KR100869188B1 - 폐콘크리트 재생골재를 사용한 미분 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐콘크리트 재생골재를 사용한 미분 제조 방법에 대한 것으로써, 더욱 상세하게는 폐콘크리트 재생골재의 크기를 74㎛이하로, 흡수율이 5~6wt%인 미분이 되게 하여 활성과 점성을 좋게 만들어 점착성과 가소성을 확보한 폐콘크리트 미분의 제조방법에 대한 것이다. 본 발명은 폐콘크리트 재생골재를 분쇄하는 단계(S10); 분쇄된 재생골재 입자 중에서 철강재 폐기물을 제거하는 단계(S20); 재생골재를 입경 5mm이하의 입자로 반복 파쇄하는 단계(S30); 입경 5mm이하의 입자중에서 굵은 골재를 분리하는 단계(S40); 굵은 골재가 분리된 입자중에서 잔골재를 선별, 분리하는 단계(S50,S60); 잔골재가 제거된 입자에 세척수를 더하여 부유물을 분리하는 단계(S70); 부유물이 제거된 입자를 침전 농축조에서 약품 처리 및 침전시키는 단계(S80); 침전 농축조에서 침전된 슬러지상태의 입자가 사일로로 보내져서 저장되는 단계(S90);및 슬러지상태의 입자가 압착되어 폐콘크리트 미분으로 배출되는 단계(S100);를 포함하는 것을 특징한다.

페콘크리트 미분, 상하수도, 충전재.

Description

폐콘크리트 재생골재를 사용한 미분 제조 방법{Method of Making Fine Particles Using Recycling concrete}

본발명은 폐콘크리트 재생골재를 사용하여 미분을 제조하는 방법에 대한 것으로써, 더욱 상세하게는 크기를 74㎛이하로, 흡수율이 5~6wt%이 되게 하여 활성과 점성을 좋아진 폐콘큰리트 미분의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 상수도 이중관 시공의 경우 외관과 내관의 사이에 모르타르를 사용할 경우에는 모르타르를 구성하는 잔 골재의 점성 및 가소성의 결여로 완전충진의 어려움 이 따른다. 이러한 모르타르로 주입 충진하여 압송하는 경우의 배합비는 중량비 시멘트(1): 물(0.8):잔골재(3)를 기준으로 하도록 상수도 시방서에 규정되어 있다(상수도 시방서, 1990).

하지만 이 시방서에는 충진을 하는 경우 모르타르 1:3 배합 및 주입압력은 0.3MPa이하를 표준으로 하는 것외에는 특별한 규정이 없다. 그리고 강도 측면에서도 외관이 강관으로 되어 있어서 내관을 보호 및 지지하는 관은 외관이 그 역할을 한다. 따라서 압축콘크리트의 시공에 요구되는 만큼의 높은 강도가 요구되는 것은 아니다. 이러한 것을 보완하는 충전재의 경우에도 지지하는 역할을 하나 내관이 흔들리는 것을 방지하기 위해 고정시키는 것을 주된 목적으로 한다.

도 1은 종래의 상하수도 내외관에 충전재의 주입과정을 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 내관(20)과 외관(10)의 사이에 충전재주입관(30)을 삽입하고 이러한 충전재 주입관(30)을 통해서 충전재를 삽입한다.

현재 시공에서는 시멘트와 잔골재의 중량비를 1:3으로 하여 유압펌프(35)를 이용하여 시공을 하는 방법을 사용한다. 이러한 모르타르의 점착력은 낮으며, 표준 주입압력인 0.3MPa으로 주입하는 경우에 실제로 장거리 압송으로 충전재 주입관(30)에서 많은 압력손실이 발생하기 때문에 주입 토출구(31)에서는 압력분사가 아닌 레미콘에서 모르타르가 나오는 압력 수준으로 나온다. 이러한 종래의 추진방법에서는 상수도관을 50~100m 추진한 후에 양쪽 끝단을 막고, 한쪽 끝단 상부에 구멍을 뚫어서 충전재 주입관(30)을 조금씩 빼내어 주입한다. 이런 방식으로 다른 한쪽까지 충진하고, 주입구멍을 막으면, 충진이 완료된다.

하지만 이러한 압력으로는 모르타르는 어느 정도 충진은 되지만, 충진 공간의 윗부분은 채워지지가 않는 현상이 발생한다. 왜냐하면, 한쪽을 충진할 때 처음에는 거의 상수도 내외관(10,20)의 상면까지 충진이 되지만, 계속 주입하면 모르타르의 상부쪽이 허물어져서 상부는 차지않고 약 1/3 정도의 빈공간을 남긴 채 충진이 완료된다.

이러한 충진의 부족이 발생하는 원인은 모르타르의 점착력이 낮기 때문이라고 판단되며, 이에 맞추어 장거리의 압송에도 불구하고 모르타르의 상부가 무너지지 않는 충전재의 개발이 절실한 실정이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 안출한 것으로써, 폐콘크리트 재생골재를 분쇄하고 불순물을 제거하는 방법으로 균일한 특성을 갖는 콘크리트 미분을 제공하고자 하는 것이 본 발명의 제 1목적이다.

본 발명의 제 2목적은 이러한 특성을 보이는 폐콘크리트 미분을 사용하여 가소성, 강도 특성을 만족하는 주입충전재를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3목적은 폐콘크리트 미분을 사용하여 고가의 시멘트 사용량을줄이고 대량의 상하수도관의 충전을 하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예 들로부터 더욱 분명해질 것이다.

