KR101549651B1 - 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트 관련 산업분야에서 발생한 폐콘크리트에서 강알칼리성 상태의 순환골재를 중성화하여 알칼리성 물질의 침출을 억제하고, 표면을 화학적으로 개질하여 부착성능을 개선함으로써 골재로서 안정적으로 재활용될 수 있도록 하는 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 콘크리트 관련 산업에서 발생하는 순환골재를 중성화하고 표면개질하기 위한 방법 및 장치로서, 폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 이송시키는 순환골재 이송 단계; 상기 이송되는 순환골재를 규불화계열의 중성화제로 중성화·표면개질하는 중성화·표면개질 단계; 및 상기 중성화·표면개질된 순환골재를 배출하는 배출 단계를 포함하는 순환골재의 중성화·표면개질 방법을 제공하며, 중성화·표면개질 처리조; 상기 중성화·표면개질 처리조에 소정 농도로 용해되어 있는 규불화계열 중성화제; 폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 상기 중성화·표면개질 처리조로 투입하고 배출시키도록 이송하는 이송 수단; 및 상기 이송 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 순환골재의 중성화·표면개질 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 습식생산 순환골재 또는 재생골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 관련 산업분야에서 발생한 폐콘크리트에서 강알칼리성 상태의 순환골재를 중성화하여 알칼리성 물질의 침출을 억제하고, 표면을 화학적으로 개질하여 부착성능을 개선함으로써 골재로서 안정적으로 재활용될 수 있도록 하는 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치에 관한 것이다.
국내에서 발생하는 건설폐기물은 연간 6천만 톤에 달하며, 이는 국내 전체폐기물의 53%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 이에 건설 폐기물 중 80% 이상을 차지하는 건설폐재류를 파쇄하여 물리적·화학적 처리 과정을 거쳐 순환골재로 재활용하도록 제도화하고 있다. 공공 공사에서는 의무적으로 사용골재의 일정비율을 순환골재로 사용하도록 하고 있다.
정부 주요 과제인 ‘녹색 성장’에 발맞추어 국토부는 2009년 순환골재 품질 기준을 제정하여, 순환골재가 기존보다 고급재료의 용도로 활용될 수 있는 제도적 기반을 마련하였으나 현재까지 빈배합 콘크리트 기층용으로서의 순환골재의 활용은 시험시공을 제외하면 거의 활용하고 있지 못하는 형편이다.
폐콘크리트의 재활용은 2008년 기준으로 97% 이상이 재활용되고 있으며, 일반적인 재활용 방법은 폐콘크리트를 파분쇄하여 입도를 감소시킨 후 순환골재로 이용하는 것이며, 이를 위해 현재 매우 많은(대략 400여 개) 건설폐기물 중간처리업체가 운영되고 있다. 대부분의 업체서는 순환골재 생산을 위하여 2-3단계의 파분쇄 공정과 이물질 제거 공정, 그리고 입도 분급 공정을 조합하여 운영하고 있으나 이러한 처리 공정에서 생산되는 대부분의 순환골재의 품질은 천연골재 대비 매우 낮은 실정이다.
순환골재는 건설폐기물 중 폐콘크리트 및 폐아스팔트 콘크리트를 분쇄하고 이물질을 분리 선별하여 순환골재 품질 기준에 맞는 품질을 확보한 골재이다. 이와 같이 순환골재는 폐콘크리트를 원골재로 사용함으로써 골재 자체의 pH는 알칼리가 더 강한 특성이 있다.
중간처리 과정을 통하여 골재에 부착된 시멘트 분말을 제거하였다 할지라도 어느 정도 시멘트 미립분이 남아 있고, 특히 잔골재의 경우 이러한 시멘트 입자의 함량이 높아질 수 있다.
