A Study on the Reinforcement of the Damaged Stone Surface by Dismantling of Stone Cultural Heritages

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접수 15. 10. 02 / 심사종료 15. 12. 03 / 게재승인 15. 12. 05

DOI http://dx.doi.org/10.12654/JCS.2015.31.4.03

Printed in the Republic of Korea

pISSN: 1225-5459 eISSN: 2287-9781

석조문화재 해체에 따른 표면 손상부분 보강방안 연구

- 승화성(가역성) 강화처리제 적용실험을 중심으로 -

이태종¹ | 오정현 | 조하진 | 김사덕 국립문화재연구소 문화재보존과학센터

‐ Focusing on the Experiment of a Sublimation(Reversibility) type Consolidant ‐

Tae Jong Lee¹ | Hyeon Jung Oh | Ha Jin Cho | Sa Dug Kim

Conservation Science Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea

1Corresponding Author: [email protected], +82-42-860-9381

초 록 본 논문은 석조문화재 해체과정에서 발생할 수 있는 표면 손상부분 보강방안 마련을 위해 승화성 강화처리제인 시클로도데칸을 사용한 임시 강화처리제를 연구한 결과이다. 기존 발포성 우레탄 폼을 사용한 보강방법의 단점을 보완 하기 위해 시클로도데칸을 용제에 희석하여 표면 및 박리 내부를 보강하여 부재를 해체한 후 60℃ 내외의 열을 가해 승화시키는 처리방법에 관한 것이다. 이와 같은 방법은 시클로도데칸이 전량 승화되는 뛰어난 가역성과 손상된 표면의 보강과 강화에 필요한 강도를 담보할 수 있다는 장점이 있으나, 용제에 따라 효과가 다를 수 있으므로 본 연구에서는 석유에테르에 희석하는 방법 또는 중탕하여 적용하는 방법에 대한 연구를 진행하였다. 실험결과 현장에서의 작업여건 을 고려하여 박리부분 주입 및 충전은 석유에테르 중탕 방법, 표면 도포는 석유에테르에 희석한 시클로도데칸으로 임시 강화처리하는 것이 가장 적합할 것으로 확인되었다.

중심어: 석조문화재, 해체, 승화성 강화처리제, 시클로도데칸, 가역성

ABSTRACT This is the result of the study on the temporary fortifier using sublimation type Consolidate is Cyclododecane to prepare plan for reinforcement of the surface part that can be damaged during the dismantling of stone cultural heritages.

To supplement the disadvantages of the existing reinforcement methods using intumescent urethane foam, Cyclododecane was diluted in solvent to reinforce the surface and inside desquamation, and after dismantling the framework, it sublimated by imposing heat of about 60℃. Such method can guarantee the strength needed for reinforcement of the damaged surface with outstanding reversibility of Cyclododecane being entirely sublimated. But, it shows big difference of effect according to the solvent, so it shall be diluted in petroleum ether or heated in a double boiler. Therefore, considering the working conditions at the site, it seems the most appropriate to use petroleum ether double boiler heating method for injection and filling of the desquamation part and temporary reinforcement processing with Cyclododecane diluted in petroleum ether for surface spraying.

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Key Words: Stone cultural heritage, Dismantling, Sublimation type consolidate, Cyclododecane, Reversibility

