접수 10. 09. 29 / 심사 10. 11. 16 / 승인 10. 12. 06 Printed in the Republic of Korea
금산사미륵전 외벽화 보존처리된 벽체의 분석 연구
한경순1 | 이상진* | 이화수**
건국대학교 회화보존전공, *(주)세영씨앤티, **한림보존테크
A Study on the Analysis of Outside Mural Paintings treated in Maitreya Hall of Geumsan-sa Buddhist Temple, Korea
Kyeong-soon Han | Sang-jin Lee* | Haw-soo Lee**
Department of Conservation of Paintings, Konkuk University, Seoul, 143-701, Korea
*Seiyoung Conservation and Tech., Co. Ltd., Gyeongju, 780-170, Korea
**Hanrim Conservation Tech., Co. Ltd., Jeonju, 560-870, Korea
1Corresponding Author: [email protected], +82-43-840-3677
초 록 1993년에 해체 및 보존 처리된 금산사미륵전 벽화는 현재 박락과 균열, 박리와 같은 심각한 손상이 진행된 것으로 조사되었다. 금번 분석조사는 향후 진행될 금산사 미륵전 벽화 보존처리를 위하여 과거에 처리된 벽체의 재료적 특성을 파악하기위해 진행되었다. 손상이 가장 심한 남측 벽의 벽체를 대상으로 하였으며 시료는 남측 2층 외벽의 불벽과 포벽화 의 마감벽, 중벽, 배면 보강부의에서 박락된 벽체시료를 채취하여 미세구조와 화학성분 , 결정상, 그리고 입도분포를 중심으로 분석하였다. 분석결과, 불벽과 포벽의 마감벽은 유사한 풍화토를 사용하였고 중벽 또한 유사한 모래와 풍화토
를 사용하였으며 비교적 균일한 크기와 모양의 광물 입자들의 집합체로 구성되어 있으나, 과거 보존처리 과정에서 벽체
의 보강을 위해 사용한 아크릴 계열의 경화제의 영향으로 광물 입자들이 응집되어 매우 단단한 응결체(aggregate)를 형성하고 있는 것으로 확인되었다. 벽체의 배면 1차 보강층과 배면 2차 보강층은 석고(CaSO4· 2H2O)가 주 결정상인
것으로 분석되었으며, 모래와 점토광물이 소량 함유되어 있는 것으로 판단된다. 향후 보존처리는 부분적으로 경화된
벽체후면에 대한 조치와 1, 2차보강층의 제거가 우선적으로 진행되어야 한다.
중심어: 벽체보강, 풍화토, 아크릴수지, 응결체, 석고(CaSO4·2H2O)
ABSTRACT The deterioration and structural damage such as exfoliation, cracks, and separation of painted layer on the wall paintings of Maitreya Hall in Geumsan-sa temple have been accelerated since it was re-positioned to the original place after the dismantling from the building in 1993. The examination of which result and analysis described in this study, is a preliminary survey for establishing conservation plan of the wall paintings. It aimed at the understanding of the physical and chemical characteristics of the materials applied in the 1993 conservation. The research focused on the south walls which displayed the worst condition compared to other walls. Samples for the examination for the understanding of micro-structure, chemical composition, cristalisation, and particle distribution, were collected for finishing, middle, and consolidated layers of the walls between pillars and the ones between brackets. Those samples were collected from separated fragments of the walls. The sample analysis displayed that: 1. the 1993 conservation used the similar type of weathered soil as the original for the finishing layer, and such soil and sand for the middle layer; 2.
those walls are composed of a group of mineral particles which are relatively equal in size and shape and in their distribution;
1. 서 론
전라북도 김제에 위치한 금산사미륵전 벽화는 미륵전 보수공사 기간 중 제4차 공사 중인 1992년 9월부터 1993년 6월, 그리고 제8차 공사인 1999년에 벽화에 대한 해체 또는 현 상태로 보존처리가 이루어졌고 현재 벽화의 채색층과 마감층에서 박락과 균열, 그리고 박리와 같은 손상이 진행 되고 있는 것으로 조사되었다1.
2010년 초 벽화의 손상도에 대한 평가 조사가 진행되었 으며 벽화의 보존 상태와 구조를 파악되었다. 특히 전각의 남 측면 벽화의 손상이 가장 두드러지게 나타나고 있음이 확인되었으며 미륵전 외벽의 벽화들은 시급한 보존처리가 필요하다는 결론을 얻었다2. 채색층은 물론 벽체의 상태도 심각한 변형과 열화가 진행되었다. 향후 진행될 금산사 미 륵전 벽화 보존처리를 위하여 우선적으로 처리된 벽체의 재료적 특성과 상태 조사가 필요하다. 이를 위하여 금번 분 석연구는 손상이 가장 심한 남측 벽의 벽체를 대상으로 하 였으며 시료는 남측 2층 외벽의 불벽과 포벽화의 박락된 벽체시료를 채취하였다. 벽체시료는 중벽과 마감층, 그리 고 2차에 거쳐 벽화 배면에 실시된 벽체 보강층에 대하여 미세구조와 화학성분, 결정상, 그리고 입도분포를 중심으 로 분석하였다. 분석된 자료를 바탕으로 재처리를 위한 방
향과 방법이 결정되어야 할 것이다.
2. 연구방법 2.1. 분석 대상
금산사미륵전 남측 2층 외벽화의 포벽화와 불벽화를 구 성하는 벽체는 과거 보존처리과정에서 보호틀을 설치하여 벽화 테두리를 절개하고 분리한 후, 보존처리를 실시한 이 후에 원위치한 것이다3 .
