고속회전충격 및 미세입자 건식분리방식에 의한 순환잔골재 생산기술
Manufacturing Technology of Recycled Fine Aggregate by High Speed Impact and Dry Separation Method of Fine Particle
* 충남대학교 건축공학과 부교수 Chungnam National University E-mail : [email protected] ** (주)성안 ENT 대표이사
Sung An ENT, Inc
*** 대한주택공사 건설폐기물 재활용 연구단
Construction Waste Recycling Research Center
**** 충남대학교 건축공학과 명예교수
1. 서론
우리나라는 1970년대 급격한 경제성장속에서 대규모 사 회간접시설 및 200만호 주택 등이 국가주도로 건설되었으 며, 이러한 구조물이 최근에 들어 노후화됨에 따라 도시개 발의 가속화와 재개발 사업의 급속한 팽창으로 인해 건설 폐기물의 발생량이 기하급수적으로 증가할 것으로 예상되 고 있다. 특히 건설폐기물 가운데 폐콘크리트는 약 70%
이상을 차지하고 있어 이에 대한 대책이 시급히 요구되고 있으며, 이에 따라 정부에서는 폐콘크리트를 처리하기 위 한 다양한 법률 및 시행령을 제정하는 등 순환잔골재의 재활용을 적극적으로 도모하고 있다.1)
한편, 순환잔골재의 경우 밀도 및 흡수율 등 품질이 골 재와 비교하여 매우 열악하고 품질관리가 어려워 대부분 성토·복토용 등의 저부가가치 용도에 국한되어 사용되거 나, 콘크리트용으로의 사용에 있어서는 용도 및 치환율에
있어서 제한되고 있는 상황이다.2) 이는 순환골재의 표면에 부착되어 있는 시멘트 페이스트의 영향이 크며, 이러한 시 멘트 페이스트를 효과적으로 제거하기 위한 연구가 계속 적으로 진행되어 현재는 폐콘크리트를 갈아서 부스러뜨리 는 가열마쇄방식, 물의 세척에 의한 습식방식, 바람에 의 한 풍력 선별방식과 같은 다양한 순환잔골재 생산시스템 이 개발되어 적용되고 있다. 그러나 가열마쇄방식은 고가 의 가열장치와 높은 에너지의 소비가 요구되며, 습식방식 은 필터프레스 등의 고가장치와 세척수 및 슬러지의 처리 문제가 발생되고, 풍력선별방식은 미분말의 효율적으로 제 거되지 못하여 순환잔골재의 품질이 저하하는 문제가 있 다.3)
본 고에서는 경제성, 환경부하저감성 및 순환잔골재의 품질개선효과가 우수한 순환잔골재 생산기술로서 고속회전 충격식 비중분리장치 및 원심력 미분말 집진장치 등으로 구성된 순환잔골재 생산기술에 대하여 소개하고자 한다.
2. 건식생산기술의 개요
순환잔골재 생산시스템의 선정시에는 표 1에 나타낸 바 와 같이 생산시스템의 경제성, 환경부하저감성 및 생산된 순환잔골재의 품질 등을 전반적으로 고려하여 최적의 생 산시스템을 선정해야만 한다.
본 건식생산시스템의 경제적인 요인으로서는 고속회전 김규용*
Gyu-Yong Kim
김무한****
Moo-Han Kim 권수길**
Soo-Kil Kwon
이도헌***
Do-Heun Lee
표 1. 순환잔골재 생산시스템의 선정
구분 내 용
경제성 - 초기 비용 : 부품, 장치, 설치 공간
- 유지관리비용 : 소비 전력, 미분말 처리 비용 환경부하
저감성
- 부산물로서 건조상태의 미분말의 처리비용 감소 및 재활용의 극대화
품질개선 효과
- 부착모르타르 및 미분말의 효율적인 분리 및 제거 가능
그림 1. 고속회전충격에 의한 파쇄 및 분리 개념도
충격식 비중분리장치 및 원심력 미분말 집진장치 등 저가 의 장치로 구성되고 작은 설치면적 및 전력소비량이 요구 되며, 부산물로서 분리집진이 용이한 건조 상태 미분말이 발생하여 재이용 등이 가능하다.