1. 서 론

석조문화재를 구성하는 암석은 시간의 경과에 따라 서 서히 풍화가 진행되어 탈락, 균열, 박리‧박락 등 훼손이 일 어난다. 더욱이 산업화의 급진전에 따른 환경오염 및 지구 환경의 변화는 대부분 옥외에 노출되어 있는 석조문화재 의 손상을 가중시키고 있다(Song et al., 2009). 이에 대응 하기 위한 보존관리 방법으로 보존처리, 보호각 설치, 해 체·이전 등 다양한 방안이 거론될 수 있다. 특히 단일 부재 가 아닌 다수의 부재로 구성되어 있는 석탑, 석등, 부도 등 은 자체 물성저하 외에도 지반침하, 구조이상 등 구조적인 문제가 추가되어 석재에 대한 보존처리뿐만 아니라 부분 적이거나 전면 해체보수가 필요한 경우가 상당히 많다. 이 와 같은 이유로 최근 5년간 해체보수 된 국가지정 석조문 화재는 진도 금골산 오층석탑 등 13건에 이른다(Cultural Heritage Administration, 2015). 해체된 대부분의 석조문 화재는 의성 탑리 오층석탑과 같이 판상박리, 입상분해, 박 리상 균열 등 다양한 표면손상이 확인되며 해체 시 상당한 훼손이 발생할 수 있기 때문에 이 부분에 대한 보강이 필요 하다.

기존에 사용되는 보강 방법인 발포성 우레탄 폼(Urethane foam)은 발포 시 약 30배 정도의 체적이 증가하며 발포 후 3분 정도면 완전히 경화되며 이전 후 절단 도구로 깎아내 는 작업을 통해 보강재를 제거할 수 있다(Park., 2007). 하 지만 우레탄폼은 판상박리나 박리상 균열의 내부까지 충 전할 수 없으며 표면 보호조치 한 상부를 다시 보강하는 형 태이기 때문에 다양한 표면손상을 잡아줄 수 없다. 또한 우 레탄 폼 팽창 시 물리적 압력으로 인해 손상된 석조문화재 표면에 이차 손상을 유발할 수 있으며 제거 시에는 상당량 의 폐기물과 분진, 보강재와 석조문화재 표면 간 경계가 불 분명함에 따른 손상 등 다양한 위험요소를 안고 있다.

이와 같은 문제를 해결하고 손상 없이 석조문화재를 해 체하기 위해서는 박리부위를 완전히 충전시킬 수 있고 일 정한 강도를 유지하는 내구성과 물리적 충격 없이 제거가 가능한 가역성 물질로 임시 강화처리한 후 보강작업을 실 시하여야 한다. 본 연구에서는 감은사지삼층석탑에 사용 된 선행연구 방법을 보완하여 승화성 결합제인 시클로도 데칸(Cyclododecane, C12H24)의 약품 특성과 승화도 및 가

역성을 실험하였다. 편광현미경 관찰로 시클로도데칸과 구성광물간 상관관계를 파악하였고 압축강도 측정 결과를 비교 검토하였다. 또한 현장 사용 시 중탕처리, 결정화 속 도조절의 문제점을 해결하기 위한 방안을 제시하여 최적 화된 임시 강화처리제 사용방법을 제안하고자 한다.

2. 실험재료 및 방법

2.1. 승화성 강화제

승화성 강화제는 1994년 처음으로 독일의 보존과학자 인 H. M. Hangleiter와 화학자 Jaegers에 의해 문화재 보존 처리를 위한 사용법이 개발되었고 이후에 계속적으로 여 러 가지 사용 가능성에 대한 실험과 연구 결과가 발표되고 있다(H.M. Hangleiter, 1998). 이를 바탕으로 승화성 강화 제는 석조문화재 보존처리뿐만 아니라 벽화, 유화, 목재유 물, 금속유물의 보존처리 시 보조적인 약품으로 다양하게 사용된다. 또한 실질적 보존처리에 앞서 심하게 손상된 유 물을 안전하게 운반하거나 박락이 예상되는 표면층을 고 정하는 등 임시적 보존처리제로도 활용가능하다(Renee Stein et al. 2000, Vanessa Muros, 2004). 현재 승화성 강 화제로는 시클로도데칸, 캄펜(Campen), 맨톨(Menthol)이 사용되고 있다(H.M. Hangleiter, 2000, X. Han et al., 2014). 우리나라에서는 감은사지삼층석탑 해체를 위해 시 클로도데칸으로 임시 강화처리한 사례가 있으며 캄펜과 맨톨은 고체화 속도 문제 및 약한 강도로 인해 제외하였다 (National Research Institute of Cultural Heritage, 2010).

