KR101834114B1 - 경량콘크리트용 배치 플랜트와 그 작동 방법 - Google Patents

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하주형
최훈제
조윤구
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현대건설주식회사
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Abstract

본 발명은 경량콘크리트용 배치 플랜트와 작동 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 시멘트가 저장되고 상기 시멘트가 배출되는 제1저장조배출부(110)를 포함하는 제1저장조(100); 잔골재가 저장되고, 상기 잔골재가 배출되는 제2저장도배출부(210)를 포함하는 제2저장조(200); 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 저장되고 그 내부를 감압상태로 유지할 수 있는 감압챔버(310) 구조이며, 상기 감압챔버(310) 내부를 감압상태로 형성하여 유지시키는 감압장치부(320)와, 상기 감압챔버에 용수를 공급하거나 배출하는 급배수부(330), 및 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 배출되는 제3저장조배출부(340)로 구성되는 제3저장조(300); 상기 제1저장조배출부에서 배출되는 상기 시멘트를 계량하는 제1계량호퍼(120); 상기 제2저장조배출부에서 배출되는 상기 잔골재를 계량하는 제2계량호퍼(220); 상기 제3저장조배출부에서 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 프리웨팅상태로 배출되는 프리웨팅골재를 계량하는 제3계량호퍼(350); 및 상기 제1계량호퍼에서 계량된 시멘트와, 상기 제2계량호퍼에서 계량된 잔골재와, 상기 제3계량호퍼에서 계량된 프리웨팅골재를 혼합하는 콘크리트 믹서(400);를 포함하여, 상기 감압챔버 내부에 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합물이 저장되고, 상기 감압챔버의 내부가 특정기압의 감압상태를 유지하도록 상기 감압장치부가 작동되며, 상기 저장된 일반골재 또는 경량 골재가 상기 용수에 완전히 잠기는 침수상태가 유지되도록 상기 용수가 상기 급배수부를 통하여 공급된 후, 상기 감압챔버 내부의 상기 용수가 상기 급배수부를 통하여 감압챔버 외부로 배수되도록 함으로써, 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합물을 프리웨팅처리하여 콘크리트 배합에 사용하는 경량콘크리트용 배치 플랜트를 제공함으로써 달성될 수 있다.

Description

경량콘크리트용 배치 플랜트와 그 작동 방법{Batch Plant Automated System For Lightweight Aggregate Concrete And the Operating Method Of This}
본 발명은 경량콘크리트용 배치 플랜트와 작동 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 콘크리트의 생산성을 개선하고 이를 이용한 경량콘크리트의 펌핑 압송 및 시공성을 향상시킬 수 있도록, 경량 골재를 프리웨팅 처리하여 곧바로 콘크리트 배합을 실시할 수 있는 경량 콘크리트용 배치 플랜트 개발이 요구되는 실정이다. 또한 기존의 굵은골재 저장조를 개량하여 현재의 레미콘 시설에 적용이 용이하며, 경량 골재 투입에서부터 계량호퍼로 배출까지의 공정을 자동화하고, 경량 골재를 프리웨팅 상태에서 계량화함으로써, 경량 콘크리트 품질의 균일성과 예측성을 확보할 수 있는 경량 콘크리트용 자동화 배치 플랜트에 관한 것이다.
경량골재(light weight aggregate, 輕量骨材)는 콘크리트를 경량화하기 위해 사용하는 비중이 작은 골재이다. 다공질의 경량골재를 사용한 경량 콘크리트는 일반골재 콘크리트 단위 중량(약2400kg/m3)의 20~30%로 경량화가 가능하다. 이러한 특징을 활용하여, 초고층 빌딩이나 초장대 교량, 부유식 해양 구조물, 노후화 구물의 보수 보강 공사등, 경량재료를 필요로 하는 모든 구조물과, 단열, 방음이 필요한 2차 구조물에 사용된다.
일반적으로 절대 건조(absolute dry condition) 비중(specific gravity)이 1.6 ~ 2.0 미만인 것으로, 천연과 인공 및 부산물이 있다. 천연 경량 골재는 화산 자갈이나 경석(輕石)으로 흡수성이 크지만 강도는 적다. 인공 경량 골재(artificial light weight aggregate, 人工輕量骨材)는 팽창 점토, 팽창 혈암, 플라이애쉬 등을 1050~1200℃로 소성하여 만든 인공골재로 무수한 다공성의 기포가 존재하여 비중이 1.2~1.8에 이르는 인조골재를 지칭하는데, 가격은 비싸지만 기포가 있어도 흡수성이 작고 강도도 상당히 기대할 수 있다. 특히 인공 경량 골재는.
경량골재는 그 구조적 특징으로 인해서 "경량화"가 가능한 콘크리트용 골재로 사용되지만, 또한 그 특징으로 인한 문제점이 있다. 경량골재의 다공질성 구조는 흡수성을 띄기 때문에, 콘크리트 배합시 수분을 흡수하는 성질이 있다. 비중이 낮다는 것은 구조적으로 조직이 치밀하지 못하고 내부에 공극을 포함하고 있다 것을 의미하며, 그로 인해서 외부의 수분을 흡수할 수 있는 특징을 가지게 되는 것이다.