환경부하저감성 측면에서는 순환잔골재로부터 분리된 미분말이 밀폐된 침강식미분말 집진장치에 건조 상태로 포집․저장되고 미세분진이 배기필터장치에 의해 여과됨으 로서 환경오염을 방지할 수 있다. 또한 고속회전충격 및 원심력 미분말 집진에 의해 순환잔골재로부터 부착모르타 르 및 미분말이 분리 ․ 제거되어 순환잔골재의 품질개선 이 가능하다.4)
3. 건식생산기술의 주요 메커니즘
(1) 고속회전충격에 의한 순환잔골재의 파쇄 및 미분말 과 미세분진의 분리
본 건식생산시스템의 주요 메커니즘의 하나는 그림 1에 나타낸 바와 같이 고속회전충격식 비중분리장치의 회전날 개를 고속으로 회전시킴으로서 순환잔골재를 충격 작용에
표 2. 고속회전충격식 비중분리장치의 구성장치 및 기능
구성장치 장치의 기능
회전 날개
- 낙하하는 순환잔골재와 충돌하여 회전충격 에 의한 파쇄작용
- 강력한 회전풍에 의해 순환잔골재와 미분 말, 미세분진을 분리․선별
분산판 - 회전날개에 의한 회전충격효율을 증대시키 기 위해 순환잔골재를 분산
사이드 패널
- 분산되어 회전충격작용을 받은 순환잔골재 를 하부날개로 유도
내벽 - 분산판에 의해 분산된 순환잔골재가 충돌 하여 부착 모르타르 제거 및 입형 개선
그림 2. 원심력 및 중력에 의한 미분말집진장치의 개념도
의해 파쇄하고 순환잔골재로부터 미분말과 미세분진을 분 리 하는 것이다.5) 파쇄 ․ 선별된 순환잔골재는 컨베이어벨 트를 통해 고속회전충격식 비중분리장치로 이송된 후 회 전날개에 의해 내부로 비산 ․ 투입된다.
투입된 순환잔골재는 하부로 낙하하여 고속회전하고 있는 회전날개의 파쇄 홈에 충돌하고 분산판에 의해 분산 되어 내벽에 충돌하며, 순환잔골재 상호간에 충돌하는 등 의 파쇄작용이 발생한다.6)이때, 무거운 순환잔골재 입자는 하부로 낙하하고 가벼운 미분말과 미세분진은 회전날개의 회전상승기류에 의해 상승하여 원심력 미분말 집진장치로 흡입된다.
고속회전충격식 비중분리장치의 구성부품 및 기능은 표 2에 나타낸 바와 같다.
(2) 원심력 및 질량차에 의한 미분말과 미세분진의 분리 그림 2는 순환잔골재로부터 분리된 미분말과 미세분진
표 3. 원심력 미분말 집진장치의 구성장치 및 기능
구성장치 장치의 기능
원추형 몸체
- 미분말을 하부로 낙하시키고 소용돌이를 생성하여 미세분진을 상승
스크류 컨베이어
- 징치 하부에 포집된 미분말을 침강식 미립분 집진장치로 이송
원통형
배기관 - 미세분진을 배기필터장치로 배출
을 원심력 및 질량차에 의해 분리 ․ 집진하는 원심력 미분 말 집진장치의 개념도를 나타낸 것이다.
원심력 미분말 집진장치로 흡입된 미분말과 미세분진은 원심력과 질량차에 의해 무거운 미분말은 하단부에 포집되 고 가벼운 미세분진은 상승기류에 의해 상승 ․ 배출된다.
표 3은 원심력 미분말 집진장치의 구성부품 및 기능을 나타낸 것이다.
(3) 건조상태 미분말의 포집 및 미세분진의 여과
그림 3은 원심력 미분말 집진장치에 의해 분리된 미분 말과 미세분진 포집되고 여과되는 침강식 미분말 집진장 치 및 배기필터장치의 개념도를 나타낸 것이다.
