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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 생산시스템의 종류에 따라 생산된 고품질 순환모래의 기초물성평가를 통한 품질특성을 실험 · 실증적으로 평가함으로써, 최종 생산된 순환모래에 대한 성능을 평가하고, 목표 품질의 달성과 향후 성능 보완 및 활용의 확대, 고부가가치 창출을 위한 기초자료를 제시하고자 한다
- 1과 같이 투입된 순환굵은골재를 순환모래로 적당한 입도까지 파쇄, 선별하고 건조시킨 후, 가열형 비중 분리장치 및 1차, 2차 고속회전충격식 비중분리장치의 회전날개를 통해 순환모래에 포함된 미분말을 분리하고 입형을 개선함으로서 순환모래의 품질을 향상시키고자 하였다. 또한, 원심력 미분말 집진장치를 통해 가열형 비중분리장치 및 1차, 2차 고속회전충격식 비중분리장치에 의해 분리된 미분말을 분리하여 집진하고자 하였다.
제안 방법
- 건식생산시스템의 생산 공정도는 Fig. 2와 같이 투입된 폐기콘크리트 및 순환굵은골재를 1차 파쇄 및 선별장치를 통해 3mm이하의 순환모래를 1차 고속회전충격식 비중 분리장치 및 원심력 미분말 집진장치로 이송시켜 순환모래 및 미분말을 분리하였다. 또 한 3mm이상의 골재는 다시 2차 파쇄 및 선별 장치로 이송하여 5mm이하의 순환모래 및 미분말을 2차 고속회전충격식 비중분리장치 및 원심력 미분말 집진장치로 이송시켜 순환모래 및 미분말을 분리하고 1차 및 2차 고속회전 충격식 비중분리장치에서 생산된 순환모래를 혼합하여서 입도를 개선하고자 하였다.
- 고품질 순환모래의 직렬식 건식생산시스템의 생산공정도는 Fig. 1과 같이 투입된 순환굵은골재를 순환모래로 적당한 입도까지 파쇄, 선별하고 건조시킨 후, 가열형 비중 분리장치 및 1차, 2차 고속회전충격식 비중분리장치의 회전날개를 통해 순환모래에 포함된 미분말을 분리하고 입형을 개선함으로서 순환모래의 품질을 향상시키고자 하였다. 또한, 원심력 미분말 집진장치를 통해 가열형 비중분리장치 및 1차, 2차 고속회전충격식 비중분리장치에 의해 분리된 미분말을 분리하여 집진하고자 하였다.
- 2와 같이 투입된 폐기콘크리트 및 순환굵은골재를 1차 파쇄 및 선별장치를 통해 3mm이하의 순환모래를 1차 고속회전충격식 비중 분리장치 및 원심력 미분말 집진장치로 이송시켜 순환모래 및 미분말을 분리하였다. 또 한 3mm이상의 골재는 다시 2차 파쇄 및 선별 장치로 이송하여 5mm이하의 순환모래 및 미분말을 2차 고속회전충격식 비중분리장치 및 원심력 미분말 집진장치로 이송시켜 순환모래 및 미분말을 분리하고 1차 및 2차 고속회전 충격식 비중분리장치에서 생산된 순환모래를 혼합하여서 입도를 개선하고자 하였다.
- 본 연구에서는 건설폐기물 중간처리업체의 생산방식에 따라 각각 생산된 순환모래를 사용하여 각종 기초물성평가를 통한 품질특성을 평가하기 위한 실험계획을 나타낸 것으로, 순환모래의 종류는 RS-Ⅰ 및 RS-Ⅳ로 직렬식 건식생산시스템을 거치기 전·후, 병렬식 건식생산시스템을 거치기 전·후, 소용량 습식생산시스템을 거치기 전·후, 대용량 습식생산시스템을 거치기 전·후로 구분하여 8가지 수준으로 하였고, Table 3에 나타낸바와 같이 조립율, 절대건조밀도, 흡수율, 0.08mm체 통과량, 점토덩어리량, 유기이물질함유량 등을 평가 항목으로 설정하였다.