일반적으로 최초에 콘크리트를 제조할 때의 pH는 12.5 정도이며, 콘크리트가 경화한 후에도 이러한 수치는 지속적으로 유지하고 있다. 이러한 알칼리성은 콘크리트의 수밀성을 증대하고 철근 등을 보호할 수 있는 피막 등을 형성하여 장기적으로 안정한 콘크리트를 유지하는데 많을 역할을 하고 있다.
콘크리트 이외에 최근 골재를 사용하는 현장에서 순환골재 사용에 따른 환경적인 문제가 지속적으로 제기되고 있다. 즉, 앞서 언급한 바와 같이 순환골재에 부착된 강알칼리의 미분말에 의한 골재의 pH 상승은 식물 및 동물의 생육에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다는 문제점들이며, 이러한 문제는 시멘트의 강알칼리성을 고려할 경우 충분히 예견할 수 있는 문제이다.
그러나 콘크리트를 분쇄하지 않은 용출수에 대한 pH 변화는 크지 않고 환경적으로도 문제가 발생하지 않은 점 등을 고려할 때 콘크리트 파쇄 과정에서 발생하는 시멘트 분말이 물에 용출되어 강알칼리를 발현하는 것을 알 수 있다. 이러한 순환골재의 사용은 여러 가지 점에서 문제가 야기될 수 있다. 특히 물과 접촉하여 사용하는 현장의 경우 환경적인 문제를 불러일으킬 수 있기 때문에 이러한 현장에 적용하는 순환골재는 pH를 확인하고 사용하여야 한다.
콘크리트는 시멘트의 수화반응에 의해 결합체로서 강도를 발현하게 되고, 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘은 pH 12.5 정도의 강알칼리성을 나타내며, 결과적으로 수화물 전체의 pH가 결정된다. 도 1은 용매 pH에 따른 콘크리트 중의 알칼리이온의 침출 특성을 나타내는 그래프이다. 알칼리이온의 침출은 수산화 이온의 침출만이 아니라 알칼리메탈 이온의 침출이 동시에 수반되며, 각각의 이온은 용매의 pH 농도에 따라 상이하게 침출된다. 실제 알칼리이온의 주체인 수산화 이온은 도 1에 도시된 바와 같이 pH 12.5 이상이 되었을 때 침출한다.
순환골재의 환경적 측면을 고려한 연구는 국내에서는 크게 고려되지 않았으나 시화호 사건 보도 이후 순환골재의 알칼리 용출수 피해를 줄이기 위한 정책 및 pH저감 기술 등에 관한 연구가 수행되기 시작하였다. 외국의 경우 순환골재의 환경성 관련된 연구가 다수 보고된바 있다. 독성 용출 시험의 일환으로 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 용출시험을 한 결과, 안티몬, 비소, 베릴륨, 카드뮴, 크롬, 납, 수은, 니켈과 셀레늄은 용출되지 않는 것으로 보고되었고, 오하이오 교통국의 연구에서는 저층부나 습윤지역의 기초용 골재로 순환골재를 사용하는 경우 알칼리 침출수가 발생하여 주변환경에 역효과를 주는 것으로 확인되었으며, 아이오와 리포트에서는 순환골재로부터 배출된 배출수의 고알칼리성이 배출구 주변의 식물을 죽이거나 성장을 방해함을 확인하였다. 또한, 영국에서는 기존의 유해물질 시험방법인 BS EN 12457-2와 골재에 적합한 용출 시험으로 제정된 BS EN1744-3의 용출 시험방법에 대한 순환골재 용출 시험에 관한 비교 연구를 수행하여 시험방법에 따른 결과값의 차이를 제시한 바 있다.