심력과 질량차에 의해 분리되어 원심력 미분말 집진장 치의 하단부에 포집된 미분말은 스크류컨베이어를 통해 침강식 미분말 집진장치의 미분말 투입구로 이송되어 밀 폐된 박스형 침전조에 건조상태로 포집․저장된다.
또한, 원심력 미분말 집진장치의 하단부에 발생하는 승 기류에 의해 상승 ․ 배출된 미세분진은 배기필터장치에
그림 3. 건조미분말의 포집 및 미세분진의 여과 개념도
표 4. 배기필터장치의 구성장치 및 기능
구성장치 장치의 기능
배기필터 - 싸이클론 집진장치를 통해 배출된 미세 분진을 흡착
흡기팬 - 미세분진이 여과된 청정공기를 외부로 배출
표 5. 침강식미분말 집진장치의 구성장치 및 기능
구성장치 장치의 기능
박스형 침전통
- 순환잔골재로부터 분리된 미분말을 포집 하여 저장
상부 투입구 - 원심력 미분말 집진장치를 통과한 미세 분진이 배기필터장치로 투입
하부 투입구 - 원심력 미분말 집진장치를 통과한 미분 말이 침강식 미립분 집진장치로 투입
의해 여과되어 대기 중으로 배출된다.
한편, 침강식미분말 집진장치와 배기필터장치의 구성부 품 및 기능은 표 4 및 5에 나타낸 바와 같다.
4. 건식생산시스템의 개발 및 적용
본 연구에서 사용한 순환잔골재 건식생산시스템은 시스 템 Ⅰ,Ⅱ로 구성되어 있으며, 파쇄분리공정의 배치에 따라 시스템Ⅰ은 직렬식, 시스템Ⅱ는 병렬식으로 구성하도록 하 였다. 그림 4는 시스템 Ⅰ,Ⅱ에서 사용된 고속회전충격식 비중분리장치의 모식도를 나타낸 것이다.
그림 4. 고속회전충격식 비중분리장치의 모식도
그림 5. 건식생산시스템 Ⅰ 개요 및 순환잔골재 채취공정
(a) 임팩트 크러셔 (b) 원통형 회전스크린
(c) 고속회전충격식 비중분리장치
(d) 가열형 비중분리장치
(e) 침강식 미립분 집진장치 (f) 배기필터장비 사진 1. 건식생산시스템 Ⅰ
(1) 고품질 건식생산시스템 Ⅰ
고품질 순환잔골재의 건식생산시스템 Ⅰ의 개요를 그 림 5에 나타내었다.
그림 6. 건식생산시스템 Ⅱ 개요 및 순환잔골재 채취공정
먼저, 투입된 순환 굵은골재는 파쇄장치를 통해 순환잔골 재로 적당한 입도까지 파쇄된 후 선별장치에서 5mm이하 로 선별, 건조시킨 후 가열형 비중분리장치 및 1차, 2차 고속회전충격식 비중분리장치의 회전날개를 통해 순환잔 골재에 포함된 미분말을 분리하고 입형을 개선함으로서 순환잔골재의 품질을 향상시키고자 하였다.
또한, 원심력 미분말 집진장치를 통해 가열형 비중분리 장치 및 1차, 2차 고속회전충격식 비중분리장치에 의해 분 리된 미분말을 분리하여 침강식 미립분 집진장치로 이송 되어 침전되며, 침전되지 않은 미세분진은 배기필터장치에 의해 포집되도록 하여 외부로는 청정한 공기가 배출되도 록 하였다.
사진 1은 건식생산시스템Ⅰ의 주요 장치를 나타낸 것이다.
(2) 고품질 건식생산시스템 Ⅱ
고품질 순환잔골재의 건식생산시스템Ⅱ의 개요를 그림6 에 나타내었다.