성능/효과
- 1) 생산시스템의 종류에 따라 생산된 고품질 순환모래의 기초물성을 평가를 실시한 결과, 직렬식과 병렬식 건식생산시스템, 소용량과 대용량 습식생산시스템을 거쳐 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ의 경우 절대건조밀도, 0.08mm체 통과량, 점토덩어리량, 유기이물질함유량에서 KS F 2573(순환잔골재) 기준에 만족하였으나, 흡수율에서는 소용량과 대용량 습식생산시스템을 거쳐 최종 생산된 RS-Ⅳ만이 KS F 2573 기준치 5% 이하에 만족하였다.
- 3) 한편 흡수율의 품질 개선율 경우, 직렬식 건식생산시스템(7.13%), 병렬식(19.89%), 소용량 습식생산시스템(27.41%), 대용량(54.56%), 0.08mm체 통과량 경우, 직렬식 건식생산시스템(22.22%), 병렬식(39.92%), 소용량 습식생산시스템(91.89%), 대용량(98.16%), 점토덩어리량 경우, 직렬식 건식생산시스템(50.34%), 병렬식(76.77%), 소용량 습식생산시스템(98.60%), 대용량(99.32%)등으로 직렬식 건식생산시스템에 비하여 병렬식, 소용량 습식생산시스템에 비하여 대용량, 건식생산시스템에 비하여 습식생산시스템의 품질개선율이 우수한 것으로 나타났다.
- Fig. 10은 대상 시료의 점토덩어리량을 나타낸 것으로, 직렬식 건식생산시스템 RS-Ⅰ의 경우 1.45%를 나타냈으며, RS-Ⅳ의 경우 0.72%를 나타내어 약 50.34%의 품질 개 선율을 나타내었고, 병렬식의 RS-Ⅰ은 2.97%를 RS-Ⅳ의 경우는 0.69%로 약 76.77%의 품질 개선율을 나타내었다. 이러한 품질 개선율은 직렬식 및 병렬식 순환잔골재의 건식생산시스템 모두 고속회전충격식 비중분리장치의 회전 충격에 의해 파쇄된 미분말이 원심력 미분말 집진장치로 흡입되어 미립분양이 크게 감소하였기 때문인 것으로 판단된다.
- 또한 소용량 습식생산시스템의 RS-Ⅰ은 2.11%를 RS-Ⅳ는 0.63%로 약 70.14%의 품질 개선율을 나타내었고, 대용량의 RS-Ⅰ의 경우 1.23%를 RS-Ⅳ는 0.06%로 약 95.12%의 품질 개선율을 나타내었으며, 직렬식 건식생산시스템이 병렬식에 비하여 유기이물질함유량 및 품질 개선율이 우수하게 나타났다. 한편 대용량 습식생산시스템이 소용량 습식생산시스템에 비하여 유기이물질 제거성능이 우수한 것으로 나타났다.
- 또한 소용량 습식생산시스템의 RS-Ⅰ은 2.2g/㎤ RS-Ⅳ는 2.38g/㎤로 약 8.18%의 품질 개선율을 나타내었으며, 대용량의 RS-Ⅰ의 경우 2.28g/㎤을 RS-Ⅳ는 2.5g/㎤으로 약 9.65%의 품질 개선율을 나타내었다. 이는 플럭스탱크 내부의 부력 부가수단에 의해 순환골재에 포함된 각종 미세 유기이물질과 미립분 그리고 이에 부착된 일부 모르타르의 제거로 인한 것으로 판단되며 직렬식 습식생산시스템과 병렬식에 비하여 대용량 습식생산시스템과 소용량에 의해 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ의 절대건조밀도가 우수한 것으로 나타났으며, 품질 개선율에서도 건식생산시스템보다 습식생산시스템이 높은 품질 개선효과를 나타내었다.
- 또한 소용량 습식생산시스템의 RS-Ⅰ은 6.13%을 RS-Ⅳ는 4.45%로 약 27.41%의 품질 개선율을 나타내었으며, 대용량의 RS-Ⅰ의 경우 4.93%을 RS-Ⅳ는 2.24%로 약 54.56%의 품질 개선율을 나타내었다. 이는 샌드플럭스 장치의 전처리 단계에서 파쇄장치의 용량 차이로 인해 진동 스크린을 여러 차례 거치면서 골재표면에 부착되어 있는 모르타르의 제거로 인하여 습식생산시스템 대용량에 의해 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ가 소용량에 의해 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ에 비해 흡수율 및 품질 개선율이 우수한 것으로 나타났다.
