폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치의 진공탱크

폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치의 진공탱크{A vacuum tank for production apparatus of reproduction aggregate using waste concrete}

본 고안은 폐콘크리트를 이용한 재생골재의 생산장치에 적용되는 진공탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연골재 또는 석분을 대체할 수 있도록 재생골재의 표면에 잔류하는 미세먼지를 제거하고, 골재 내부의 공기를 흡입한 후 다시 포수시켜 콘크리트 믹싱시 발생하는 수분의 흡수율을 낮추도록 하는 폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치의 진공탱크에 관한 것이다.

현실적으로 국토의 보전과 환경보전에 대한 인식의 변환으로 건설현장에 사용되는 골재의 주공급원이었던 석산(石山)의 환경오염으로 인한 쇄석(碎石)금지와 바닷모래의 고갈로 골재의 채취는 더욱 어려워지고 있다.

결국, 천연골재를 대체할 수 있는 재료를 찾아야 하고 건설 폐기물로부터 얻어지는 재생골재는 그 대안이 되고 있다.

공지의 예로, 콘크리트 믹싱시 사용되는 재생골재는 천연골재와 다른 특성을 지닌다.

즉, 재생골재의 표면에 부착되어 있는 미세먼지 또는 이물질외에 재생골재가 흡수할 수 있는 수분 흡수율에 따라 모르타르 양의 대소에 커다란 영향을 미치고 있으며, 단위용적질량의 감소, 타설된 콘크리트의 강도저하, 프리웨팅으로 인한 배합수의 관리, 건조수축의 증대, 동결융해 저항성 감소로 인한 내구성의 저하, 골재의 밀도 또는 입형, 입도분포등 종합적인 영향을 미친다.

이러한 통상의 재생골재에 대한 물리적 성질을 도표로 나타내면 다음과 같다.

입도별 재생골재의 물리적 성질

위의 도표에서 알 수 있듯이, 재생골재의 흡수율은 5∼8mm의 입도에서는 8.7%의 흡수율을 보이고 있고, 8∼16mm의 입도를 갖는 재생골재에서는 7% 내외의 흡수율을 보이고 있으며, 16∼32mm의 입도에서는 3.7%의 흡수율을 보이고 있고, 아울러 0∼5mm재생골재에서는 11%의 높은 흡수율을 보이고 있다.

이러한 재생골재의 경우, 크기에 따라 잔골재와 굵은골재로의 구분되는데, 이 때 상기 잔골재와 굵은골재의 구분은 약 5mm 정도의 재생골재를 기준으로 하여 상기 5mm 이하의 재생골재를 잔골재라 하고, 상기 5mm 이상의 재생골재를 굵은골재라 하며, 특히 위의 도표에서 볼 때 재생골재를 입도별로 구분하여 입경이 작을수록 절건비중은 작아지고, 반대로 흡수율은 높게 나타나는 것을 알 수 있다.

한편, 위와같은 높은 흡수율을 낮추기 위하여 재생골재의 표면에 부착되어 있는 모르타르 및 미세먼지를 다단의 공정을 통하여 제거하게 되면 흡수율은 현저히 감소하고, 아래의 도표에서와 같이 재생 잔골재에는 모르타르분이 많이 포함되어 있어 흡수율이 크다는 것을 알 수 있어 후속처리에 따라 재생골재의 흡수율을 낮출 수 있음을 짐작할 수 있다.

부착시멘트양과 흡수율의 관계

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 재생골재에 부착되어 있는 미세먼지 및 이물질(이하, 미분이라 함)을 효과적으로 제거하고, 동시에 흡수율을 낮춘 재생골재를 제공하는데 있다.

하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 고안에 따른 진공탱크는 전술한 문제를 모두 해소하고, 효과적으로 미분이 제거시키며, 흡수율이 낮아진 폐콘크리트를 이용한 재생골재를 제공할 수 있다.

본 고안의 폐콘크리트를 이용한 재생골재의 생산장치에 적용된 진공탱크에 있어서는 선별된 중입도의 재생골재와 물이 혼합되어 투입된 혼합 재생골재의 크랙 내부를 진공시킴과 동시에 물을 투수시키는 진공탱크를 제공한다.

따라서, 본 고안의 목적은 KS규격에서 규정하는 재생골재의 품질을 만족시키는 중입도의 재생골재를 제공하도록 한다.

본 고안의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 고안의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 고안의 범주를 제한하는 것이 아니다.