2.1.1. 시클로도데칸

시클로도데칸(이후 ‘처리약품’로 표기)은 포화상태의 고리모양 탄화수소로 분자식은 C12H24로 매우 안정적이며 반응성을 거의 갖고 있지 않다. 외관상으로 투명하고 유연 성이 없고 약한 압력에 부서지지만 용제 희석된 후 일정강 도를 유지할 수 있다. 처리약품의 제거를 위해서는 60℃

내외의 열을 가할 경우 승화시켜 제거할 수 있다(Table 1, Figure 1). 고체인 시클로도데칸은 사용 시 액상으로 전환 시켜 붓 등으로 표면에 도포하거나 주사기로 박리나 균열 부위에 주입시킨다. 액화방법으로는 중탕을 하거나 유기

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Table 1. Physical features of the cyclododecane.

Ch. formula Molar mass M. p. B. p. Density Viscosity Cyclododecane C12H24 168.31 60.8℃ 244℃ 0.79g/cm3 2.2 mPas

※ M.P.: Melting Point / B.P.: boiling point

(a) (b) (c)

Figure 1. Cyclododecane - (a) Cyclododecane, (b) Micrograph, (c) After the solvent treatment(petroleum ether).

Table 2. The Samples for color difference measurement.

NO. treatment method NO. treatment

method NO. treatment

method sample 1-1

petroleum ether of melting

sample 2-1

pentane of melting

sample 3-1

(in bath)

sample 1-2 sample 2-2 sample 3-2

용제를 첨가하는 방법이 사용되는데 대상 문화재의 보존 상태 및 해체 방법에 따라 선택적으로 적용가능하다. 특히 시클로도데칸은 탄화수소의 결합체로 상온에서 승화하는 성질을 갖고 있기 때문에 훼손된 석조문화재 임시 보강 및 해체 후 추가 손상 없이 제거가 가능하다.

2.2. 시편제작용 암석

처리약품의 가역성 및 압축강도 측정을 위해 사용한 암 석 시편은 국가지정 석조문화재의 68%이상을 점유하는 화강암으로 하였다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2011). 석재 시편의 크기는 가역성 측정을 위한 시편(7×7×2.5cm=15ea, 60×10×3cm=1ea)과 압축강도 측 정을 위해 수비 후 건조시킨 화강암 석분을 사용하였다.

2.3. 실험방법

처리약품을 액상으로 전환시키기 위한 용제는 제조사 및 선행연구에서 검증된 석유에테르와 펜탄, 석유에테르

혼합 후 중탕 세 가지 방법을 이용하였으며 석유에테르는 끓는점 80~110℃ 구간 제품이다(hangleiter web site/

Vanessa and John, 2004). 승화도 측정은 용제에 녹인 처리 약품을 직경 88mm 샬레에 담은 후 동일 온습도하에서 자 연 승화시켜 시간별 중량 변화를 측정하여 승화도를 정량 화하였다. 가역성 측정은 석재 시편에 처리약품을 도포하 여 처리 전·후 현미경 관찰(Scalar DG-3, Scalar), 색차측정 (CM-700d, Minolta)을 실시하였다. 또한 처리약품 적용 전·후 시험편의 손상 정도를 평가하기 위해 초음파속도 (PUNDIT Lab, UTR54㎑, Proceq) 측정값을 비교하였다 (Hassan et al., 1995). 처리약품과 풍화된 구성광물과의 상 관관계를 파악하기 위해 박편을 제작하여 자동계수기가 장착된 편광/반사 겸용 현미경을(Eclipe E600W, Nikon) 이용하였다.

마지막으로 박리 및 균열부, 표면 보강에 필요한 강도시 험은 암석강도시험기(MTS 815, MTS SYSTEMS)를 활용 하여 압축강도를 측정하였다. 시험편은 원통형 거푸집 (Ø41mm, ℎ84mm)에 석분과 처리약품을 충전한 후 압력

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Table 3. The Samples for the ultrasonic measurement and compressive strength.

