KR20050099298A - 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순환골재(재생골재 또는 재생모래)와 페각(페 조개껍질)과 페염산을 이용하여 제조되는 고강 및 조강용 기능성 모래에 관한 것으로,

더욱 상세하게는 폐기물의 순환골재 생산 시스템에서 생산되는 순환골재와 바다목장인 조개 및 굴 양식장에서 나온 폐 조개류 및 금속공업에서 철의 녹 제거용으로 사용되는 버려지는 페염산을 이용하여 만들어지며, 기능성 모래와 콘크리트용과 모르타르용 등으로 사용할 수 있도록 한 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 페각을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키고, 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하여, 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시켜 선별한 4∼9 중량%와 순환골재 90∼95 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합하여 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

Description

순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래 및 그 제조방법{An ability sand for high intensity and High super fundamental intensity use construction waste and clams shell and hydrochloric acid}

본 발명은 순환골재(재생골재 또는 재생모래)와 페각(페 조개껍질)과 페염산을 이용하여 제조되는 고강 및 조강용 기능성 모래에 관한 것으로,

더욱 상세하게는 폐기물의 순환골재 생산 시스템에서 생산되는 순환골재와 바다목장인 조개 및 굴 양식장에서 나온 폐 조개류 및 금속공업에서 철의 녹 제거용으로 사용되는 버려지는 페염산을 이용하여 만들어지며, 기능성 모래와 콘크리트용과 모르타르용 등으로 사용할 수 있도록 한 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래 및 그 제조방법에 관한 것이다.

산업화와 경제발전에 따라 인류는 편리한 생활완경들을 개발하여 왔으나, 그와 동시에 그 개발의 폐해로 지구환경을 크게 오염시킴으로써 이제는 오히려 생활환경을 악화시키는 오류를 범하여 왔다.

이에 따라 인류의 삶의 질 향상에 대한 끊임없는 욕구를 충족시키기 위한 노력과 동시에 각종 산업분야에서 배출되는 쓰레기, 폐기물 및 기타 오염물질로 인한 인류 및 대기환경의 훼손을 방지하기 위한 노력이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

이와 같은 생활환경 및 지구환경을 저해하는 요인 중에서 건설폐기물은 구조물의 노후화에 따라 그 발생량이 점점 증가되고 있으며, 지금까지 건설폐기물의 무단폐기로 인한 환경오염 증대와 매립지 부족 및 유효자원의 낭비 등의 각종 폐해를 초래하고 있다.

2002년 11월에 발표한 환경부의 건설폐기물 재활용촉진 종합대책에 의하면 국내에서 건설폐기물은 매일 10만톤 이상이 발생되며, 그 중에서 아파트 재건축을 비롯한 노후 구조물의 철거 등에 의해 발생되는 폐콘크리트가 60% 이상을 차지하고 있다.

그러나 이 엄청난 량의 폐콘크리트는 90% 이상이 부지 성토·매립용 등 부가가치가 낮은 용도로 처리되고 있으므로, 이를 유용하게 재활용하는 것은 환경에 대한 피해를 해소할 수 있는 가장 바람직한 방법이다.

한편, 우리 나라의 경제성장에 따른 건설물량의 급증으로 국내의 골재부존자원이 급격히 감소되어 이미 강자갈이나 강모래는 거의 고갈되어 있는 실정이며, 이를 부순돌, 부순모래 및 바다모래 등으로 충당하고 있으나 이러한 골재자원마저도 부존량의 한계가 있을 뿐 아니라 석산개발에 따른 산림훼손 및 바다모래 채취에 따른 바다생태계 파괴 등을 방지하기 위한 인허가 제한 등의 환경규제 강화로 생산이나 공급에 어려움이 가중되고 있다.

