접수 16. 08. 05 / 심사종료 16. 09. 02 / 게재승인 16. 09. 19 Vol.32, No.3, pp425-436(2016)
DOI http://dx.doi.org/10.12654/JCS.2016.32.3.13 Printed in the Republic of Korea
pISSN: 1225-5459 eISSN: 2287-9781
약현성당 스테인드글라스의 재료학적 특성과 물성평가
조지현 | 이찬희*,1 | 강명규**
서울역사박물관 보존과학과, *공주대학교 문화재보존과학과, **(주)팜클
Evaluation of Physical Property and Material Characteristics for Stained Glass in the Yakhyeon Catholic Church, Korea
Ji Hyun Cho | Chan Hee Lee*,1 | Myeong Kyu Kang**
Conservation Science Division, Seoul Museum of History, Seoul, 03177, Korea
*Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju, 32588, Korea
**Pharmcle Co. Ltd, Seoul, 06325, Korea
1Corresponding Author: [email protected], +82-41-850-8543
초 록 약현성당(사적 제252호)은 1892년에 건립된 현존하는 최초의 서양식 벽돌조 건축물로 한국 근대건축사에 매우 중요한 사료이다. 성당의 제대 후벽에 있는 스테인드글라스는 1974년 처음으로 도입된 이남규의 슬랩글라스(달드베 르)로서 1998년 화재로 그을림 및 누수현상이 나타나자 다음해 보수된 바 있다 . 색유리의 발색원소 분석 결과, 황색, 적색 및 연두색은 아연(Zn), 칼륨(K), 카드뮴(Cd)으로 확인되었고 셀레늄(Se)이 적색 착색제로 사용되었다. 또한 진녹색 계열의 발색성분은 망간(Mn)과 크롬(Cr), 청색계열은 납(Pb)과 황(S)이 검출되었다. 사이 줄눈의 재료학적 분석결과, 돌로마이트(CaMg(CO3)2)와 방해석(CaCO3)으로 동정되었고 판상, 능면상, 주상, 방형 등의 결정질 입자가 확인되었다.
한편 초음파 속도는 스테인드글라스에서 평균 4,130 m/s를 보이며 중앙창 십자가와 우창 하단부에서 저속도대가 나타 났으며, 줄눈은 평균 2,053 m/s의 속도범위에서 좌창 상부와 중앙창 가운데에서 가장 낮은 물성을 보였다. 약현성당의 색유리와 사이 줄눈은 육안관찰시 우창에서 집중적인 표면풍화가 나타나는 것과는 달리 물성진단을 통해 좌창 및 중앙 창을 중심으로 상당한 물리적 손상이 확인되었다. 앞으로 유리의 조성과 물성의 상관관계에 대한 연구를 통해 꾸준히 보존관리가 필요하다.
중심어: 스테인드글라스, 발색원소, 줄눈, 슬랩글라스, 초음파 속도
ABSTRACT The Yakhyeon catholic church (Historic Site No. 252 in Korea) that was constructed in 1892 has been the first western brick structure to ever have existed and one of the most important historical materials in the Korean modern architecture. After a fire had broken out at the catholic church in 1998, the stained glass on the back wall, the slab glass (dalle de verre) introduced by Lee Nam Guy in 1974, was repaired in 1999 because of singe scorch and water leakage.
An analysis of the coloration elements showed that yellow, red and green included Zn, K and Cd, respectively. The glass of red contained Se, dark green contained Mn and Cr, and blue contained Pb and S. According to material analysis, the masonry joint was identified dolomite (CaMg(CO3)2) and calcite (CaCO3), which was observed plate, columnar, rhombic and square of crystalline particles. Meanwhile, ultrasonic velocity in the stained glass recorded low speed in the middle and lower right of the window (an average of 4,130 m/s). And the joint was measured the lowest physical properties
of the top left and middle of the window (an average of 2,053 m/s). This study have showed that extensive physical damage was founded to the left and middle rather than the right side. In this respect, more research in needed to conserve the correlation between color and physical properties.
Key Words: Stained glass, Coloration elements, Masonry joint, Slab glass, Ultrasonic velocity
1. 서 론
서울 중구 중림동에 있는 약현성당은 1892년에 건립된 현존하는 최고의 서양식 벽돌조 건축물이다. 이는 한국 최 초의 교회건축인 동시에 1900년 이전의 건축물이지만 일 본을 통하지 않고 직접 서양으로부터 수용된 상징적인 건 물로서 한국 근대문화재의 중요한 서두를 장식해왔다. 이 후 대부분의 초기 교회 건축이 약현성당을 모델로 하거나 유사한 방식으로 보수 또는 개조되어 왔다(Kim, 2001).
프랑스 신부 코스트가 설계한 약현성당은 명동성당(사 적 제258호)과 함께 1900년대 이전에 지어진 한국 가톨릭 교회의 대표적인 성당건축이다. 특히 첫 벽돌조의 고딕건 물로서 명동성당처럼 순수한 서양 중세양식은 갖추지 못 했지만 명동성당에 앞서는 초기모델로서 교회와 서양적 요소를 두루 갖춘 성당이라 할 수 있다.