NO. Size treatment method Test Method

sample 4 w60×l10×h3cm petroleum ether of melting Ultrasonic Measurement sample 5 Ø41×ℎ84mm petroleum ether of melting Compressive Strength sample 6 Ø41×ℎ84mm petroleum ether of melting Compressive Strength sample 7 Ø41×ℎ84mm petroleum ether of melting Compressive Strength sample 8 Ø41×ℎ84mm petroleum ether of melting (in bath) Compressive Strength sample 9 Ø41×ℎ84mm petroleum ether of melting (in bath) Compressive Strength sample 10 Ø41×ℎ84mm petroleum ether of melting (in bath) Compressive Strength

Figure 2. Mass reduction rate in the cyclododecane

-measured every hour Figure 3. Mass reduction rate in the cyclododecane -24hour period measurement

Figure 4. Weight changes in the Cyclododecane - Heating measure

을 가해 코어 시료 6개를 제작하였다.

각각의 시험편과 특징을 표로 정리하면 다음과 같다 (Table 2, 3).

3. 결과 및 고찰

3.1. 승화도 실험

승화속도는 승화성 처리제의 기본적인 특성으로 시간 당 무게 변화를 측정하여 정량화시켰다. 처리약품을 석유 에테르, 펜탄에 용해시켜 시료를 제작하였으며 시료의 보 관과 측정은 항온·항습이 되는 실내(20±3℃, 45±15%)에

서 실시하였다. 석유에테르(p.e.), 펜탄(p.t.), 석유에테르 용해 후 중탕(p.e.ba.) 세 가지 타입의 용액 2g에 처리약품 10g을 용해시킨 후 고체화시켰다. 최초 8시간 동안, 1시간 간격으로 무게를 측정한 후 매 24시간마다 7일간(168시 간) 무게변화를 측정하였다(Figure 2).

Figure 1은 고체화 후 7시간 동안 측정된 처리약품의 감 소량을 표시하였다. 최초 3시간까지 펜탄은 0.04g, 석유에 테르는 0.11g, 석유에테르 중탕은 0.13g 감소하였다. 이 후 급격한 변화가 확인되는데 8시간 경과 후 질량 감소는 펜 탄 0.49g, 석유에테르 0.99g, 석유에테르 중탕 1.17g이다.

석유에테르 중탕이 펜탄보다 138%이상 무게 감소율을 보 여 승화도가 좋은 것으로 판단된다.

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Figure 5. Solidification rate.

(a) (b) (c)

Figure 6. Granite powder penetration characteristics of the solvent-diluted cyclododecane - (a) petroleum ether(p.e.) (b) petroleum ether in bath(p.e.(in ba.)), (c) pentane(p.t.)

1일 간격으로 7일 동안 측정된 질량의 감소량은(Figure 3) 펜탄 0.91g, 석유에테르 1.81g, 석유에테르 중탕 2.09g 감 소하였다. 석유에테르에 혼합한다면 중탕과정을 거치지 않아도 승화도에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

하지만 사용된 처리약품의 최대 20%정도만 자연 승화 되었기 때문에 현장 작업 시 다음 공정을 진행할 수 없는 문제가 있다. 따라서 공업용 드라이를 사용하여 처리약품 을 강제 승화시켰다(Figure 4). 고체화가 진행 된 90분 후 공업용 드라이로 10초간 가열하여 무게 감소율을 측정한 결과 펜탄 6.22g, 석유에테르 8.64g, 석유에테르 중탕 8.67g 감소하여 자연 승화 감소율 보다 월등히 높은 것을 알 수 있다. 또한 석유에테르 용제로 처리한 경우 5시간 후 전량 승화된 것으로 확인되었다.