투입된 폐기콘크리트 및 순환 굵은골재는 1차 파쇄 및 선별장치를 통해 3.5mm이하의 순환잔골재를 1차 고속회 전충격식 비중분리장치 및 원심력 미분말 집진장치로 이 송시켜 순환잔골재 및 미분말을 분리하도록 하였다.
또한, 3.5mm이상의 골재는 다시 2차 파쇄 및 선별장치 로 이송하여 5mm이하의 순환모래 및 미분말을 2차 고속 회전충격식 비중분리장치 및 원심력 미분말 집진장치로 이송시켜 순환모래 및 미분말을 분리하고, 1차 및 2차 고 속회전충격식 비중분리장치에서 생산된 순환모래를 혼합 하여 입도를 개선하고자 하였다.
사진 2는 건식생산시스템Ⅱ의 주요 장치를 나타낸 것이다.
(a) 1차 파쇄장치 ( 롤크러셔 )
(b) 2차 파쇄장치 (수직 임팩트 크러셔)
(c) 1차 선별장치 ( 진동스크린 )
(d) 2차 선별장치 ( 진동스크린 )
(e) 원심력 미분말 집진장치 (f) 침강식 미립분 집진장치
사진 2. 건식생산시스템 Ⅱ
5. 결언
최근 순환모래가 점차 고품질화 됨에 따라 구조물용 모 래로서 그 사용량이 증가되고 있으며, 고품질 순환모래를 일반 콘크리트뿐만 아니라 최근 콘크리트구조물의 대형화
․ 초고층화 ․ 고성능화 등에 의해 사용량이 증가되고 있는 고강도 ․ 고유동 콘크리트 등 고품질 ․ 고성능 콘크리트에 활용하기 위한 지속적인 연구와 본 연구의 고품질 순환모 래 입도별로 선별하여 분리 ․ 생산되는 건식 순환미분말을 콘크리트용 혼화재료, 지반개량재, 고유동 충전재 등 기타
주요 건설재료로서 유효하게 활용할 수 있는 연구개발이 전망되고 있다.
또한, 고속회전충격식 비중분리장치 및 침강식 미립분 집진장치에 의한 고품질 순환모래 건식생산시스템을 순환 모래 생산이외에 부순골재 등과 같은 골재생산현장에 응 용활용 시 경제성, 생산성, 환경성 및 품질의 대폭적 향상 을 도모할 수 있다.
더욱이 고품질 순환모래를 사용한 프리믹스형 모르타르 제품 및 콘크리트의 품질 고급화 기술을 개발함으로서 레미콘산업, 콘크리트 2차 제품, 프리믹스형 모르타르 제 품 등에 있어서 시장점유가 가능할 것이며, 이를 통해 순 환모래 제조 ․ 생산기술 및 순환모래의 고부가가치화 창출 이 가능할 것으로 사료된다.
참고문헌
1) 한국건설기술연구원, 건설폐기물 재활용 촉진을 위 한 정책 및 기술개발, 건설교통부, 2002
2) 島 裕和 ほか, 副産微粉を土壌化材として利用したと きの高品質再生骨材のライフサイクル分析,コンク リート工學論文集, 第15卷, 第1號, 2004. 1, pp.
81~91
3) 김무한, “폐콘크리트덩어리를 활용한 고품질 재생모 래의 제조기술 및 자원유효이용성 평가모델 개발”, 2003년도 건설핵심기술연구개발사업보고서, 2004 4) 김무한 외 “마이크로파 가열기술 및 마찰ㆍ마쇄 작
용에 의한 순환잔골재 품질향상에 관한 연구”, 한 국콘크리트학회 2009년도 봄 학술발표회 논문집 Vol.21 No.1
5) 김무한 외 “순환잔골재 건식생산시스템의 메커니즘 에 관한 연구”, 한국콘크리트학회 2008년도 봄학술 발표회논문집, 제20권 1호
6) 김무한 외, “高速回転衝擊及び遠心力微粉末集塵によ る再生細骨材乾式生産システムの性能評価に関する 研究”, 일본콘크리트공학학회, 제30권 2호, 2008.07