19세기 말부터 근대화가 진행되면서 성당, 제국주의 열 강의 공관건물, 학교, 의료시설 등 근대적 의미의 건축물이 건립되기 시작하였다. 이 시기에 벽돌제작 기술이 유입되 었는데, 적벽돌 건축물은 여러 전문가들에 의해 지속적으 로 연구되어 왔다(Kim and Hong, 2004; Yu and Kwon, 2011). 또한 한국의 성당건축과 더불어 근대건축의 보존방 안에 대한 연구도 지속적으로 수행되고 있다(Kim et al., 2012; Shin and Lee, 2014).
그러나 성당에서 가장 두드러진 부분인 스테인드글라 스에 대하여는 건축사적 연구는 있지만(Ko, 2013), 서양과는 달리 보존과학적 검토는 전무하다(John, 1996; Manuel et al., 2004; Carmona et al., 2006; Barbara and Umberto, 2012).
색유리는 종교적 상징성과 장식으로서의 기능을 공유하며 야외에 노출되어 내외부 영향을 직접적으로 받음에도 불 구하고, 근대문화유산의 보존이라는 범주에서 최근에야 관심의 대상이 되었다. 이미 약현성당의 스테인드글라스 는 일부 다양한 방향으로 균열과 쪼개짐이 나타나고 사이 줄눈에서는 수직 및 수평균열도 확인된다.
이 연구에서는 약현성당 제대 후벽에 있는 스테인드글 라스를 대상으로 재질특성 분석과 물성진단을 수행하였다.
우선 색상에 따라 달리 나타나는 스테인드글라스의 발색 원소를 집중 분석하였고, 측정이 가능한 스테인드글라스 부재를 대상으로 초음파를 측정하였다. 이 과정에서 색유 리 사이에 시멘트 모르타르를 채워 넣은 줄눈도 초음파를 적용하여 스테인드글라스 전체에 대한 상대적인 물성을 비교분석하였다. 이 결과는 근대문화재 및 색유리 보존에 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
2. 연구대상 및 방법 2.1. 연구대상
약현성당은 서소문이 내려다보이며 동쪽으로는 급경사 를 이루고 남쪽으로는 완경사를 갖는 중림동 언덕에 있어 중림동성당으로도 불려 왔다. 이곳은 기해박해(1839) 당시 많은 순교자가 나온 장소로서 한국 천주교회사와 건축사 에 있어서 중요한 의미를 지니는 곳이기도 하다(Ko, 2013). 성당의 평면구성은 삼랑식으로 기둥의 아치와 천장 에 의해 중심부와 측랑의 구분이 뚜렷하다. 이는 고딕적 요 소가 매우 적은 바실리카식 벽돌 건물로 알려져 있다. 특히 벽돌을 직접 생산하고 이형 벽돌을 사용하는 등 서양식 벽 돌조 건축을 구현하여 이후 병원, 학교, 관청 등 서양식 건 축에 큰 영향을 주었다(Figure 1A).
약현성당은 건립 이후 여러 차례 보수공사를 거치며 변 하게 된다. 특히 1921년과 1974년에 대대적인 증개축이 일어나는데 제단 후면벽의 스테인드글라스도 1974년 당시 작가 이남규에 의해 제작 설치된 것이다. 이후 1998년 본 당 방화로 인한 화재가 발생하면서 그을림 및 누수현상 등 의 훼손이 나타나자 1999년 제자 조규석에 의해 보수되었 다(Kim, 2001; Ko, 2013).
제대 후벽의 스테인드글라스는 최초의 서양식 현대 색 유리양식으로, 당시 이남규 화백이 오스트리아와 프랑스 에서 스테인드글라스를 배워와 설치한 첫 작품에 해당한 다. 이는 슬랩글라스(slab glass, dalle de verre)로 분류할 수 있는데 프랑스에서 현대 감각에 맞게 제작되었으며 보
Figure 1. Current state of the Yakhyeon catholic church. (A) The whole view of the church, (B) Left, middle and right side of stained glass window, (C) Inside view of church, (D, E) Stained glass of upper right window, (F, G) Various crack in stained glass, (H) Yellow and gray layer of joint.
통 유리보다 10~20배 두꺼워 색의 다양한 변화를 연출할 수 있다(Flora, 2008; Raymond et al., 2014). 또한 반투명 의 유리질에 무게가 상당하기 때문에 기존의 납틀용접이 아닌 콘크리트나 합성수지로 접착한다. 이들은 육안으로 내부까지 상태파악이 불가능하며 풍화의 정도 등을 파악 할 수 있는 물리적 및 구조적 접근이 필요하다.