본 발명에 따른 폐콘트리트 재생골재를 사용하여 미분을 제조하는 방법은 폐콘크리트 재생골재를 분쇄하는 단계(S10); 분쇄된 재생골재 입자 중에서 철강재 폐기물을 제거하는 단계(S20); 재생골재를 입경 5mm이하의 입자로 반복 파쇄하는 단계(S30); 입경 5mm이하의 입자중에서 굵은 골재를 분리하는 단계(S40); 굵은 골재가 분리된 입자중에서 잔골재를 선별, 분리하는 단계(S50,S60); 잔골재가 제거된 입자에 세척수를 더하여 부유물을 분리하는 단계(S70); 부유물이 제거된 미분을 침전 농축조에서 약품 처리 및 침전시키는 단계(S80); 침전 농축조에서 침전된 슬러지상태의 입자가 사일로로 보내져서 저장되는 단계(S90);및 슬러지상태의 입자가 압착되어 폐콘크리트 미분으로 배출되는 단계(S100);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 슬러지 상태의 미분은 소형 로터리 킬른에서 가열하여 건조 미분을 생산하는 단계를 더 포함하고 있다.

특히, 위의 수처리방법 중에 침전농축조에 제공되는 약품은 준비용 탱크와 사용탱크로 구성되어 있는 약품 공급장치에서 공급된다.

특히, 침전농축조에 제공되는 약품은 수산화나트륨과 황산알루미늄으로 구성된 응집침강제이다.

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본 발명에 따른 미분의 제조방법에 따르면 세척수와 압축공기를 이용하여 폐콘크리트 재생골재에 포함되어 있는 각종 부유물과 섬유사를 제거하고 균일한 입도를 갖는 폐콘크리트 미분의 제공이 가능하다.

또한 이러한 방법으로 제조된 폐콘크리트 미분을 사용한 주입충전재의 경우에는 점착성이 우수하여 상하수도 내외관의 주입충전재로 사용할 때 공극이 형성되지 않는다. 게다가 점착성과 가소성이 우수하므로 장거리 수송에도 불구하고 상부측이 무너지지 않고 상하수도 내외관에 대한 완전 주입충전이 가능하다.

뿐만 아니라, 주입 충전재의 경우 콘크리트를 주입하지 못하기 때문에 발생하는 현상인 강도저하현상에 대하여 적은 양의 시멘트와 미분을 혼합하는 방법을 사용하여 지지력을 확보할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
<폐콘크리트 미분의 제조방법>

도 2는 본 발명에 따른 폐콘크리트 재생골재로부터 폐콘크리트 미분을 얻어내는 수처리과정을 보여주는 절차도이다. 먼저 폐콘크리트 재생골재를 분쇄하는 작업을 수행한다(S10). 이러한 1차적인 조분쇄과정은 조크러셔에 의해 이루어지게 된다. 이처럼 조크러셔에 의해 분쇄된 40mm이하의 재생골재는 자선기로 투입된다. 자선기는 자석의 성질을 이용하여 철강재폐기물을 제거하는 장치이다(S20). 이러한 자선기에서 철강재폐기물이 제거된 재생재는 임팩트 크러셔로 투입된다. 임팩트 크러셔에 의해 5mm 이하가 될 때까지 반복처리되어 분쇄된다(S30). 그리고 이러한 5mm 이하의 입자 중에서 분쇄되지 않은 5mm이상의 입자(굵은 골재)를 분리한다.(S40)
굵은 골재가 분리된 입자는 잔골재(모래)를 분리하기 위하여 샌드유닛트로 이송되고, 잔골재(모래)가 선별되어 분리된다.(S50,S60).

이때 회전선별기에서는 물탱크로부터 세척수가 함께 공급된다. 이러한 회전선별기에서는 세척수를 가지고 세척하는 작업을 수행함과 아울러 일정크기 이상의 골재를 제거하는 작업을 수행한다. 이와 같이 세척수로 세척하는 작업을 수행하는 이유는 폐콘크리트 미분에는 많은 부유물을 포함하고 있으므로 이러한 부유물을 분리하기 위해서이다.(S70)

본 발명에 따른 폐콘크리트를 사용하여 미분을 제조하는 방법은 이러한 세척수의 공급을 후술할 침전 및 농축조에서 정수되어 나온 물을 다시 공급하는 과정을 이용하도록 되어 있다.

이러한 부유물이라고 하는 것은 스티로폴, 목재, 플라스틱류 등을 말하는데, 부유물제거기에서 제거되는 과정을 거친다. 부유물이 제거된 입자는 분사장치에 의해서 다시 한번 세척수가 분사되면서 일정한 입도를 얻기 위해 탈수스크린을 통과하게 된다(S75). 이때 탈수스크린을 통과하지 못한 입자가 분류되고, 스크린을 통과한 세척오수는 탱크로 수집된다. 이 과정에서 폐콘크리트안에 포함되어 있는 일정크기 이상의 입자(모래)는 제거된다. 만일 입자가 본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)에 포함되게 되면 점착성을 저하시키는 요인이 되므로 이를 제거하는 것이다.

그 다음 세척오수는 섬유사 제거과정을 통해 실, 머리카락 등 각종 섬유사가 제거된다. 이때 압축공기가 공급되어 컨베이어에 붙은 잔여섬유사의 제거를 촉진한다.