본 조사에서는 금산사미륵전 남측 2층 벽화 중 과거 Strappo로 처리된 포벽화와 불벽화를 구성하는 각각의 벽 체 및 보강층을 대상으로 분석을 실시하였다. 분석대상은 금산사미륵전 남측 2층 외벽의 포벽화(S2-a~S2-f)와 불벽 화(S2-1~S2-8)의 벽체에서 박락된 시료를 사용하였다(Figure 1, Table 1).
금산사미륵전벽화 원 구조는 목부재를 중심으로 외가지 골조에 흙으로 제작한 벽체로 구성되어 그 위로 점토와 모 래를 혼합하여 마감층 조성 후 그 위로 안료로 채색되었다.
과거 보존처리 당시 Strappo 방식으로 처리된 포벽화와 불 벽화들은 4개의 층으로 남아있는데 벽체가 제거되고 마감 층과 중벽층의 일부만 남기고 벽화 배면에 2중 구조의 석 3. the mineral particles were cohered forming solid aggregate due to the application of acrylic resin for the reinforcement on the wall. The main composition of crystalisation on the first and the second reinforcement layers of the back walls were lime plaster (CaSO4· 2H2O). The overall examination confirmed that the priority of the future conservation treatment should be given to the removal of the first and the second layers of reinforcement and the treatment on the back walls which were partially consolidated.
Key Words: Wall reinforcement, Weathered soil, Acrylic resin, Aggregate, Lime plaster(CaSO4· 2H2O)
Figure 1. A Geumsan-sa Budhist Temple's view and serial number of outside mural in Maitreya Hall.
회 mortar와 경량구조물인 aluminium grid로 보강하였다 (Figure 2).
2.2. 분석 방법
2.2.1. 미세조직 분석
포벽화와 불벽화의 벽체 및 보강층을 구성하는 광물의 미세조직을 살펴보기 위하여 전계방사형 주사전자현미경 (FEG-SEM, S-4200, Hitachi, 일본)을 사용하였으며, 각각 의 광물이 함유하고 있는 화학성분을 확인하기 위하여 에 너지분산형 X-선분광분석장치(EDS, Sigma MS2, KEVEX, 미국)를 이용하였다. SEM-EDS 분석을 위한 시료들은 백 금(Pt) 코팅을 한 후 미세조직을 관찰하면서 동시에 화학성 분을 분석하였다.
2.2.2. 화학성분 분석
본 연구에서는 미세조직 분석 결과 시료에서 검출된 화 학 성분들에 대한 정성 및 정량 분석을 위하여 벽체 및 보 강층 시료들을 분말 상태로 만들어 비드로 제조한 다음 형 광 X-선분석장치(XRF, PW 2400, Phlips, 네델란드)를 이용 하여 화학 성분 분석을 진행하였다.
2.2.3. 결정상 분석
벽체 및 보강층 시료들의 광물상에 대한 동정을 위하여 X-선회절분석장치(XRD, PW 3710, X'Pert APD System, Philips, 네덜란드)를 이용하여 각 광물의 결정상을 분석하 였다. 결정상 분석을 위한 X-선은 Cu K-alpha를 사용하였 으며, 가속전압과 필라멘트의 전류는 각각 40kV와 30mA 에서 step size 0.04 그리고 2θ는 10°~80°의 분석 조건을 적 용하였다. 결정상에 대한 동정은 XRF 분석을 통하여 검출 된 화학성분을 바탕으로 X-선 회절패턴을 비교하여 정밀 도를 높이고자 하였다.
2.2.4. 입도 분석
벽체 및 보강층을 구성하는 광물입자들에 대한 입도 분 석에 앞서 실체현미경을 사용하여 각각의 벽체 및 보강층 에 사용된 광물의 입자크기와 모양을 육안으로 관찰하였으 며, 증류수를 이용하여 응집체를 구성하고 있는 입자들을 분리하여 분산시킨 상태에서 레이저를 이용하여 입자크기 를 측정하는 레이저 입도분석기(PSA, LS230 & N4PLUS, Coulter Corporation, 미국)를 이용하여 입도분석을 실시한 후 그 결과를 비교하여 해석하였다.
Table 1. List of analysis samples point and sample number.
Sample Number Sample Name Analysis Point
1 S2-f Middle layer of wall between bracket sets
2 S2-e Finishing layer of wall between bracket sets
3 S2-4 Middle layer of side wall
4 S2-3 Finishing layer of side wall
5 S2-c The first reinforcement layer from back of wall 6 S2-6 The second reinforcement layer from back of wall
Figure 2. (A) Middle layer and finishing layer, (B) The first reinforcement layer, (C) The second reinforcement layer.
3. 분석 결과 3.1. 미세조직 분석 결과
3.1.1. 포벽화 중벽층
금산사미륵전 2층 외벽 포벽화의 중벽층에서 채취한 시 료는 Figure 3A, 3B에서 볼 수 있듯이 비교적 균일한 크기와 모양의 광물 입자들의 집합체로 구성되어 있으며, 이들 광물 입자의 화학성분은 Figure 3C에서와 같이 칼슘(Ca), 티타늄 (Ti), 철(Fe), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 황(S), 그리고 칼륨 (K)이 검출되었다. Figure 3B의 주사전자현미경 사진에서 수㎛ 크기의 미세한 광물 입자들이 응집되어 매우 단단한 응결체(aggregate)를 형성하고 있는 것으로 확인되었다.