현재 색유리는 총 세 개의 창으로 구성되며 중앙창문은 성자와 성령을 뜻하고, 양 옆 창은 김 골롬바와 아네스 자 매의 순교를 나타내는데, 이는 성당의 위치에서 보듯이 당 시 서소문 밖에서 참수형을 받는 이들을 상징하는 뜻을 담 고 있다(Figure 1B, 1C). 색유리는 구체적인 이미지를 생 략하고 비둘기, 십자가, 성혈, 종려나무가지 등을 단순화하 여 표현하였다(Figure 1D, 1E). 일부 유리 표면에는 미세 균열과 먼지, 마모 등의 풍화가 확인되며(Figure 1F, 1G), 사이 줄눈도 곳곳에서 보수지의 박리박락, 미세균열 등이 다방향성을 띠며 나타난다(Figure 1H).
2.2. 연구방법
스테인드글라스는 일부 다방향으로 쪼개짐이 관찰되고 사이 줄눈도 수직 및 수평 균열이 확인된다(Figure 1F-1H).
다양한 발색특성을 보이는 유리질의 스테인드글라스와 줄 눈의 재료학적 특성을 분석하고 상대적 물성을 비교하고 자 자연과학적 조사법을 적용하였다. 또한 정량적인 자료 를 확보하기 위해 일부 줄눈에서 탈락된 극미량의 시료를 수습하여 실험과 분석을 병행하였다.
색유리의 색상별 발색성분을 규명하고자 현장에서 1차
로 색 구분을 수행하였다. 약현성당 색유리는 녹색, 진녹 색, 적색, 황색, 청색 및 연두색의 6가지 계열로 분류되며, 각 색유리를 대상으로 휴대용 X-선 형광분석기(P-XRF)를 이용하여 비파괴 정밀분석을 실시하였다. 분석에 사용된 기기는 Innov-X System사의 Potable XRF Analyzer이다.
스테인드글라스의 구조적 지지대 역할을 수행하는 줄 눈의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 실체현미 경을 적용하였다. 현장에서 수습한 줄눈 편은 앞뒤 서로 다 른 육안적 특징을 보였으며 이들의 미세 표면상태 및 구성 원소를 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM) 분석을 수행 하였다. 이 현미경은 Oxford사의 에너지분산형 성분분석 기(EDX Inca M/X)가 장착된 JEOL사의 JSM 6335이다.
또한 줄눈의 구성광물을 동정하고자 X-선 회절분석 (Rigaku제 D/Max-ⅡB X-선 회절분석기)을 수행하였다.
시료는 분말하여 60℃에서 건조하였고 X-선 타겟은 CuKα, 양극 가속전압 및 필라멘트 전류는 40 kV와 40 mA로 설 정하였다.
한편 스테인드글라스 및 사이 줄눈의 물성을 진단하기 위해 초음파 측정을 실시하였다. 이때 스테인드글라스는 최소 폭이 20 cm가 되는 부재를 대상으로 측정하였고, 길 이 미달인 부재에 대해서는 각각의 길이를 직접 기재하여 적용하였다. 또한 주변 줄눈은 각 창의 스테인드글라스에 서 길이방향으로 5개로 나눈 뒤, 한 구역당 6 포인트씩 선 정하여 전체 물성을 파악할 수 있도록 비교분석하였다.
초음파탐상기는 PROCEQ사의 Pundit Lab을 선정하였 다. 탐촉자는 CNS Farnell사의 UTREXTXRX(54 kHz)를 사용하였고, 접촉매질은 미세한 유리 표면을 보호하기 위
해 Jo and Lee(2015)의 연구에 의해 입증된 바 있는 건조 성 접촉매질 엘라스토머 커버를 사용하였다. 또한 전문응 용프로그램을 이용하여 각각의 좌표값을 도영해 지형도 방식의 시각적 2D 이미지로 최종 결과를 도출하였다.
3. 결과 및 해석 3.1. 스테인드글라스의 화학조성
약현성당 색유리의 정밀조사 결과, 색상에 따라 녹색, 적색, 황색 및 청색계열로 나뉘는데 이들은 다양한 세부색 상을 가진다. 적색그룹도 붉은 색 한 가지로 나타나기보다 는 주황색에서 갈색까지 다채로운 색상을 가지기 때문이 다. 따라서 약현성당 스테인드글라스의 분석에서는 주요 색상별 분류를 통한 공통된 주성분원소를 찾아내는 것과 동시에 동일계열의 색에서 나타나는 미묘한 색상별 차이 를 분별하는 발색원소까지 함께 고려하여 살펴보았다.
후벽 색유리는 녹색, 짙은 녹색, 적색, 황색, 청색 및 연 두색의 6가지 색으로 구분하였다. 이들의 색상별 구성원소 와 발색성분을 파악하고자 좌창, 중앙창 및 우창에 대하여 각 2번씩 동일색상을 측정하였으며 위치별로 좌창 10지점, 중앙창 12지점, 우창 10지점 등 총 32지점에 대하여 분석 하였다(Figure 2, Table 1). 약현성당에 적용한 P-XRF는 휴대용 XRF 중에 매우 넓은 원소 측정범위를 가진다. 스 테인드글라스는 본래의 재질이 유리이기 때문에 Si와 같은 원소를 측정할 수 있으면 유용하나 이번 현장에 적용한 기 기로서는 경원소로 분류되어 검출에 한계가 있다.