3.2. 고체화 속도

용제 혼합을 통해 액상으로 전환된 처리약품이 다시 고 체화 되는데 걸리는 시간은 석조문화재 해체 시 박리부위 충전과 표면에 도포할 때 처리약품의 침투 깊이와 2,3차 처 리를 통해 두꺼운 층을 형성하여 표면을 보강하는 등 밀접 한 상관관계를 갖고 있다.

처리약품의 고체화 속도는 액상에서 결정이 형성되는 시점과 완전 고체화된 시점을 승화속도 측정용 시료를 이 용해서 측정하였다. 결정이 형성되었다는 것은 석조문화 재 표면에 2, 3차 반복적인 도포가 가능하다는 것을 의미하 며 고체화되었다는 것은 해체 또는 인양 등 다른 작업을 진 행할 수 있는 것을 의미한다. 이와 같은 특성은 현장 작업 에서 해체 및 보존처리의 성공여부를 판가름하는 매우 중 요한 요소이기도 하다(Figure 5). 석유에테르 용제는 30초 부터 결정이 형성되어 도포가 용이하며 짧은 간격으로 반 복적인 도포가 가능하다. 하지만 펜탄은 상대적으로 결정 형성이 빨라 현장 작업 시 손상된 표면에 약품이 충분히 침 투할 수 없을 것으로 판단된다. 처리약품은 1시간 내에서 모두 고체화가 되기 때문에 보강 후 해체 및 인양 작업을 진행할 수 있다.

3.3. 가역성

보존처리 기본원칙 중 가장 우선시되는 것은 처리 전 상 태로 되돌릴 수 있는 가역성이다. 특히 보존처리용 약품의 가역성은 중요한 특성으로 임시적인 보강이나 강화처리에 사용되는 약품은 잔류성과 반응성이 없어야 하며, 용이한 방법으로 제거가 가능해야 한다.

가역성 실험은 세척·건조시킨 화강암 석분의 승화 전·후 무게변화를 측정하였다. 또한 화강암 시험편에 처리약품 을 도포하여 승화 전·후 암석 표면의 색상변화와 초음파 속 도변화를 비교하였다.

3.3.1. 승화과정과 무게변화

승화과정 관찰과 무게변화 측정용 시료는 Ø 851μm~

1mm 범위의 입도를 가진 석분만 분리하여 세척건조한 후 시료 제작용으로 사용했다. 건조가 완료된 석분 15g씩에 석유에테르, 펜탄, 석유에테르 중탕 각 5g씩 혼합하여 샬레

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(a) (b) Figure 7. Before and after sublimation of cyclododecane((p.e.(in ba.))

Figure 8. Ultrasound measurements before and after treatment.

에서 고체화시킨 후 실내에서 자연 승화시켰다. 포터블현 미경을 이용하여 시간경과에 따른 처리약품의 변화를 관 찰하고 7일 후 처리약품은 공업용 드라이기로 강제 승화시 킨 후 현미경 관찰과 석분의 무게 증가여부를 측정해 처리 약품의 잔류여부를 확인하였다.

처리약품으로 강화된 석분의 전체적인 색상은 광택이 있는 짙은 회색을 띠고 있으나 현미경 상에서는 다소 차이 를 보이고 있다. 석유에테르 용제는 석분입자를 균일하게 둘러싸서 석분입자 사이에는 빈공간이 관찰되지 않으나 펜탄 용제는 불균일한 피막이 석분 표면을 둘러싸고 있으 며 결합구조가 와해되어 빈 공간도 확인되었다(Figure 6).

하지만 처리약품의 이런 결합 형태는 압축력 등 외부의 압 력에 대해 높은 강도를 갖게 하여 해체 전 보강재로서 충분 한 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다. Figure 7은 공업용 드라이기로 강제 승화시킨 다음 조사한 것으로 석분입자 사이와 표면에서 처리약품이 전혀 관찰되지 않았으며 승 화시킨 후 측정한 석분의 무게는 15g로 처리약품이 전량 승화된 것으로 확인되었다.