이와 같이 외국에서는 순환골재를 도로공사용이나 성복토용 등으로 사용시 알칼리성 용출수가 주변 환경에 영향을 주는 것을 파악하고 있는 실정이며, 따라서 순환골재의 사용에 이러한 문제가 발생하지 않도록 국가별 환경 기준을 준수하고 있다. 또한, 순환골재의 고알칼리는 콘크리트에 적용시 알칼리 골재반응을 일으키는 주원인이 되고 있다. 알칼리 골재 반응은 콘크리트 타설 후 콘크리트 내부에 팽창을 유도하여 구조물의 균열을 일으키는 원인이 되므로 순환골재의 사용에 있어 가장 큰 문제점이 되고 있다.
국내에서도 이러한 순환골재에 대한 문제점을 인식하여 다양한 중성화 방안이 제시되고 있다. 이 방법 중 가장 일반화되고 있는 것이 CO2가스를 사용한 표면 탄산화 방안으로 CO2가스의 함량이 높은 연소 가스를 골재에 직접 노출시키거나 탄산수를 제조하여 표면에 압력을 가하여 탄산화를 촉진하는 방법이 있다. CO2가스를 직접 접촉시키는 방법은 투입되는 CO2가스의 손실률이 높고 탄산수 제조 방법은 고압의 환경에서 물에 용해시켜야하므로 생산단가가 높은 단점이 있다. CO2가스를 저렴하게 얻기 위하여 연소가스를 쓰는 경우 동절기에는 난방에 사용되는 연소가스를 사용할 수 있어 효율적일 수 있으나 하절기의 경우 별도의 연소가스를 얻기 위해 에너지의 낭비를 부추기는 역효과가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
한편, 규불화수소산은 국내 비료 공장에서 생산 시 필수적으로 생성되는 부산물인 4불화규소(SiF4)의 처리가 현재 환경 문제로 대두되어 심각한 상태에 도달되어 있다. 특히 연간 발생량이 15,000톤에 달함에 따라 국가적인 차원에서 대책이 필요다. 그러나 현재는 일부 정수장의 첨가제로서 소모되고 있으나 발생량의 1/100도 사용하지 못하고 있는 상황이며 발생된 사불화규소를 생석회와 반응하여 처리함으로 폐기 처리 비용은 물론 장기적인 관점에서 공해문제로 대두되고 있는 형편이다. 대량으로 이를 소비할 수 있는 방안이 요구되어 나노실리카 등의 생산에 투입되기도 하나 잉여부산물인 규불화칼슘이 다량 발생하고, 순도를 높이는 것이 어려워 반도체 산업과 같은 초정밀 산업에서 요구하는 정도의 품질을 얻기가 어려운 실정이다.
관련 배경기술로서 대한민국 특허등록 제10-1069160호에는 드라이아이스를 통한 순환골재ㆍ건설폐토석 pH 저감장치를 제안하고 있고, 대한민국 특허등록 제10-0973825호에는 중성화 촉진제 및 회수식 탄산수를 이용한 중성화 촉진 성능을 가진 이산화탄소 가스에 의한 순환골재의 중성화 장치를 제안하고 있다.