Figure 3C의 EDS 화학성분 분석 결과에서는 실리콘(Si), 알 루미늄(Al), 그리고 칼륨(K)이 주 피크로 검출되었다.
3.1.2. 포벽화 마감층
금산사미륵전 2층 외벽 포벽화의 마감층에서 채취한 시 료는 Figure 4A, 4B에서 볼 수 있듯이 큰 입자와 작은 입자 들이 섞여 있는 것으로 확인되었다. EDS 화학성분 분석 결 과에서 광물입자의 화학성분은 Figure 4C에서 확인되는 바 와 같이 칼슘(Ca), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실 리콘(Si), 황(S), 칼륨(K), 그리고 티타늄(Ti)이 검출되었다.
3.1.3. 불벽화 중벽층
금산사미륵전 2층 외벽 불벽화의 중벽층에서 채취한 시 료는 Figure 5A, 5B와 같이 비교적 균일한 크기와 모양의 광 물 입자들로 구성되어 있으며, 포벽화 중벽층에 사용된 광물 입자들과 같이 매우 단단한 응결체(aggregation)를 형성하고 있는 것으로 확인되었다. 이들 광물입자의 화학성분은 Figure 5C에서와 같이 칼슘(Ca), 철(Fe), 알루미늄(Al), 실리
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Figure 5. SEM images from middle layer of side wall(A, B). EDS result on sample of middle layer of side wall(C).
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Figure 3. SEM images from middle layer of wall between bracket sets(A, B). EDS result on sample of middle layer of wall between bracket sets(C).
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Figure 4. SEM images from finishing layer of wall between bracket sets(A, B). EDS result on sample of finishing layer of wall between bracket sets(C).
콘(Si), 황(S), 칼륨(K), 그리고 티타늄(Ti) 이 검출되었다.
3.1.4. 불벽화 마감층
금산사미륵전 2층 외벽 불벽화의 마감층에서 채취한 시 료는 포벽화의 마감층과 같이 Figure 6A, 6B에서 볼 수 있 듯이 큰 입자와 작은 입자들이 섞여 있는 것으로 확인되었 다. EDS 화학성분 분석 결과에서 광물입자의 화학성분은 Figure 6C에서 확인되는 바와 같이 칼슘(Ca), 철(Fe), 나트 륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 황(S), 칼 륨(K), 그리고 티타늄(Ti)이 검출되었다.
3.1.5. 배면 보강층 1) 배면 1차 보강층
배면 1차 보강층에서 채취한 시료는 포벽화와 불벽화의 중벽층 또는 마감층의 광물 입자 모양과는 다르게 Figure 7A, 7B에서 확인되는 바와 같이 침상, 막대상, 또는 엽상의 광물 입자들로 구성되어 있는 것으로 나타났다. EDS 화학 성분 분석 결과에서는 Figure 7C에 나타낸 바와 같이 칼슘 (Ca)과 황(S)이 주피크로 검출되었으며, 중벽층과 마감층 의 화학성분에서 주피크로 검출되었던 알루미늄(Al), 실리 콘(Si), 그리고 칼륨(K)이 낮게 검출되었다.
2) 배면 2차 보강층
금산사미륵전 2층 외벽화의 배면 2차 보강층에서 채취 한 시료는 Figure 8A, 8B의 주사전자현미경 사진에서와 같 이 막대상 또는 엽상의 광물 입자들로 구성되어 있는 것으
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Figure 6. SEM images from finishing layer of side wall(A, B). EDS result on sample of finishing layer of side wall(C).
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Figure 7. SEM images from the first reinforcement layer of back(A, B). EDS result on sample of the first reinforcement layer of back(C).
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Figure 8. SEM images from the second reinforcement layer of back(A, B). EDS result on sample of the second reinforce- ment layer of back (C).
로 확인되었으며, EDS 화학성분 분석 결과에서는 Figure 8C에 나타낸 바와 같이 칼슘(Ca)과 황(S)이 주피크로 검출 되었다. 특히 EDS 분석 결과 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 검출 피크 강도가 매우 낮게 나타났으며, 칼륨(K)은 검출되 지 않았다.
3.2. 화학성분 분석 결과
SEM-EDS 분석을 통하여 확인한 각각의 시료에 대하여 형 광 X-선 분석장치(XRF)를 이용하여 화학성분의 정성· 정량분 석을 실시하여 그 결과를 Table 2에서 Table 4에 나타내었다.
Table 3. XRF analysis results of middle layer and finishing layer of side wall.
Middle layer Finishing layer
Compound Name Conc. (%) Absolute Error (%) Compound Name Conc. (%) Absolute Error (%)
1 Na2O 0.248 0.009 Na2O 0.312 0.01
2 MgO 0.326 0.006 MgO 0.313 0.006
3 Al2O3 12.083 0.09 Al2O3 11.056 0.09
4 SiO2 72.011 0.2 SiO2 58.325 0.2
5 P2O5 0.202 0.008 P2O5 0.263 0.008
6 SO3 0.822 0.02 SO3 4.713 0.04
7 Cl 0.045 0.003 Cl 0.137 0.006
8 K2O 6.493 0.03 K2O 6.311 0.03
9 CaO 0.593 0.01 CaO 10.27 0.05
10 TiO2 1.032 0.01 TiO2 1.131 0.02
11 MnO 0.147 0.004 Fe2O3 6.918 0.03
12 Fe2O3 5.89 0.03 As2O3 0.132 0.002
13 Rb2O 0.036 0.001 Rb2O 0.036 0.001
14 SrO 0.023 0.001 SrO 0.03 0.001
15 ZrO2 0.049 0.001 ZrO2 0.052 0.001
Total 99.951 - - 99.947 -
Table 2. XRF analysis results of middle layer and finishing layer of wall between bracket sets.