- 또한 소용량 습식생산시스템의 RS-Ⅰ은 7.85%를 RS-Ⅳ는 0.11%로 약 98.6%의 품질 개선율을 나타내었고, 대용량의 RS-Ⅰ의 경우 11.71%를 RS-Ⅳ는 0.08%로 약 99.32%의 품질 개선율을 나타내고 있으며, 건식생산시스템과 습식생산시스템에 의해 최종 생산된 RS-Ⅳ만이 KS F 2573의 기준치 1.0% 이하에 만족하는 것으로 나타났다.
- 또한 소용량 습식생산시스템의 RS-Ⅰ은 9.86%를 RS-Ⅳ는 0.8%로 약 91.89%의 품질 개선율을 나타내었으며, 대용량의 RS-Ⅰ의 경우 13.57%를 RS-Ⅳ는 0.25%로 약 98.16%의 품질 개선율을 나타내었다. 이러한 품질 개선율은 사이클론 내부의 세척수에 의한 사이펀작용에 의해 65 μm 이상의 비교적 순수한 순환잔골재는 원추모양의 벽을 따라 원심 분리되어 플럭스탱크로 침적되며, 점토·미사·황토 및 각종 미세한 이물질 등과 같은 65 μm이하의 미분을 함유한 세척수는 오버플로 노즐을 따라 탈수스크린을 거치면서 제거되어 이러한 결과가 나타난 것으로 판단되며, 습식생산시스템에서 최종 생산된 RS-Ⅳ가 건식생산시스템에서 최종 생산된 RS-Ⅳ보다 0.
- 56%의 품질 개선율을 나타내었다. 이는 샌드플럭스 장치의 전처리 단계에서 파쇄장치의 용량 차이로 인해 진동 스크린을 여러 차례 거치면서 골재표면에 부착되어 있는 모르타르의 제거로 인하여 습식생산시스템 대용량에 의해 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ가 소용량에 의해 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ에 비해 흡수율 및 품질 개선율이 우수한 것으로 나타났다.
- 65%의 품질 개선율을 나타내었다. 이는 플럭스탱크 내부의 부력 부가수단에 의해 순환골재에 포함된 각종 미세 유기이물질과 미립분 그리고 이에 부착된 일부 모르타르의 제거로 인한 것으로 판단되며 직렬식 습식생산시스템과 병렬식에 비하여 대용량 습식생산시스템과 소용량에 의해 최종 생산된 순환모래인 RS-Ⅳ의 절대건조밀도가 우수한 것으로 나타났으며, 품질 개선율에서도 건식생산시스템보다 습식생산시스템이 높은 품질 개선효과를 나타내었다.
- 이러한 품질 개선율은 사이클론 내부의 세척수에 의한 사이펀작용에 의해 65 μm 이상의 비교적 순수한 순환잔골재는 원추모양의 벽을 따라 원심 분리되어 플럭스탱크로 침적되며, 점토·미사·황토 및 각종 미세한 이물질 등과 같은 65 μm이하의 미분을 함유한 세척수는 오버플로 노즐을 따라 탈수스크린을 거치면서 제거되어 이러한 결과가 나타난 것으로 판단되며, 습식생산시스템에서 최종 생산된 RS-Ⅳ가 건식생산시스템에서 최종 생산된 RS-Ⅳ보다 0.08mm체 통과량 및 품질 개선율이 우수한 것으로 나타났다
- 85%의 품질 개선율을 나타내었다. 전체적으로 직렬식 건식생산시스템과 병렬식이 연구목표 품질을 만족하고 있지만, 폐기콘크리트에 부착된 모르타르의 분리 효율이 저하하여 품질 개선율이 다소 저하되는 것으로 나타났다.
