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문제 정의
- 1. 순환골재 고품질화 생산 방안 모색의 일환으로 파쇄횟수에 따른 시멘트페이스트 제거효율과 박리 및 마쇄 원리를 적용 시시멘트 페이스트 제거효율 비교를 통해 순환골재 생산 공정 최적화 방안을 제시하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 콘크리트용 순환골재 생산을 위한 콘크리트 파쇄기의 변경에 따른 골재 품질 특성을 검토하여 순환골재 생산공정 최적화 방안을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 콘크리트용 순환골재 고품질화 생산 방안으로 순환골재 파쇄 횟수, 파․ 분쇄기와 박리 및 마쇄기 접목에 따른 순환골재의 품질 비교를 목적으로 하며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- W사는 총 4차의 파쇄공정을 이용하여 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재를 생산하며 본 실험에 타겟 또한 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재로 설정하였다. Fig. 4는 W사의 해머크러셔를 나타낸 것으로 최종 파쇄 장치인 해머크러셔 원통형의 본체 내부의 골재가 부딪히는 원통형 벽면에 강한 충격력을 감소시키고 고무의 탄성력을 이용한 반발작용으로 골재에 회전력을 주어 골재가 부딪히면서 발생하는 마찰에 의해 순환골재 표면에 부착된 페이스트를 박리가 가능하도록 2가지 타입의 반발판을 설치하고, 실험 시 최종 파쇄 장치인 해머크러셔의 해머갯수는 12, 16, 20개로 조절하여 실험을 실시하였다.
- 기존 파․ 분쇄설비를 갖춘 순환골재 생산 공정 최종단계에 박리 및 마쇄 원리를 적용 시 시멘트 페이스트 제거효율에 따른 순환골재의 품질변화를 관찰하고자 충북 W사의 현장 설비를 이용하여 Table 2와 같이 실험을 계획하였다.
- J사는 총 4차의 파쇄공정을 이용하여 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재를 생산하며, 본 실험에 목표 또한 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재로 설정하였다. 본 실험에 사용된 콘크러셔는 Fig. 3과 같으며, 최종 파쇄 장치인 콘크러셔에서 생산된 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재를 2~3회 재 투입하여 골재 표면에 시멘트 페이스트 제거 효율을 관찰하였고, 실험 시 최종 파쇄 장치인 콘크러셔의 맨틀과 콘케이브의 이격거리는 15mm, 10mm, 5mm로 설정하였다. 본 실험에 사용된 실험인자는 Table 1을 통해 확인할 수 있다.
- 실험방법으로는 W사의 공정을 이용하여 콘크리트 원석을 투입한 후 최종 파쇄 장치인 해머크러셔에서 배출되는 골재의 품질을 실험하였다. W사는 총 4차의 파쇄공정을 이용하여 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재를 생산하며 본 실험에 타겟 또한 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재로 설정하였다.
- 파쇄횟수에 따른 시멘트페이스트 제거효율에 따른 순환골재의 품질변화를 관찰하고자 경남 J사의 현장 설비를 이용하여 Table 1과 같이 실험을 계획하였다.
대상 데이터
- 실험방법으로는 W사의 공정을 이용하여 콘크리트 원석을 투입한 후 최종 파쇄 장치인 해머크러셔에서 배출되는 골재의 품질을 실험하였다. W사는 총 4차의 파쇄공정을 이용하여 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재를 생산하며 본 실험에 타겟 또한 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재로 설정하였다. Fig.
- 실험방법으로는 J사의 공정을 이용하여 콘크리트 원석을 투입한 후 최종 파쇄 장치인 콘크러셔에서 배출되는 골재를 이용하여 품질 실험을 하였다. J사는 총 4차의 파쇄공정을 이용하여 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재를 생산하며, 본 실험에 목표 또한 20mm 이하 콘크리트용 순환굵은골재로 설정하였다.
성능/효과
- 2. 파쇄횟수에 따른 시멘트페이스트 제거효율 확인 결과, 파쇄횟수를 1회에서 2~3회 증가 시켰을 때, 밀도는 2.17g/cm3에서2.19, 2.27g/cm3로 상승하였으며, 흡수율은 7.14%에서 7.06,5.62%로 감소하였다.