이처럼 미세부유물이 제거된 입자는 약품 공급장치에 의해서 공급되는 약품에 의해서 침전되고 농축된다(S80). 이러한 작업이 이루어지는 장소가 침전 및 농축조이다. 이러한 침전 및 농축조는 스크래파의 저항회전력 수치에 따라 작동하는데, 이 수치는 바닥의 슬러지 농도에 따라 좌우된다.

이는 만약에 농축량이 과잉 적재되면 스크래파가 자동으로 상승되고, 점차적 으로 부드러워지게 하면서 하강하게 되는 것이다. 그리고 슬러지 펌프는 스크래파를 회전시켜서 일정한 농도로 농축하고 상등수는 물탱크로 보내어져 다시 세척수로 재사용하게 된다. 또한 이에 맞추어 펌프농도는 최적의 상태가 되어 필터프레스의 탈수효율을 높여 주는 역할을 한다.

한편 분말상태의 응집침강제와 물을 적당한 비율로 혼합하여 용해조에서 용해한 후 숙성조로 이송저장하고, 이를 침전 농축조에 펌핑하여 공급한다.

본 침전 농축조의 특징으로는 구조가 간단하고, 소규모이므로 설치가 용이하며 전자동으로 무인 운전이 가능하고, 주요부품이 표준화되어 있어서 유지보수가 쉽고, 운전비용이 적게 든다고 하는 장점이 있다.

한편 탈수스크린을 통과한 세척오수는 아래와 같은 정화시스템을 거치게 된다. 먼저 세척오수는 강관을 통하여 침전 농축조로 이송되어 저류되고, 이 과정에서 무거운 입자는 자중에 의해 침전된다.

일반적으로 매질속에 포함된 불순물은 입자의 크기에 따라 부유상태, 콜로이드 상태, 용존상태로 있게 된다. 이때 부유물질은 침전에서 쉽게 자중에 의해 침전되지만 콜로이드는 전기를 띄게 되므로 쉽게 여과되지도 않고, 브라운 운동을 하여 침전되지 않는다.

이처럼 콜로이드 상태의 입자를 포함하는 침전 농축조의 상징수에 콜로이드 입자의 반대전하물질을 투하하거나 pH의 변화를 일으켜 제타 포텐샬을 감소시켜 콜로이드간 뭉치도록 응집침강제를 투입한다.

대표적인 응집침강제인 수산화나트륨과 황산 알루미늄을 침전 농축조에 넣고, 월류하는 상징수의 상태를 관찰한다. 침전 농축조는 하나의 침전조로 구성하여 응집제를 시간차를 두고 투입하거나 두 개 이상의 침전조로 구성하여 각각에 응집제 탱크를 설치할 수 있다. 본 발명의 경우에는 약품 저장장치가 응집제 탱크의 역할을 수행한다. 이처럼 약품 처리를 거친 슬러지 상태의 입자는 사일로로 보내져서 저장된다(S90).

저장된 슬러지상태의 입자는 케이크 상태로 탈수하여 탈수된 물은 혼합탱크로 보내지고, 필터프레스에 의해서 압착되어진 슬러지 상태의 미세분말이 얻어진다(S100). 이렇게 되면 압착되어진 슬러지 상태의 입자(폐콘크리트 미분)는 입경이 0.074mm 이하의 크기를 갖게 된다. 이때 이러한 크기를 갖는 입자는 가소성 및 점착성이 좋은 상태가 된다.

본 발명에 따른 폐콘크리트 미분을 이용한 상하수도 내외관 주입충전재(100)는 이러한 74㎛이하의 입자크기를 갖는 미분을 모래(잔골재)의 대체재료로서 사용한다. 또한 이러한 수처리 공정에 의해서 얻어진 미분의 경우에는 수분의 함량이 미분에 따라 차이가 나므로 이에 대한 균일화 작업이 필요하다. 이를 위해서 소형 로터리 킬른에서 가열하는 작업을 수행한다(S110). 이러한 작업을 통하게 되면 폐콘크리트 미분에 포함되어 있는 함수량은 일정하게 되고, 화학적, 물리적으로 동일한 성질을 나타내므로 상하수도 내외관의 충전부에 주입충전재(100)로 사용이 가능하다.

만일 이러한 처리를 하지 않는다면, 폐콘크리트 미분의 경우에는 균일한 특성을 보이지 않기 때문에 가소성이나 강도에서 어떠한 미분을 사용하는 가에 따라 달라지게 될 것이다.

또한 본 발명에 따른 페콘크리트 미분을 이용한 상하수도 내외관 주입충전재(100)의 경우에는 약품 공급장치로부터 침전되고 농축되는 공정이 포함되어 있는데, 이러한 약품 공급장치는 준비용 탱크와 사용탱크로 구성되어 있어서, 세척수를 반복하여 사용할 수 있는 구성을 가지고 있다.

이러한 수처리과정을 통해서 얻어진 미분의 경우에는 점착성이 좋기 때문에 모르타르에 대한 대체재로서 사용하기에 적합하다. 즉 상하수도 내외관의 경우에는 다짐작업이 이루어질 수 없기 때문에 셀프레벨링성을 갖추는 것이 좋다.