3.3.2. 승화 전·후 초음파 속도변화

암석 내부구조 및 표면에 민감하게 반응하는 초음파를 이용하면 석조문화재의 물성을 정량적으로 평가할 수 있 다. 내부 공극이나 균열이 발달하거나 이들의 수가 증가하 면 초음파는 공극 및 균열을 우회하거나 이들과 만나 높은 임피던스 차이를 보여 겉보기 속도가 작아지게 된다(Lee et.al., 2009; Jo and Lee, 2014). 이런 원리를 이용하여 처 리약품 보강에 따른 물성변화 및 승화 후 가역성을 검증하 였다. 직사각형 Sample 4 표면에 처리약품(p.e.)을 100mm (W)×100mm(L)로 도포한 후 초음파 측정을 실시하였다.

측정 시 탐촉자간 거리는 150mm, 간접법으로 5지점을

3회 측정한 평균값을 사용하였다(Figure 8). 처리약품 도 포 후 30.9%, 24.4% 속도 상승이 확인되어 화강암 가루의 공극이 처리약품으로 인해 효과적으로 충전‧강화된 것으로 판단된다. 이는 해체 전 처리약품 처리를 통해 입상분해 또 는 박리박락 현상이 발생한 풍화된 석재의 표면을 보강할 수 있는 것을 의미한다. 또한 승화 후 처리 전 물성 값과 유 사 값이 확인되는바 전량 또는 대부분 승화된 것으로 가역 성 또한 우수한 것으로 확인되었다.

3.3.3. 색도변화

처리약품을 석조문화재에 적용했을 때 발생할 수 있는 색상변화 여부를 확인하기 위해 sample1-1~sample3-5(15ea) 석재시편에 처리약품의 처리 전과 제거 후 색차를 측정하 였다. 정밀한 측정을 위해 불투명 필름에 분광측색계 (CM-700d) 디텍터 사이즈(Ø 5.5mm)와 동일한 홈을 파서 특정부위만 측정될 수 있도록 하였다(Table 4).

색차계로 측정한 결과 채도 값인 a^*,b^*는 큰 변화가 확인 되지 않았다. 다만, 백색도를 나타내는 L^*값은 처리방법에 따라 차이를 보이고 있다. 석유에테르를 용제로 사용한 경 우 제거 전·후 L^*값이 0.19(p.e.), 0.33(p.e. in ba.)으로 전문

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Table 4. Chromaticity of before & after.

treatment method NO. Before treatment After remove

L^* a^* b^* L^* a^* b^*

(p.e.)

1-1 77.95 3.11 6.06 76.68 3.04 6.01

1-2 75.32 2.06 5.93 75.99 2.11 6.07

1-3 81.11 0.39 6.78 81.34 0.07 6.56

1-4 69.78 1.07 6.39 69.66 1.13 6.77

1-5 70.56 -0.51 7.14 70.11 -0.29 7.09

pentane of melting

(p.t.)

2-1 71.47 0.94 6.12 67.96 1.06 6.38

2-2 80.06 1.10 5.08 75.02 1.84 5.16

2-3 78.29 2.55 7.56 78.74 2.42 7.69

2-4 72.37 1.96 4.33 68.16 1.77 4.41

2-5 74.96 1.04 4.66 69.08 1.15 4.53

petroleum ether of melting in bath

(p.e.(in ba.)

3-1 70.37 -0.96 3.11 71.10 -0.81 3.27

3-2 76.59 1.55 6.08 76.36 1.49 6.02

3-3 79.18 1.38 5.36 78.88 2.05 5.64

3-4 70.44 1.27 4.19 71.65 1.96 4.20

3-5 69.91 0.77 5.33 70.14 1.03 5.18

(a) (b) (c)

Figure 9. Cyclododecane treatment(sample1-5) : (a) before, (b) after treatment, (c) removal.

(a) (b) Figure 10. Cyclododecane treatment(sample2-4) : (a) before, (b) removal.

(8)

(a) (b) (c)

Figure 11. The result of polarizing microscope observation in cyclododecane treatment : (a) before, (b) after treatment, (c) removal.

