접수 14. 10. 01 / 심사종료 14. 11. 12 / 게재승인 14. 11. 17
Vol.30, No.4, pp383-393(2014)
DOI http://dx.doi.org/10.12654/JCS.2014.30.4.07 Printed in the Republic of Korea
pISSN: 1225-5459 eISSN: 2287-9781
석조문화재 균열부 보존처리 충전제의 현황과 임상실험 고찰
- 활석을 혼합 한 충전제의 표면변화를 중심으로 -
이태종*1 | 오정현* | 김사덕* | 이장존**
*국립문화재연구소 문화재보존과학센터, **국립문화재연구소 보존과학연구실
A Study of Stone Cultural Heritage on Filler Status and Clinical Trials of Conservation Treatment in Cracks
‐ Focusing on the Change in Surface of the Filler by Mixing the Talc ‐
Tae Jong Lee*1 | Hyeon Jung Oh* | Sa Dug Kim* | Jang Jon Lee**
*Conservation Science Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea
**Conservation Science Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea
1Corresponding Author: [email protected], +82-42-860-9381
초 록 석조문화재 균열부분과 표면 마무리를 위한 보존처리는 현재까지 에폭시수지에 다양한 충전제를 혼합하여 사용하게 된다. 장기적 보존을 위해 이와 같은 보존처리는 필요하다. 하지만 보존처리 된 54건에 대한 현장조사와 임상실 험 결과 충전제 중 활석이 포함된 경우 표면변색과 균열 등 재 손상이 확인되었다. 현장조사는 수리보고서와 처리 담당자 인터뷰, 현미경조사, 현장에서 수습한 처리 시편의 ICP 분석을 병행하여 활석 사용여부를 확인하였다. 임상실험은 현장 조사에서 확인된 활석에 의한 영향평가를 위해 촉진내후성시험 후 색차와 초음파측정을 실시하였으며 그 결과 활석이 포함된 시편에서의 물성저하가 두드러졌다. 따라서 향후 균열부분 보존처리는 활석의 사용은 자제하고 동질 석분만을 충전제로 선택하여 처리할 것을 제안한다.
중심어
:
석조문화재,
균열,
보존처리,
충전제,
활석ABSTRACT It is used for the epoxy resin, a mixture of various fillers conservation of cracks of the stone cultural heritage.
Such as conservation treatment is need to for long-term conservation. However, field research and experiments on the conservation treatment results when included 54 cases of talc filler was confirmed that the damage, such as discoloration and cracks. The field research is talc was used to determine whether the reports and conservator interviews conducted, microscopy, ICP analysis of the samples collected from the field site. Experiments is color difference measurement and Ultrasonic measurement were arried out, and artificial weathering tests to investigate the effect of talc. As a result, lower the property of matter of the samples containing the talc. Therefore, we propose that the selection process is not allowed to use talc as the filler of stone powder filler cracks is conservation treatment.