본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)의 경우에는 상대적으로 고가인 시멘트와 잔골재를 사용하게 되면 채워야 하는 내외관(10,20)의 길이가 길어 고가의 비용이 소요된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)의 경우에는 잔골재 전부를 미분으로 대체하는 방법을 사용하였다.
<강관충진공법>

도 3은 본 발명에 따른 강관 충진 공법의 절차를 나타내는 시공순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 충진 작업구내 바닥 및 반력벽 콘크리트 양생후 본관로 계획 구배로 기계 레일 설치와 유압장비를 조립, 거치시킨다(S210). 그리고 나서 첫번째 파이프에 선단슈 보강작업을 수행한다. 이때 중심이 되는 위치에 대한 파악이 이루어져야 한다(S220). 그리고 기계 레일 위에 선단 슈 보강을 한 파이프를 거치시키고, 레벨을 다시 확인한다(S230). 레벨이 확인된 파이프를 700톤의 유압장비로 추진한다(S240). 이러한 강관과 유압잭사이에 밀대를 끼워넣어 추진하는 작업을 계속한다(S250). 이때 선추진 후굴착의 방법으로 관내에 흡입되는 토사를 계속해서 밖으로 배출시킨다(S260). 그 후 강관 용접작업을 수행한다(S70). 이러한 유압장비로 추진하는 작업(S240), 유압장비와 강관사이에 밀대를 끼워넣어 추진하는 작업(S250), 선 추진하고 후 굴착하는 방법으로 관내토사를 배출하는 작업(S260), 강관용접 작업(S270)을 반복하여 시행한다(S280). 그리고 나면 도달구로 추진관인 강관을 관통완료시킨다(S290). 이렇게 추진관에 대한 작업이 완료되면, 내관(20)을 외관(10)내에 부설하는 작업을 수행한다(S300).

이러한 추진 반력지지벽은 각종 관로 공사를 시행하면서 개착이 불가능하거나 어려운 지역을 대상으로 외관(강관)의 압입추진시공을 위해 형성되는 콘크리트 또는 철근 콘크리트 가설 구조물이다. 이러한 추진 반력지지벽은 무근 콘크리트로 타설하여 설치하며 연약지반이거나 대수층 하부지반 또는 추진관 구경이 대형관이고 장거리 추진일 경우에는 철근 콘크리트로 추진반력 지지벽를 형성한다.

추진 반력지지벽의 설치는 지반조건과 추진거리에 따른 소요추진력을 계산하여 최소한 소요 추진력과 동일하거나 추진력보다 큰 응력을 버틸 수 있도록 설치한다. 전진구(발진구 또는 추진구)바닥 터파기 심도에서 추진 반력지지벽이 설치되는 가설 벽체부 하부로 최소 30cm이상의 깊이를 더 확보하여 설치하는 것이 바람직하다. 이때 추진 반력지지벽 기초 푸팅의 심도는 외관(10)의 구경과 추진거리 및 지반 조건에 따라 계산하여 결정한다.

이러한 외관(10)의 구경은 본관 접합부의 최대 외경을 기준으로 최소내경이 300㎜이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 외관 추진 시공후 내관(20)을 설치하고 외관(10) 내부와 내관(20) 외부 사이의 공간을 모르타르를 사용하여 충전해야 하기 때문이다.

또한 추진 거리가 비교적 장거리에 속할 경우는 외관(10) 내부와 외부 사이의 공간이 최소한 직경 40cm이상이 형성될 수 있도록 선정하여야 한다. 일반적으로 모르타르충전은 모르타르 주입용 추진관(30)과 전진구 및 도달구 내관(10) 상부 측에 에어벤트 파이프를 설치하고 포터블 펌프등을 사용하여 주입하게 된다. 추진거리가 장거리일 경우에는 포터블 펌프카를 사용한 주입보다는 모르타르 그라우트 전용펌프를 사용하여 주입하는 것이 안전하다.

이러한 외관(10)의 두께는 소요추진력과 외관의 휨응력 및 압축응력 등을 검토하고 추진 선단부의 토압과 외관 측부의 주변 마찰토압 및 측부 응력등을 검토하여 결정하게 된다.

도 4는 내관(20)을 부설시키는 상태를 나타내는 사용상태도이다. 외관(10)과 내관사이의 공간은 앞에서 상술한 바와 같이 400mm이상이면 되고 그 안에 내관(20)이 부설되어 있다. 이를 위하여 외관 레일 받침대(42)가 설치되어 있으며, 추진레일 바퀴(43)가 이것에 수직이 되도록 설치된다. 여기에 내관(20)이 부설되는데 내관(20)의 위에는 부력에 의해 내관(20)이 외관(10)쪽으로 밀리는 것을 방지하기 위해 부력방지대(41)가 설치되어 있다.

계획구배로 외관(20)이 부설되면 철판으로 마감판을 용접하여 밀봉시킨다. 추진관 양끝단에 모르타르 주입용 파이프와 에어벤트를 설치한다. 모르타르주입구로 주입압력 1~5kgf/㎠로 그라우팅 주입하면 내관(20)과 외관(10)을 가지고 있는 상하수도관에 대한 부설작업은 완료된다.

이와 같이 내관(20)과 외관(10)에 대한 추진작업이 완료되면 내관(20)과 추진외관(10)사이에 주입충전재(100)를 주입하는 작업을 하는데, 이때 앞에 상술한 바와 같이 일정부분만이 채워지고 그 이외의 부분은 채워지지 않는 현상이 발생하게 되는 것이다.

