현장에서 양생 또는 고형화 과정을 거치는 일반 시멘트 콘크리트, 자가다짐 시멘트 콘크리트, 아스팔트 콘크리트, 고분자 개질 혼합물과 같은 도로포장 재료의 유동 특성은 시공시점에서의 환경조건과 함께 도로포장 구조물의 초기 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 따라서 재료의 양생이 완료되는 시점까지 포설 및 다짐에 영향을 미치는 재료의 유동 특성을 검토하는 것은 기존 혼합 및 포설 장비의 개선뿐만 아니라 새로운 장비의 개발을 통한 시공과정 개선 및 최적화를 위해서도 매우 중요한 과정이라 할 수 있다. 또한 건축 또는 토목 구조물의 시공 및 유지관리에 활용되는 건설정보 모델링이 향후 부재의 역학적 거동과 연계된 시공 및 유지관리를 포함하는 통합적인 수준으로 발전될 것임을 고려할 때, 경험에서 벗어나 실험적으로 검증된 역학적 기반의 설계 및 시공 방법을 제시하는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다. 건설재료의 유동은 그 최종 형태에 따라 순수전단 유동, 신장유동, 이들의 중간 정도에 해당하는 유동의 3가지로 구분하여 분석적 해를 유도할 수 있다. 그러나 분석적 해를 활용하는 방법은 비교적 단순한 경계조건에 대한 재료의 유동적 특성을 예측하는데 유용하게 활용될 수는 있으나, 경계조건이 복잡해질수록 해를 계산하는 것이 거의 불가능하여 컴퓨터를 활용한 수치해석 기법을 적용하는 것이 합리적이다. 한편 유동성 재료의 동적 거동을 해석하는 방법으로는 이산요소법이나 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD)을 활용할 수 있는데, 입자형 재료 사이에 존재하는 유체의 양이 상대적으로 적어 입자와 입자 사이 또는 입자와 경계조건과의 상호작용이 중요하게 고려되어야 할 경우에는 이산요소법이 바람직한 반면, 시멘트 페이스트와 같이 균질의 재료로서 연속체의 특성을 나타내는 경우에는 CFD를 활용하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 연속체로 가정할 수 있는 유동성 재료의 시간에 따른 거동을 예측하기 위한 CFD의 활용성을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 미니콘 실험에 대하여 분석적 해와 CFD를 활용한 결과를 비교하여 수치해석에 활용된 가정과 모형의 타당성을 검증하였으며, 검증된 모형을 활용하여 주요 입력변수에 대한 민감도 분석을 수행하여 시간에 따른 재료의 슬럼프와 퍼진 정도의 변화를 확인하였다.

• 윤태영(한국건설기술연구원·도로연구실·수석연구원·공학박사)