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문제 정의
- 따라서 본 연구는 기존의 파쇄시스템을 개선한 일괄 처리 시스템 개발과 폐FRP의 재활용을 위하여 단순 미분말이 아닌 폐FRP (유리섬유)를 콘크리트 제품의 잔골재 대용 가능성에 대하여 검토하고자 한다.
- 따라서 폐FRP를 재처리하여 천연골재 대용으로 사용할 수 있다면 환경에 도움이 될 뿐만 아니라 경제적면에 있어서도 장점이 예상된다. 본 연구는 지금까지 축적된 분쇄 기술과 FRP의 특성, 작업 환경과 효율성 등을 고려한 FRP전용 파쇄 시스템을 실제적으로 설계하였다. 이것은 FRP 재활용을 위한 파쇄 작업이 경제적이고 효율적2로 이루어질 수 있게 할 뿐만 아니라 작업 환경까지 고려한 실용적인 산업모델이라 할 수 있다.
제안 방법
- 4. 폐FRP 파쇄장치는 소요 동력을 최소화하고 소음을 줄이기 위하여 피파쇄물이 칼날과 수평을 유지하도록 하기 위한 장치(압착 및 홀드가이드)를 부착 하였다. 그 효과는 파쇄분말 중에서 유리섬유와 수지의 분리를 용이 하게 하여 폴리머 시멘트 강도를 향상시키는 장점을 나타냈다.
- 5. 작업 환경을 개선하고 소요 경비를 줄이기 위하여 장치의 일체 시스템화를 구상하였고 유리 섬유와 수지분말은 서로 비중이 다르므로 원심분리기를 이용하여 분리하여 파쇄분진이 없도록 하였다.
- 9. 실용화를 위하여 도로경계석의 시제품을 통하여 상용화 가능성을 실험하였다.
- 공시체는 KS(KS L 5109, KS L 5111, KS F 2410)에 규정한 방법에 따라 제작하였다. 강도시험은 만능 재료시험기를 이용하여 실시하였다. 시험 결과, 중량변화에 FRP 폐기물 세골재 치환율이 미치는 영향은 압축강도용 공시체의 경우 폐 FRP 세골재가 치환되지 않은 경우 중량은 255g고 비중은 2.
- 파쇄시 발생하는 분진과 소음을 격리시키기 위하여 투입구의 개폐를 실행한다. 기존 파쇄기의 모든 열린 부분을 밀봉 형태로 설계 변경하여 분진과 소음이 밖으로 전달되지 않도록 하였다. 뿐만 아니라 블레이드 바로 아래에서는 물을 직접 투입하여 분진과 수분의 결합이 용이하게 되며혼합공정으로 인한 공기 흡입을 통하여 분진이 외부로 배출되지 않도록 한다(Fig.
- 이렇게 되면 기계의 효율이 저하 될 뿐만 아니라 가이드 사이로 파쇄 된 유리섬유와 수지가루가 역류하게 되어 파쇄작업이 계속적으로 이루어지지 않는 문제점이 발생한다. 또한 기존 파쇄기의 경우 분진 비산 문제를 해결하기 위하여 투입구에 커버를 만들었다. 하지만 이 경우 근본적인 해결책이 되지는 않으며 더욱이 커버로 인하여 연속적인 파쇄물의 투입이 용이하지 않게되었다.
- 시멘트 제품이 원가가 매우 낮은 것을 감안한다면 폐FRP를 재활용하기 위한 1차 작업은 열악한 작업환경을 개선하면서 동시에 경제성을 극대화 할 수 있는 FRP 전용 파쇄기(윤구영 [2005])를 이용하는 것이다. 이는 복합재료의 파괴에너지 해석(직교 이방성과 복합적층 구조, 이지환 μ993])을 이용하여 가장 효율적인 파쇄방법을 제시하였다.
- 3은 일괄공정의 실물 사진이다. 파쇄시 발생하는 분진과 소음을 격리시키기 위하여 투입구의 개폐를 실행한다. 기존 파쇄기의 모든 열린 부분을 밀봉 형태로 설계 변경하여 분진과 소음이 밖으로 전달되지 않도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 개발한 FRP파쇄장치를 이용하여 추출된 유리장섬유를 현재 시판중인 수로관, 도로경계석등에 활용하기 위하여 아산시 소재 T사에서 실제 제품(도로경계석)과 동일하게 제조된 시제품을 사용하여 실험하였다. 실험한 결과는 다음과 같다.