Middle layer Finishing layer
Compound Name Conc. (%) Absolute Error (%) Compound Name Conc. (%) Absolute Error (%)
1 Na2O 0.197 0.01 Na2O 0.554 0.01
2 MgO 0.299 0.005 MgO 0.358 0.006
3 Al2O3 12.094 0.09 Al2O3 14.406 0.1
4 SiO2 71.804 0.2 SiO2 65.786 0.2
5 P2O5 0.136 0.006 P2O5 0.876 0.02
6 SO3 0.154 0.006 SO3 2.867 0.03
7 K2O 6.24 0.03 Cl 0.06 0.003
8 CaO 1.986 0.02 K2O 4.637 0.03
9 TiO2 1.139 0.02 CaO 2.909 0.03
10 Fe2O3 5.808 0.02 TiO2 0.932 0.01
11 Rb2O 0.044 0.001 Fe2O3 5.968 0.03
12 SrO 0.034 0.001 As2O3 0.337 0.003
13 ZrO2 0.065 0.001 Rb2O 0.034 0.001
14 - - - SrO 0.089 0.001
15 - - - ZrO2 0.051 0.001
16 - - - PbO 0.136 0.002
Total 99.901 0.408 - 99.813 -
Table 4. XRF analysis results of the first reinforcement layer and the second reinforcement layer from of back of wall.
The first reinforcement layer The second reinforcement layer
Compound Name Conc. (%) Absolute Error (%) Compound Name Conc. (%) Absolute Error (%)
1 MgO 0.168 0.004 Al2O3 0.18 0.009
2 Al2O3 4.094 0.05 SiO2 1.224 0.03
3 SiO2 27.23 0.1 P2O5 0.42 0.006
4 P2O5 0.248 0.006 SO3 45.58 0.08
5 SO3 10.751 0.04 CaO 52.217 0.1
6 K2O 2.889 0.02 Fe2O3 0.174 0.005
7 CaO 51.41 0.1 SrO 0.183 0.001
8 TiO2 0.454 0.01 Y2O3 0.022 0.001
9 Fe2O3 2.619 0.02 - - -
10 Rb2O 0.031 0.001 - - -
11 SrO 0.066 0.001 - - -
12 ZrO2 0.041 0.001 - - -
Total 99.894 - - 99.795 -
Figure 10. X-ray diffraction patterns of finishing layer of wall between bracket sets.
Figure 12. X-ray diffraction patterns of finishing layer of side wall.
Figure 11. X-ray diffraction patterns of middle layer of side wall.
Figure 9. X-ray diffraction patterns of middle layer of wall between bracket sets.
Table 2와 3의 정성 · 정량 분석 결과는 이산화규소(SiO2) 와 산화알루미늄(Al2O3)가 가장 많은 양을 차지하였으며, Table 4의 결과는 산화칼슘(CaO)과 황화물(SO3)이 가장 많이 검출되었다. 또한 모든 시료에서 인산화물(P2O5)의 화학성분 이 소량 검출되었으며, 배면 보강층을 제외한 모든 벽체 시료 에서 황토의 주성분인 산화철(Fe2O3)성분이 검출되었다.
3.3. 결정상 분석 결과
아래의 Figure 9에서 Figure 14에 각각의 시료에 대한 X-선 회절 분석 결과를 나타내었으며, 또한 Figure 15에는 6가지 시료의 X-선 회절분석 결과를 종합하여 제시하였다.
X-선 회절분석 그래프에서 광물의 결정상은 Fe2O3 를 제외 한 나머지 광물의 결정상에 대하여 약자로 표기하는데, 석 영은 Q(quartz), 장석질 광물은 F(feldspar), 점토광물은 C(clay
mineral), 그리고 석고는 G(gypsum)로 표기하였다.
X-선 회절 분석 결과 금산사미륵전 2층 외벽화의 중벽 층과 마감층에 사용된 광물 입자의 결정상은 Figure 9에서 Figure 12에 나타낸 바와 같이 모래의 주성분인 석영의 결정 상, 그리고 정장석이나 조장석과 같은 장석류 광물의 결정 상과 점토광물이 주 광물의 결정상을 이루고 있는 것으로 확인되었으며, 또한 산화철 광물인 Fe2O3 가 부성분으로 검 출되었다.
벽체의 배면 1차 보강층과 배면 2차 보강층은 석고 (CaSO4 · 2H2O)가 주 결정상인 것으로 확인되었다. 또한 배 면 1차 보강층의 경우 석영을 주성분으로 하는 모래와 점 토광물이 소량 함유되어 있는 것으로 분석되었다.
3.4. 입도 분석 결과
본 연구에서는 입도분석 대상 시료가 응집체를 형성하고 있는 것으로 파악되어, 벽체 시료를 증류수 하에서 분산시킨 다음 분산액에 대하여 레이저 입도분석을 실시하였다. 다음 의 Figure 16에서 Figure 21에 각각의 시료에 대한 실체현미 경 사진과 입도 분포 그래프를 나타내었으며, 이 결과를 종 합하여 Table 5에 평균 입자 크기와 입자 크기 분포를 정리 하였다. 입도 분석 결과 전체 시료의 광물입자 평균 크기는 Table 5에 나타낸 것과 같이 포벽화와 불벽화는 0.03mm 에 서 0.05mm 사이의 silt 질 입자인 것으로 측정되었으며, 배 면 1차, 2차 보강층은 각각 0.06mm와 0.16mm 로서 극세립 사(0.06mm)와 세립사(0.125mm) 크기로 측정되었다. 또한 Table 5에서 포벽화와 불벽화의 모든 시료들에서 극세립사 질 크기 이하의 입자들이 약 75%를 차지하는 것으로 나타났 Figure 15. Total X-ray diffraction patterns of samples.