특히 인공 경량 골재는, 앞서 언급한 바와 같이 비중은 천연 경량 골재에 비하여 낮고 강도는 높아서 효용성이 높으나, 각종 재료를 소성하여 제작하기 때문에, 천연 경량 골재에 비해서 치밀한 다공성 기포가 존재한다.
이와 같이 다공성 기포가 형성된 경량 골재를 이용하여 콘크리트를 배합하면, 함께 배합된 수분을 흡수함으로써 반죽된 콘크리트의 반죽 질기가 변화하게 된다. 반죽질기가 변하게 되면, 배합 설계 시 주요 고려 사항인 강도와 내구성이 설계 목표치에 미치지 못하게 되어 불량 시공의 원인을 제공할 수 있다. 특히 배합된 콘크리트를 펌핑하는 과정에서 골재에 높은 가압상태가 인가되는데, 이 상황에서 경량골재에 의한 수분 흡수가 급격히 진행되면, 콘크리트가 펌핑되는 도중에 콘크리트 배송 파이프 구조물인 붐(Boom) 내부에서, 콘크리트가 굳어버리는 펌핑 폐색 현상이 나타날 수 있다.
이러한 문제를 개선하기 위하여, 흡수성이 큰 경량 골재를 콘크리트 배합에 사용하기 전에 살수 또는 침수시켜서 수분에 노출시킴으로써, 수분을 미리 충분히 흡수시키는, 프리웨팅(Prewetting) 공정이 필수적이다.
하지만 현재의 레미콘 업체에서는 골재의 프리웨팅공정을 위한, 경량골재용 호퍼를 따로 비울 수 없고, 까다롭고 관리가 어려운 저장 시설을 제공하기 어려운 현실적인 문제가 있어서, 경량 콘크리트 생산 자체가 어려운 실정이다.
따라서 경량 콘크리트의 생산성을 개선하고 이를 이용한 경량콘크리트의 펌핑 압송 및 시공성을 향상시킬 수 있도록, 경량 골재를 프리웨팅 처리하여 곧바로 콘크리트 배합을 실시할 수 있는 경량 콘크리트용 배치 플랜트 개발이 요구되는 실정이다. 또한 기존의 굵은골재 저장조를 개량하여 현재의 레미콘 시설에 적용이 용이하며, 경량 골재 투입에서부터 계량호퍼로 배출까지의 공정을 자동화하고, 경량 골재를 프리웨팅 상태에서 계량화함으로써, 경량 콘크리트 품질의 균일성과 예측성을 확보할 수 있는 경량 콘크리트용 자동화 배치 플랜트 개발이 필요한 실정이다.
한국 등록특허 10-2011-0137991
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경량 골재를 감압분위기에서 침수시켜 프리웨팅 처리하여 밀폐하여 저장할 수 있으므로, 별도의 저장시설과 경량 골재용 계량 호퍼를 비울 필요가 없으며, 하나의 장치로 일반골재 및 경량골재 또는 그 혼합골재도 프리웨팅 처리가 가능하므로, 경량 골재를 이용한 경량 콘크리트 생산에 있어서 경제성과 편의성을 기대할 수 있는 기술적 특징을 갖는 경량콘크리트용 배치 플랜트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 골재의 투입부터 프리웨팅 공정과 콘크리트 배합단계까지 일괄 자동 처리할 수 있는 기술적 특징이 있는 경량 콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 작동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은 시멘트가 저장되고, 상기 시멘트가 배출되는 제1저장조배출부(110)를 포함하는 제1저장조(100); 잔골재가 저장되고, 상기 잔골재가 배출되는 제2저장도배출부(210)를 포함하는 제2저장조(200); 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 저장되고 그 내부를 감압상태로 유지할 수 있는 감압챔버(310) 구조이며, 상기 감압챔버(310) 내부를 감압상태로 형성하여 유지시키는 감압장치부(320)와, 상기 감압챔버에 용수를 공급하거나 배출하는 급배수부(330), 및 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 배출되는 제3저장조배출부(340)로 구성되는 제3저장조(300); 상기 제1저장조배출부에서 배출되는 상기 시멘트를 계량하는 제1계량호퍼(120); 상기 제2저장조배출부에서 배출되는 상기 잔골재를 계량하는 제2계량호퍼(220); 상기 제3저장조배출부에서 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 프리웨팅상태로 배출되는 프리웨팅골재를 계량하는 제3계량호퍼(350); 및 상기 제1계량호퍼에서 계량된 시멘트와, 상기 제2계량호퍼에서 계량된 잔골재와, 상기 제3계량호퍼에서 계량된 프리웨팅골재를 혼합하는 콘크리트 믹서(400);를 포함하여, 상기 감압챔버 내부에 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합물이 저장되고, 상기 감압챔버의 내부가 특정기압의 감압상태를 유지하도록 상기 감압장치부가 작동되며, 상기 저장된 일반골재 또는 경량 골재가 상기 용수에 완전히 잠기는 침수상태가 유지되도록 상기 용수가 상기 급배수부를 통하여 공급된 후, 상기 감압챔버 내부의 상기 용수가 상기 급배수부를 통하여 감압챔버 외부로 배수되도록 함으로써, 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합물을 프리웨팅처리하여 콘크리트 배합에 사용하는 경량콘크리트용 배치 플랜트를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 상기 감압챔버에 투입된 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재의 골재부피를 측정하는 골재부피게이지(311)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 감압챔버에 급수된 상기 용수의 부피를 측정하는 용수부피게이지(312)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