따라서 노후 된 콘크리트 구조물의 해체시 발생되는 막대한 량의 폐콘크리트를 분쇄하여 얻어지는 재생골재가 가장 효과적으로 활용될 수 있도록 콘크리트용 재료로 활용하기 위한 기술개발의 일환책으로 건설폐기물이 선별과정을 거쳐 재활용 골재(모래)로 많이 생산되어지고 있으나 이것이 실재로 재활용되고 있는 분야는 부지의 성토재 등 그 범위가 여전히 매우 한정적 이라는 결점을 가지고 있다.

도 1 을 통하여 알 수 있는 바와 같이 폐기물 발생량 추이를 통하여 계속적으로 증가 추세에 있음을 알 수 있으며, 도 2 의 건설폐기물 연도별 배출비율을 통하여 콘크리트의 배출량 또한 증가함을 알 수 있다.

또한 도 3 의 국내 건설폐기물 발생량 예측과 같이 향후 20년간 건설폐기물 발생량은 지속적으로 증가될 것으로 예상되고 있다.

한편 폐 조개류 껍질은 재활용되는 경우가 거의 없어 대부분이 해안 가에 그대로 방치되고 있어 그 처리에 곤란을 느끼고 있으며, 페염산의 경우는 지정 폐기물로 지정되어짐에 따라 중점적으로 관리되어, 단순히 폐염기와의 중화처리로 안전성을 부여할 뿐 이것이 재활용되는 경우가 없다.

따라서, 이러한 폐기물의 활용방법은 자원의 재활용 뿐만 아니라 환경보호 차원에서도 그 개선책이 계속적으로 요구되어지고 있다.

이에 본 발명자는 건설폐기물의 순환골재 생산 시스템에서 발생하는 순환골재와 금속 공업에서 발생한 페염산 및 바다 목장에서 길러진 조개 및 굴에서 나온 폐조개류 껍질 등의 폐기물을 이용함으로써 환경보전에 이바지하는 한편, 이를 이용한 고강 및 조강용의 콘크리트로 재 사용할 수 있도록 발명하게 되었다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로, 건설폐기물에서 발생되는 순환골재와 폐조개류 껍질 및 페염산 등의 폐기물을 이용하여 고강 및 조강용 기능성 모래를 제공하여 환경오염의 원인이 되는 폐기물을 활용하여 환경보전에 이바지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 천연골재 보다 떨어지는 순환골재의 압축강도를 보강하며, 또한 초기 압축강도를 증가시킴으로서 공사기간을 단축하는 것이다.

본 발명은 폐조개류의 사용으로 순환골재의 흡수율을 현저하게 낮추도록 하여 동절기의 공사를 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 폐콘크리트, 페조개류, 페염산 등의 제2의 환경공해 유발 폐기물을 재활용 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 페각을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키고, 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하여, 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시켜 선별한 4∼9 중량%와 순환골재 90∼95 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합하여 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 페각을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키는 과정과;

상기 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하는 과정과;

상기 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시키는 선별과정과;

건설폐기물을 호퍼에 투입하여 그리즐리 선별기에서 망으로 선별하여 100m/m 이상의 크기를 선별실에 공급하여 선별하고 선별된 것은 1차 조크라샤(JAW Crusher)에서 100m/m 이하의 크기로 파쇄한 다음 탈철기에서 자력으로 철편을 분리제거 한 후 수조탱크를 거쳐 선별된 순환골재 선별과정과,

상기 순환골재와 페각에 페염산을 혼합하는 과정을 통하여 기능성 모래를 제조하는 것이다.

이하, 본 발명의 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 건설폐기물을 이용한 순환골재와 5mm 이하로 분쇄한 폐조개류 껍질과 페염산을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 순환골재 90∼95 중량%와 폐조개류 껍질 4∼9 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래를 제공한다.