Figure 14. X-ray diffraction patterns of the second re- inforcement layer of back.
Figure 13. X-ray diffraction patterns of the first reinforce- ment layer of back.
으며, Figure 16에서 Figure 19의 실체현미경 사진에서 볼 수 있듯이 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기의 미립자들이 확인되어 입 도분석 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 그러나 배면 1차 보강층과 배면 2차 보강층은 포벽화와 불벽화의 결과와는 다르게 입자 크기가 비교적 큰 것으로 확인되었다.
3.5. 종합결과
3.5.1. 미세 조직 분석 결과
금산사미륵전 2층 외벽화의 포벽화 및 불벽화 중벽층은 비교적 균일한 크기와 모양의 광물 입자들의 집합체로 구
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Figure 16. Microphotographs (A, B; middle layer of wall between bracket sets). Result of the particle size analysis of molding clay for middle layer of wall between bracket sets (C).
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Figure 17. Microphotographs (A, B; finishing layer of wall between bracket sets). Result of the particle size analysis of molding clay for finishing layer of wall between bracket sets (C).
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Figure 18. Microphotographs (A, B; Middle layer of side wall). Result of the particle size analysis of molding clay for middle layer of side wall (C).
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Figure 19. Microphotographs (A, B; finishing layer of sode wall). Result of the particle size analysis of molding clay for finishing layer of side wall (C).
성되어 있으나, 과거 보존처리 과정에서 벽체의 보강을 위 해 사용한 아크릴 계열의 경화제의 영향으로 광물 입자들 이 응집되어 매우 단단한 응결체(aggregate)를 형성하고 있는 것으로 확인되었다. 화학성분은 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 철(Fe), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 황(S), 그리고 칼륨(K)이 검출되 었는데, 이와 같은 화학 성분은 이산화규소, 장석 및 백운 모 등의 주성분으로서 암석이 풍화되어 생성된 풍화토를 흙반죽으로 제조하여 사용하였던 것으로 판단할 수 있다.
포벽화 및 불벽화의 마감층은 큰 입자와 작은 입자들이 섞여 있는 것으로 확인되었다. 광물입자의 화학성분은 칼 슘(Ca), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 황(S), 칼륨(K), 그리고 티타늄(Ti)등이 검출되었다. 따라서 마감층은 중벽층 위에 그림이 그려질 수 있게 모래와 풍화 토를 혼합해서 반죽하여 제작하였던 것으로 판단된다.
배면 1차 보강층은 광물 입자 형태는 침상, 막대상, 또는 엽상의 광물 입자들로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 화 학성분 분석 결과에서는 칼슘(Ca)과 황(S)이 주피크로 검출 되었으며, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 그리고 칼륨(K)이 낮 게 검출되었다. 이와 같은 결과는 과거 보존처리과정에서 벽체의 배면을 직접 보강하기 위하여 소석회와 모래를 사용 하여 배면 보강층을 제작하였기 때문인 것으로 판단된다.
배면 2차 보강층 시료는 막대상 또는 엽상의 광물 입자 들로 구성되어 있는 것으로 확인되었으며, EDS 화학성분 분석 결과 칼슘(Ca)과 황(S)이 주피크로 검출되었다. 특히
알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 검출 피크 강도가 매우 낮게 나타났으며, 칼륨(K)은 검출되지 않은 점으로 미루어 배면 2차 보강층은 배면 1차 보강층과는 다르게 모래 또는 풍화 토를 소량만 첨가하여 제조한 Mortar를 사용하여 제작한 것으로 보인다.
3.5.2. 화학성분의 정성·정량분석 결과
형광 X-선 분석장치(XRF)를 이용하여 화학성분의 정성 · 정량분석을 실시한 결과 모든 시료에서 과거 보존처리 과 정에서 사용하였던 카세인에 함유되어 있던 것으로 추정되 는 인산화물(P2O5)을 소량 함유하고 있는 것으로 나타났다.
포벽화와 불벽화의 정성 · 정량 분석 결과, SEM-EDS분석 의 EDS 화학성분 분석 결과와 유사하게 이산화규소(SiO2) 와 산화알루미늄(Al2O3)가 가장 많은 양을 차지하였는데, 이것은 이산화규소(SiO2)를 주원료로 하는 모래와 점토광 물이 함유된 풍화토를 벽체 제작을 위한 흙반죽의 원료로 사용하였기 때문인 것으로 판단된다. 또한 배면 보강층을 제외한 모든 벽체 시료에서 황토의 주성분인 산화철(Fe2O3) 성분이 검출되었는데, 벽체 제작 과정에서 점도 조절을 위 해 황토를 첨가하였을 것으로 추정할 수 있다. 배면 보강층 의 정성 · 정량 분석 결과 또한 EDS 화학성분 분석 결과와 동일하게 산화칼슘(CaO)과 황화물(SO3)가 가장 많은 양이 검출된 것으로 미루어 배면 1차 보강층과 배면 2차 보강층 은 석회 mortar로 제작되었던 것으로 판단된다.