그러나 이러한 종래 기술에 있어서 순환골재의 중성화를 위해 사용되는 이산화탄소를 사용하는 방법에서 그 원료는 드라이아이스와 연소가스 내의 이산화탄소 등을 기중 혹은 수중에 분사하여 골재 표면과 접촉시킴으로 중성화하고 표면에 탄산칼슘을 석출시키는 방법을 사용하였다. 기존 방법에서는 이산화탄소의 원료인 드라이아이스의 별도 구매와 보관이 문제가 되며, 연소가스 방식은 하절기나 춘추절기에는 이를 위해 불필요한 연소과정을 거치므로 비경제적인 문제가 있다. 불필요한 자원의 소비를 방지하면서 순환골재의 안정적인 처리 방식이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 콘크리트 관련 산업분야에서 발생한 폐콘크리트에서 강알칼리성 상태의 순환골재를 중성화하여 알칼리성 물질의 침출을 억제하고, 표면을 화학적으로 개질하여 부착성능을 개선함으로써 골재로서 안정적으로 재활용될 수 있도록 하는 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 폐콘크리트의 습식처리과정 중 발생한 순환골재를 중성화하고, 그 표면을 규불화수소산을 사용하여 개질하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것으로서, 구체적으로는 폐콘크리트에서 발생한 pH 11 내지 12의 강알칼리 상태의 순환 잔골재와 순환 굵은골재를 규불화수소산이 첨가된 중성화조를 거쳐 pH 6.5 내지 10 사이로 중성화하고 표면 부착력이 저하된 순환 잔골재와 순환 굵은골재의 표면을 화학적으로 개질하는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점은, 콘크리트 관련 산업에서 발생하는 순환골재를 중성화하고 표면개질하기 위한 방법으로서, 폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 이송시키는 순환골재 이송 단계; 상기 이송되는 순환골재를 규불화계열의 중성화제로 중성화·표면개질하는 중성화·표면개질 단계; 및 상기 중성화·표면개질된 순환골재를 배출하는 배출 단계를 포함하는 순환골재의 중성화·표면개질 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 이송 단계는 컨베이어 이송 방식으로 이루어지고, 상기 중성화제는 규불화수소산인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 중성화·표면개질 단계는 4wt%내지 6wt%의 농도를 갖는 규불화수소산이 용해된 중성화조에 순환골재를 10초 내지 15초 범위로 통과시키는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 중성화·표면개질 단계 이후 배출하는 과정에서, 순환골재가 잔골재인 경우와 굵은 골재인 경우에 따라 추가 중성화·표면개질 하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 추가 중성화·표면개질 단계는 상기 잔골재의 경우 잔골재 1ton당 규불화수소산을 1wt%, 굵은골재의 경우 굵은골재 10ton당 1wt%를 첨가하여 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 콘크리트 관련 산업에서 발생하는 순환골재를 중성화하고 표면개질하기 위한 장치로서, 중성화·표면개질 처리조; 상기 중성화·표면개질 처리조에 소정 농도로 용해되어 있는 규불화계열 중성화제; 폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 상기 중성화·표면개질 처리조로 투입하고 배출시키도록 이송하는 이송 수단; 및 상기 이송 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 순환골재의 중성화·표면개질 장치를 제공한다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 중성화제는 규불화수소산이고, 상기 이송 수단은 컨베이어 이송 방식으로 이송되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 중성화제인 규불화수소산은 4wt%내지 6wt%의 농도를 가지며, 상기 제어부는 순환골재가 상기 중성화·표면개질 처리조 내에 10초 내지 15초 범위로 머무를 수 있도록 상기 이송 수단을 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 순환골재가 중성화·표면개질 처리조에서 처리되어 배출하는 과정에서, 추가 중성화·표면개질 하기 위한 추가 중성화·표면개질 처리 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 추가 중성화·표면개질 처리 수단은 순환골재가 잔골재인 경우와 굵은 골재인 경우에 따라 규불화수소산을 달리 투입하여 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 추가 중성화·표면개질 수단은 잔골재의 경우 잔골재 1ton당 규불화수소산을 1wt%, 굵은골재의 경우 굵은골재 10ton당 1wt%를 첨가하여 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치에 따르면, 산을 사용하는 표면 중성화 처리에서 사용되는 고가의 아세트산이나 인산 등의 사용을 억제하고 인산석고 제조공정에서 부산물로 배출되는 산업부산물인 규불화수소산을 사용함으로 원가절감의 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 규불화수소산은 상수도처리공정에서 불소화사업에 이미 사용 중인 물질로 자연계로 배출하더라도 자연계에 영향을 주지 않아 순환골재의 친환경적인 처리 방식을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 순환골재 습식생산방법에 적용하여 골재의 표면개질을 통한 골재 흡수율 저하가 가능하며, 순환골재의 중성화 및 습식생산에서 사용되는 수자원의 절감이 가능하여 이를 통한 환경오염저감이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 용매 pH에 따른 콘크리트 중의 알칼리이온의 침출 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법의 처리 과정을 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 순환골재의 중성화·표면개질 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법의 처리 과정을 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 순환골재의 중성화·표면개질 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법의 처리 과정을 도시한 공정도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법은, 폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 이송시키는 순환골재 이송 단계(S100); 상기 이송되는 순환골재를 제공받아 규불화계열의 중성화제를 투입하는 중성화·표면개질하는 중성화·표면개질 단계(1차)(S200); 및 상기 중성화·표면개질 단계를 거쳐 중성화·표면개질된 순환골재를 배출하는 배출 단계(S300)를 포함한다.