우선 녹색계열은 좌창 1번, 6번, 중앙창 11번, 21번, 우 창의 26번, 29번을 대상으로 분석하였다. 구성 및 발색에 영향을 준 원소는 Ca, As, Pb 등이며 이중 Ca이 주성분원 소, Pb와 As가 부성분원소로 확인되었다. Ca은 모든 시료 에서 19,837~21,480 ppm이 넘게 검출되었고, 특히 Pb는 6,221~6,519 ppm, As는 6,029~9,396 ppm의 범위를 보였 다(Figure 2).
짙은 녹색을 띠는 색유리는 좌창의 2번, 7번, 중앙창의 15번, 20번, 우창의 27번, 28번에서 성분분석을 시행하였 다. Ca이 주성분원소, As가 부성분원소로 측정되었으며 녹색계열과 매우 유사한 경향을 나타냈다. 그러나 일부 Cu 는 음의 경향을, S 및 Pb에 대해서는 결핍 양상을 띠는 차 이를 보였다(Figure 2).
붉은 색유리(좌창의 3번, 9번, 중앙창의 17번, 22번, 우 창의 24번, 31번)에서는 Zn, Cd, S, K, Ca 등이 검출되는
가운데 Zn이 주성분원소, Cd이 부성분원소로 확인되었다.
Zn은 중앙창 17번을 제외한 모든 시료에서 56,963~60,511 ppm이 넘게 측정되었으며 Cd(17,969~19,482 ppm)도 Zn 과 동일하게 17번을 제외하고 상대적으로 높게 나타났다.
적색계열의 주성분 원소들과는 상당한 차이를 보였던 중 앙창 17번은 Ca 7,467 ppm, As 6,482 ppm, Pb 2,345 ppm 으로 높게 검출되었다.
황색 유리는 좌창의 4번, 8번, 중앙창의 13번, 16번, 우 창의 23번, 30번을 통해 조사하였다. 이중 Zn이 주성분원 소, Ca과 Cd이 부성분원소로 붉은 계열과 유사한 경향을 보였다. Zn은 13번과 30번을 제외한 모든 시료에서 48,887~
90,302 ppm이 검출되었는데, Cd도 Zn과 동일하게 13번과 30번을 제외하고 상대적으로 높은 함량이 측정되었다. 반 대로 Ca과 K은 전반적으로 부와 결핍의 변화가 다양하게 나타나는데 특히 Ca은 13번과 30번에서 가장 높게 검출되 었다.
청색계열 유리는 좌창의 5번, 10번, 중앙창의 12번, 18 번, 우창의 25번, 32번을 대상으로 성분분석을 실시하였 다. Ca이 주성분원소(22,133~23,878 ppm), As(6,341~
6,720 ppm)와 Pb(6,579~6,857 ppm)이 부성분원소로 검 출되었다. 한편 연두색 유리는 중앙창의 14번, 19번을 대 상으로 분석을 수행하였는데 Zn과 Cd이 주성분을 보였다.
푸른색을 내는 녹색계열과 유사할 것으로 판단했으나 적 색 및 황색과 유사한 성분비를 보였다. Zn이 50,392~
51,467 ppm 넘게 검출되었고 Cd도 Zn과 동일하게 상대적 으로 높게 나타났다(Figure 2, Table 1).
3.2. 줄눈의 재질특성
좌창, 중앙창 및 우창의 스테인드글라스 사이에는 지지 대 및 줄창 역할을 하는 시멘트 모르타르 형태의 줄눈이 채 워져 있다. 이 줄창의 육안관찰 결과, 세립질의 모래가 함 유되어 있으며 색유리의 바탕층을 구성한다. 바탕층 위에 는 연회색층, 황색층, 진회색층이 덧칠해져 있는데 이들은 미장효과 및 보존의 용도로 사용된 것으로 추정된다(Figure 3A, 3B).
황색 및 연회색층은 스테인드글라스의 상부로 갈수록 많이 남아있고, 하부에는 진회색층이 주로 관찰된다. 일부 바닥에 탈락된 극미량의 줄눈을 수습하여 실내에서 정밀 분석을 수행하였다. 육안관찰 결과, 바탕층 시료에서는 시 멘트와 세립질의 유색 및 무색광물이 확인된다(Figure 3C).
특히 선명한 흑색은 황색층의 부착위치와 중첩되어 나타
Figure 2. Measuring points and concentrations in ppm by P-XRF of stained glass in the Yakhyeon catholic church. Sample numbers are the same as those of Table 1.
Table 1. Concentrations (ppm) by P-XRF of stained glass in the Yakhyeon catholic church.