Key Words: Stone cultural heritage, Cracks, Conservation treatment, Filler, Talc
1. 서 론
석조문화재를 구성하는 암석은 시간의 경과에 따라 서 서히 풍화가 진행되어 탈락, 균열, 박리 ‧ 박락 등 훼손이 일 어난다. 더욱이 산업화의 급진전과 이에 따른 환경오염 및 지구 환경의 변화는 대부분 옥외에 노출되어 있는 석조문 화재의 손상을 가중시키고 있다(Song et al., 2009). 표면 풍화, 표면오염, 생물피해 등으로 분류되는 손상형태 중 표 면풍화의 최초 시작은 균열이다. 균열은 한 부위가 다른 부 위로부터 분리된 결과로 발생하며 육안으로 명확히 식별 가능한 틈으로 확장될 경우 박리박락, 탈락 등 물리적 손상 이 발생하게 된다.(Park, 2009) 특히 균열과 박리부분의 손 상을 방치할 경우 부재표면 탈락, 조각부위 박락 등 표면풍 화 가속화에 따른 문화재로서의 원형과 가치를 상실하게 된다. 따라서 적절한 보존처리를 통해 손상을 최소화 할 필 요가 있다. 보존처리의 재료적 측면에서 균열부분 처리는 모든 문화재에 보편적으로 고려되는 처리 전 원래 형태로 되돌릴 수 있는 가역성과는 대치되는 경우가 많다. 또한 옥 외 석조문화재라는 재질 특성을 고려한다면 높은 접착강 도와 뛰어난 내구성을 지닌 재료를 선택할 수 밖에 없을 것 이다. 따라서 보존처리 현장에서는 이를 충족시킬 수 있는 접착제로 접착성이 우수하고 경화 후 기계적 성질뿐만 아 니라 내열성, 내약품성, 내수성 등이 뛰어난 에폭시수지를 사용하고 있다(Choi et al., 2012). 때문에 부재 간 접착뿐 만 아니라 외부로 노출되는 균열부 및 표면마감면 처리까 지 에폭시 수지가 광범위하게 사용되고 있다. 그리고 보존 처리 시 점도조절과 내구성변화에 따른 문제점 개선, 처리 후 표면이질감 최소화 등을 위해 활석, 규사, 실리카파우 더, 석분 등 다양한 충전제를 혼합하여 처리하고 있다. 그 러나 보존처리 현장조건은 대상 문화재의 풍화정도, 처리 부분의 위치, 사이트 환경에 따라 다양한 경우가 존재하기 때문에는 과학적 데이터에 근거한 처리 보다는 처리기술 자의 경험적 수치에 의존하는 경우가 대부분이다.
대표적인 예로 에폭시수지를 이용한 보존처리 시 점도 조절과 사용 편의성을 위해 활석을 혼합하여 처리한 사례 이다. 활석을 혼합할 경우 고점도를 발휘하기 때문에 석분 혼합이 용이하고 또한 기타 충전제 혼합과정에 에폭시수 지 특유의 젖음현상으로 난반사가 줄어 명도가 감소하여
짙은 회색을 나타내는데 활석은 백색도가 증가하여 이를 최소화할 수 있다(Song et al., 2009). 활석을 이용한 기초 처리제가 완성된 후 동질석분을 혼합하여 사용할 경우 처 리 대상 석조문화재와의 이질감을 최소화할 수 있기 때문 이다. 하지만 ‘석조문화재 보존관리 연구’ 이듬해인 ‘02년 이후 보존처리 된 석조문화재 54건(‘10~‘13년) 조사 결과 활석을 혼합하여 균열부분을 처리한 경우 표면변색, 접착 면 균열 및 분리 등 재 손상율이 95.7%에 달한다. 따라서 이번 연구에서는 현장조사에서 확인 된 활석 사용에 따른 재 손상과 양호한 상태가 확인된 처리 사례를 분석, 고찰하 였다. 아울러 관련 실험을 통해 석조문화재 균열부분 보존 처리를 위한 개선 방안을 제시하고자 한다. 마지막으로 현 장조사 사례는 보존처리 관련 기관의 이해관계를 감안하 여 양호한 사례만 소개하고자 한다.
2. 보존처리 통계현황 및 현장조사
2.1. 보존처리 현황
우리나라 국가지정 석조문화재의 현황조사와 보존관리 방안 연구는 2001년부터 5개년 계획으로 전국에 산재해 있는 석조문화재를 조사함으로써 개략적인 보존현황을 이 해할 수 있게 되었다(Jun et al., 2006). 이 후 국가지정 석 조문화재는 꾸준히 증가하여 2013년 기준으로 총 565건 (국보 69건, 보물 496건)에 달한다(CHA statistics). 전수조 사가 시작된 2001년 이후 국가지정 석조문화재 보존처리 현황을 정리하기 위해 시․도별 국고보조사업 예산내역과 수리보고서, 문화재청 통계현황 자료를 분석한 결과는 Table 1과 같다.
Table 1의 균열부분 처리는 접착제를 사용한 부재 간 접 합과 신재복원 등 틈 마감이 필요한 공정 모두를 포함하였 기 때문에 표면세정 다음으로 높은 비중을 차지하고 있다.