*또한, 상기 감압장치부(320)가 상기 감압챔버(310)의 공기를 외부로 배출하여 상기 감압챔버 내부를 감압하는 감압펌프(321) 및 상기 감압챔버(310) 내부로 공기 유입을 제어하는 감압벨브(322)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 감압챔버(310)의 기압을 측정하는 기압게이지(313)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 급배수부(330)는 상기 감압챔버에 상기 용수를 공급하는 급수부(331) 및 상기 감압챔버에 급수된 상기 용수를 배출하는 배수부(332)로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 침수상태가 유지되는 시간 및 상기 감압상태가 유지되는 시간을 측정하는 타이머(314)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
*또한, 상기 제1저장조 및 상기 제1저장조배출부와, 상기 제2저장조 및 상기 제2저장조배출부와, 상기 제3저장조와 상기 감압챔버와 상기 감압장치부와 상기 급배수부 및 상기 제3저장조배출부와, 상기 제1계량호퍼와, 상기 제2계량호퍼 및 상기 제3계량호퍼의 작동을 제어하며, 상기 프리웨팅골재의 비중 측정값인 프리웨팅상태비중을 측정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 시방배합비율와 시험배합정보를 포함하는 배합비정보 및 상기 경량골재의 절건(절대건조, absolute dry condition)상태비중 및 입도를 포함하는 골재정보를 배치 플랜트 조종원으로부터 입력 받는 입력부; 상기 골재정보를 기반으로 상기 특정기압을 산출하며, 상기 배합비정보 및 상기 골재정보를 기반으로 상기 침수상태가 유지되는 침수상태유지시간을 산출하고, 상기 배합비정보 및 상기 골재정보를 기반으로 상기 감압상태가 유지되는 감압상태유지시간을 산출하고, 상기 절건상태비중과 상기 프리웨팅상태비중을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수율 또는 합수율을 계산부; 및 상기 입력부와 상기 계산부 및, 상기 제어부 중 적어도 하나 이상의 동작상태를 디스플레이하는 표시부;를 더 포함하여, 상기 제어부는 상기 침수상태유지시간이 만족되도록 상기 급배수부를 제어하며, 상기 감압상태유지시간이 만족되도록 상기 감압장치부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 계산부는 상기 프리웨팅골재의 무게와 상기 흡수율 또는 함수율을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수량 또는 함수량을 산출하며 이를 기반으로 상기 시방배합비율을 보정하여 현장배합비율을 산출하고, 상기 제어부는 상기 현장배합비율이 만족되도록 상기 제1저장조배출부를 제어하여 상기 제1계량호퍼에서 계량되는 상기 시멘트 양을 조절하며, 제2저장조배출부를 제어하여 상기 제2계량호퍼에서 계량되는 상기 잔골재 양을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 제1항에 따른 경량 콘크리트 배합용 배치플랜트의 작동방법에 있어서, 잔골재와 분리된 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재를 감압챔버 구조의 제3저장조에 투입하는 단계; 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 용수에 완전히 잠기는 침수상태를 유지하도록 상기 제3저장조에 구비된 급배수부를 통하여 상기 용수를 상기 감압챔버에 급수하는 단계; 감압장치부를 이용하여 상기 감압챔버 내부를 특정한 기압의 감압상태로 유지시키는 단계; 및 상기 감압챔버 내부에 급수된 용수를 배수하는 단계;를 포함하여, 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재를 프리웨팅처리하여 콘크리트배합에 사용하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트의 작동 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 입력부를 통하여 배치 플랜트 조종원으로부터 시방배합비율와 시험배합정보를 포함하는 배합비정보 및 상기 경량골재의 절건(절대건조, absolute dry condition)상태비중 및 입도를 포함하는 골재정보를 입력받는 단계; 제어부가 프리웨팅골재의 비중값인 프리웨팅상태비중을 측정하는 단계;및 상기 제어부가 프리웨팅골재의 프리웨팅상태중량을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 계산부는 상기 배합비정보 및 상기 골재정보를 기반으로 상기 감압상태가 유지되는 감압상태유지시간를 산출하고, 상기 침수상태가 유지되는 침수상태유지시간를 산출하는 단계; 및 제어부가 상기 침수상태유지시간이 만족되도록 상기 급배수부를 제어하며, 상기 감압상태유지시간이 만족되도록 상기 감압장치부를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 계산부가 상기 절건상태비중과 상기 프리웨팅상태비중 및 상기 프리웨팅상태중량을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수율 또는 함수율을 산출하는하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 계산부가 상기 프리웨팅골재의 무게와 상기 흡수율 또는 함수율을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수량 또는 함수량을 산출하며 이를 기반으로 상기 시방배합비율을 보정하여 현장배합비율을 산정하는 단계;및 상기 제어부가 상기 현장배합비율이 만족되도록 상기 제1저장조배출부를 제어하여 상기 제1계량호퍼에서 계량되는 상기 시멘트 양을 조절하며, 제2저장조배출부를 제어하여 상기 제2계량호퍼에서 계량되는 상기 잔골재 양을 조절하는 단계;를 더 포함하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 경량 골재를 감압분위기에서 침수시켜 프리웨팅 처리하여 밀폐하여 저장할 수 있으므로, 별도의 저장시설과 경량 골재용 계량 호퍼를 비울 필요가 없으며, 하나의 장치로 일반골재 및 경량골재 또는 그 혼합골재도 프리웨팅 처리가 가능하므로, 경량 골재를 이용한 경량 콘크리트 생산에 있어서 경제성과 편의성을 기대할 수 있는 효과가 있다.
