100년 넘게 사용돼 온 콘크리트 강도 계산 공식이 산업부산물인 석탄재를 포함하는 친환경 공법에 맞춰 새롭게 개선됐다.
중국 저장성 건설대학의 천후이 장 박사 연구팀은 18일(현지시간) 국제학술지 '오픈 시빌 엔지니어링 저널'에 이 같은 내용의 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 1918년 정립된 '에이브럼스 법칙'이 현대 콘크리트의 주요 첨가물인 석탄재(플라이애시)를 고려하지 못하는 한계를 극복하고자 했다.
에이브럼스 법칙은 물과 시멘트 비율로 콘크리트의 압축 강도를 예측하는 기본 공식이다. 하지만 석탄 화력발전소 부산물인 플라이애시를 시멘트 대체재로 사용하는 현대 공법에 적용하면 강도 예측이 부정확해지는 문제가 있었다.
연구팀은 기존 공식에 두 가지 변화를 줬다. 먼저, 플라이애시의 화학적 반응성을 고려한 '유효 물-결합재 비율' 개념을 도입했다. 또한, 콘크리트 혼합물 내 플라이애시의 비율을 새로운 독립 변수로 추가해 공식의 정확성을 높였다.
연구팀은 이를 검증하기 위해 시멘트를 플라이애시로 최대 80%까지 대체한 40종의 콘크리트 혼합물을 제작했다. 이후 최대 120일까지 압축 강도를 측정한 결과, 수정된 공식은 0.95 이상의 높은 결정계수(R²)를 보여 예측 정확도가 매우 높은 것으로 나타났다.
연구팀은 수정된 공식이 다양한 배합 비율과 양생 기간에 걸쳐 플라이애시 함유 콘크리트의 강도를 신뢰성 있게 예측할 수 있다고 결론 내렸다. 이번 연구로 엔지니어들은 더 친환경적이고 내구성이 뛰어난 콘크리트 구조물을 설계할 수 있는 정확한 도구를 확보하게 됐다.