이러한 외관(10)과 내관(20) 사이에 추진을 빈틈없이 메우기 위해서는 점착성이 좋은 주입충전재(100)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 외관(10)과 내관(20)의 경우에는 점토지지력보다 높은 강도를 확보하는 것이 바람직하다.
<주입충전재>

통상적으로 시멘트를 경화시키기 위해서 시멘트에 대하여 일정량의 물을 주입하여야 한다. 이를 가수비라고 하는데 가수비에 따라 시멘트의 경화속도는 차이가 나게 된다. 통상적으로 물의 배합비율이 증가하고 시멘트의 배합비율이 감소하면 경화되는 시간은 오래 걸리게 된다. 이러한 이유는 시멘트에 의한 응결효과가 전체적으로 늦게 나타나기 때문에 생기는 현상이라고 할 수 있다.

NO	시멘트(kg)	미분(kg)	물(kg)	FLOW 각도(평균)
				3분	6분	9분	12분
1	135.76	135.76	137.5	63	63	-	-
2	128.60	128.6	142.5	54	53	53	53
3	114.28	114.28	152.5	35	38	40	42
4	107.12	107.12	157.5	30	34	35	38
5	103.54	103.54	160.0	27	31	32	35
6	99.96	99.96	162.5	24	26	28	31

[표 1]에서 알 수 있는 바와 같이 시멘트의 중량비가 줄어들고 물의 함량이 늘어나게 되면, 주입충전재(100)가 응결하는 데 걸리는 시간은 오래 걸리고, 유동성은 좋아진다. 이에 따라 No.1의 배합의 경우에는 6분 경과시에 이미 상하수도 내외관 주입충전재(100)는 경화되어 더 이상 유동성을 보이지 않았다. 하지만 No.2에서 알 수 있는 바와 같이 시멘트의 중량비를 줄이고 물의 함량을 증가시키면 플로우 각도는 저하되고 12분이 경과하여도 경화되지는 않는다.

도 5는 본 발명에 따른 시멘트, 폐콘크리트 미분, 물의 배합으로 플로우 각도시험을 하는 것을 보여주는 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 플로우 각도시험은 플로우 각도 시험기(60)를 기울여가면서 각도기(50)를 그 앞에 배치시켜 놓고 플로우 각도 시험기(60)위에서 주입충전재(100)가 기울어지기 시작하는 각도를 측정하는 방법을 사용한다.

이러한 플로우 각도 시험 결과 흘러가는 각도 값이 낮게 나온다는 것은 위의 화합물이 유동성이 좋다는 것이고, 흘러가는 각도 값이 높게 나온다는 것은 시멘트의 응결이 어느 정도 진행되어 유동성이 나빠진다는 것을 말한다.

먼저 상하수도 내외관 주입충전재(100)에 사용하기 위해서 필요한 유동성의 정도에 대한 기준을 먼저 설정해놓아야 한다.

결과	경사각도	상황
불량	0~15°로 흘러나감	가소성 부족
양호	15~30°로 흘러나감	가소성 적정
불량	30°이상으로 흘러나감	가소성 과다

[표 2]에서 보여진 바와 같이 본 발명에 따른 주입충전재(100)의 응결특성이 발휘되지 않으면 적은 기울임으로도 흘러가게 되고 이는 상하수도 내외관용 주입충전재(100)로 사용할 수 있음을 의미한다. 이러한 유동성에 대한 기준을 가지고 [표 1]에 따른 시간 경과에 따른 플로우 각도의 변화를 고찰하여보면, No 4,5,6이 적절한 시멘트, 폐콘크리트 미분, 물의 배합비율임을 알 수 있다.

물론 초기시간을 기준으로 3분 경과후에 측정을 하게 되면 No.5와 No.6만이 본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)로 사용할 수 있음을 의미한다. 하지만 강도의 경우에는 시멘트의 함량이 증가할수록 강도 특성이 좋아지는 성질을 보이기 때문에 No.4의 경우에는 강도 특성이 우수할 것이라고 예측되므로 본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)에 적용가능성을 검토하기로 한다.

이러한 상하수도 내외관용 주입충전재(100)의 경우에는 강도에 영향을 끼칠 수 있는 인자로는 비중, 흡수율과 단위 용적 중량이 중요한 영향을 끼치는 인자가 되므로 이에 대한 측정결과를 가지고 먼저 검토하기로 한다.

즉 이러한 잔골재의 비중 및 흡수율은 점착성에 미치는 영향이 크므로 이에 대한 결과를 알고 응용하는 방법에 대한 검토가 필요하다. 점착성이라는 어떤 물질이 다른 물질로부터 분리되지 않는 정도를 나타내는 것인데 본 발명에 따른 주입충전재(100)의 경우에는 어느 정도 이상의 점착성이 확보되지 않으면 재료 분리가 발생하고 이러한 재료는 상하수도 내외관의 주입충전재(100)로 활용이 불가능하다.

이에 대해 고찰하여 보면 단위 수량이 크고 슬럼프가 큰 콘크리트는 재료의 분리 현상이 발생하기 쉽다. 특히 물시멘트비가 크고 모르타르 부분의 점성이 적은 경우에는 재료의 분리가 현저하게 나타난다. 또한 운반시나 진동다짐에 의해서 점착성은 증가하는 현상을 보인다.