Ⓐ Ⓑ Ⓒ
Figure 20. Microphotographs (A, B; The first reinforcement layer from back of wall). Result of the particle size analysis of molding clay for the first reinforcement layer (C).
Ⓐ Ⓑ Ⓒ
Figure 21. Microphotographs (A, B; The second reinforcement layer from back of wall). Result of the particle size analysis of molding clay for the second reinforcement layer (C).
3.5.3. 결정상 분석 결과
금산사미륵전 2층 외벽 포벽화와 불벽화의 중벽층과 마 감층에 사용된 광물 입자의 결정상은 공통적으로 모래의 결정상인 석영, 정장석이나 조장석과 같은 장석류 광물의 결정상, 그리고 백운모나 견운모와 같은 운모류 광물과 같 은 점토 광물이 주 광물의 결정상을 이루고 있는 것으로 확 인되었다. 벽체의 배면 1차 보강층과 배면 2차 보강층은 석 고(CaSO4 · 2H2O)가 주 결정상인 것으로 분석되었으며, 모 래와 점토광물이 소량 함유되어 있는 것으로 조사되었다.
3.5.4. 입도 분석 결과
입도분석 결과에서 금산사미륵전 2층 외벽화의 벽체 제 작에 사용된 광물입자들의 크기 분포는 극세립사와 세립사 질의 모래 크기가 고르게 분포하고 있는 것으로 측정되었 으나, 과거 보존처리 과정에서 사용되었던 아크릴 계열의 강화처리제 또는 카세인 경화제의 영향으로 인해 광물 입 자들이 응결체를 형성하고 있는 것이 확인되었다. 따라서 금산사미륵전 2층 외벽의 포벽화와 불벽화 중벽층을 제작 하기 위해 사용한 흙반죽에는 입자 크기가 작고 균일한 점 토 광물을 함유하는 풍화토와 세립사인 모래, 그리고 미립 자인 황토를 원료로 사용하였을 것으로 추정할 수 있다.
4. 고 찰 4.1. 미세조직 분석
금산사미륵전 2층 외벽 포벽화의 중벽층에 대한 미세조 직 분석결과, 벽체가 단단한 응결체(aggregate)를 형성하고 있는 것은 이경민 등이 2008년에 조사하여 논문으로 발표 한 결과에서 밝혔듯이 과거 보존처리 과정에서 벽체의 보 강을 위해 사용한 아크릴 계열의 경화제를 사용하여 광물 입자들을 결합하였기 때문인 것으로 판단된다4.
화학성분 분석 결과, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 칼륨(K) 이 주 피크로 검출되었으며, 이러한 성분은 일반적으로 모 래와 암석을 구성하는 조암광물인 석영 또는 장석, 그리고 암석이 풍화되어 생성된 풍화토의 주성분이면서 실리카와 알루미나로 구성된 규산염광물인 점토 광물의 주성분으로 알려져 있다7. 따라서 흙벽화인 금산사미륵전 2층 외벽화 의 중벽층은 암석이 풍화되어 생성된 풍화토인 점토와 모 래를 혼합하여 흙반죽으로 제조하여 사용하였던 것으로 추 정할 수 있다. 한경순은 2010년 발표한 논문에서 금산사 미
륵전 벽화의 벽체 사진 분석을 통하여 점토와 모래가 혼합 되어 사용되어 있는 결과를 확인하였다1.
포벽화 마감층의 화학 성분은 포벽화 중벽층의 EDS 결 과와 유사한 것으로서 마감층에 풍화토를 사용하였던 것으 로 판단할 수 있다. 일반적으로 흙벽화의 마감층은 흙반죽 으로 벽체를 구성한 후, 그 위에 그림이 그려질 수 있게 모래 와 흙을 혼합하여 제작하게 된다. 모래의 주성분은 Figure 4-Ⓒ 에서 가장 많이 검출되는 것으로 확인되는 실리콘(Si) 의 산화물인 석영으로서, SEM-EDS 분석 결과에서 확인되 는 큰 입자들은 Figure 4-Ⓐ,Ⓑ의 주사전자현미경 사진에 서 확인할 수 있듯이 중벽층에서 확인된 수㎛ 크기의 미세 한 광물입자들의 응결체가 아니라 마감층의 제작에 사용되 었던 것으로 판단되는 수십 ㎛ 크기의 모래 입자들인 것으 로 해석할 수 있다.
불벽화의 중벽층의 화학성분 역시 포벽화의 중벽층과 동일하게 암석이 풍화되어 생성된 풍화토를 흙반죽으로 제 조하여 사용하였던 것으로 볼 수 있다. 불벽화의 마감층의 화학성분 또한 포벽화의 마감층과 동일한 것으로 미루어, 불벽화 중벽층 위에 벽화가 제작되어질 마감층을 모래와 풍화토를 혼합한 반죽을 사용하여 제작하였던 것으로 판단 된다.
이와 같은 결과는 위봉사 보광명전 백의관음벽화, 내소 사 대웅전 수월관음벽화와 같이 조선시대 사찰벽화 제작에 사용된 토양의 화학성분과 거의 유사한 것을 알 수 있다9,10. 또한 화학성분 분석결과를 통해 중벽층에는 주로 점토를 사용하였고 마감층에는 모래와 풍화토를 혼합하여 사용한 것을 확인 할 수 있었으며, 이러한 결과는 국내 사찰벽화의 제작양식에 맞게 만들어진 것을 알 수 있다5.