균열부분 처리에 가장 많이 사용된 접착제는 국립문화재 연구소에서 1998년 연구 개발된 L-30이며 다음으로는 에 폭시수지로 통칭된 경우이다. 석조문화재 보존처리는 위 와 같이 에폭시수지에 무기소재인 충전제를 혼합하여 현 장마다 구성 재질에 맞게 사용하게 된다. 일반적으로 접착 제는 적은 양으로 두 물체를 단순히 붙이는데 사용하는 것
Table 1. cracks conservation status of Stone Heritage(‘02~‘13).
Stone Heritage
(count)
Conservation treatment Cracks Conservation Use adhesive Total Cracks
conservation epoxy resin
(L30) epoxy resin
(Araldite) epoxy resin in addition
565 233
(41.2%) 115
(49.4%) 79
(54.4%) 2
(1.7%) 29
(25.2%) 5 (4.3%)
Table 2. List of field study.
NO. Classification Name of Cultural Heritage treatment year 1 T 65 Three Storied Stone Pagoda in Seoak-dong, Gyeongju ‘04y 2 N 40 Thirteen-Storied Stone Pagoda at Jeonghyesa Temple Site, Gyeongju ‘07y 3 T 201 Rock-carved Buddhas in Tapgok Valley of Namsan Mountain, Gyeongju ‘05y 4 T 221 Rock-carved Buddha Triad and Seated Buddha in Gaheung-dong,Yeongju ‘08y 5 T 249 Three Storied Stone Pagoda of Buseoksa Temple, Yeongju ‘05y 6 N 17 Stone Lantern in Front of Muryangsujeon Hall of Buseoksa Temple, Yeongju ‘05y 7 T 426 Three Storied Stone Pagoda in Dongbon-ri, Yecheon ‘05y 8 T 427 Stone Standing Buddha in Dongbon-ri, Yecheon ‘05y 9 T 53 Five Storied Stone Pagoda at Gaesimsa Temple Site,Yecheon ‘05y 10 T 610 Three Storied Stone Pagoda in Hyeon-ri,Yeongyang ‘04y 11 T 609 Three Storied Stone Pagoda in Hwacheon-ri,Yeongyang ‘04y 12 N 187 Five Storied Stone Brick Pagoda in Sanhae-ri,Yeongyang ‘05y 13 T 57 Five Storied Brick Pagoda in Jotap-ri,Andong ‘02y 14 T 117 Three Storied Stone Pagoda in Hwadal-ri, Sangju ‘04y 15 T 683 Seven Storied Stone Pagoda in Sango-ri,Sangju ‘05y 16 T 470 Stone Pagoda of Dorisa Temple, Gumi ‘04y 17 T 682 Three Storied Stone Pagoda of Jibosa Temple, Gunwi ‘06y 18 T 944 Rock-carved Seated Buddha in Yusin-ri,Boseong ‘05y 19 N 130 Five Storied Stone Pagoda in Jukjang-ri, Gumi ‘04y 20 T 469 Three Storied Stone Pagoda in Naksan-ri,Gumi ‘04y 21 T 189 Five Storied Brick Pagoda of Songnimsa Temple, Chilgok ‘04y 22 T 430 Stupa of Bogyeongsa Temple,Pohang ‘05y 23 T 498 Three Storied Stone Pagoda in Guran-ri, Uljin ‘05y 24 T 39 Stele for Buddhist MonkJeunggakat Silsangsa Temple,Namwon ‘04y 이고, 충전제는 접착제와 같은 합성수지에 물성 변화가 일
어나지 않게 소량을 첨가하여 점도조절과 원 수지의 기계 적 물성을 높여주는 보조 재료이다(Song et al., 2009). 충 전제의 첨가는 고점도 발휘와 작업 용이성 외에도 경화수 축률, 열팽창율 감소, 강도향상, 경제성 등이 요구되기도 한다(Kim et al., 1999) 하지만 최근 3년간의 현장조사 결 과, 과거 보존처리 현장에서의 충전제 사용은 경험적 수치 에 따라 쉽게 구할 수 있는 재료 또는 석재를 구성하는 광 물과 유사하거나 동일한 석분을 혼합 사용하였다.