본 고안의 폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치의 진공탱크는, 폐콘크리트로부터 이물질을 제거하고 소정의 크기로 파쇄하여 중입도의 재생골재를 생산하는 생산장치에 있어서;

상기 19mm 이하의 중입도 재생골재를 투입하는 호퍼와;

상기 호퍼를 통해 투입된 재생골재를 물과 함께 혼합시킨 후, 진공 및 회전이송시켜 골재 표면의 이물질 제거 및 일정량의 수분이 골재 내에 함침될 수 있도록 하는 진공탱크와;

상기 진공탱크 내 수분과 혼합된 재생골재가 탱크 하단으로 배출되도록 하는 골재 배출구와;

상기 진공탱크를 개방/밀폐시키는 유압개폐수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 진공탱크에는 탱크 내 진공을 위한 진공흡입관이 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공흡입관은 "ㅅ"자 형태로 형성되되, 양단은 진공탱크 내벽으로부터 소정간격으로 이격 설치되고, 중앙은 진공탱크 외부로 돌출되어 진공펌프와 연결 설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 진공탱크에는 탱크 내로 투입된 재생골재의 회전이송을 통해 골재 표면에 부착된 이물질 및 적층된 골재간에 존재하는 공기를 제거할 수 있도록 회전부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전부재는 회전축에 스크류가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 진공탱크에는 탱크 내로 투입된 재생골재의 세척 및 일정량의 수분이 골재 내에 함침될 수 있도록 수분을 공급하는 살수장치가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 살수장치는 수개의 수분 방출구가 형성된 다수의 수관이 소정간격으로 이격 설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 유압개폐수단의 경우, 상기 호퍼 및 골재 배출구에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유압개폐수단은 유압모터와; 상기 유압모터 구동에 의해 오일이 유동하면서 직선왕복운동하는 작동실린더와; 상기 작동실린더에 의한 직선왕복운동을 통해 진공탱크를 개방/밀폐시키는 작동도어로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 1 은 본 고안이 적용된 폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치의 정면도를 나타낸 것이고, 도 2 는 본 고안에 따른 진공탱크의 정단면도를 나타낸 것이며, 도 3 은 본 고안에 따른 진공탱크 중 작동도어가 설치된 호퍼 및 골재 배출구의 확대 단면도를 나타낸 것이다.

또한, 도 4 는 본 고안에 따른 진공탱크의 구성요소 중 회전부재의 사시도를 나타낸 것이다.

본 고안의 진공탱크(20)가 적용된 폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치(1)는, 도 1 에 도시한 바와 같이, 폐콘크리트로부터 이물질을 제거하고 소정의 크기로 파쇄하여 중입도의 재생골재를 생산하는 생산장치에 있어, 상기 중입도의 재생골재를 투입하는 호퍼(10)와; 상기 호퍼(10)를 통해 투입된 재생골재를 진공 및 회전이송시켜 골재 표면의 이물질 제거 및 일정량의 수분이 골재 내에 함침될 수 있도록 하는 진공탱크(20)와; 상기 진공탱크(20)로부터 배출된 재생골재의 진동작용을 통해 19mm 이하의 재생골재만 추출하는 진동스크린(40)과; 상기 진동스크린(40)으로부터 배출된 재생골재를 외부 적재장소로 이송시키는 컨베어벨트(미도시);로 구성되어 있다.

이 중, 본 고안의 진공탱크(20)의 경우, 도 2 에 도시한 바와 같이, 진공시 일정기압의 내구성을 갖도록 스테인레스 재질의 밀폐형으로 이루어짐과 동시에, 철재 지지 프레임(15)에 고정 지지되어 있으며, 상기 진공탱크(20) 상단 일측에는 탱크(20) 내 재생골재의 투입이 원활하도록 깔때기 모양의 호퍼(10)가 설치되고, 상기 호퍼(10)와 대향되는 진공탱크(20) 하단 일측에는 상기 회전부재(22)를 통해 회전이송된 재생골재가 상기 진동스크린(40) 쪽으로 배출될 수 있도록 골재 배출구(28)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 호퍼(10) 및 골재 배출구(28)에는 설정된 타이머(미도시) 작동에 따라 순차적으로 탱크(20)의 상/하부를 개폐시키는 유압개폐수단(30)이 설치되어 있는데, 상기 유압개폐수단(30)의 경우, 도 3 에 도시한 바와 같이, 유압모터(미도시)와; 상기 유압모터 구동에 의해 오일이 유동하면서 직선왕복운동하는 작동실린더(31)와; 상기 작동실린더(31)에 의한 직선왕복운동을 통해 진공탱크(20)를 개방/밀폐시키는 작동도어(32)로 구성되어 있으며, 상기 유압모터의 경우, 7.5마력(5.5㎾) 이상의 유압력을 발생시키는 것을 특징으로 하고, 다양한 피팅류(스트레이너, 루브리게이터, 레귤레이터, 필터류, 압력게이지)가 장착된다.