배면 1차 보강층에서는 침상, 막대상, 또는 엽상의 광물 입자가 관찰되며, 칼슘(Ca)과 황(S)과 같은 성분이 주피크 로 검출되고, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 그리고 칼륨(K)이 낮게 검출된 결과는 과거 보존처리과정에서 벽체의 배면을 직접 보강하기 위하여 소석회와 모래, 그리고 풍화토를 혼 합하여 배면 보강층을 제작하였기 때문인 것으로 판단된 다. 그러나 배면 2차 보강층에서는 막대상 또는 엽상의 광 물 입자들의 구성과 함께, EDS 화학성분 분석 결과 칼슘 (Ca)과 황(S)이 주피크이며, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 검출 피크가 매우 낮게 나타났다. 이러한 점으로 미루어 배 면 2차 보강층은 배면 1차 보강층과는 다르게 모래 또는 풍 화토를 소량만 첨가하여 제조한 석회질의 mortar를 사용하 여 제작한 것으로 보인다.
4.2. 화학성분 분석
포벽화와 불벽화의 중벽층 및 마감층에 대한 정성 · 정 량 분석 결과, 대부분의 시료에서 이산화규소(SiO2)와 산화 알루미늄(Al2O3)가 가장 많은 양을 차지하는 결과가 나타 난 것은 SEM-EDS분석의 EDS 화학성분 분석 결과와 유사 한 것으로서, 이것은 벽체 제작을 위한 흙반죽의 원료로서 석영(SiO2)이 주성분인 모래와 점토광물이 함유된 풍화토 를 사용하였기 때문인 것으로 판단된다2. 또한 황토의 주성 분인 산화철(Fe2O3)성분이 검출된 결과는, 벽체 제작 과정 에서 점도 조절을 위해 황토를 첨가하였을 것으로 추정할 수 있다.
모든 시료에서 소량 검출되는 인산화물(P2O5)의 화학성 분은 과거 보존처리 과정에서 사용하였던 유기물 고착제인 카세인1,8에 함유되어 있던 인(P)성분이 산화되어 검출된 것으로 판단된다. 특히 1992년부터 1993년까지 진행된 금 산사미륵전 벽화의 보존처리 과정에서 Strappo 공법으로 처리하는 과정에서 석회와 카세인을 사용하여 보강작업을 진행하였기 때문인 것으로 보인다.
벽화 보존처리에 사용된 과도한 유기물 고착제는 토벽 화 고유의 물성을 변화시켜 벽체로부터 융기 또는 박락 등 의 손상을 일으키거나, 물성 변화로 인한 다른 층과의 박리 및 이탈현상을 나타낼 우려가 있다. 또한 벽체에 강하게 고 형화된 접착제는 보존처리시 제거 또는 재보강에 있어 어 려운 문제가 된다.
배면 1차 보강층과 배면 2차 보강층의 정성 · 정량 분석 결과 역시 EDS 화학성분 분석 결과와 동일하게 산화칼슘 (CaO)과 황화물(SO3)가 검출된 것으로 미루어 석회질의 mortar로 제작된 것을 확인 할 수 있다.
토벽화 벽체 보강제로서 석회 mortar는 장기간 방치시 벽화에 염분형성의 우려가 있으며, 토양으로 구성된 벽체 와 다른 물성으로 토벽체와 석회 mortar간 지속적인 분리
현상이 진행될 수 있다. 또한 석회 mortar에 혼합된 카세인은 매우 단단한 물질을 형성하게 되어 토벽체와 석회 mortar 간의 분리현상을 촉진시킬 수 있으므로, 이에 대한 효과적 인 제거 또는 보강방안이 마련되어야 할 것이다.
4.3. 결정상 분석
X-선 회절 분석 결과에 따른 포벽화 및 불벽화의 중벽층 과 마감층의 광물 입자 결정상은 장석류 광물 및 점토 광물 의 결정상으로서, 이러한 결과는 일반적으로 암석이 풍화 되어 생성된 풍화토 또는 점토에 함유되어 있는 대표적인 광물의 결정상이며, 벽체 제작 시에 암석으로부터 유래된 풍화토와 같은 점토를 모래와 함께 사용하였던 것으로 추 정할 수 있다.
이러한 결과는 강진 무위사내벽사면벽화, 안동 봉정사 대웅전후불벽화와 같이 조선시대 사찰벽화 제작에 사용된 토양의 광물 입자 결정상과 거의 유사한 것을 알 수 있으며, 미세조직 분석결과와 마찬가지로 국내 사찰벽화 제작기법 과 같이 모래와 점토를 혼합하여 사용한 것을 확인 할 수 있다11,12.
배면 1, 2차 보강층에서 나타난 석고(CaSO4· 2H2O)의 주 결정상은 과거 미륵전벽화의 보존처리 과정에서 석회를 함유하는 보강용 mortar를 보강층에 사용하였다1는 결과와 일치한다는 것을 알 수 있다.