2.2. 보존처리 현장조사
2.2.1. 현장조사
석조문화재 보존처리 영향평가 및 재 손상 상태조사를 위해 4년간(10~13년) 54건의 현장조사를 실시하였다 (Table 2). 시도별 국고보조사업 예산내역과 수리보고서를 기초하여 대상문화재를 선정한 후 조사를 수행하고 기록 표를 작성하였다. 기간 내 2차례 이상 보존처리가 이뤄진 경우 최초 처리 내용만 조사하였다. 보존처리 내용에 대한
Table 2. Continue.
NO. Classification Name of Cultural Heritage treatment year 25 T 24 Stele for Royal Preceptor Hyedeok at Geumsansa Temple, Gimje ‘03y 26 T 26 Ordination Platform of Geumsansa Temple,Gimje ‘06y 27 T 25 Five Storied Stone Pagoda of Geumsansa Temple, Gimje ‘05y 28 T 167 Three Storied Stone Pagoda in Eunseon-ri,Jeongeup ‘04y 29 T 506 Five Storied Stone Pagoda in Namsan-ri, Damyang ‘05y 30 T945 Three Storied Stone Pagoda at Geumdunsa Temple Site, Suncheon ‘04y 31 T 50 Three Storied Stone Pagoda Outside the North Gate, Naju ‘07y 32 T 507 Stele for Buddhist MonkSeongakat Muwisa Temple, Gangjin ‘08y 33 T 1396 Stele for the Construction of Baengnyeonsa Temple, Gangjin ‘08 34 T 301 Three Storied Stone Pagoda at Bungmireugam Hermitage of Daeheungsa
Temple, Haenam ‘04y
35 T 320 Three Storied Stone Pagoda of Daeheungsa Temple, Haenam ‘04y 36 T 102 Stone Basin at Bowonsa Temple Site, Seosan ‘05y 37 T 103 Flagpole Support at Bowonsa Temple Site, Seosan ‘05y 38 T 106 Stele for State PreceptorBeobinat Bowonsa TempleSite, Seosan ‘05y 39 N 84 Rock-carved Buddha Triad in Yonghyeon-ri, Seosan ‘08y 40 T 197 Stone Standing Buddha Triad in Eumnae-ri,Cheongyang ‘05y 41 T 217 Stone Standing Maitreya of Daejosa Temple, Buyeo ‘02y 42 N 9 Five Storied Stone Pagoda at Jeongnimsa Temple Site, Buyeo ‘07y 43 T 185 Five Storied Stone Pagoda of Muryangsa Temple, Buyeo ‘07 44 T 184 Three Storied Stone Pagoda in Jangha-ri,Buyeo ‘06y 45 T 533 Three Storied Stone Pagoda of Yeongguksa Temple, Yeongdong ‘04y 46 T 534 Stele for State Preceptor Wongakat Yeongguksa Temple,Yeongdong ‘07y 47 T 532 Stupa of Yeongguksa Temple,Yeongdong ‘12y 48 T 459 Seven Storied Stone Brick Pagoda in Jangnak-dong, Jecheon ‘04y 49 T 657 Rock-carved Standing Buddha at Samcheonsa Temple Site, Seoul ‘11y 50 T 226 Multi Storied Brick Pagoda of Silleuksa Temple, Yeoju ‘06y 51 N 4 Stupa at Godalsa Temple Site, Yeoju ‘03y 52 T 822 Rock-carved Standing Buddha at Yeongworam Hermitage, Icheon ‘08y 53 T 982 Rock-carved Pensive Bodhisattva in Jangam-ri, Icheon ‘09y 54 T 109 Five Storied Stone Pagoda at Seonggeosa TempleSite,Gwangju(presumed) ‘03y
* N-national treasure, T-treasure
정확한 정보는 수리보고서와 당시 처리담당자와의 인터뷰 를 통해 세척방법, 사용접착제 및 충전제 종류 등 보존처리 전반적인 내용을 확인할 수 있었다. 또한 육안조사, 포터블 현미경조사(Scalar DG-3), 표면균열측정(Crack_er, Koseco 社)을 통해 재 손상상태를 조사하였으며 현장에서 수습한 처리재료 분석을 병행함으로써 균열부분 처리결과를 정리 할 수 있었다.