이러한 관점에서 본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)의 경우에는 강관 추진 공법을 하기 때문에 다짐이라는 과정이 들어가지 않는다. 물론 본관과 추진관사이에 본 발명에 따른 주입충전재(100)를 삽입하기 전에 혼합하는 과정이 가능하지만 이렇게 미리 응결되는 현상이 발생하므로 이 과정은 피하는 것이 바람직하다. 또한 다짐 작업이 없기 때문에 셀프레벨링의 성질을 갖추어야 주입충전재(100)로서의 사용이 가능하다. 이의 적정한 달성을 위해서는 잔골재의 역할을 하는 폐콘크리트 미분의 비중이 시멘트와 비슷한 것이 좋다. 또한 흡수율이 좋은 것이 점착성이 좋으므로 미분을 사용하여 점착성을 확보하는 것이 필요하다.

본 발명에 따른 상하수도 내외관 충전재의 경우에는 이러한 흡수율이 어느 정도 이상이 될 경우 이러한 물을 흡수하는 성질을 이용하여 충전재의 유동성을 확보하는 것이 가능하다. 이러한 시험에 대한 기준은 KS F 2504에 잘 나와 있는데, 본 발명에 따른 상하수도 내외관 용 충전재의 경우에는 흡수율이 5~6wt%이다. 이는 일반 주입충전재(100)로 사용되는 모르타르의 경우에 비해 2~3배 정도 높은 흡수율이라고 할 수 있다.

이처럼 비중이 시멘트와 비슷한 것이 좋은 이유는 미분의 비중이 시멘트와 현격하게 차이가 나면 이는 재료 분리를 촉진시키기 때문이다. 중량골재에서는 침하가 현저하게 나타나고 보통 골재에서도 침하의 경향이 있다. 이에 대해 잔골재의 세립 분이 증가하면 점착성은 증가한다. 이처럼 잔골재를 증가시키는 것도 주입충전재(100)로서의 점착성을 확보하는 효과적인 방법이 된다.

또한 골재의 입도분포는 균일한 것이 점착성의 발휘에 좋은 영향을 끼친다. 본 발명에 따른 주입충전재(100)의 경우에 있어서도 74㎛이하의 입자크기를 갖는 미분의 함량을 증가시키면 점착성이 우수할 것이라고 예상하고 실험을 수행하였다.

먼저 주입충전재(100)가 토목 구조물의 기초로 사용되기 위해서는 어느 정도이상의 강도 발현이 되어야 한다. 앞에서 상술한 바와 같이 시멘트를 구성요소로 하는 화합물의 경우에는 모르타르나 콘크리트는 시멘트의 함량이 강도 발현에 가장 큰 영향을 끼친다. 반면 시멘트의 사용량이 감소하면 초기응결시간이 길어져서 유동성은 증가하지만 강도가 저하되는 특성을 보인다.

본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재(100)의 경우에는 강도를 확보하게 되면 유동성이 감소해서 내외관 주입충전재(100)로서의 성질인 공극을 메울 수 있는 성질을 발휘할 수 없다. 하지만 유동성만을 중요시하면 강도 발현이 되지않아 상하수도 내외관용의 주입충전재(100)로서 사용하기 적합하지 않다. 본 발명에 따른 상하수도 내외관용 주입충전재의 경우에는 이러한 상반되는 특성인 강도 특성과 가소성의 2가지 특성을 최적화하는 것을 목표로 하여 이루어졌다.

먼저 이러한 폐콘크리트 미분을 사용한 상하수도 내외관 주입충전재(100)에 대한 가소성과 강도에 대한 특성을 충족시키는 배합을 찾기 전에 먼저 폐콘크리트 미분이 잔골재(모래)를 대체할 수 있을 정도의 비중과 흡수율, 단위 용적중량에 대한 측정을 하였다. 먼저 비중과 흡수율에 대해서는 KS F 2504에 규정되어 있는 방법으로 측정하였다.

비중의 경우에는 3회 걸친 시험 결과 시멘트의 비중보다는 낮지만 모래의 비중보다는 높다는 것을 알 수 있었다. 그리고 흡수율의 경우에는 시멘트:잔골재의 비가 1:3인 경우에 비해서 2배내지 3배 정도 높게 나왔는데, 이는 실제 주입충전재(100)의 거동에서 물을 많이 흡수하여 시멘트의 경화를 지연시키는 효과를 낳게 된다. 이에 따라 강도 발현이 느려지게 되어 강도확보가 어려워지는 특성을 보일 것이라 예상된다. 하지만 이러한 비중의 값과 흡수율을 가지게 되면, 통상 상하수도 주입충전재(100)로서 적용하기에 적합할 것이라 판단된다. 이러한 비중과 흡수율은 통상적으로 상하수도 주입충전재(100)로써 필요한 유동성과 강도를 확보하기 위해서 필요한 수치이다.

본 발명에 따른 폐콘크리트에 대하여 수처리과정을 거치고 여기에 가열하고, 체로 분류한 미분의 경우에는 이러한 수치를 만족시킨다고 판단할 수 있다. 특히 미립자의 경우에는 74㎛이하의 입자를 사용하므로 점착성의 향상에 기여한다. 이는 상하수도 내외관의 공극부위를 채우는 효과를 낳고 내관과 외관의 부착력을 증대시킨다.

단위 용적중량의 경우에는 KS F 2505에 규정되어 있다. 이에 맞추어 단위 용적 중량을 측정해본 결과 1.09g/㎤이고 이는 물의 단위 용적 중량과 흡사하다. 따라서 적은 추진 압력으로 추진이 가능함을 예상할 수 있다. 이러한 단위 용적 중량이 실제로 장거리 상하수도 내외관 추진의 경우에 영향을 끼칠 수 있을 것이라 판단되어 측정하였다.

