시멘트 페이스트의 동적인 거동을 수치적으로 해석하는 방법으로는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)를 이용하는 방법과 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 이용하는 방 법이 있다. 그러나 시멘트 페이스트와 같이 입자의 크기가 작은 건설재료에 대하여 이산요소법을 활용하 기 위해서는 매우 작은 입자(particle)를 적용해야하는데, 이때 필요한 해석시간은 급격하게 증가하기 때 문에 실제 적용에 어려움이 많다. 따라서 합리적인 수치해석 도구로서 이산요소법을 효율적으로 활용하기 위해서는 재료의 동적 특성에 대하여 상사성을 최대한 유지하는 조건에서 최대 입자크기를 합리적으로 결 정하는 것이 가장 현실적인 방법이라 할 수 있다. 이러한 결정조건을 활용하면, 이산요소법 또는 이산요 소법과 전산유체역학과의 결합(Coupling)을 통하여 도로하부의 동공의 발생이나 함몰의 발생, 자가다짐 콘크리트(Self-Compacting Concrete, SCC), 사면에서 흙의 전단파괴 및 3D 프린터에서 사용되는 유동 적 건설재료의 거동을 합리적으로 예측하거나 수치해석을 기반으로 조건에 맞는 재료의 조성을 결정할 있 는 가능성이 매우 높아진다. 영국의 Swansea 대학의 Feng 교수는 상사적 특성(Similarity)를 이용하여 해석시간을 단축시키기 위한 이론적인 접근 방법을 제시하기 위하여 기하학적 변수, 운동학적 변수 및 역 학적 물성 모두에 조정계수를 적용하는 완전 조정법(Exact Scaling Approach)과 특정조건에서 얻어진 역학적 물성을 상수로 취급하고 기하학적 변수와 운동학적 변수에만 조정계수를 적용하는 부분 조정법 (Partial Scaling Approach)을 제시하였다.
본 연구에서는 정적 액체 가교 모형(Static Liquid Bridge Model)에 부분 조정법을 적용하였으며, 이 산요소법을 이용하여 시멘트 페이스트에 대한 미니콘 실험(Mini-Cone Test)을 모사하고자 하였다. 해석 시간의 단축과 결과의 합리성을 판단하기 위하여 입자의 크기를 변화시키기고 이에 대하여 재료의 물성을 역학기반 이론으로 조정하여 모사를 수행하였다.

• 윤태영(한국건설기술연구원·도로연구실·수석연구원·공학박사)