4.4. 입도 분석
레이저입도분석 실시결과 포벽화와 불벽화 벽체에는 광 물 입자 크기가 작고 비교적 균일한 silt와 점토 광물을 함 유하는 풍화토를 벽체의 약 70% 이상을 차지하는 기지 (matrix) 재료로 사용하였고, 나머지 약 30% 이하는 극세립 사질 크기에서 중립사질 크기 사이의 모래를 사용하였던 Table 5. Particle size distribution of the samples.
sample name mean diameter(㎛) particle size(㎛) at cumulative volume
<10% <25% <50% <75% <99.99%
S2-f 44.24 1.59 5.50 19.53 63.20 297.4
S2-e 32.52 1.50 5.12 17.98 46.08 256.2
S2-4 35.02 1.24 3.58 13.07 47.50 274.6
S2-3 37.32 1.57 5.13 18.09 47.15 311.1
S2-c 62.35 3.0 12.61 39.75 96.27 336.0
S2-6 165.7 6.67 52.33 125.9 224.8 946.1
것으로 추정할 수 있다. 또한 배면 1차 보강층은 silt 질 이 하의 입자들을 약 50% 사용하였고, 극세립사 크기 이상의 입자들을 약 50% 로 사용하여 미분부와 모래를 각각 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였던 것으로 판단된다. 그러나 배 면 2차 보강층의 경우에는 Figure 21의 A에서 확인할 수 있 듯이 비교적 단단한 응결체들이 형성되어 정확한 입자크기 분포를 판단하기에는 어려움이 있다.
이경민 등은6 금산사 미륵전 마감층 시료의 입도분석 결 과 모래가 87% 이상을 차지한다고 하였는데, 이와 같은 결 과는 본 연구의 주사전자현미경 분석 결과에서도 확인할 수 있듯이 수 ㎛의 미사(silt)질 또는 점토(clay)질 크기의 미분부 입자들이 응집체를 형성하거나, 과거 벽화면 경화 처리에 사용된 아크릴 계열의 Paraloid B72 합성수지가 토 양 입자들과 응결체를 형성하여 전체 입자크기 분포에 영 향을 미친 것으로 판단되었다.
배면 1, 2차 보강층 시료의 광물 입자크기가 포벽화 및 불벽화 벽체 시료보다 입자크기가 크게 나타난 결과는 SEM-EDS 분석 결과의 주사전자현미경 사진과 Figure 20 과 Figure 21의 실체현미경 사진에서 관찰되는 바와 같이 과거 보존처리 과정에서 배면 보강층에 사용되었던 아크릴 계열의 Paraloid B72 강화처리제 또는 카세인 경화제의 사 용으로 인해 광물 입자들이 응결체를 형성하여 원래의 광 물 입자 크기보다 크게 측정되었을 것으로 판단된다.1,6)
중벽층 및 마감층에 사용된 토양의 입도는 보존처리시 토양 메움제를 제작할 때 중요한 정보를 제공하게 된다. 금 산사미륵전벽화와 같이 과거 경화제의 사용으로 벽체 또는 보강층의 광물 입자들이 응결체를 형성하여 원 입자보다 크게 측정되는 경우, 이에 대한 정밀한 입도분석이 필요하 다고 판단된다. 일반적으로 벽화를 제작하기 위한 벽체, 특 히 마감층의 경우에 표면을 매끄럽게 마감하기 위해 수십
㎛의 silt질 크기 이하의 입자들을 사용하여 마감하기 때문 에 입도 분석 시에 미립자들이 응집체를 형성하여 세립사 질 또는 중립사질의 모래와 같은 입자크기로 측정될 수 있 다. 또한 벽화의 보존처리 과정에서 사용되는 mortar 또는 경화제의 경우 광물 입자들을 접합하여 응집시킴으로써 벽 체 또는 보강층의 원료로 사용한 초기 광물 입자 크기보다 큰 2차 입자인 응결체가 마치 하나의 입자로 거동할 수 있 다. 따라서 벽화 보존처리를 위한 벽체의 정확한 정보를 얻 기 위해서는 Modal 입도 분석과 함께 이와 같은 응집체를 분산하여 미립자들에 대한 입도 분석을 함으로써 정확한 입도분포 결과를 얻어야 할 것으로 생각된다.
5. 결 론
금산사미륵전벽화의 원래 구조는 조선시대 사찰벽화의 전형적인 양식을 계승하고 있으나 1992년부터 1993년까지 진행된 보존처리 이후 벽화의 구조에 변화가 생겼다. Stacco a masello 공법으로 이전된 벽화는 약 1.5㎝정도의 일부 층 이 제거되고 보강용 모르타르로 재 보강되었다. 또한 Strappo 공법으로 이전된 벽화는 약 0.5㎝ 정도 두께의 마감층을 남 기고 벽체 대부분이 제거된 후 보강용 모르타르, 유리섬유, 코르크 및 경량구조물인 알루미늄 그리드로 벽체가 보강되 어 현재 상태로 남아있다.
1993년에 완료된 벽체 보강작업은 여러 문제점을 안고 있다. 우선적으로 마감벽과 중벽간의 결속력이 없어 분리 가 된 상태이며 육안으로 판단하기에도 재보강조치가 필요 하다.
금번연구에서 금산사미륵전 남측 2층 외벽의 포벽화와 불벽화를 대상으로 각각의 층별 시료에 대하여 자연과학적 인 분석조사를 실시한 결과, 조선시대 사찰벽화 제작에 사 용된 재료의 특성 및 현 상태를 확인할 수 있었다.
미세조직 분석결과 벽체의 대부분이 응결체(aggregate) 를 형성하고 있고, 화학성분 분석결과 인산화물(P2O5)을 소 량 함유하는 것으로 나타났는데 포벽이나 불벽에 일부 남 아있는 벽체에 보강을 목적으로 소량의 카세인 혼합과 아 크릴계 수지를 도포한 것을 확인할 수 있었다. 재처리를 위 하여 이 부분들에 대한 우석적인 조치가 진행되어야 할 것 이다.
참고문헌
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