상기와 같이 구성된 유압개폐수단(30)의 경우, 유압모터 구동에 의해 오일이 작동실린더(31) 내부로 유입되거나 또는 작동실린더(31) 외부로 방출되면서 실린더가 직선왕복운동을 하게 되고, 상기 작동실린더(31)와 연결된 작동도어(32) 역시 직선왕복운동을 하면서 상기 호퍼(10) 및 골재 배출구(28)를 개폐하게 된다.

또한, 상기 진공탱크(20) 내부에는, 도 2 에 도시한 바와 같이, 탱크(20) 내 진공을 위한 진공흡입관(21)과; 상기 탱크(20) 내 투입된 재생골재를 회전이송시키는 회전부재(22)와; 상기 탱크(20) 내 투입된 재생골재에 물을 공급하는 살수장치(25);가 설치되어 있으며, 이 중 상기 진공흡입관(21)의 경우, 진공탱크(20) 내의 진공을 이루기 위하여 상기 호퍼(10)와 대향되는 탱크(20) 내 상단에 설치되되, 그 양단은 진공탱크(20) 내벽으로부터 소정간격으로 이격 설치되고, 중앙은 진공탱크(20) 외부로 돌출되어 진공펌프(미도시)와 연결되는 "ㅅ"자 형태로 형성되어 있다.

그리고, 상기 회전부재(22)는, 도 4 에 도시한 바와 같이, 상기 호퍼(10)를 통해 진공탱크(20) 내로 투입된 재생골재를 회전이송시켜 골재 표면에 부착된 이물질(미세먼지, 골재미세분말)과 함께, 적층된 골재와 골재 사이에 존재하는 공기를 제거할 수 있도록 상기 진공탱크(20) 하단 소정위치에 회전가능하게 설치되어 있으며, 상기한 회전부재(22)의 경우, 상기 진공탱크(20) 하단에 관통 설치된 회전축(23)의 원주면에 스크류(24)가 일체로 형성되어 있다.

또한, 상기 살수장치(25)는, 도 2 에 도시한 바와 같이, 진공탱크(20) 내로 투입된 재생골재의 세척 및 일정량의 수분이 골재 내에 함침될 수 있도록 수분을 공급하는 장치로서, 상기 재생골재로의 원활한 수분 공급을 위하여 다수의 수관(26)이 소정간격으로 이격 설치되어 있는데, 이 때 상기 수관(26)의 경우, 재생골재의 투입이 방해되지 않도록 상기 호퍼(10)의 끝단으로부터 소정높이에 위치하여 수평하게 설치되어 있으며, 상기 각 수관(26)에는 다수의 수분 방출구(27)가 형성되어 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 본 고안의 진공탱크(20)에 적용되는 중입도 재생골재는 본 출원인이 특허출원한 특허등록번호 제363712호에 의해서 생산된 재생골재(이하 "1차 재생골재"라 함) 중 중입도, 바람직하게는 19mm 이하의 1차 재생골재가 적용되는데, 이 때 상기 1차 재생골재를 이용해 제조되는 제품의 용도에 따라 8mm 이하의 1차 재생골재만을 사용하거나, 또는 19mm 이하의 1차 재생골재만을 사용하여 콘크리트 2차 제품을 제조하기 때문에, 용도에 따른 1차 재생골재의 사용범위는 사용목적에 따라 8mm 이하의 재생골재 내지는 19mm 이하의 재생골재를 골라 사용하며, 상기 8mm 이하의 재생골재 범위는 19mm 이하의 재생골재 범위에 속하므로, 이에 대한 재생골재 사용범위는 크게 19mm 이하로 한다.

이러한 1차 재생골재는 종래 기술에서 기술한 바와같이, 골재의 표면에 부착된 모르타르, 미세먼지, 골재미세분말 등 이물질에 의한 수분 흡수율이 매우 높아지게 되는 문제점으로 인하여 상기 1차 재생골재를 콘크리트 믹싱용으로 사용하기에는 부적합하다.