2.2.2. 처리재료 분석
균열부분 보존처리 충전재의 조성 및 화학적 성질을 동 정하기 위해서 부여, 서산, 보성 지역 석조문화재에서 탈락 된 시료를 수습하여 X-선 회절 분석(X-ray Diffractometer) 을 실시하였다. 분석기기는 PANalytical社(Netherlands) EMPYREAN(High resolution Pixel 3D-256ch Detector) 분석 장비를 이용하였으며, Cu Target을 이용하여 40kV, 40mA, 5°～80°까지 0.026°/sec의 조건으로 분말시료를
(A) (B) (C)
Figure 1. The result of field study : ⓐ L30+Talc+Stone powder('04y), ⓑ L30+Talc+Stone powder('04y), ⓒ
L30+Talc('05y).Figure 3. Conservation materials using XRD analy-
sis(Bt: biotite, Qtz: Quartz, Dol: Dolomite, Pl: plagio- clase, Af(Alkali feldspars).Figure 2. The resulting surface damage frequency of field
study.Spinner stage에 올려 분석하였다.
2.2.3. 현장조사 결과
조사대상 54건의 처리내역은 세척54건, 세척 ․ 접착 ․ 충 전 ․ 강화처리 23건, 세척 ․ 접착 ․ 충전 ․ 발수처리 12건, 신 석복원 11건, 강화․발수처리 미포함 10건이다. 세척은 모두 건 ․ 습식법, 접착재료는 에폭시수지(L30) 52건, 에폭시수 지(M40, 아랄다이트) 각 1건이다. 충전용 접착제는 에폭시 수지 외에 실리콘수지가 2건으로 에폭시수지(L30)가 범용 으로 사용되었음을 알 수 있다. 또한 균열부분 보존처리를 위한 충전재 중 활석이 포함된 사례는 47건, 실리카파우더 와 석분을 사용한 사례는 7건 뿐으로 활석이 상당수를 차 지하였다. 처리부분의 표면변색 및 균열, 접착면 분리 중 한 가지 이상의 재 손상이 확인된 사례는 47건(87%)이며 활석이 포함된 사례 47건 중 45건의(95%) 재 손상이 확인 되어 평균보다 높은 점유율을 보였다. 반면 석분, 실리카파 우더 등을 충전제로 사용한 7건 중 2건(28%)만 확인되어 활석이 균열부분 재 손상의 주요 인자임을 추정할 수 있다.
Figure 1은 강우에 직접 노출되고 전면방향이 남향 또는 동향인 경우로 ⓐ와 같이 양호한 사례도 있으나 대부분 변 색과 균열 등을 확인할 수 있다.
Figure 2는 현장조사 결과를 종합한 것으로 단독 또는 복합적으로 확인되는 손상양상의 빈도이다. 변색이 확인 되는 경우는 39건(A), 균열 및 접착면 분리가 확인되는 경 우는 34건(B), 복합적으로 확인되는 경우는 26건(A+B)이 다. 표면이 안정적인 7건 중 5건이 활석을 포함하지 않았으 며 2건(경주 남산 탑곡마애불상군, 상주 화달리 삼층석탑) 만 활석이 포함되었지만 양호한 상태이다.
2.2.4. 처리재료 분석 결과
부여 시료에서는 석영(Quartz, SiO2)과 장석계열로는 사장
Table 3. The Sample type and mixture ratio.
No.
Adhesive(L30) + Filler
mixture ratio(weight %) No.