이론/모형
- 보고되었다. 공시체는 KS(KS L 5109, KS L 5111, KS F 2410)에 규정한 방법에 따라 제작하였다. 강도시험은 만능 재료시험기를 이용하여 실시하였다.
성능/효과
- 1. 개발된 폐선처리 방법은 경제성이 높고 환경 친화적인 처리기술로서 FRP 파쇄분말을 세골재로 활용하는 방안으로 부가가치가 높고 효과적이다.
- 2. FRP를 파쇄 할 때는 횡단방향으로 박리파쇄 하는 것이 가장 효율적이며 이로 인해 보다 많은 양의 수지를 recycling할 수가 있게 되었다. 파쇄된 폐FRP는 현미경의 사진을 통해 섬유와 수지의 분리 여부를 판별할 수가 있었다.
- 3. 파쇄용 칼날은 어긋나게 배열하여 하나의 동력 축에 두 개의 보조 축으로 구성하는 것이 소음과 진동이 적고 파쇄 효율이 높았다.
- 7. 스크루 컨베이어와 이 중 수조 분리장치를 이용하여 수지와 유리 섬유, 미분말 등을 효과적으로 분리함으로써 폴리머 시멘트모르타르의 압축강도 및 굽힘 강도를 향상 시킬 수 있었다.
- 8. 폐FRP 미분말에 혼화제를 사용하여 연구 한 결과 압축강도와 휨강도가 월등하게 향상되는 결과를 보이고 있다. 그러나 첨가제를 사용하면 생산비용이 높아지는 문제점과 유리섬유 미분말을 사용하였을 경우에 발생하는 환경적 문제 등도 나타나게 된다.
- 8은 기존의 파쇄기와 달리 압착 가이드와 홀더들을 설치하여 피파쇄물이 항상 칼날과 일정각도(횡방향 및 박리절단)를 유지하도록 한 경우와 압착 가이드가 없는 경우의 압축 강도를 비교한 것이다. FRP폐기물을 잔골재로 치환한 비율이 증가할수록 압축강도가 많이 떨어지고 가이드와 홀더를 설치한 경우의 압축강도가 가이드를 설치하지 않은 경우보다 높게 나타났음을 알 수 있다. 이것은 가이드가 설치된 경우 소요 동력이 작음은 물론이고 유리섬유와 수지가 잘 분리되어 시멘트와 잔골재의 결합이 잘 이루어진 것으로 볼 수 있다.
- 39% 감소하였다. 따라서 경량 건축 재료로서 KS규정에 명시된 비중이 2.0이하로 되어 있으므로 비중만을 고려하면 FRP 세골재의 치환율은 10%만 되어도 충분한 것으로 나타났다. 잔골재는 폴리머 결합제와 접착성이 양호하도록 수분함량을 0.
- 또한 수지성분 뿐만 아니라 유리 섬유 성분 역시 작업자의 건강에 위험한 요인임은 분명하다. 또한 기존 파쇄기의 경우 소음 발생은 50 cm떨어진 곳에서는 최저 98.7 dB에서 최고 100.5 dB이 나왔고, 100 cm떨어진 곳에서는 최저 92.3 dB에서 최고 96.6 dB이 나왔으므로 규정치 이상임을 알 수 있다. 따라서 이에 대한 대책이 요구된다.
- 의환[2002])를 살펴보면 폐FRP로부터 재활용된 FRP 미분말 및 FRP 소성 회는 콘크리트 골재로서 재활용(material recycle) 가능성이 있다는 결론을 얻은 바 있다. 또한 욕조 생산 시 발생하는 FRP 폐기물을 분쇄하여 석분과 일정 비율로 혼합하여 충전한 계면 강화 복합재료를 제조하고 기계적 물성을 실험한 결과 물리 화학적으로 안정한 결합을 이루고 있으며 pull out 현상이 발생하지 않음을 확인하였다. 그 밖에도 폐FRP를 이용한 폴리머 시멘트의 기초 물성 연구와 여기에 사용하는 혼화제와 제조 기술에 따른 특성에 관한 연구 결과를 발표하였다.
- 강도시험은 만능 재료시험기를 이용하여 실시하였다. 시험 결과, 중량변화에 FRP 폐기물 세골재 치환율이 미치는 영향은 압축강도용 공시체의 경우 폐 FRP 세골재가 치환되지 않은 경우 중량은 255g고 비중은 2.04 이다. 폐FRP 미분말이 10% 치환된 경우 중량은 210 g이고 비중은 1.