또한 골재의 투입부터 프리웨팅 공정과 콘크리트 배합단계까지 일괄 자동 처리할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1. 종래의 탑형 배치플랜트의 개념도
도 2a. 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트의 개념도
도 2b 내지 도 2c. 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 경량 골재 프리웨팅 공정 순서1
도 2d. 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트의 동작 블럭도.
도 3a. 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 콘크리트 배합 공정 흐름도.
도 3b. 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 콘크리트 배합 공정 블럭도
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트와 작동 방법 의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
도 1는 종래의 탑형 배처 플랜트의 개념도를 도시하였다.
도 1을 참조하면, 콘크리트 제조 설비인 배치플랜트(Batcher Plant)는 콘크리트의 주요 구성 재료인 시멘트를 저장하는 제1저장조와 잔골재를 저장하는 제2저장조, 그리고 굵은 골재를 저장하는 제3저장조 및 물을 저장할 수 있는 물탱크와, 각 구성 재료를 계량하는 계량호퍼, 계량된 구성재료를 혼합하는 믹서 및 배합이 완성된 콘크리트를 배출하는 콘크리트 호퍼로 구성됨을 알 수 있다. 구성 재료마다 하나씩의 저장 장치와 계양 장치를 구비함으로써, 배합설계에 따른 각 재료의 혼합 비율을 제어 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 공극이 많기 때문에 비중이 낮은 경량 골재는, 콘크리트 배합 전에 프리웨팅 공정을 거쳐야 하며, 프리웨팅 처리된 경량 골재는, 함수 상태를 변화시킬 수 있는 외부와 차단된 저장 시설에 저장되어 함수 상태가 관리되어야 한다. 그렇기 때문에 경량 골재가 포함된 경량 콘크리트를 생산하기 위해서는 경량 골재용 별도 저장조와 계량호퍼등, 경량 골재를 사용하기 위한 추가적인 설비가 필수적으로 요구된다.
따라서 일반 레미콘 업체에서는 경량 골재를 이용한 "경량골재콘크리트" 생산에 많은 어려움이 있다. 일반적으로 모래를 혼합하지 않은 무세골재 콘크리트나, 발포제를 사용하는 경량 기포 콘크리트 및 톱밥콘크리트 등을 생산하여 공급하고 있으나, 강도나 투수성 등의 이유로 적용분야가 특수 분야에 한정되어있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트의 개념도를 도시하였고, 도 2b 내지 도2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 경량 골재 프리웨팅 공정 순서를 도시 하였다. 그리고 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트의 동작 블럭도를 도시하였다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트는 종래 배치플랜트의 굵은골재저장조(제3저장조, 300)를 개조하여, 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 저장될 수 있고, 감압상태를 유지할 수 있는 감압챔버(310)구조인 제3저장조(300)와, 제3저장조에서 배출되는 골재를 계량하는 제3계량호퍼(350), 감압챔버(310) 내부의 감압하는 감압펌프(321)와 감압챔버로 공기 유입을 개폐하는 감압벨브(322)로 구성되는 감압장치부(320), 감압챔버(310) 내부로 골재를 침수시켜 프리웨팅하기 위한 용수를 공급하는 급수부(331)와 급수된 용수를 배수하는 배수부(332)로 구비되는 급배수부(330), 제1, 제2, 제3 계량호퍼에서 계량된 시멘트와 잔골재 및 프리웨팅 처리 완료된 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 혼합되는 콘크리트 믹서(400)로 구성될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치플랜트는 이와 같은 구성요소가 유기적으로 결합되어 동작하게 됨으로써, 경량 골재를 감압분위기에서 침수시켜 프리웨팅 처리하여 밀폐하여 저장할 수 있으므로, 별도의 저장시설과 경량 골재용 계량 호퍼를 비울 필요가 없으며, 하나의 장치로 일반골재 및 경량골재 또는 그 혼합골재도 프리웨팅 처리가 가능하므로, 경량 골재를 이용한 경량 콘크리트 생산에 있어서 경제성과 편의성을 기대할 수 있는 기술적 특징을 갖게 된다.