- 3. 순환골재의 파쇄횟수 및 맨틀과 콘케이브 이격거리에 따른 순환골재의 특성으로서 맨틀과 콘케이브 이격거리가 좁을수록, 파쇄횟수가 증가할수록 밀도, 흡수율 및 실적률의 품질이 향상되는 것으로 나타났다.
- 4. 파․ 분쇄기와 박리 및 마쇄기 접목에 따른 시멘트페이스트 제거효율 확인 결과, 타격판을 강철판을 사용하고 해머 개수를 12개, 16개, 20개로 증가 시, 밀도는 2.33g/cm3에서 2.35, 2.37g/cm3로 상승하였으며, 흡수율은 6.33%에서 5.76, 4.48%로 감소하였다.
- 5. 해머개수 20개, 타격판을 와이어매쉬로 설치 한 경우 2.52g/cm3로 가장 높은 밀도값을 나타내었다.
- 6. 타격판 종류와 해머개수에 따른 순환골재의 특성으로서 와이어매쉬를 타격판으로 하고, 해머개수가 증가할수록 밀도, 흡수율, 실적률의 품질이 향상되는 것으로 나타났다.
- Fig. 10은 타격판 종류와 해머 개수를 변화시켜 생산한 최대 골재 크기 20mm의 콘크리트용 순환굵은골재의 흡수율 변화를 나타낸 것으로 흡수율 변화를 살펴보면 해머 개수를 12개에서 16개, 20개로 증가 시켰을 시 타격판을 사용한 실험의 경우 흡수율은 6.33~4.48%로 흡수율은 감소하였으며, 타격판을 고무와 와이어매쉬로 변경한 실험군에서 4.64~3.44%, 4.10~1.86%로 흡수율이 감소하였다. 해머 개수 20개와 타격판을 와이어매쉬로 설치한 경우 흡수율 1.
- 또한 파쇄횟수 1회에서 2, 3회 증가 시 맨틀과 콘케이브 이격거리 15mm에선 7.14~5.62%로 흡수율이 감소하였고, 맨틀과 콘케이브 이격거리 10mm, 5mm에선 6.82~4.73%, 6.72~1.87%로 흡수율은 감소하였으며, 맨틀과 콘케이브 이격거리 5mm, 재투입 횟수 3회인 경우 1.87%로 가장 낮은 흡수율을 나타내었다. 맨틀과 콘케이브 이격거리를 좁게 할수록 마모 및 박리 작용에 의해 시멘트 페이스트 제거 효과가 상승하여 흡수율은 감소하였지만 재투입 횟수에 비해 감소율은 저하되는 것으로 사료되며, 재투입 횟수가 시멘트 페이스트 제거 효과가 맨틀과 콘케이브 이격거리 조절보다 높은 것으로 나타났지만 가장 높은 감소율은 적정한 맨틀과 콘케이브 이격거리에 재투입 횟수를 증가할 때로 판단된다.
- 또한 파쇄횟수를 1회에서 2회, 3회 증가 시 맨틀과 콘케이브 이격거리 15mm에선 2.17~2.27g/cm3로 밀도가 상승하였으며, 맨틀과 콘케이브 이격거리 10mm와 5mm에선 2.21~2.35g/cm3, 2.22~2.51g/cm3로 밀도가 상승하였다.
- 24%로 실적률은 상승하는 것으로 나타났다. 맨틀과 콘케이브 이격거리 5mm, 재투입 횟수 3회인 경우 62.24%로 가장 높은 실적률을 나타냈지만, 모든 실험군에서 콘크리트용 순환굵은골재 품질기준인 실적률 55% 이상을 만족하였다.
- 87%로 가장 낮은 흡수율을 나타내었다. 맨틀과 콘케이브 이격거리를 좁게 할수록 마모 및 박리 작용에 의해 시멘트 페이스트 제거 효과가 상승하여 흡수율은 감소하였지만 재투입 횟수에 비해 감소율은 저하되는 것으로 사료되며, 재투입 횟수가 시멘트 페이스트 제거 효과가 맨틀과 콘케이브 이격거리 조절보다 높은 것으로 나타났지만 가장 높은 감소율은 적정한 맨틀과 콘케이브 이격거리에 재투입 횟수를 증가할 때로 판단된다.
