39%인 반면, 실시예 1 내지 6에 따라 재생골재화하여 코팅한 후에 각각 1.85 내지 2.14로, 0.85% 내지 0.44%로 대폭 개선되었다. 특히 흡수율은 거의 1% 이하를 나타내는데 이것은 일반 쇄석과 거의 같은 흡수율 범위를 보여주고 있다.

밀도값은 시멘트량이 증가할수록 증가되는 전형적인 현상을 보이고 있는데 이것은 재생골재를 사용되는 용도에 따라서 조절하여 생산할 수 있음을 의미한다. 압축강도 결과도 시멘트량에 따라 비례하나 변화량이 크지는 않아 보인다. 목측으로 관찰한 외관검사는 대체적으로 양호하나 코팅시간이 1분인 실시예 4의 경우에서만 표면이 다소 매끄럽지가 않고 아직 반응이 덜 된 상태를 보여준다.

생산성을 고려한 최적의 조건은 미분말 90 중량%에 시멘트 10%를 첨가하여 압출한 후에, 코팅시간을 10분 이내로 하는 것이 경제적인 것으로 보인다. 코팅시간은 구형체의 기공율과 직경 및 생산성 등을 감안해야 하므로 적절하게 조절될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 폐콘크리트에서 발생되는 폐미분말을 상온에서 성형하여 코팅함으로써 다시 건설현장에 사용할 수 있는 우수한 물성을 갖는 재생골재를 생산할 수 있기 때문에 폐자원 재활용과 환경오염을 최소화하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 폐콘크리트 미분말을 제공하는 단계,

   상기 미분말과 시멘트 혼합물에 메틸셀룰로오스 및 물유리를 첨가한 후 상온에서 구형 또는 펠렛 형태로 압출 성형하는 단계,

   상기 성형된 성형체를 건조시키는 단계 및

   개질 유황 코팅액을 사용하여 상기 건조된 성형체를 코팅하는 단계

   를 포함하는, 미분말을 이용하여 재생골재를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 개질 유황 코팅액이 싸이클로펜타디엔 올리고머와 디싸이클로펜타디엔 혼합물을 유황과 반응시켜 제조된 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 미분말과 시멘트 혼합물에 유동성 개선을 위해 가소성 점토류 또는 플라이애쉬를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 미분말 대 시멘트의 혼합 비율이 90:10 내지 10:90인 방법.
6. 삭제

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