도 2b 내지 도2c를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 프리웨팅 공정을 이해할 수 있다.
감압펌프(321)와 감압벨브(322)로 구성될 수 있는 감압장치부(320)와 감압챔버(310)는 제3저장소 내부에 저장되는 골재를 외부 환경과 차단 시키는 기능을 제공하며, 감압챔버 내부의 기압을 대기압과 다르게 설정할 수 있다. 감압챔버 내의 기압이 대기압보다 낮게 제어됨으로써, 프리웨팅 공정에서, 경량 골재에 형성된 공극에 물이 침투하는 경량 골재의 함수 작용을 보다 짧은 시간에 용이하게 할 수 있다.
프리웨팅 처리가 필요한 경량 골재를 저장조에 투입하고, 감압펌프(321)를 작동하여 감압챔버(310) 내부의 기압을 감압하면, 경량 골재에 형성되어있는 공극의 기압도 낮아진다. 이 상태에서 급수부(331)를 이용하여 감압챔버 내에 용수를 공급하여 경량 골재를 침수시키면, 경량 골재의 공극에 물이 채워진다. 이때 공극 내의 기압이 낮으면 공극 내에 물이 채워질 가능성도 높아진다.
또한 감압챔버(310)의 감압상태는, 프리웨팅 공정 진행시 경량 골재의 함수율을 균일하게 유지하는데도 효과적인 프리위팅 처리 방법을 제공한다. 도 2a 내지 도2c에 도시된 바와 같이 감압장치부(320)는 감압 펌프(321)를 이용하여 감압챔버 내부의 기압을 "특정기압"으로 낮추고, 감압벨브(322)를 닫음으로써, 감압챔버 내의 기압을 "특정기압" 일정하게 유지시킬 수 있다. 이때 급수부(331)를 통하여, 감압챔버 내부로 용수를 급수하여, 경량 골재를 침수시킴으로써 프리웨팅 처리를 시작할 수 있다.
급수되어 감압챔버 내부에 수용된 용수는, 그 부피만큼 감압챔버 내부에서 공기가 차지하는 부피를 감소시키게 되는데, 감소된 공기 부피에 비례해서, 감압챔버 상부에 잔류하는 공기압은 상승하게 된다. 경량 골재의 침수상태가 유지되는 상태가 지속될수록, 경량 골재 공극에 물이 흡수되고, 물이 흡수된 공극에서 분출된 기포는 감압챔버 내부의 기압을 상승시키게 된다. 이때 기압게이지(313)에서 변화된 기압을 감지하고, 감압펌프를 이용하여 감압챔버 내의 공기압을 다시 낮추어 "특정 기압"을 유지할 수 있는데, 이 과정을 반복하면 골재 내부의 공극에 물이 가득 채워지는 포화상태에 근접하도록 프리웨팅 공정을 제어할 수 있으며, 매회 프리웨팅 공정에서 이러한 골재의 함수상태 차이를 최소화 할 수 있다.
즉, 감압챔버 내부의 공기압을 특정한 기압으로 유지하면서 경량 골재를 침수하여 프리웨팅 처리하면, 경량 골재의 공극에 포집되어 있는 기포가 방출되는 상황을, 감압챔버 내부에 배치된 기압게이지(313)를 이용하여 간접적으로 확인하고, 감압펌프로 일정한 특정 기압을 유지하는 과정을 반복함으로써, 침수된 골재 내부의 공극에 물이 완전히 차오른 포화상태에 근접함을 간접적으로 확인할 수 있는 함수량제어시퀀스를 구현할 수 있다.
또한, 반복되는 프리웨팅 공정 진행 과정에서, 골재부피게이지(311)와 용수부피게이지(312)를 이용하여 경량 골재의 부피와 감압챔버에 수용되는 용수의 부피를 측정하여, 골재의 침수 조건를 동일하게 하고, 타이머(314)를 이용하여 경량골재의 침수상태유지시간을 동일하게 하며, 기압게이지(313)를 이용하여 "특정 기압"을 동일하게 설정하면, 반복되는 프리웨팅 공정마다 경량 골재의 함수 상태 변화를 최소화 할 수 있다. 즉, 공극률이 유사한 경량골재를 반복적으로 프리웨팅할 때, 이와 같이 프리웨팅 공정 조건을 일정하게 유지하면, 매회 프리웨팅 공정에서의 함수율을 편차를 최소화하여 생산하는데 효과적일 수 있다.
또한 도 2b 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 함수량제어시퀀스에, 경량 골재를 교반할 수 있는 교반 단계를 추가할 수 있도록, 제3저장조 내부에 교반기를 더 구비하여, 침수된 골재의 자세를 변경함으로써, 경량골재가 침수상태에 있을 때, 경량 골재 공극에 포집되어 방출되지 못하고 있는 기포가 방출되는데 효과적인 촉진 작용을 할 수 있다. 이 과정을 함수량제어시퀀스에 포함시킴으로써, 보다 효율적이고 효과적인 함수량제어시퀀스를 구현할 수 있다.