Site Left side of stained glass (LOD; limit of detection)
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Color* GG DGG RG YG BG GG DGG YG RG BG
S <LOD <LOD 8,823 <LOD <LOD <LOD <LOD <LOD <LOD <LOD
K 1,820 2,441 5,550 8,093 2,376 2,019 1,989 5,545 5,286 1,612
Ca 21,480 21,247 1,964 13,478 22,133 20,809 21,585 2,933 1,603 23,515
Cr 208 544 <LOD 43 <LOD 213 582 <LOD 31 <LOD
Mn 1,128 53 112 218 988 1,144 85 245 106 926
Cu 407 2,043 <LOD <LOD <LOD 394 1,985 <LOD <LOD <LOD
Zn 2,941 41 56,963 90,302 2,996 2,887 <LOD 51,809 60,511 3,043
As 6,396 6,028 2,854 2,906 6,720 6,327 5,932 3,596 2,959 6,711
Se 31 <LOD 498 <LOD 28 39 <LOD 17 558 <LOD
Cd 598 <LOD 17,969 24,758 721 664 <LOD 18,413 19,482 609
Sb 293 <LOD 2,940 2,579 234 213 <LOD 2,059 2,885 221
Pb 6,494 177 240 501 6,768 6,434 199 757 178 6,836
Site Middle side of stained glass (LOD; limit of detection)
No. 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Color* GG BG YG LGG DGG YG RG BG LGG DGG GG RG
S <LOD 6,843 <LOD <LOD <LOD <LOD <LOD 7,555 <LOD <LOD <LOD <LOD K 2,288 2,120 1,738 4,017 2,232 10,817 1,516 1,906 5,566 1,857 2,691 5,264 Ca 21,305 22,610 20,082 1,254 20,760 12,466 7,467 22,950 1,068 20,478 19,837 1,877 Cr 232 <LOD <LOD <LOD 574 <LOD <LOD <LOD <LOD 492 211 <LOD
Mn 1,095 928 1,413 252 87 218 291 969 252 64 1,003 138
Cu 421 <LOD <LOD <LOD 1,954 <LOD <LOD <LOD 94 2,079 341 <LOD Zn 2,821 3,146 1,489 50,392 <LOD 89,233 1,602 2,903 51,467 <LOD 2,716 58,282 As 6,186 6,564 4,210 3,205 6,036 2,990 6,482 6,523 3,143 5,981 6,029 2,932
Se 43 24 <LOD <LOD <LOD 22 379 27 <LOD <LOD <LOD 535
Cd 638 679 471 16,031 <LOD 25,154 361 632 16,396 <LOD 570 18,799
Sb 169 247 <LOD 1,782 <LOD 2,733 142 176 1,698 <LOD 160 2,958
Pb 6,273 6,857 2,732 155 199 442 2,345 6,732 157 215 6,221 197
Site Right side of stained glass (LOD; limit of detection)
No. 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Color* YG RG BG GG DGG DGG GG YG RG BG
S <LOD <LOD 7,169 <LOD <LOD <LOD 5,965 <LOD <LOD 7,219
K 5,848 6,380 1,975 2,048 2,229 1,937 2,143 1,647 4,659 1,553
Ca 2,858 1,758 22,020 21,473 18,943 20,675 20,548 17,566 1,809 23,878
Cr <LOD <LOD <LOD 209 490 478 167 <LOD <LOD <LOD
Mn 272 150 940 1,142 183 115 1,469 1,338 141 1,043
Cu 76 <LOD <LOD 430 2,024 1,987 384 <LOD <LOD <LOD
Zn 48,887 56,973 2,687 2,889 <LOD <LOD 2,886 1,440 57,448 2,950
As 3,413 2,856 6,341 6,300 5,899 5,943 6,150 3,880 2,866 6,591
Se <LOD 502 <LOD 31 <LOD <LOD 38 <LOD 516 <LOD
Cd 17,639 18,381 663 688 <LOD <LOD 696 394 18,740 736
Sb 1,932 2,879 200 219 <LOD <LOD 198 149 3,014 210
Pb 735 217 6,579 6,519 176 191 6,295 2,614 207 6,739
*GG; green group, DGG; dark green group, RG; red group, YG; yellow group, BG; blue group, LGG; light green group
Figure 3. Representative deterioration state of masonry joint materials between the stained glasses. (A) Ground layer, dark gray layer, light gray layer and yellow layer within the masonry joint. (B) Damage state of joint. (C) Ground layer of cement mortar. (D) Black materials with yellow layer. (E) Surface of light gray layer. (F) SEM-EDS result of yellow layer (spot 1). (G) SEM-EDS result of black layer (spot 2). (H, I) Variable microcrack on light gray layer. (J) SEM-EDS result of light gray layer showing the square in Figure 3I.
Table 2. SEM-EDS result (wt.%) on yellow layer, black layer and light gray layer of joint materials in the Yakhyeon catholic church.