상기 이송 단계(S100)는 컨베이어 방식 등 자동 방식의 이송을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중성화·표면개질 단계(S200)는 규불화수소산, 규불화나트륨, 규불화칼륨 등을 포함하는 규불화계열 중성화제가 이용되며, 바람직하게는 인산석고 제조시 발생되는 부산물인 약산의 규불화수소산을 이용함으로써 부식의 위험성을 방지할 수 있다. 이하의 설명에서는 규불화수소산이 중성화제로 이용되는 것을 예로 들어 설명한다.
상기 중성화·표면개질 단계(S200)는 소정 농도의 규불화수소산이 용해되어 있는 중성화조에 소정 시간 중성화시키는 것으로 이루어진다.
이러한 중성화·표면개질 단계에서 중성화·표면개질은 규불화수소산이 순환골재 표면의 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 표면에서 불화칼슘을 석출시키고 칼슘실리케이트 수화물을 과량 생성시킬 수 있다. 중성화조에서 규불화수소산과 수산화칼슘의 반응식은 아래와 같다.
1) H2SiF6 + 3Ca(OH)2 → 2H+ + Si2 + + 6F- + 3Ca2 + + 6OH- → 3CaF2 + SiO2 + 4H2O
2) CaO + SiO2 + mH2O → CSH gel
상기 중성화·표면개질 단계(S100)에서 중성화조의 규불화수소산은 4wt%내지 6wt%의 농도를 갖는 것이 바람직하고, 중성화시간은 10초 내지 15초 범위인 것이 바람직하다. 이러한 수치범위에 대한 의의는 아래에서 설명할 실험 예를 통해 확인할 수 있다.
한편, 본 발명은 순환골재가 이송되어 중성화·표면개질 단계(1차)(S200) 이후 배출하는 과정에, 순환골재가 잔골재인 경우와 굵은 골재인 경우에 따라서 추가 중성화·표면개질(2차) 하는 것(S210)을 더 포함할 수 있다.
상기 추가(2차) 중성화·표면개질 단계(S210)에서 잔골재의 경우에는 잔골재 1ton당 규불화수소산을 1wt%, 굵은골재의 경우에는 굵은골재 10ton당 1wt%를 첨가하여 처리하는 것으로 이루어진다.
상기 2차 중성화·표면개질 단계(S210)는 1차 중성화·표면개질 단계와 같이 중성화조를 통과시키는 방법으로 이루어질 수 있으며, 배출되는 과정에서 규불화수소산이 용해된 용매를 분사시키는 방법으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 굵은 골재라 함은 KS A 5101(표준체)에 규정되어 있는 No.4(4.75mm)체에 거의 다 남는 골재를 말하며, 잔골재라 함은 KS A 5101(표준체)에 규정되어 있는 10mm체를 전부 통과하고, No.4체를 거의 다 통과하며, No.200체(0.075mm)에 다 남는 골재를 말한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 순환골재의 중성화·표면개질 장치에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 순환골재의 중성화·표면개질 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 중성화·표면개질 장치는, 중성화·표면개질 처리조(100); 상기 중성화·표면개질 처리조(100)에 소정 농도로 용해되어 있는 규불화계열 중성화제(200); 폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 상기 중성화·표면개질 처리조(100)로 투입하고 배출시키도록 이송하는 이송 수단(300); 및 상기 이송 수단(300)을 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
상기 중성화제(200)는 규불화수소산, 규불화나트륨, 규불화칼륨 등을 포함하는 규불화계열 중성화제가 이용되며, 바람직하게는 인산석고 제조시 발생되는 부산물인 약산의 규불화수소산을 이용함으로써 부식의 위험성을 방지할 수 있다.