한편, 골재의 함수 상태는 절대건조상태(이하 절건상태, absolute dry condition), 공기중건조상태(이하 기건상태, room dry condition), 표면건조포화상태(이하 표건상태, saturated surface dry condition), 습윤상태(wet condition)로 구분할 수 있다.
경량 골재는 저장된 상태에서 함수율이 일정하게 유지되도록 관리되는 것이 매우 중요하다. 함수상태와 같은 정성적 지표는 물론이고, 바람직하게는 함수량이나 함수율, 흡수량이나 흡수율 및 표면수량등과 같은 골재의 함수 상태의 정량적 지표가, 골재의 저장 개시 시점과 저장 종료 시점 사이에 변화가 적어야 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, 골재의 함수량 또는 흡수량 등은, 콘크리트 배합설계에서 매우 설계 중요한 요소가 된다. 배합설계에 적용한 골재의 함수량 또는 흡수량은, 시멘트와 잔골재는 물론이고 물과 같은 다른 구성 재료의 배합 비율에 영향을 미친다. 저장된 골재의 함수상태에 변동이 생기면, 실제 콘크리트 배합 단계에서 매번 배합설계를 재 진행해야 한다. 따라서 저장장소로 빗물이 유입되거나 햇빛이 들어서, 경량 골재의 함수율이 달라질 수 있는 환경 요인들로부터 보호되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트에 적용되고 있는 감압챔버(310)는 감압기능을 위하여 외부와 차단된 밀폐 공간으로서, 저장된 경량 골재의 함수성을 그대로 유지하는데 효과적인 저장 공간을 제공할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 콘크리트 배합 공정 흐름도를 도시하였으며, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 콘크리트 배합 공정 블럭도를 도시하였다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 프리웨팅 처리 대상이 되는 경량 골재의 절건상태비중을 측정하기 위하여, 샘플을 채취한다. 프리웨팅 처리 완료 후, 프리웨팅 처리된 경량 골재의 프리웨팅상태 비중 측정하여 함수율 또는 흡수율을 산출한다.
또한 제3계량호퍼에서 프리웨팅 처리 완료된 골재를 특정한 양으로 계량한다. 계량된 프리웨팅 처리된 경량 골재의 계량값과 산출된 함수율 또는 흡수율을 기반으로 제3계량호퍼에서 계량된 프리웨팅 처리된 경량 골재의 함수량 또는 흡수량을 산출할 수 있으며, 이 함수량 또는 흡수량과 시방배합비를 기반으로 현장배합비를 산출하고, 이 과정에서 산출된 현장배합비에 따라 제1, 제2 계량호퍼에서 시멘트와 잔골재의 필요량을 계량하여 배합한다.
절건상태비중은 정확한 함수량 또는 흡수량을 산출하기 위해서 측정된다. 앞서 언급한 바와 같이 골재는 절건상태, 기건상태, 표건포화상태, 습윤상태 등으로 함수상태를 구분할 수있다. 공기중에 보관된 골재는 기건상태로 간주할 수 있으며, 이 상태로 프리웨팅 공정에 투입하여 프리웨팅 처리할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트용 배치 플랜트를 이용한 프리웨팅 공정을 적용하면, 반복되는 공정에서 일정한 포화상태에 근접하는 함수상태의 골재를 생산할 수 있다.
하지만, 골재의 함수량 및 흡수량을 포함하는 함수상태의 정량적 수치는, 해당 골재의 공극률(percentage of voids)에 따라 달라진다. 공극률이 작으면 공극에 물이 완전히 채워지는 포화상태라고 하더라도 흡수율이 낮지만, 공극률이 크면 흡수율도 높아질 수 있으며, 함수율및 유효흡수율도 공극율에 비례한다. 또한 표건상태에 산출될 수 있는 흡수율, 기건상태에서 산출될 수 있는 유효흡수율 및 습윤상태에서 산출되는 함수율은, 모두 절건상태 비중을 기준으로 산출될 수 있다. 이론적으로 표건상태와 절건상태 및 기건상태의 정성적/정량적 구분은 가능하지만, 절건상태를 제외한 표건상태 및 기건상태의 구분이나, 유효흡수율과 흡수율을 산출하는 것은 현실적으로 불가능하다.
절건상태 비중은, 골재를 110로 가열하여 24시간동안 무게의 변화를 측정한 후 진행할 수 있으므로, 현실적으로 일관되며 정확한 측정값을 제공할 것으로 추정할 수 있다.