(a) (b) (c) (d)

Figure 12. The sample of compressive strength - (a) Damage samples(pentane), (b) sample packaging, (c) sample prepara- tion, (d) sample.(① before measurement, ② after measurement)

가도 식별할 수 없을 정도로 유사한 측정값이 확인되었다.

하지만 펜탄을 용제로 사용한 경우 L^*값이 3.64감소하여 (p.t.) 상대적으로 더 어두워졌다는 것을 알 수 있다. 이는 승화도 실험에서 확인되었다시피 펜탄을 용제로 사용한 경우 완벽히 승화되지 않고 표면에 잔류하여 빛의 굴절 및 난반사로 인한 것으로 판단된다(Figure 9~10).

3.4. 편광현미경 관찰

처리약품의 강화 효과를 파악하기 위해 높은 풍화도를 보이고 물성이 약화된 화강암 시편으로 박편을 제작하였 다. 구성광물은 석영, 알칼리 장석, 사장석 등으로 이루어 져 있으며 소량으로 녹니석이 부분적으로 관찰된다. 4개의 박편을 제작하였으나 에폭시수지의 영향으로 1개에서만 처리약품에 대한 반응성이 확인되었다(Figure 11a, b, c).

박편상의 풍화양상은 석영 입자 내부에 균열이 관찰되 고 입자별 경계에서 확장된 균열이 확인되었다. 처리약품 을 도포한 후 석영 입자 내의 균열과 광물의 경계면 균열 일부는 처리약품의 충전과 결정화에 따른 빛의 굴절 등으 로 인해 관찰되지 않았다. 하지만 사장석과 녹니석 입자 경 계면의 균열은 별다른 영향이 없다. 처리약품을 승화시킨 후 석영 입자 내·외부의 균열은 다시 관찰되었다.

처리약품이 석영 입자의 내부 균열과 석영 입자 경계면 에서만 반응한 원인과 단순히 충전된 것이 충분한 강화효 과를 입증할 수 있는지는 미세균열 부위의 침투가 모세관 현상과 관련되고 용액의 농도 즉, 점도와 관련해 있으므로 이에 대해서는 추가 실험을 통해 검증할 필요성이 있다.

3.5. 압축강도

펜탄을 용제로 한 압축강도 측정용 시편은 불균일한 피 막형성, 결합구조 와해, 부분적 침상결정 확인 등의 이유로 압축강도 측정이 불가능한 형태로 제작되어 압축강도 측 정실험은 실시하지 않았다(Figure 12a). 시험편은 석분 200g과 80g의 처리약품을 원통형 거푸집(Ø41mm, ℎ84mm) 틀에 넣어 압력을 가해 압축시키면서 충전했다. 압축강도 측정용 시편을 6개 제작하고 운반과 보관 과정에서 처리약 품이 승화되지 않도록 폴리에틸렌 필름으로 밀봉하였다 (Figure 12b).

압축강도 측정용 시편은 강도측정 전에 길이 80mm로 양쪽 끝부분을 수평으로 절단한 후 연마제와 연마기를 이 용해서 절단면을 연마하였고 물로 세척한 후 측정준비를 마쳤다.

제작과 성형과정을 거친 시험편은 ASTM / D2664-95

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Table 5. The results of compressive strength.(1MPa = 10.2kgf/cm²)

NO. treatment method compressive strength

(unit : MPa) compressive strength (unit : kgf/cm²) sample 5

6 61.2

sample 6 6 61.2

sample 7 4 40.8

average 5.3 54.4

sample 8

petroleum ether of melting (in bath)

7 71.4

sample 9 5 51

sample 10 6 61.2

average 6 61.2

시험방법에 따라 암석강도시험기(MTS 815)에서 5,000kg 의 압력을 10여분 간 가해서 압축강도를 측정했다. 처리약 품의 탄성으로 인해 시험편의 형태가 파괴되지 않고 20mm정도 길이가 변형되었다. 이에 압축강도는 시험편이 변형된 시점의 강도로 측정하였다(Figure 12-c,d).