- 먼저 이격거리별 흡수율 변화는 기존 맨틀과 콘케이브 이격거리 15mm에선 7.14%로 가장 저조한 흡수율을 나타냈지만 맨틀과 콘케이브 이격거리를 10mm, 5mm로 조절하였을 시 6.82~6.72%로 다소 감소하였다.
- 실험결과 맨틀과 콘케이브 이격거리를 좁게 할수록 마모 및 박리 작용에 의해 시멘트 페이스트 제거 효과가 다소 상승하여 밀도는 상승하는 것으로 나타났으나, 재투입 횟수에 비해 밀도 상승률은 저하되는 것으로 사료되며, 재투입 횟수가 시멘트 페이스트 제거 효과가 맨틀과 콘케이브 이격거리 조절보다 높은 것으로 나타났지만, 가장 높은 상승률은 적정한 맨틀과 콘케이브 이격거리에서 재투입 횟수를 증가할 때 가장 높은 것으로 판단된다.
- 실험결과 해머크러셔 내부의 해머의 개수를 증가시키고, 타격판을 강한 충격력을 감소시켜 탄성력을 이용한 반발작용으로 골재에 회전력을 주어 골재가 부딪히면서 발생하는 마찰에 의해 순환골재 표면에 부착된 페이스트를 박리가 원활하게 일어나도록 유도하는 탄성력이 높은 고무질의 타격판이 시멘트 페이스트 제거 효과가 우수한 것으로 나타났으며, 고무질 타격판은 보강재가 없는 생고무를 사용하는 경우 생고무의 내구성이 저조하여 쉽게 손상되어 경제성이 저하되는 것으로 판단되고, 실제 와이어매쉬보다 시멘트 페이스트 제거효율도 저하되는 것으로 나타났다.
- 이상을 종합하면 콘크리트용 순환골재의 고품질화를 위한 생산공정 중 맨틀과 콘케이브의 이격거리가 좁을수록, 파쇄횟수가 증가할수록 순환골재의 품질이 향상되는 것으로 나타났고, 타격판의 종류 중 타격판을 와이어매쉬를 사용하고 해머 개수가 증가할수록 순환골재의 품질이 향상되는 것으로 나타나 해머크러셔와 콘크러셔의 적절한 조합을 통한 콘크리트용 순환골재의 품질향상이 가능할 것으로 판단된다.
- 특히 10~20mm 구간의 그래프의 기울기가 커지는 것으로 살펴보았을 때 맨틀과 콘케이브 이격거리가 좁아지고 파쇄횟수가 증가함에 따라 20mm 이상의 골재가 파쇄되어 10~20mm 사이즈의 골재가 증가에 기인하는 것으로 판단되며, 맨틀과 콘케이브 이격거리 5mm, 파쇄횟수 3회의 실험체의 경우 5~10mm 구간의 골재가 대량 존재하는 것으로 나타나 가장 높은 파쇄 및 마모율을 가지는 것으로 판단된다.
- 파쇄횟수를 1회에서 2회, 3회 증가 시켰을 시 맨틀과 콘케이브 이격거리 15mm에선 57.03~61.12%, 맨틀과 콘케이브 이격거리 10mm와 5mm에선 57.79~60.31%, 57.9~ 62.24%로 실적률은 상승하는 것으로 나타났다. 맨틀과 콘케이브 이격거리 5mm, 재투입 횟수 3회인 경우 62.
- 해머 개수 20개, 타격판을 와이어매쉬로 설치한 경우 62.77%로 가장 높은 실적률을 나타냈으나 모든 실험군에서 콘크리트용 순환 곩은골재 품질기준인 실적률 55% 이상을 만족하는 것으로 나타났다.
- 해머 개수 변화에 따른 입도는 해머크러셔 내부 해머 개수를 증가시킴에 따라 골재 크기는 작아지는 것으로 나타났고, 타격판 종류 변화에 따른 순환골재의 입도는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 해머 개수 증가에 따라 타격판을 강철판을 사용한 실험군의 밀도는 2.33~2.37g/cm3로 밀도가 상승하였으며, 타격판을 고무와 와이어매쉬로 변경한 실험군에서는 2.33~ 2.43g/cm3, 2.38~2.52g/cm3로 밀도가 상승하였으며, 해머개수 20개, 타격판을 와이어매쉬로 설치 한 경우 2.52g/cm3로 가장 높은 밀도값을 나타내었다.
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