- 8은 대상 시료의 흡수율을 나타낸 것으로 대·소용량 습식생산시스템에 의해 최종 생산된 RS-Ⅳ만이 KS F 2573 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 직렬식 건식생산 시스템의 RS-Ⅰ경우 6.67%을 나타냈으며, RS-Ⅳ의 경우 6.19%를 나타내어 7.13%의 품질 개선율을 나타내었고, 병렬식의 RS-Ⅰ은 6.36%를 RS-Ⅳ의 경우는 5.1%로 약 19.89%의 품질 개선율을 나타내었다. 이러한 품질 개선율은 직렬식 건식생산시스템의 경우 파쇄장치에 있어서 단순 충격식 파쇄로 인해 폐기콘크리트에 부착된 모르타르의 분리효율이 다소 저하하여 흡수율의 품질 개선율이 병렬식 건식생산시스템에 비해 다소 저하하는 것으로 판단된다
- 0% 이하 기준에 만족하 는 것으로 나타났다. 직렬식 건식생산시스템의 RS-Ⅰ경우 1.33%를 나타냈으며, RS-Ⅳ의 경우 0.24%를 나타내어 약 81.95%의 품질 개선율을 나타내었고, 병렬식의 RS-Ⅰ은 2.21%을 RS-Ⅳ의 경우는 0.55%로 약 75.11%의 품질 개선율을 나타내었다.
- 08mm체 통과량을 나타낸 것으로, 건식생산시스템과 습식생산시스템에 의해 최종 생산된 RS-Ⅳ만이 KS F 2573 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 직렬식 건식생산시스템의 RS-Ⅰ경우 2.34%를 나타냈으 며, RS-Ⅳ의 경우 1.82%를 나타내어 약 22.22%의 품질 개선율을 나타내었고, 병렬식의 RS-Ⅰ은 10.52%를 RS-Ⅳ의 경우는 6.32%로 약 39.92%의 품질 개선율을 나타내었다. 품질 개선율에서는 직렬식에 비하여 병렬식이 우수한 것으로 나타났으나, 0.
- 7은 대상시료의 절대건조밀도를 나타낸 것으로, 모든 시료가 KS F 2573 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 직렬식 건식생산시스템의 RS-Ⅰ의 경우 2.22g/㎤을 나타내었고, RS-Ⅳ의 경우 2.26g/㎤로 약 1.8%의 품질 개선율을 보였으며, 병렬식의 RS-Ⅰ은 2.21g/㎤을 RS-Ⅳ의 경우에는 2.29g/㎤를 나타내어 약 3.85%의 품질 개선율을 나타내었다. 전체적으로 직렬식 건식생산시스템과 병렬식이 연구목표 품질을 만족하고 있지만, 폐기콘크리트에 부착된 모르타르의 분리 효율이 저하하여 품질 개선율이 다소 저하되는 것으로 나타났다.
- 92%의 품질 개선율을 나타내었다. 품질 개선율에서는 직렬식에 비하여 병렬식이 우수한 것으로 나타났으나, 0.08mm체 통과량에서는 병렬식에 비하여 직렬식이 우수한 것으로 나타났다. 이는 직렬식 건식생산시스템의 경우 원심력 미분말 집진장치의 흡입력 및 가동기수로 인해 병렬식 건식생산시스템에 비해 다소 미립 분양이 적어 이러한 경향을 나타나는 것으로 판단된다
- 12%의 품질 개선율을 나타내었으며, 직렬식 건식생산시스템이 병렬식에 비하여 유기이물질함유량 및 품질 개선율이 우수하게 나타났다. 한편 대용량 습식생산시스템이 소용량 습식생산시스템에 비하여 유기이물질 제거성능이 우수한 것으로 나타났다.
후속연구
- 2) 또한 직렬식과 병렬식 건식생산시스템의 경우 흡수율에서 KS F 2573 기준에 다소 미흡한 것으로 나타나 향후 파쇄 및 선별 등 장치의 개선 및 고속회전충격식 비중분리장치의 회전날개를 개선함으로서 회전충격 이외에 마쇄메커니즘을 추가시켜 부착모르타르의 제거효율을 향상시켜야 할 것으로 판단된다
- 직렬식 건식생산시스템의 RS-Ⅳ 경우는 원심력 미분말 집진장치의 가동수 및 흡입력과 고속회전충격식 비중분리장치의 회전날개의 회전수 등에 기인한 것으로 사료되며, 대·소용량 습식생 산시스템의 경우는 샌드플럭스 장치를 거치면서 이물질뿐만 아니라 미립분의 제거로 인하여 KS F 2526(콘크리트용 골재)의 기준에 만족하지 못하는 것으로 판단된다. 따라서 향후 이에 대한 대책이 필요할 것으로 사료된다.
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