상기 중성화제인 규불화수소산은 4wt%내지 6wt%의 농도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 이송 수단(300)은 컨베이어 방식과 같은 자동 이송 방식을 통해 운반되는 것이 바람직하다.
상기 제어부(400)는 순환골재가 중성화·표면개질 처리조(100) 내에 10초 내지 15초 범위로 머무를 수 있도록 상기 이송 수단(300)을 제어하도록 구성된다.
상기한 규불화수소산의 농도 수치범위와 중성화시간에 대한 의의는 아래에서 설명할 실험 예를 통해 확인할 수 있다.
상기 중성화·표면개질 처리조(100)에서 중성화·표면개질은 규불화수소산이 순환골재 표면의 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 표면에서 불화칼슘을 석출시키고 칼슘실리케이트 수화물을 과량 생성시킬 수 있다. 중성화조에서 규불화수소산과 수산화칼슘의 반응식은 아래와 같다.
1) H2SiF6 + 3Ca(OH)2 → 2H+ + Si2 + + 6F- + 3Ca2 + + 6OH- → 3CaF2 + SiO2 + 4H2O
2) CaO + SiO2 + mH2O → CSH gel
한편, 본 발명은 순환골재가 중성화·표면개질 처리조(100)에서 처리되어 배출하는 과정에서, 추가 중성화·표면개질 하기 위한 추가 중성화·표면개질 처리 수단(미도시)을 더 포함한다.
상기 추가 중성화·표면개질 처리 수단은 상기한 규불화수소산이 용해된 용매를 갖는 처리조 방식 또는 규불화수소산이 용해된 용매를 분사시키는 분사 방식으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 추가 중성화·표면개질 수단은 순환골재가 잔골재인 경우 또는 굵은 골재인 경우에 따라 처리되는 규불화수소산을 달리하도록 처리한다. 즉, 상기 추가 중성화·표면개질 수단은 잔골재의 경우에 잔골재 1ton당 규불화수소산을 1wt%, 굵은골재의 경우에는 굵은골재 10ton당 1wt%를 첨가하여 처리하도록 이루어진다.
본 발명의 발명자는 순환골재의 중성화·표면개질 방법으로 실시 예들과 비교 예들의 실험을 통해 콘크리트 압축강도와 pH를 확인하였다.
[실시예 1]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 4wt%이며, 골재의 통과시간은 12초이고 규불화수소산의 후첨가 비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[실시예 2]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 5wt%이며, 골재의 통과시간은 15초이고 규불화수소산의 후첨가 비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[실시예 3]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 5wt%이며, 골재의 통과시간은 10초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[실시예 4]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 6wt%이며, 골재의 통과시간은 12초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[실시예 5]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 5wt%이며, 골재의 통과시간은 8초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[비교예 1]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 3wt%이며, 골재의 통과시간은 12초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[비교예 2]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 7wt%이며, 골재의 통과시간은 12초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[비교예 3]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 5wt%이며, 골재의 통과시간은 17초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 1wt%이며 굵은 골재는 10ton당 1wt%이다.
[비교예 4]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 5wt%이며, 골재의 통과시간은 12초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 2wt%이며 굵은 골재는 10ton당 2wt%이다.
[비교예 5]
중성화·표면개질 처리조에서의 규불화수소산 농도는 5wt%이며, 골재의 통과시간은 12초이고 규불화수소산의 후첨가비율은 잔골재의 경우 1ton당 0.5wt%이며 굵은 골재는 10ton당 0.5wt%이다.