Analytical points Si Ca C S O Total Area
Spot 1 (Figure 3F) 2.83 28.63 14.71 - 53.83 100.00 Yellow layer Spot 2 (Figure 3G) 2.03 4.90 26.68 4.35 62.04 100.00 Black layer
Spot 3 (Figure 3I) - 40.65 11.77 - 47.58 100.00 Light gray layer 난다(Figure 3D). 또한 연회색층의 표면은 매끈하기는 하
나 미세균열이 많이 생성되어 있다(Figure 3E).
주사전자현미경을 통해 황색층 및 흑색 무기물층의 조 직을 확대한 결과, 흑색 무기물은 일정한 형태를 띠는 무늬 가 관찰되었다. EDS 분석에서 Spot 1은 C가 14.71 wt.%, Ca가 28.63 wt.%, Si가 2.83 wt.%가 측정되었고, O가 50 wt.%
넘게 검출되었다(Figure 3F, Table 2). 흑색 무기물의 Spot 2는 C가 26.68 wt.%, S가 4.35 wt.%, Si가 2.03 wt.%로 검 출되었고, O가 62.04 wt.%를 차지한다(Figure 3G, Table 2).
연회색층의 SEM 관찰 결과, 뚜렷한 경계부가 형성되어 있고 한 영역 내에는 또 다른 미세균열이 발달해 있다
Figure 4. X-ray powder diffraction patterns of joint materials. YH-1; dark layer, YH-2; ground layer, Ca; cal- cite, Do; dolomite.
Table 3. Summary on ultrasonic velocity of stained glass within window and masonry joint of the Yakhyeon catho- lic church.
Site
Stained glass window
(m/s) Masonry joint (m/s) Min Max Mean Min Max Mean Left 2,584 6,912 4,338 1,208 2,584 2,018 Middle 1,901 5,856 3,831 1,338 3,086 1,964 Right 1,959 6,047 4,222 1,466 3,110 2,178 (Figure 3H, 3I). 균열부위를 확대하자 다양한 방형의 미세
입자가 관찰되었고(Figure 3J), 이는 Ca가 40.65 wt.%, C가 11.77 wt.% 및 O가 47.58 wt.%로 측정되었다(Table 2). 이 상 스테인드글라스 사이를 메우는 줄눈은 다양한 색상과 조직을 보이지만 성분분석을 통해 모두 유사한 조성을 갖 는 것으로 확인되었다. 이들은 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분 으로 함유하고 있으며, 미세조직 관찰결과 판상, 주상, 능 면상 및 엽편상 등의 다양한 방해석 입자가 관찰되었다.
스테인드글라스 바탕층의 종류별 구성광물을 파악하고 자 X-선 회절분석을 실시하였다(Figure 4). 분석시료는 수 습한 바탕층을 색상별로 나누었다. YH-1은 바탕층 상부의 황색층과 함께 산출되는 흑색무기물 층이고, YH-2는 바탕 층이다. 이 두 시료는 회절강도만 제외하면 모두 동일한 광 물조성을 보였다.
흑색 무기물층(YH-1)에서는 돌로마이트(dolomite; CaMg (CO3)2)와 방해석(calcite; CaCO3)이 동정되고, 바탕층 (YH-2)도 동일한 구성광물로 나타났다. 특히 YH-2(바탕 층)의 회절강도가 YH-1의 회절강도보다 2배 정도 더 크게 검출되었다. 이는 흑색 무기물이 단순 탄산칼슘만으로 이 뤄진 게 아니라는 것을 뜻한다. 앞서 SEM 분석에서 흑색 무기물층을 분석한 EDS 결과를 보면, C(탄소)의 함량이 무려 26.68 wt.%가 검출되는 것으로 보아 결정질을 이루지 는 못하지만 탄소화합물이 피복되어있음을 의미하는 것이다.
3.3. 초음파 물성분석
약현성당 제대 후벽의 스테인드글라스 및 줄눈의 물성 을 정확히 진단하고자 초음파탐상법을 적용하였다. 색유 리는 크기가 작은 것도 있지만 대부분 10~20 cm 사이의 폭을 보이며 이중 길이가 긴 것을 대상으로 측정하였고, 정 확한 속도치를 산출하고자 지점별 간격도 함께 기록하였 다. 줄눈은 시멘트 모르타르를 주성분으로 하기 때문에 초 음파탐상기의 특성상 적합한 측정대상에 해당하여 20 cm 로 간격을 설정하였다. 국내에서 스테인드글라스에 대한 초음파 속도는 비교대상이 없어 상대적인 차이와 전체적 인 분포로 물성을 검토하였다.
측정은 좌창 127 지점(스테인드글라스 97, 줄눈 30), 중 앙창 98지점(스테인드글라스 69, 줄눈 29), 우창 110 지점 (스테인드글라스 80, 줄눈 30)에서 실시하였다. 좌창, 중앙 창 및 우창의 스테인드글라스는 전체 1,901~6,912 m/s의 초음파속도를 보였고 평균은 4,130 m/s로 나타났다(Table 3).