Adhesive(L30) + Filler
mixture ratio (weight %) 1 Adhesive(L30) only 17 S.P.(300)+G.P.(301~500㎛) 2:2:2 2 Adhesive(L30) only 18 S.P.(300)+G.P.(301~500㎛) 2:2:3 3 T 2:2 19 G.P.(106㎛ under+107~300㎛+301~500㎛) 2:1:1:1 4 T+G.P.(106㎛ under) 2:2:1 20 G.P.(106㎛ under+107~300㎛+301~500㎛) 2:1:1:2 5 T+G.P.(106㎛ under) 2:2:2 21 G.P.(106㎛ under+301~500㎛+501~850㎛) 2:1:1:3 6 T+G.P.(106㎛ under+107~300㎛) 2:2:(2:1) 22 G.P.(106㎛ under+301~500㎛+501~850㎛) 2:2:1:1 7 T+G.P.(106㎛ under+107~300㎛) 2:2:(2:1) 23 G.P.(106㎛ under+301~500㎛+501~850㎛) 2:2:1:2 8 T+G.P.(106㎛ under+301~500㎛) 2:2:(2:2) 24 G.P.(106㎛ under+501~850㎛+851㎛~1mm) 2:1:1:1 9 T+G.P.(106㎛ under+301~500㎛) 2:1:(2:1) 25 G.P.(106㎛ under+501~850㎛+851㎛~1mm) 2:1:1:2 10 T+G.P.(106㎛ under+301~500㎛) 2:1:(2:2) 26 G.P.(106㎛ under+501~850㎛+851㎛~1mm) 2:1:1:3 11 T+G.P.(106㎛ under+501~850㎛) 2:2:(1:1) 27 G.P.(106㎛ under+501~850㎛+851㎛~1mm) 2:2:2:1 12 T+G.P.(106㎛ under+501~850㎛) 2:2:(1:2) 28 G.P.(106㎛ under+501~850㎛+851㎛~1mm) 2:2:1:2 13 T+G.P.(106㎛ under+501~850㎛) 2:1:(2:1) 29 G.P.(106㎛ under+851㎛~1mm+1~2mm) 2:1:1:1 14 T+G.P.(106㎛ under+501~850㎛) 2:1:(2:2) 30 G.P.(106㎛ under+851㎛~1mm+1~2mm) 2:1:1:2 15 T+G.P.(106㎛ under+501~850㎛) 2:1:(2:3) 31 G.P.(106㎛ under+851㎛~1mm+1~2mm) 2:2:1:1 16 S.P.(300)+G.P.(301~500㎛) 2:2:1 32 G.P.(106㎛ under+851㎛~1mm+1~2mm) 2:2:1:2* T:Talc, G.P.(Granite Powder), S.P.(Sillica Powder)
석(Albite, NaAlSi3O8)과 알카리장석(Microcline, KAlSi3O8), 흑운모(Biotite, K(Mg,Fe)3(Si3Al)O10(F,OH)2), 돌로마이트 (Dolomite, CaMg(CO3)2), 활석(Talc, Mg3Si4O10 (OH)2)가 동정되었다. 서산과 보성 시료에서는 석영과 조장석, 미사 장석, 흑운모, 활석이 동정되었다(Figure 3).
세 지역 모두 화강암 계열의 석분과 충전제로 활석을 사 용했을 가능성이 높다. 활석 사용량을 비교해 보면 부여 시 료에서 활석의 주 피크인 10.3Å 회절선이 다른 두 지역보 다 뚜렷하지 않는 것으로 보아 적은 양의 활석을 사용했을 것으로 판단된다. 또한 부여는 돌로마이트 피크로 보아 판 매용 석분을 혼합 사용했을 가능성도 있다. 세 지역은 보고 서 및 전문가 인터뷰 시 활석과 동질 석분(화강암) 사용이 확인된 곳으로 현지조사 결과를 보완하는 자료로 판단된다.
3. 균열부분 보존처리 임상실험
3.1. 실험방법
활석에 의한 보존처리 후 재 손상을 확인하기 위해 균열
부분 보존처리 임상실험을 진행하였다. 화강암 시편을 직 사각 형태로 32개를 제작한 후 10mm×5mm의 홈을 파 임 의의 균열을 만들었다(Figure 4).
접착제는 에폭시수지(L30)을 사용하였으며 충전제는 활석과 화강암 석분, 실리카파우더를 중량비로 혼합하였 으며 화강암 석분은 샘플과 동일한 암석을 분쇄 후 표준망 체(STANDARD SIEVES)로 분류하여 사용하였다. 활석 에 의한 영향을 파악하기 위해 상업용 탈크(Ø2~18㎛)를 활석+화강암 석분, 실리카파우더+화강암 석분, 화강암 석 분으로 분류하여 제작하였다(Table 3).