따라서 프리웨팅 공정 처리전에 경량 골재의 절건상태의 비중을 측정함으로써, 함수량 또는 흡수량 측정의 절대적 기준을 제공할 뿐만 아니라, 현장배합비 설계에서 정확한 함수량 또는 흡수량을 제공하여, 콘크리트 배합설계에서 고려한 강도 및 내구성 등의 콘크리트 성능 예측치에 제작된 콘크리트의 품질을 일치하게 하는 정확성과, 공정 Lot에 따른 품질 편차를 최소화할 수 있는 품질관리를 가능하게 할 수 있다.
또한 도 3a를 참조하면, 프리웨팅 공정 완료 후에, 프리웨팅 처리된 골재의 비중을 측정하면, 함수율 또는 흡수율을 산출할 수 있으며, 제3계량 호퍼에서 계량된 골재의 양을 기준으로 함수량 또는 흡수량을 산출할 수 있다. 제3계량호퍼에서 계량된 프리웨팅 처리된 골재와 이에 대응하는 함수율 또는 흡수량을 시방배합비 또는 시험배합비에 적용하여, 현장배합비를 산출할 수 있다.
이런 과정으로 산출된 현장배합비와, 제3계량호퍼에서 계량된 프리웨팅 처리된 경량골재의 계량값을 기반으로, 시멘트 및 잔골재의 필요량을 산??할 수 있다. 도3b에 도시된 바와 같이, 계산부는 절건상태비중을 비롯하여 프리웨팅상태비중 및 제3계량호퍼의 계량값, 그리고 시방배합비율 또는 시험배합비율을 기반으로 시멘트와 잔골재의 필요량을 산출하고, 제어부는 제1저장조배출부와 제2저장조배출부, 그리고 제1, 제2 계량호퍼를 이용하여, 시멘트 및 잔골재를 계량하여, 먼저 계량된 경량골재와 함께 혼합될 수 있다.
따라서, 도 3a 및 도 3b 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경량콘크리트 배치 플랜트는 골재의 투입부터 프리웨팅 공정과 콘크리트 배합단계까지 일괄 자동 처리할 수 있는 기술적 특징이 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100. 제1저장조
110. 제1저장배출부
120. 제1계량호퍼
200. 제2저장조
210. 제2저장조배출부
220. 제2계량호퍼
300. 제3저장조
310. 감압챔버
311. 골재부피게이지 312. 용수부피게이지 313. 기압센서
320. 감압장치부 321. 감압펌프 322. 감압벨브
330. 급배수부 331. 급수부 332. 배수부
340. 제3저장조배출부
350. 제3계량호퍼
400. 믹서

Claims (15)

  1. 시멘트가 저장되고, 상기 시멘트가 배출되는 제1저장조배출부(110)를 포함하는 제1저장조(100);
    잔골재가 저장되고, 상기 잔골재가 배출되는 제2저장조배출부(210)를 포함하는 제2저장조(200);
    일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 저장되고 그 내부를 감압상태로 유지할 수 있는 감압챔버(310) 구조이며, 상기 감압챔버(310) 내부를 감압상태로 형성하여 유지시키는 감압장치부(320)와, 상기 감압챔버에 용수를 공급하거나 배출하는 급배수부(330), 및 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 배출되는 제3저장조배출부(340)로 구성되는 제3저장조(300);
    상기 제1저장조배출부에서 배출되는 상기 시멘트를 계량하는 제1계량호퍼(120);
    상기 제2저장조배출부에서 배출되는 상기 잔골재를 계량하는 제2계량호퍼(220);
    상기 제3저장조배출부에서 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 프리웨팅상태로 배출되는 프리웨팅골재를 계량하는 제3계량호퍼(350); 및
    상기 제1계량호퍼에서 계량된 시멘트와, 상기 제2계량호퍼에서 계량된 잔골재와, 상기 제3계량호퍼에서 계량된 프리웨팅골재를 혼합하는 콘크리트 믹서(400);를 포함하여,
    상기 감압챔버 내부에 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합물이 저장되고, 상기 감압챔버의 내부가 특정기압의 감압상태를 유지하도록 상기 감압장치부가 작동되며, 상기 저장된 일반골재 또는 경량 골재가 상기 용수에 완전히 잠기는 침수상태가 유지되도록 상기 용수가 상기 급배수부를 통하여 공급된 후, 상기 감압챔버 내부의 상기 용수가 상기 급배수부를 통하여 감압챔버 외부로 배수되도록 함으로써, 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합물을 프리웨팅처리하여 콘크리트 배합에 사용하며,
    상기 감압챔버에 투입된 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재의 골재부피를 측정하는 골재부피게이지(311)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서
    상기 감압챔버에 급수된 상기 용수의 부피를 측정하는 용수부피게이지(312)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  4. 제1항에 있어서
    상기 감압장치부(320)가 상기 감압챔버(310)의 공기를 외부로 배출하여 상기 감압챔버 내부를 감압하는 감압펌프(321) 및 상기 감압챔버(310) 내부로 공기 유입을 제어하는 감압벨브(322)를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감압챔버(310)의 기압을 측정하는 기압게이지(313)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  6. 제1항에 있어서
    상기 급배수부(330)는 상기 감압챔버에 상기 용수를 공급하는 급수부(331) 및 상기 감압챔버에 급수된 상기 용수를 배출하는 배수부(332)로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 침수상태가 유지되는 시간 및 상기 감압상태가 유지되는 시간을 측정하는 타이머(314)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1저장조 및 상기 제1저장조배출부와, 상기 제2저장조 및 상기 제2저장조배출부와, 상기 제3저장조와 상기 감압챔버와 상기 감압장치부와 상기 급배수부 및 상기 제3저장조배출부와, 상기 제1계량호퍼와, 상기 제2계량호퍼 및 상기 제3계량호퍼의 작동을 제어하며, 상기 프리웨팅골재의 비중 측정값인 프리웨팅상태비중을 측정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트.