본 발명은 도 4 에 나타낸 바와 같이 수거된 건설폐기물을 호퍼(1)에 투입하여 그리즐리 선별기(2)에서 망으로 선별하여 100m/m 이상의 크기를 선별실(3)에 공급하여 이를 인력으로 선별하고, 선별된 것은 1차 조크라샤(4)에서 100m/m 이하의 크기로 파쇄한 다음 탈철기(5)에서 자력으로 철편을 분리제거 한 후 수조탱크(6)를 거쳐 순환골재(재생모래)를 선별 생산한다.

또한 그리즐리 선별기(2)에서 100m/m 이하의 크기는 스크린(7)으로 공급되어 선별된 후 수조탱크(6)에 공급되어 순환골재를 선별 생산하는 것이다.

이와 같이하여 건설폐기물로부터 생산된 순환골재는 자체에 함유된 시멘트 성분 때문에 Ca 성분을 2∼5% 정도 함유하고 있다.

상기 도 4 는 순환골재를 생산하는 시스템을 나타낸 것이나, 설명하지 않은 부분은 일반적인 과정이므로 이를 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 폐조개류(페각)를 혼합하는 기능성 모래는, 페각 껍질은 바다 목장의 조개 및 굴 양식장의 폐기물로 탄산 칼슘(CaCO₃ )분을 90% 이상 함유하며, 해안 가에서 방치되어 있는 것을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키는 과정;

상기 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하는 과정;

상기 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시키는 선별과정;

상기 선별된 페각을 순환골재와 페염산을 혼합하는 과정으로 이루어진다.

페각을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 건조시키는 것은 페각이 뭉쳐지지 않고 원활하게 분쇄되도록 하기 위하여 수분을 제거하는 것이다.

상기 건조된 페각은 조크라샤(JAW Crusher)에 넣어 분쇄하고, 5mm 이하의 스크린(채)에 통과시켜 조립률이 1.9 내지 2.9인 분쇄된 페각을 얻는다.

여기서, 상기의 분쇄된 페각은 일반 잔골재로 사용되는 모래의 조립률(일반적으로 3.44 정도)보다 낮은 조립률을 가지므로 낮은 슬럼프(Slump)로 인해 콘크리트의 작업성이 감소되며, 내구성 증진에 필요한 충분한 공기량을 제공하지 못한다.

따라서 이러한 작업성 및 내구성을 높이기 위하여 혼화제의 첨가가 요구되는 경우 혼화제로는 AE감수제를 사용할 수 있다.

상기 분쇄된 페각은 재활용 모래의 제조에 필요한 전체 중량%중 4∼9 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

페염산(HCl)은 금속공업에서 철의 녹 제거용으로 사용하고 버리는 염산폐기물로 사용한다.

순환골재 및 폐조개류 껍질을 페염산과 혼합하게 되면 순환골재 및 폐조개류 껍질의 칼슘 성분과 염산이 서로 반응하여 염화 칼슘을 생성한다.

더욱 상세하게는 순환골재를 폐조개류와 혼합하여 사용하는 것으로, 순환골재 90∼95 중량% 폐조개류 4∼9 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합장치에 함께 가하여 교반시키면 반응을 이르켜 순환(재생)골재인 기능성 모래가 제조되는 것이다.

도 5 에서와 같이 일반적으로 콘크리트에서 천연골재를 재생골재로 대체시키면 콘크리트 제품에서 압축강도가 저하되는 경향을 나타내는 것으로 알려져 있다.

그러나 이러한 현상은 페염산을 0.5∼1.5%의 범위에서 혼합하여 제조된 본 발명의 기능성 모래가 포함하고 있는 염화 칼슘성분으로 인하여 일반 순환골재나 천연골재보다 떨어지는 초기 압축강도를 획기적으로 보강할 수 있다.

한편, 염화 칼슘 첨가량에 따른 재령과 인장강도와의 관계를 표시하고 있는 도 6 및 도 7 에서 1:2 및 1:3의 배합에서 28일 강도는 다같이 염화 칼슘 첨가량이 1.0%에서 최대강도를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

또한 염화 칼슘 첨가량이 3.0%일 때 28일 강도는 염화 칼슘을 첨가하지 않은 보통 모르타르 보다도 오히려 인장강도가 적은 값을 나타내고 있다.