이러한 미분을 가지고 상하수도 주입충전재(100)로서의 특성인 플로우 각도, 점착력의 정도, 배합에 따른 강도의 변화를 알아보았다.

시멘트:미분의 비가 1:6.5인 경우 플로우각도와 강도의 측정결과를 나타내는 표

NO	시멘트 (kg)	미분 (kg)	물 (kg)	W/C (%)	초기 플로우각도	7일강도 (N)	재령7일 강도(압축강도/큐빅몰드 면적)	재령 28일 강도(압축강도/큐빅몰드면적)
1	36.96	241.74	136.95	350	85	2633	1.053MPa	1.504MPa
2	34.42	225.10	145.74	400	42	1866	0.746MPa	1.065Mpa
3	34.88	228.09	147.68	450	12	-	-	-

예상했던 것과 마찬가지로 플로우 각도의 경우에는 시멘트의 양이 줄어들수록 작아지고, 물의 양이 증가할수록 작아진다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 강도의 경우에는 압축강도가 토질 지반 반력의 상한치에서 점성토 지지력의 1.5배가 된다는 것을 알 수가 있었다.

미분의 비율을 감소시킨 경우 마찬가지로 플로우 각도와 강도를 측정하여 보았다. [표 4]는 시멘트:미분의 중량비를 1:5로 한 경우의 플로우 각도와 강도의 측정결과를 나타낸 표이다.

시멘트:미분의 비가 1:5인 경우 플로우각도와 강도의 측정결과를 나타내는 표

NO	시멘트(kg)	미분 (kg)	물 (kg)	W/C (%)	초기 플로우각도	7일강도 (N)	재령 7일강도(MPa)	재령 28일강도(MPa)
1	48.94	248.91	89.91	250	70	2710	1.085MPa	1.550MPa
2	44.57	226.73	98.28	300	35	3727	1.491MPa	2.130MPa
3	43.79	222.76	99.78	310	43	4287	1.715MPa	2.450MPa
4	40.92	208.71	105.28	350	11	-	-	-

시멘트:미분의 중량비가 1:5인 경우에 플로우 각도의 경우에는 재료의 배합에 따라 달라진다. 이때 대체로 물의 함량이 증가하면 초기 플로우 각도 즉 모르타르 믹서로부터 압송된 이후 3분 경과시의 플로우 각도는 물의 비율이 증가하면 감소한다. 이는 물이 증가함에 따라 유동성이 좋아지는 것을 나타낸다.

반면 강도의 경우에는 No.4의 배합의 경우에는 시멘트의 경화가 이루어지지 않아 7일 강도를 측정할 수 없었다. 그 원인으로는 여러 가지를 들 수 있는데 시멘트의 함량이 너무 적어 시간의 경화에 따른 응결이 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 하지만 No.1의 경우에는 시멘트의 양이 많지만, 오히려 시멘트의 양이 적은 No.3의 배합의 경우보다 7일, 28일 강도가 적게 나왔다. 이를 본 발명에서 요구하는 물성치인 토질지반 반력의 상한치에서 점성토지지력과 비교하여 볼 때 약 3MPa을 보여준다는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 시멘트:미분의 중량비가 1:5인 경우에는 적절한 상하수도 내외관 주입충전재(100)로 사용할 수 있다는 확인이 된 셈이라고 할 수 있다.

[표 5]는 시멘트:미분의 중량비를 1:3.6의 비율로 혼합한 경우 주입충전재(100)의 플로우각도와 강도의 시간 경과에 따른 측정결과를 보여주는 표이다.

시멘트:미분의 비가 1:3.6인 경우 플로우각도와 강도의 측정결과를 나타내는 표

NO	시멘트(kg)	미분 (kg)	물 (kg)	W/C (%)	초기 플로우각도	7일강도 (N)	재령 7일강도(MPa)	재령 28일강도(MPa)
1	50.84	183.35	160.26	300	-	-	-	-
2	56.13	203.93	148.54	250	7	2633	1.053MPa	1.504MPa
3	59.68	216.83	141.2	225	43	5667	2.306MPa	3.294MPa
4	63.23	229.72	133.86	200	85	7467	2.948MPa	4.266MPa

시멘트:미분의 비중이 1:3.6인 경우에 플로우 각도는 No.1의 경우에는 유동성이 너무 좋아서 시멘트가 응결되지 않았기 때문에 플로우 각도기에서 흘러가는 현상이 발생하였기 때문에 플로우 각도의 측정이 불가능하였다. 하지만 시멘트의 양이 증가하고 물의 함량이 감소함에 따라 플로우 각도는 증가하였다. 압축강도의 경우에는 큰 강도를 확보할 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 따라서 No.3,No.4 의 경우에는 상하수도 내외관용 주입 충진재로 사용할 수 있는 강도발현이 되었다. 여기에 플로우 각도가 No.4의 경우는 85도가 나왔기 때문에 No.3의 배합이 상하수도 내외관용 주입충전재(100)에 적합함을 확인할 수 있었다.

마지막으로 시멘트:미분의 중량비가 1:2.18인 경우에 대해서 실험결과를 고찰하여 보았다.