- 적절히 제어함으로써 소음과 분진의 외부 유출을 방지할 수 있었고 에어실린더를 이용하여 피파쇄물이 파쇄 칼날과 항상. 일정한 각도를 유지할 수 있도록 함으로써 같은 동력에 비하여 7배 이상의 파쇄 효과를 높일수 있었다.
- 파쇄기 투입구에 문을 설치하고 이를.적절히 제어함으로써 소음과 분진의 외부 유출을 방지할 수 있었고 에어실린더를 이용하여 피파쇄물이 파쇄 칼날과 항상. 일정한 각도를 유지할 수 있도록 함으로써 같은 동력에 비하여 7배 이상의 파쇄 효과를 높일수 있었다.
후속연구
- 하다는 것을 보여주고 있다. 따라서 첨가제의 사용을 배제하고 폐FRP의 유리섬유와 물 그리고 시멘트의 배합 비를 적절히 선정하여 성형기술을 개발한다면 압축강도의 큰 손실 없이 경제성 있는 폴리머 시멘트를 개발할 수 있으며 유리 섬유로 인한 휨강도의 증가는 FRP의 재활용 분야 확대에 큰 도움이 되리라 여겨진다. 2.
- 이는 국내외적으로 천연골재의 부족에 따른 골재난의 문제를 해결하기 위한 방안으로 충분한 조건을 가지고 있다고 할 수 있다. 따라서 폐FRP를 골재대용으로 사용한다면 폐기물의 처리와 자원 부족 현상을 동시에 처리할 수 있을 것이다.
- Table 2는 폐FRP를 첨가하면 압축강도는 감소하지만 휨강도에는 거의 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다. 따라서 휨강도를 중요시하는 경계석과 기본적 압축강도가 요구되는 보도용 벽돌 등에 활용할 수 있을 것이다. 자세히 살펴보면, 휨강도의 경우는 정상 제품과 거의 차이가 나지 않으므로 실제 휨강도를 중요시 하는 인터록킹 블록에 폐FRI를 재활용한 제품 생산이 가능할 것이다.
- 압축 강도의 경우는 기본 압축강도 기준인 8 MPa(C종 2급)를 훨씬 넘는 결과가 나왔고, 그 두 배인 16MPa(C종 1급)에도 적용이 가능 할 것으로 예상되어 내력용 또는 비내력용등 콘크리트 벽돌에 광범위 하게 사용할 수 있을 것이다. 또한 정상 제품과 비교하여 무게가 적다는 특징은, 생산량 증대 및 운송료 절감이라는 측면에서 볼 때 상당한 경제적 이익이 발생할 것으로 기대된다. 또한 흡수율도 최대 7%미만으로 실제 상용화에도 문제가 없을 것이다.
- 이런 시점에서 실제적인 생산 기술에 관한 새로운 파쇄시스템의 제작은 매우 큰 의미를 갖는다. 앞으로도 FRP의 효율적인 재활용을 위한 보다 경제적인 파쇄시스템의 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
- 따라서 휨강도를 중요시하는 경계석과 기본적 압축강도가 요구되는 보도용 벽돌 등에 활용할 수 있을 것이다. 자세히 살펴보면, 휨강도의 경우는 정상 제품과 거의 차이가 나지 않으므로 실제 휨강도를 중요시 하는 인터록킹 블록에 폐FRI를 재활용한 제품 생산이 가능할 것이다. 압축 강도의 경우는 기본 압축강도 기준인 8 MPa(C종 2급)를 훨씬 넘는 결과가 나왔고, 그 두 배인 16MPa(C종 1급)에도 적용이 가능 할 것으로 예상되어 내력용 또는 비내력용등 콘크리트 벽돌에 광범위 하게 사용할 수 있을 것이다.
- 폐FRP를 파쇄한 후 유리섬유와 수지분말을 분류하는 공정은 위에서 언급한 바와 같이 흡진 설비를 도입한 후 원심분리의 기능을 추가한다. 파쇄와 후 처리공정을 모두 격리된 작업 공간에서 이루어지게 함으로써 방진뿐만 아니라 방음 효과도 달성할 수 있을 것이다. 또한 폐선의 해체 작업에서의 효율성을 증대시키기 위하여 선박 해체용 crusher를 이용한 해체 작업과 1 차 파쇄 작업을 동시에 하는 일괄작업도 필요하다.
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