이들을 위치별로 세분하면 좌창은 최소 2,584 m/s, 최대 6,912 m/s로 측정되었고 평균은 4,338 m/s로 산출되었다.
중앙창은 1,901 m/s의 최소값, 5,856 m/s의 최대값으로 나 타났고 평균 3,831 m/s로 측정되었다. 또한 우창도 1,959~
6,047 m/s 범위에 4,222 m/s의 평균을 보였다. 이상의 값 들을 비교해보면, 최소값은 중앙창에서, 최대값은 좌창에 서 나타났다(Table 3).
한편 줄눈은 좌창, 중앙창 및 우창에서 1,208~3,110 m/s 의 속도범위를 보이고 평균 2,053 m/s로 나타났다(Table 3).
이중 좌창의 줄눈은 최소 1,208 m/s, 최대 2,584 m/s로 측 정되었고 평균 2,018 m/s로 산출되었다. 중앙창은 1,338~
3,086 m/s의 범위에 1,964 m/s의 평균치를 나타냈다. 마지 막으로 우창은 1,466~3,110 m/s에서 2,178 m/s의 평균치 가 산출되었다.
줄눈은 스테인드글라스에 비해 초음파속도 범위가 매
Figure 5. Ultrasonic velocity maps using 2D contour modeling for the stained glass window and masonry joint of the Yakhyeon catholic church.
우 넓기 때문에 이를 세분화하여 살펴보는데 의미가 있다.
따라서 이상의 측정된 초음파 속도값을 스테인드글라스 입면도에 투영하여 위치에 따른 상대적인 속도값을 비교 분석하였다. 이때 스테인드글라스는 모두 단일개체로 삽
입되어 있는 구조이기 때문에 1,000 m/s마다 구획을 나뉘 어 스케일을 단면화 하였고, 줄눈은 지지대의 역할을 하지 만 하나로 이어지는 단일벽체로 간주하여 연속된 스케일 로서 색유리와 구별하였다(Figure 5).
Figure 6. Comparison with coloration characteristics of stained glass. YG; yellow group, RG; red group, LGG; light green group, GG; green group, DGG; dark green group, BG; blue group.
Figure 7. Detail view of stained glass and joint materials in the highly damaged zone. (A) Variable crack and repair materials from stained glass and joint. (B) Estimation of cross section on window of Figure 7A.
세 창문 모두 가장자리의 띠를 이루는 유리에서 3,000 m/s의 속도가 주 분포를 이루는 가운데, 중앙창 십자가와 비둘기는 2,000 m/s 미만대로서 색유리 개체 중 물리적 풍 화가 상당히 진행된 것에 속한다. 줄눈은 좌창 상부에서 열 화되어 나타나고, 색유리와 마찬가지로 중앙창에서 저속 도대의 물성치가 기록되었다. 이를 종합하면, 우선 스테인 드글라스는 좌창, 중앙창 및 우창 모두 3,000 m/s 대와 4,000 m/s 대의 노란색에서 초록색이 주빈도수를 차지하 는데 특히 중앙창의 색유리에서 열악한 풍화를 보였다. 반 면 줄눈은 중앙창과 좌창 상부에서 상대적으로 낮은 1,200~1,600 m/s의 초음파속도가 확인되었다.
4. 보존과학적 고찰
약현성당 스테인드글라스에서 나타나는 형형색색의 색 상별 발색원소를 규명하기 위해 검출원소를 기준으로 색 상을 세분화하였고, 색상에 따라 뚜렷한 원소특성을 보이 는 성분들을 정리하여 발색원소를 검토하였다(Figure 6).
전반적으로 Zn, Sb, K, Se 및 Cd은 황색, 적색, 연두색 계 열의 발색원소로 활용되었고, Mn, Pb, S, Ca, Cr은 녹색,
진녹색 및 청색계열의 발색원소로 사용되었다. 이중에서 Se은 적색의 착색제로 사용된 것이 뚜렷하게 구분되고, 녹 색 및 진녹색 계열에서는 Mn, Cr 등이 다른 원소에 비해 발색원소로서 확연한 차이를 보인다. 특히 Mn과 Cr은 녹 색계열보다는 진녹색계열을 발색하는데 주요 성분으로 Pb, S은 청색계열에 첨가된 것으로 해석된다.
앞서 확인한 바와 같이 색유리와 줄눈은 우측 창문에서 상대적으로 심각한 풍화상태를 보였다(Figure 7A). 유리 질의 스테인드글라스는 거의 모든 큰 부재에서 균열이 발 생하였고 줄눈도 좌창 및 중앙창과는 확연히 다른 높은 빈
Figure 8. Relationship between stained glass and ultrasonic velocity. Y; yellow, G; green, L; light green, R; red, DG;
dark green.