측정결과, 석유 에테르를 용제의 사용방식에 따른 시클 로도데칸의 화강암 가루 강도증진 효과는 다소의 차이는 있으나 각각 5.3MPa와 6MPa로 나타났으며, 중탕의 과정 을 거치지 않은 석유 에테르를 사용해도 비슷한 강도 증진 효과가 나타난 것이다. 한편 시클로도데칸을 사용한 화강 암 가루의 강도증진 효과가 풍화된 석조문화재의 해체를 위한 부재의 내구성 향상을 증명하기에는 다소 부족한 점 이 있으나 입상분해, 박리박락이 발생한 석재의 표면 안정 성은 확보될 수 있을 것으로 예측된다(Table 5).

4. 결 론

석조문화재 해체 및 보존처리, 복원 등 일련의 과정은 작업 중 2차 손상을 배제할 수 없을 것이며 이를 최소화하 기 위해 보존처리자는 다양한 노력을 기울여야 할 것이다.

석조문화재 해체 시 발생할 수 있는 표면 손상 저감을 위한 임시 강화처리제 연구는 이런 노력의 일환이다.

승화성 강화제인 시클로도데칸의 적용 가능성과 작업 효율 향상을 위해 승화도 실험, 고체화 속도, 가역성, 색도 및 초음파속도변화, 압축강도를 측정하였다. 연구한 결과, 승화도는 석유에테르를 용제로 사용할 경우 중탕과정을 거치지 않아도 사용가능하나 펜탄은 강제 승화하여도 처 리약품이 잔류하였다.

고체화 속도는 도포의 용이성과 안전한 작업진행을 위

한 중요한 요소로 결정형성에 많은 시간이 소요된다는 것 은 액체의 형태로 존재하는 시간이 길다는 것을 의미한다.

따라서 30초부터 결정이 형성된다는 것은 도포가 용이하 며 반복 도포를 통해 일정 두께 이상 보강할 수 있는 것을 의미한다. 다만, 상대적으로 결정형성 시간이 빠른 펜탄은 손상된 표면에 약품이 충분히 침투할 수 없는 것으로 판단 된다. 이런 경우 박리 내부는 주사기를 삽입하여 처리약품 을 주입하여 우선 보강하며 표면은 붓으로 도포하는 차별 적 방식의 처리를 제안한다.

가역성 실험은 석유 에테르의 경우 공업용 드라이기를 이용한 강제 승화를 통해 전량 제거할 수 있으나 펜탄은 일 부 잔유물이 확인되어 사용을 제고할 필요가 있을 것이다.

처리 전·후 색도변화는 없는 것으로 확인되었으나 펜탄은 L^*값이 감소하여 약간 어두워진 경향을 보이고 있다. 이는 승화도 및 가역성 실험에서 확인된 바와 같이 시클로도데 칸이 전량 승화되지 않았기 때문이다.

손상된 표면의 보강 및 강화는 초음파 속도 30% 향상, 압축강도 평균 57.63kgf/cm²로 충분한 강도를 확보하여 입상분해, 박리박락이 발생한 석재의 표면 안정성이 확보 될 수 있을 것이다.

일반적인 해체 전 보강방안을 제안하자면 입상분해 부 위는 표면보강 조치가 필요하기 때문에 시클로도데칸을 석유에테르에 희석한 후 10mm 내외로 처리부위 상태에 따라 조절해가며 최대한 균일하게 도포한다. 박리부분은 주사기를 이용, 반복적으로 주입하여 완전히 충전시킨 후 표면에 도포한다. 이때 처리부위에 자생하는 생물 및 표면 오염물질은 사전에 세척하여 표면에서 결정화가 진행되는 것을 방지하여야 한다.

(10)

사 사

본 연구는 저자의 석조문화재 보존처리 선배인 고 임권웅 선생의 기초연구를 통해 진행할 수 있었다.

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