  9. 제8항에 있어서,
    시방배합비율와 시험배합정보를 포함하는 배합비정보 및 상기 경량골재의 절건(절대건조, absolute dry condition)상태비중 및 입도를 포함하는 골재정보를 배치 플랜트 조종원으로부터 입력 받는 입력부;
    상기 골재정보를 기반으로 상기 특정기압을 산출하며, 상기 배합비정보 및 상기 골재정보를 기반으로 상기 침수상태가 유지되는 침수상태유지시간을 산출하고, 상기 배합비정보 및 상기 골재정보를 기반으로 상기 감압상태가 유지되는 감압상태유지시간을 산출하고, 상기 절건상태비중과 상기 프리웨팅상태비중을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수율 또는 합수율을 계산부; 및
    상기 입력부와 상기 계산부 및, 상기 제어부 중 적어도 하나 이상의 동작상태를 디스플레이하는 표시부;를 더 포함하여,
    상기 제어부는 상기 침수상태유지시간이 만족되도록 상기 급배수부를 제어하며, 상기 감압상태유지시간이 만족되도록 상기 감압장치부를 제어하는 것을 특징으로 하는 경량 콘크리트용 배치 플랜트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 계산부는 상기 프리웨팅골재의 무게와 상기 흡수율 또는 함수율을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수량 또는 함수량을 산출하며 이를 기반으로 상기 시방배합비율을 보정하여 현장배합비율을 산출하고,
    상기 제어부는 상기 현장배합비율이 만족되도록 상기 제1저장조배출부를 제어하여 상기 제1계량호퍼에서 계량되는 상기 시멘트 양을 조절하며, 제2저장조배출부를 제어하여 상기 제2계량호퍼에서 계량되는 상기 잔골재 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 경량 콘크리트용 배치 플랜트.
  11. 제1항에 따른 경량 콘크리트용 배치플랜트의 작동방법에 있어서,
    잔골재와 분리된 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재를 감압챔버 구조의 제3저장조에 투입하는 단계;
    상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재가 용수에 완전히 잠기는 침수상태를 유지하도록 상기 제3저장조에 구비된 급배수부를 통하여 상기 용수를 상기 감압챔버에 급수하는 단계;
    감압장치부를 이용하여 상기 감압챔버 내부를 특정한 기압의 감압상태로 유지시키는 단계; 및
    상기 감압챔버 내부에 급수된 용수를 배수하는 단계;를 포함하여, 상기 일반골재 또는 경량골재 또는 그 혼합골재를 프리웨팅처리하여 콘크리트배합에 사용하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트의 작동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    입력부를 통하여 배치 플랜트 조종원으로부터 시방배합비율와 시험배합정보를 포함하는 배합비정보 및 상기 경량골재의 절건(절대건조, absolute dry condition)상태비중 및 입도를 포함하는 골재정보를 입력받는 단계;
    제어부가 프리웨팅골재의 비중값인 프리웨팅상태비중을 측정하는 단계;및
    상기 제어부가 프리웨팅골재의 프리웨팅상태중량을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    계산부는 상기 배합비정보 및 상기 골재정보를 기반으로 상기 감압상태가 유지되는 감압상태유지시간를 산출하고, 상기 침수상태가 유지되는 침수상태유지시간를 산출하는 단계;및
    제어부가 상기 침수상태유지시간이 만족되도록 상기 급배수부를 제어하며, 상기 감압상태유지시간이 만족되도록 상기 감압장치부를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트의 작동 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    계산부가 상기 절건상태비중과 상기 프리웨팅상태비중 및 상기 프리웨팅상태중량을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수율 또는 함수율을 산출하는하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트의 작동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 계산부가 상기 프리웨팅골재의 무게와 상기 흡수율 또는 함수율을 기반으로 상기 프리웨팅골재의 흡수량 또는 함수량을 산출하며 이를 기반으로 상기 시방배합비율을 보정하여 현장배합비율을 산정하는 단계;및
    상기 제어부가 상기 현장배합비율이 만족되도록 상기 제1저장조배출부를 제어하여 상기 제1계량호퍼에서 계량되는 상기 시멘트 양을 조절하며, 제2저장조배출부를 제어하여 상기 제2계량호퍼에서 계량되는 상기 잔골재 양을 조절하는 단계;를 더 포함하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량콘크리트용 배치 플랜트의 작동 방법.
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