[비교예 6]
중성화·표면개질 처리조에서 규불화수소산을 첨가하지 않고 단순 수세척만 실시하였다.
아래의 [표 1]은 상기한 실시 예들과 비교 예들에 대한 중성화·표면개질을 통한 콘크리트 압축강도와 pH 결과를 나타낸 표이다.
| 시료명 | 침지조 농도 (%) |
통과시간 (sec) |
첨가비율 | 콘크리트 압축강도(MPa) | 처리 후 골재 (pH) |
||||
| 잔골재 | 굵은 골재 | 3일 | 7일 | 28일 | 잔골재 | 굵은 골재 | |||
| 실시예 1 | 4 | 12 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 30 | 35 | 45 | 9.5 | 9.1 |
| 실시예 2 | 5 | 15 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 29 | 34 | 48 | 8.7 | 8.3 |
| 실시예 3 | 5 | 10 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 28.5 | 33 | 49 | 9.1 | 8.7 |
| 실시예 4 | 6 | 12 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 28 | 32 | 50 | 7.2 | 6.8 |
| 실시예 3 | 5 | 8 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 33 | 35 | 42 | 11.2 | 10.4 |
| 비교예 1 | 3 | 12 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 32 | 35 | 43 | 10.8 | 10.1 |
| 비교예 2 | 7 | 12 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 24.8 | 28.7 | 41 | 5.4 | 4.7 |
| 비교예 3 | 5 | 17 | 1wt%/1ton | 1wt%/10ton | 26 | 30 | 42.5 | 4.8 | 5.7 |
| 비교예 4 | 5 | 12 | 2wt%/1ton | 2wt%/10ton | 25 | 29 | 43 | 5.4 | 6.1 |
| 비교예 5 | 5 | 12 | 0.5wt%/1ton | 0.5wt%/10ton | 31.5 | 36 | 44 | 11.2 | 10.5 |
| 비교예 6 | 미처리 골재 | 34 | 37 | 43 | 12.5 | 12.4 | |||
상기 표1로부터 알 수 있듯이, 상기한 수침범위로 한 경우에 pH는 중성화 범위인 6.5와 10 사이의 범위로 유지될 수 있음을 확인하였다.
상기한 바와 같은 본 발명의 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치에 따르면, 산을 사용하는 표면 중성화 처리에서 사용되는 고가의 아세트산이나 인산 등의 사용을 억제하고 인산석고 제조공정에서 부산물로 배출되는 산업부산물인 규불화수소산을 사용함으로 원가를 절감할 수 있고, 규불화수소산은 상수도처리공정에서 불소화사업에 이미 사용 중인 물질로 자연계로 배출하더라도 자연계에 영향을 주지 않아 순환골재의 친환경적인 처리 방식을 얻을 수 있으며, 골재의 표면개질을 통한 골재 흡수율 저하가 가능하고, 순환골재의 중성화 및 습식생산에서 사용되는 수자원의 절감이 가능하여 이를 통한 환경오염저감이 가능한 이점이 있다.