이러한 1차 재생골재의 함수상태를 도 5 와 대비하여 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 재생골재에 있어, 골재 자체에 물이 포함된 함수상태 및 건조상태의 골재가 물을 흡수한 흡수상태를 나타낸 것이다.

먼저, 골재에 포함되어 있는 물의 양을 함수량이라 하고, 노건조상태에서 표면건조상태에 이르기까지 흡수되는 물의 양을 흡수량이라 한다.

또한, 유효흡수량은 기건조상태에 있는 골재가 표면건조상태에 이르기까지 흡수하는 수량을 말한다.

여기에서, 흡수량은 골재를 24시간 동안 침수시켜서 얻은 값이고, 유효흡수량은 기건조상태의 골재를 15∼30분간 물을 흡수시켜 골재 내부의 포수상태를 측정한 값을 나타낸다.

그리고, 콘크리트 믹싱시 골재의 적부를 판단하는 유력한 자료로 흡수량이 활용되고 있으며, 표 1과 표 2는 그 판단기준 값이다.

표 1. 골재분류의 구분

표 2. 골재 표면수량의 근사치

이하, 본 고안이 적용된 재생골재 생산장치를 이용한 재생골재 생산과정 중 본 고안의 진공탱크의 작용에 대하여 상세히 설명한다.

도 6 은 본 고안에 따른 진공탱크의 작용 상태도를 나타낸 것이다.

먼저, 본 출원인이 특허출원한 특허등록번호 제363712호에 의해서 생산된 1차 재생골재를 컨베어벨트(미도시) 이송을 통해 재생골재 생산장치(1)로 이송시킨 다음, 상기 재생골재 생산장치(1)의 호퍼(10)를 통해 진공탱크(20) 내부로 1차 재생골재를 투입시키게 되는데, 이 때 상기 호퍼(10)의 경우 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 유압개폐수단(30) 즉, 유압모터 작동에 따른 오일이 작동실린더(31) 내에서 빠져 나감과 동시에, 상기 작동실린더(31)가 호퍼(10)를 막고 있는 작동도어(32)를 잡아 당기게 되면서 1차 재생골재가 진공탱크(20) 내로 투입될 수 있도록 개방되게 된다.

상기와 같이 개방된 호퍼(10)를 통해 진공탱크(20) 내로 1차 재생골재가 투입되면, 상기 호퍼(10)의 끝단으로부터 소정높이에 위치하여 수평하게 설치된 살수장치(25) 즉, 수관(26)의 수분 방출구(27)로부터 일정량의 수분을 상기 진공탱크(20) 내에 적체된 1차 재생골재에 공급하게 되고, 상기 살수장치(25)로부터 일정량의 수분이 공급되면 진공탱크(20) 하단 소정위치에 회전가능하게 설치된 회전부재(22) 즉, 스크류(24)의 교반회전을 통해 수분과 1차 재생골재를 상호 혼합시키게 된다.

그리고, 상기 개방되었던 호퍼(10)를 밀폐하게 되는데, 이의 과정은 유압모터 작동에 따른 오일이 작동실린더(31) 내부로 유입됨과 동시에 작동도어(32)를 호퍼(10)쪽으로 밀게 되면서 외부와 진공탱크(20)를 차단하게 되고, 상기 호퍼(10)쪽으로 이동된 작동도어(32)에 의해 진공탱크(20)가 완전히 밀폐되게 된다.

상기와 같이 작동도어(32)에 의해 진공탱크(20)가 완전히 밀폐되게 되면, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 탱크(20) 내 진공을 위한 진공펌프(미도시)가 구동하게 되고, 상기 진공펌프와 연결되어 탱크(20) 상단에 설치된 진공흡입관(21)을 통해 탱크(20) 내 공기가 흡입되는 등의 진공상태가 이루어지게 되고, 상기와 같이 탱크(20) 내 진공이 이루어진 상태에서 회전부재(22) 즉, 일방향으로 회전하는 스크류(24)를 통해 수분과 혼합된 1차 재생골재가 회전이송되게 되는데, 이 때 골재와 골재간의 충돌 및 마찰에 의해 골재 표면에 부착되거나 골재 자체의 공극속에 함침된 이물질들이 제거됨과 아울러, 상기 이물질이 제거된 골재의 공극속으로 일정량이 수분이 함침되게 된다.