도수의 미세균열이 관찰되었다. 그러나 이들의 물성진단 결과, 색유리는 중앙창의 십자가와 비둘기 부재에서 저속 도대가 측정되었고, 줄눈도 우창 하부가 아닌 중앙창과 좌 창에서 낮은 초음파 값을 보였다. 따라서 육안으로 보이는 균열뿐만 아니라 줄눈이 보이지 않는 시멘트 모르타르의 내부 영역까지 전반적으로 풍화가 진행된 상태임을 알 수 있다.
특히 줄눈 표면에 나타나는 다양한 연회색, 황색 및 진 회색층은 SEM-EDS 및 XRD 분석을 통해 모두 동일성분 의 보강제로 확인되었다. 이들은 시멘트 모르타르의 바탕 층 위에서 부분 보수가 필요한 영역이나 미세균열에 대하 여 퍼티로 메우고 시멘트 석재용 접착제로 봉합한 보수사 례에 해당한다. 내외부를 관통하는 두꺼운 색유리와 줄눈 의 상태를 구조적으로 접근하고자 단면을 추정해보았다 (Figure 7B). 슬랩글라스는 다양한 균열깊이를 보이며 발 달할 것으로 판단되고 표면의 보수용 물질들도 색유리와 창틀의 누수, 노출환경의 풍화를 막기 위해 나름대로 지지 대 역할을 하는 것으로 여겨진다.
한편 색상별 유리가 갖는 강도를 파악하고자 초음파 속 도와의 관계를 규명하였다(Figure 8). XRF에서 측정했던 색유리 중 초음파 값이 있는 개체 17점을 선정하였고 2,000 m/s 미만대의 풍화유리도 2점(Y-a, G-b) 포함하여 비교자료로 활용하였다. 노란색과 초록색 유리에서 넓은 속도범위를 보이는 가운데 적색 유리는 3,000 m/s 이상에 서만 확인되었고 진한 녹색(DG28, DG7)은 최하 4,577 m/s 를 나타내며 모두 상대적으로 뛰어난 물성치를 보였다.
그러나 연두색은 1점(L19)만 확인할 수 있고 푸른색은 판별할 수 없기 때문에 일반화하기에는 더 많은 자료가 필 요하다. 향후 이를 보완하여 색상별 물성과의 관계를 세분 할 필요가 있다. 유리의 색상에 따라 물성이 달리 나타난다 면 발색성분이 유리강도에 미치는 영향을 알 수 있고 상대 적으로 주의해야할 색유리도 파악할 수 있기 때문이다. 따
라서 착색제의 주성분은 스테인드글라스의 장기적 보존대 책에 중요한 재료학적 자료로 활용될 수 있을 것이다.
5. 결 언
1. 서울 중림동의 약현성당은 현존하는 최초의 서양식 벽돌조 건축물이다. 특히 후벽 스테인드글라스는 1970년 대 개척기를 보여주는 대표적인 현대식 스테인드글라스 양식으로 1998년 화재 후 이듬해 보수되었지만, 현재 색유 리와 사이 줄눈 곳곳에서 다방향의 균열과 쪼개짐 현상이 나타난다.
2. 후벽 스테인드글라스는 녹색, 진녹색, 적색, 황색, 청 색 및 연두색 계열로 구별되는데 휴대용 X-선 형광분석을 통해 Zn, Sb, Se, Cd은 황색, 적색 및 연두색의 발색성분으 로 확인되었다. 또한 녹색, 진녹색 및 청색계열의 색유리는 Mn, Pb, S, Ca, Cr의 착색성분으로 검출되었다. 이중 망간 과 크롬은 진녹색계열, 황은 청색계열의 발색요소로 구분 되었다.
3. 스테인드글라스 사이 줄눈은 시멘트 모르타르에 세 립의 모래가 함유되어 바탕층을 구성한다. 이 위에 연회색 층, 황색층 및 흑색 무기물층, 진회색층이 덧칠해져 테두 리, 미장효과 및 접착제 기능을 한다. 바탕층 및 흑색 무기 물층은 모두 돌로마이트와 방해석으로 동정되었고, 입자 의 산출상태는 판상, 주상, 능면상 및 방형 등으로 다양한 결정질을 보였다.
4. 스테인드글라스와 줄눈의 물성 측정 결과, 스테인드 글라스는 1,901~6,912 m/s의 다양한 속도대를 보이는 가 운데 중앙창 가운데 십자가와 우창 하단부에서 가장 낮은 속도대의 색유리가 확인되었다. 줄눈은 전체 1,208~3,110 m/s 의 속도범위를 나타내는데, 좌창 상부와 중앙창 상하의 가 운데 영역에서 저속도대의 물성이 나타났다.
5. 균열과 쪼개짐이 집중적으로 관찰되었던 우측하부는 오히려 좌창 및 중앙창에서 상대적으로 낮은 초음파속도 대를 보였다. 또한 다양한 색유리와 일대 줄눈의 성분 및 물성과의 관계를 해석한 결과, 황색과 녹색은 매우 넓은 속 도범위를 보였고 적색과 진한 녹색에서 상대적으로 강한 물성이 확인되었다.
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