본 발명에 따른 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치는 콘크리트 관련 산업에서 발생하는 강알칼리성의 순환골재나 재생골재를 중성화하고 표면개질하는데 적용될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 중성화·표면개질 처리조
200: 규불화계열 중성화제
300: 이송 수단
400: 제어부
S100: 순환골재 이송 단계
S200: 중성화·표면개질 단계(1차)
S210: 추가(2차) 중성화·표면개질 단계
S300: 배출 단계
200: 규불화계열 중성화제
300: 이송 수단
400: 제어부
S100: 순환골재 이송 단계
S200: 중성화·표면개질 단계(1차)
S210: 추가(2차) 중성화·표면개질 단계
S300: 배출 단계
Claims (11)
- 콘크리트 관련 산업에서 발생하는 순환골재를 중성화하고 표면개질하기 위한 방법으로서,
폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 이송시키는 순환골재 이송 단계;
상기 이송되는 순환골재를 규불화수소산 중성화제로 중성화·표면개질하는 중성화·표면개질 단계; 및
상기 중성화·표면개질된 순환골재를 배출하는 배출 단계를 포함하고,
상기 중성화·표면개질 단계는 4wt%내지 6wt%의 농도를 갖는 규불화수소산이 용해된 중성화조에 순환골재를 10초 내지 15초 범위로 통과시키는 것을 포함하고,
상기 중성화·표면개질 단계 이후 배출하는 과정에서, 순환골재가 잔골재인 경우와 굵은 골재인 경우에 따라 추가 중성화·표면개질 하는 것을 더 포함하고,
상기 잔골재의 경우 잔골재 1ton당 규불화수소산을 1wt%, 굵은골재의 경우 굵은골재 10ton당 1wt%를 첨가하여 처리하는 것을 포함하는
순환골재의 중성화·표면개질 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 이송 단계는
컨베이어 이송 방식으로 이루어지는
순환골재의 중성화·표면개질 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 콘크리트 관련 산업에서 발생하는 순환골재를 중성화하고 표면개질하기 위한 장치로서,
중성화·표면개질 처리조;
상기 중성화·표면개질 처리조에 소정 농도로 용해되어 있는 규불화수소산 중성화제;
폐콘크리트에서 발생한 순환골재를 상기 중성화·표면개질 처리조로 투입하고 배출시키도록 이송하는 이송 수단;
상기 순환골재가 중성화·표면개질 처리조에서 처리되어 배출하는 과정에서, 추가 중성화·표면개질 하기 위한 추가 중성화·표면개질 처리 수단;및
상기 이송 수단을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 중성화제인 규불화수소산은 4wt%내지 6wt%의 농도를 가지며,
상기 제어부는 순환골재가 상기 중성화·표면개질 처리조 내에 10초 내지 15초 범위로 머무를 수 있도록 상기 이송 수단을 제어하도록 구성되고,
상기 추가 중성화·표면개질 처리 수단은 순환골재가 잔골재인 경우와 굵은 골재인 경우에 따라 규불화수소산을 달리 투입하여 처리하되, 잔골재의 경우 잔골재 1ton당 규불화수소산을 1wt%, 굵은골재의 경우 굵은골재 10ton당 1wt%를 첨가하여 처리하는
순환골재의 중성화·표면개질 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 이송 수단은
컨베이어 이송 방식으로 이송되도록 구성되는
순환골재의 중성화·표면개질 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130123420A KR101549651B1 (ko) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130123420A KR101549651B1 (ko) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | 습식생산 순환골재의 중성화·표면개질 방법 및 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150044254A KR20150044254A (ko) | 2015-04-24 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101549651B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109456002A (zh) * | 2018-12-08 | 2019-03-12 | 曙光装配式建筑科技（浙江）有限公司 | 一种高强度再生混凝土及其制备方法 |
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| CN112225479B (zh) * | 2020-10-22 | 2022-03-22 | 青岛农业大学 | 一种再生混凝土加工用集料活性性能改善装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009227556A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Ohbayashi Corp | セメント系組成体の表面処理方法 |
| KR100973825B1 (ko) * | 2009-11-18 | 2010-08-04 | 한국건설기술연구원 | 중성화 촉진제 및 회수식 탄산수를 이용한 중성화 촉진 성능을 가진 이산화탄소 가스에 의한 순환골재의 중성화 장치 |
-
2013
- 2013-10-16 KR KR1020130123420A patent/KR101549651B1/ko active IP Right Grant
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| CN109456002B (zh) * | 2018-12-08 | 2020-12-15 | 曙光装配式建筑科技（浙江）有限公司 | 一种高强度再生混凝土及其制备方法 |
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