또한, 상기 골재와 골재간에 충돌 및 마찰에 의해 날카로운 모서리부분들이 마모되면서 둥글둥근한 형태의 골재 모양으로 변화되게 되고, 특히 상기 1차 재생골재와 혼합된 수분에 의해 상기 골재로부터 제거된 미세한 먼지 등 가벼운 이물질들은 수면 위로 상승함과 동시에, 상기 진공흡입관(21)의 흡입력에 의해 진공탱크(20) 외부로 배출되게 된다.

따라서, 상기한 1차 재생골재의 진공과정을 통하여 KS규정에 적용되는 재생골재의 품질을 만족시키는 흡수율을 갖는 재생골재가 만들어진다.

그리고, 상기 스크류(24)의 일방향 회전에 따라 진공탱크(20) 하단의 골재 배출구(28)로 회전이송된 수분과 1차 재생골재는, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 진공탱크(20)의 골재 배출구(28)를 통해 진동스크린(40) 측으로 배출되게 되는데, 상기 골재 배출구(28) 역시 호퍼(10) 개방에 따른 작동도어(32)의 동작과정과 동일한 방법으로 작동실린더(31)가 작동도어(32)를 잡아 당김으로써 개방되게 된다.

이로써, 본 고안의 진공탱크(20) 작동과정은 종료되고, 상기와 같이 개방된 골재 배출구(28)를 통해 수분과 함께 1차 재생골재가 진동스크린(40)으로 배출되게 된다.

이와 같이 진동스크린(40) 측으로 배출된 1차 재생골재는 상하로 떨림이 발생되는 진동스크린(40)에 의해 19mm 이하의 재생골재만 추출되고 나머지 작은 재생골재 및 골재미세분말은 스크린(42)의 망을 통해 하방으로 낙하하여 수분과 함께 슬러지 탱크(미도시)로 유동되게 된다.

그리고, 상기와 같이 추출된 재생골재는 상기 진동스크린(40)에 인접 설치된 컨베어벨트(미도시)를 통해 외부 적재장소로 이송됨으로써, 전체 재생골재 생산과정이 종료되게 된다.

이상과 같이 본 고안의 진공탱크(20)가 적용된 재생골재 생산장치(1)는, 폐콘크리트를 재활용하여 다시 콘크리트용 제품에 적용할 수 있게 골재로 재생산하여 이로 인한 천연자원의 고갈 방지와 함께, 환경오염을 예방할 수 있는 탁월한 고안인 것이다.

이러한 본 고안은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있기 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석해서는 안된다.

그리고, 본 고안의 범위는 실용신안등록청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않으며, 특히 실용신안등록청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 고안의 범위 내에 있다 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 폐콘크리트를 이용한 재생골재의 생산장치 및 생산방법에 의하면, 폐콘크리트로 부터 얻어진 재생골재에 부착되어 있는 미세먼지 및 이물질을 효과적으로 제거하고, 동시에 흡수율을 낮춘 재생골재를 제공하여 콘크리트 2차 제품(블럭, 벽돌, 흄관, PC, 암거 등)의 제조시 사용되는 석분이나 천연골재를 대체할 수 있다. 이로 인해 천연자원의 고갈을 방지하고, 환경오염을 예방하는 작용효과가 있다.

도 1 은 본 고안이 적용된 폐콘크리트를 이용한 재생골재 생산장치의 정면도를 나타낸 것이다.

도 2 는 본 고안에 따른 진공탱크의 정단면도를 나타낸 것이다.

도 3 은 본 고안에 따른 진공탱크 중 작동도어가 설치된 호퍼 및 골재 배출구의 확대 단면도를 나타낸 것이다.

도 4 는 본 고안에 따른 진공탱크의 구성요소 중 회전부재의 사시도를 나타낸 것이다.

도 5 는 재생골재에 있어, 골재 자체에 물이 포함된 함수상태 및 건조상태의 골재가 물을 흡수한 흡수상태를 나타낸 것이다.

도 6 은 본 고안에 따른 진공탱크의 작용 상태도를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1. 재생골재 생산장치 10. 호퍼

15. 지지 프레임 20. 진공탱크

21. 진공흡입관 22. 회전부재

23. 회전축 24. 스크류

25. 살수장치 26. 수관

27. 수분 방출구 28. 골재 배출구

30. 유압개폐수단 31. 작동실린더

32. 작동도어 40. 진동스크린

42. 스크린