각 재령에 따라 염화 칼슘 첨가량과 인장강도의 증가율과의 관계를 표시하면 도 8 및 도 9 에 나타난 바와 같이 인장강도 첨가량은 재령 3일, 7일 및 28일의 순으로 나타났고, 각 재령별로 인장강도가 최대로 되는 염화 칼슘 첨가량은 3일 강도는 3%, 7일 강도는 2%, 28일 강도는 1% 순으로 나타났다.

이에 의하면 재령이 길어짐에 따라 염화 칼슘 첨가가 인장강도면에서 효과가 없는 결과를 나타낸 것임을 알 수 있다.

이상의 실험결과에 의하면 압축강도 및 인장강도는 염화 칼슘 첨가량 2.0% 이내로 사용하는 것이 합당하다.

결국, 본 발명의 초기 압축강도는 재령 7일의 압축강도가 일반의 경우 재령 28일령과 같게 됨을 통하여 확인할 수 있는 것이다.

따라서 공사기간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 페조개류가 석회의 성분으로 인하여 순환(재생)골재의 수축율을 현저하게 낮추고 균열 발생 일수를 늦출 수 있어 장기적 압축강도를 유지할 수 있는 것이다.

이러한 본 고안의 기능성 모래는 압축강도를 보강하고 초기 압축강도를 증가시킬 수 있으므로 시멘트용 골재로 사용하는 것도 가능한 것이다.

상기 페염산(Hcℓ)은 1.5% 중량비를 사용하며, 폐조개류는 탄산칼슘 90% 이상을 사용한 것이라 석회의 성분으로 인하여 수축율을 저하시키는 효과를 상승시키게 된다.

페염산은 2% 이내에서 사용하는 것은 시멘트 량에 대한 염화 칼슘이 2% 이하의 비율로 첨부되었을 때에 초기 압축강도가 높아질 수 있으며, 그 이상 염화 칼슘의 비율이 높아져도 상기의 실험결과를 통하여 확인할 수 있듯이 초기 압축강도가 더 이상 높아지지 않으므로 사용할 필요가 없다.

이와 같이 28일령 콘크리트의 강도가 일반의 경우 210kg/㎥당 이나 기능성 모래의 경우 320㎏/m²에 이르게 되었다.

순환골재의 품질 기준이 되는 척도는 흡수율이므로 흡수율 지배자인 부착 페어스트의 제거기술 및 개선, 보급을 필요로 한다.

순환골재는 입형의 불량으로 워커빌리티가 좋지 못하고 동일 슬럼프를 얻기위해 단위 수량을 증가할 경우 건조의 원인이 되어 균열의 위험이 있어 순환골재의 재사용시 프리웨팅(Prewetting)을 원칙으로 하고 순환골재를 콘크리트 배합시 내한성, 내구성, 조강용, 고강용 첨가제의 종류 중에 염화칼슘을 직접 반응하여 순환골재에 포함되도록 한 기능성 모래이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

[실시예 1]

페각 껍질은 바다 목장의 조개 및 굴 양식장의 폐기물로 탄산 칼슘(CaCO₃ )분을 90% 이상 함유하며, 해안 가에서 방치되어 있는 것을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키고, 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하여, 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시켜 선별 하며, 순환골재 90∼95 중량%와 폐조개류 껍질 4∼9 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합하는 과정을 통하여고강 및 조강용 기능성 모래를 제조한다.