시멘트:미분의 비가 1:2.18인 경우 플로우각도와 강도의 측정결과를 나타내는 표

NO	시멘트(kg)	미분 (kg)	물 (kg)	W/C (%)	초기 플로우각도	7일강도 (N)	재령 7일강도(MPa)	재령 28일강도(MPa)
1	92.45	201.5	146.8	150	10	1168	4.664MPa	6.662MPa
2	96.00	209.3	142.3	140	25	1473	5.896MPa	8.422MPa
3	97.88	213.4	139.9	135	43	1572	6.284MPa	8.977MPa
4	99.83	217.6	137.3	130	70	1606	6,424MPa	9.177MPa

시멘트와 미분의 중량비가 1:2.18정도 까지 시멘트의 중량비가 증가하게 되면 재령 28일 압축강도로 7MPa이상의 높은 강도치를 얻을 수 있었다. 하지만 플로우 각도의 경우에는 물의 함량이 적어짐에 따라 높아진다는 것을 확인할 수 있었다. [표 2]에 따른 플로우 각도의 적정치까지 고려하면 No.2의 배합이 가장 적합한 상하수도 내외간 주입충전재(100)로 적합한 배합임을 알 수 있었다. 또한 본 발명에 따른 배합 중 시멘트:미분의 비가 1:2.18인 경우일 정도로 시멘트의 중량비가 증가하면, 강도는 물의 감소에 따라 증가하고, 초기 플로우 각도는 물의 함량이 적어짐에 따라 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명에서 알 수 있는 바와 같이 플로우 각도가 증가한다는 것은 유동성과 가소성이 저하된다는 의미가 되고, 플로우 각도가 감소한다는 것은 유동성과 가소성이 증가한다는 것을 의미한다. 이로부터 폐콘크리트 미분을 포함하는 주입충전재(100)의 경우에는 시멘트:미분의 비가 변해도 함수율을 변화시키면 적절한 플로우 각도는 확보할 수 있다. 그리고, 시멘트의 중량비를 증가시키면 7MPa를 훨씬 상회하는 즉, 토질 지반반력의 상한치에서 자갈의 지지력보다 큰 압축강도를 얻을 수 있었다.

앞에서 상술한 바와 같이 상수도 내외관 충전재의 경우에는 시멘트:잔골재를 중량비1:3으로 배합하는 것을 기본으로 하고 있다. 그래서 레미콘 차량을 사용하여 모르타르를 주입하는 방법을 사용한다. 이러한 산정에 따라 소요되는 비용을 계산하여 보면 외경 280cm, 내경 220cm인 상수도 내외관을 가지고 길이 100m 충전을 할 때 16,520,000원이라는 것을 알 수 있다. 하지만 시멘트:미분의 중량비를 1:5를 사용할 경우에는 유동성과 가소성을 가지고 있는 각도 43°를 기준으로 단가의 차익을 비교하면 100m 시공시에 약 12,000,000원 정도 절약할 수 있다. 이로써 시멘트: 미분의 중량비를 1:5로 한 경우에도 가소성을 확보하면서 경제성을 갖출 수 있다는 것을 실험적으로 확인한 셈이라고 할 수 있다.

이로부터 폐콘크리트 미분을 활용하여 경제성을 확보할 수 있는 주입충전재(100)의 개발이 가능하다.

도 1은 종래의 발명에 따른 상하수도 내외괸 충전공정을 보여주는 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 폐콘크리트 재생골재로부터 폐콘크리트 미분을 얻어내는 수처리과정을 보여주는 절차도.

도 3은 본 발명에 따른 강관추진 시공방법을 나타내는 절차도.

도 4는 본 발명에 따른 내관의 부설 상태를 보여주는 단면도.

도 5은 본 발명에 따른 시멘트, 폐콘크리트 미분, 물의 배합으로 플로우 각도 시험을 하는 것을 보여주는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10:외관,

20:내관,

30:추진관,

35:유압펌프,

41:부력지지대,

42:레일,

43:추진레일 바퀴,

60:플로우 각도 시험기.

100:주입충전재.

Claims (9)

1. 폐콘크리트 재생골재를 분쇄하는 단계(S10);

   상기 분쇄된 재생골재 입자 중에서 철강재 폐기물을 제거하는 단계(S20);

   상기 재생골재를 입경 5mm이하의 입자로 반복 파쇄하는 단계(S30);

   상기 입경 5mm이하의 입자중에서 굵은 골재를 분리하는 단계(S40);

   상기 굵은 골재가 분리된 입자중에서 잔골재를 선별, 분리하는 단계(S50,S60);

   상기의 잔골재가 제거된 입자에 세척수를 더하여 부유물을 분리하는 단계(S70);

   상기 부유물이 제거된 입자를 침전 농축조에서 수산화나트륨 또는 황산알루미늄을 사용하여 약품 처리 및 침전시키는 단계(S80);

   상기 침전 농축조에서 침전된 슬러지상태의 입자가 사일로로 보내져서 저장되는 단계(S90);

   상기 슬러지상태의 입자가 압착된 폐콘크리트 미분으로 배출되는 단계(S100); 및

   상기 슬러지상태로 압착된 폐콘크리트 미분을 가열하는 단계(S110);를 포함하고, 그리고

   상기 약품 처리 및 침전단계(S80)에서 배출되는 물을 상기 잔골재 선별단계(S50,S60)에서 재사용하는 것을 특징으로 하는 폐콘크리트 미분의 제조방법.
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