[실시예 2]

페각 껍질은 바다 목장의 조개 및 굴 양식장의 폐기물로 탄산 칼슘(CaCO₃ )분을 90% 이상 함유하며, 해안 가에서 방치되어 있는 것을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키는 과정;

상기 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하는 과정;

상기 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시키는 선별과정;

수거된 건설폐기물을 호퍼(1)에 투입하여 그리즐리 선별기(2)에서 망으로 선별하여 100m/m 이상의 크기를 선별실(3)에 공급하여 이를 인력으로 선별하고, 선별된 것은 1차 조크라샤(4)에서 100m/m 이하의 크기로 파쇄한 다음 탈철기(5)에서 자력으로 철편을 분리제거 한 후 수조탱크(6)를 거쳐 선별된 순환골재(재생모래)와 페각에 페염산을 0.5∼1.5%의 범위에서 혼합하여 제조한다.

본 발명은 건설폐기물에서 발생되는 순환(재생)골재와 폐조개류 껍질(페각) 및 페염산 등의 폐기물을 이용하여 고강 및 조강용 기능성 모래를 제공하여 환경오염의 원인이 되는 폐기물을 활용하여 환경보전에 이바지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 천연골재 보다 떨어지는 압축강도를 페염산을 2%이내로 공급함으로써 보강하며, 초기 압축강도를 재령 7일의 압축강도가 일반의 경우 재령 28일령과 같이 획기적으로 증가시키도록 하는 것이다.

본 발명은 공사기간을 단축하며, 폐조개류의 혼합으로 인한 재생골재의 흡수율을 현저하게 낮추도록 하여 동결을 방지할 수 있으므로 동절기의 공사를 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 폐콘크리트, 폐조개류, 페염산 등의 제2의 환경공해 유발 폐기물을 재활용 할 수 있도록 하는 것이다.

도 1 은 폐기물 발생량 변화추이를 나타낸 그래프

도 2 는 건설폐기물 연도별 배출비율에 대한 표시

도 3 은 국내 건설폐기물 발생량 예측 그래프

도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예른 나타낸 순환 골재 생산 시스템도

도 5 는 본 발명의 천연잔골재의 재생잔골재 대체비율별 압축강도를 나타낸 그래프

도 6 은 본 발명의 염화칼슘 첨가량에 따른 재령과 인장강도와의 관계를 나타낸 그래프

도 7 은 본 발명의 염화칼슘 첨가량에 따른 재령과 인장강도와의 관계를 나타낸 그래프

도 8 은 본 발명의 각 재령에 따라 염화칼슘 첨가량과 인장장도의 증가율관의 관계를 나타낸 그래프

도 9 는 본 발명의 각 재령에 따라 염화칼슘 첨가량과 인장장도의 증가율관의 관계를 나타낸 그래프

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 호퍼 2 : 그리즐리 선별기

3 : 선별실 4 : 1차 조크라샤

5 : 탈철기 6 : 수조탱크

7 : 스크린

Claims (3)

1. 페각을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키고, 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하여, 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시켜 선별한 4∼9 중량%와 순환골재 90∼95 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합하여 이루어짐을 특징으로 하는 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래.
2. 페각을 건조로에 넣고 95 내지 125℃에서 가열하여 건조시키는 과정과;

   상기 건조된 페각을 조립률 1.9 내지 2.9인 페각으로 분쇄하는 과정과;

   상기 분쇄된 페각을 5mm 이하의 채에 통과시키는 선별과정과;

   건설폐기물을 호퍼(1)에 투입하여 그리즐리 선별기(2)에서 망으로 선별하여 100m/m 이상의 크기를 선별실(3)에 공급하여 선별하고 선별된 것은 1차 조크라샤(4)에서 100m/m 이하의 크기로 파쇄한 다음 탈철기(5)에서 자력으로 철편을 분리제거 한 후 수조탱크(6)를 거쳐 선별된 순환골재 선별과정과,

   상기 순환골재와 페각에 페염산을 혼합하는 과정을 포함하는 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 순환골재 90∼95 중량%와 폐조개류 껍질 4∼9 중량% 및 페염산 0.5∼1.5 중량%를 혼합하여 이루어짐을 특징으로 하는 순환골재와 페각과 페염산을 이용한 고강 및 조강용 기능성 모래의 제조방법.