제작된 시편은 촉진내후성시험기(Ci4000 Weather-Ometer, ATLAS社)로 내후성을 평가하였으며 실험조건은 KS M ISO 4892-2(플라스틱-실험실 광원에 의한 폭로 시험방법) 에 따라 설정하고 총 실험시간은 60일(1,440시간)이다. 자 외선 광원은 제논램프(자외선 파장 300~400nm)이며 방사 조도는 60W/m2, 챔버 온도 38℃, 시편 온도 65℃이며 습 도조건은 50% 기준하여 주별 단위로 분사하였다.
촉진내후성시험 완료 후 처리부분의 이질감 발생의 주 요인인 변색과 물성저하 및 재 균열을 확인하기 위해 색차
Figure 4. Laboratory sample standard.
Table 4. Chromaticity of Before & After artificial weathering.
NO. Before artificial weathering After artificial weathering
L* a* b* L* a* b* note
1 51.95 -0.04 6.32 49.11 0.16 11.82 Adhesive
(L30) only
2 56.02 -1.07 5.81 48.03 -1.01 12.41
3 83.41 0.81 4.63 72.39 -0.32 9.97 T
4 78.66 0.29 4.07 70.82 0.05 5.99
T+G.P.(106㎛)
5 79.01 -1.15 3.94 70.94 -0.49 4.11
6 77.15 0.19 3.10 69.02 1.32 6.92
T + G.P(106~850㎛)
7 76.32 0.61 5.06 74.06 -0.33 6.67
8 68.94 1.12 6.78 61.20 0.99 7.32
9 69.72 -1.69 4.19 65.08 0.03 6.39
10 67.10 -0.24 5.93 66.11 1.07 7.99
11 73.38 0.08 4.57 67.39 1.19 9.08
12 75.01 -0.14 3.80 74.91 1.20 6.86
13 74.05 2.12 4.03 69.29 1.39 7.14
14 69.39 1.41 3.11 65.05 2.21 5.08
15 71.04 0.33 4.46 62.91 -0.38 5.16
16 61.25 3.41 5.33 58.66 3.67 9.60
S.P.+G.P.
17 66.14 4.06 3.77 60.95 2.12 4.01
18 67.32 0.55 6.95 63.88 1.64 7.56
19 61.22 -0.57 5.27 60.30 0.07 6.36
(106㎛~1mm)G.P.
20 63.04 1.33 3.94 59.25 2.34 4.06
21 64.61 -0.07 4.61 63.66 0.27 5.12
22 65.90 3.81 6.29 66.29 4.02 6.35
23 55.91 5.77 5.06 55.25 6.72 6.94
24 68.10 0.84 1.18 63.24 1.35 3.99
25 59.22 -0.27 3.55 58.21 1.02 4.33
26 66.17 1.44 3.58 66.11 1.98 3.70
27 68.09 2.16 3.22 65.37 3.16 5.08
28 75.91 -0.38 2.16 74.05 0.10 3.95
29 59.05 1.11 3.68 62.52 2.53 3.88
G.P.
(106㎛~2mm)
30 70.35 2.57 4.01 68.06 3.11 4.50
31 76.61 1.74 3.88 74.96 2.00 4.02
32 68.24 0.51 2.22 65.53 1.07 2.61
*T:Talc, G.P.(Granite Powder), S.P.(Sillica Powder)
Figure 5. Results of the ultrasonic velocity(㎧) measurement of Laboratory sample.
와 초음파측정을 실시하였다. 색차측정은 분광측색계 (CM-700d, Minolta)를 사용하여 처리부분만 총 5회 측정 한 평균값을 사용하였다. 초음파측정은 PUNDIT Lab(탐 촉자 UTR54㎑, Proceq)을 이용하여 간접법으로 측정하였 다. 시편 당 처리 전 ․ 후, 촉진내후성 실험 후 동일 15지점 을 측정하여 평균값을 사용하였고 측정점 중 5지점은 균열 처리면이다. 측정거리는 종파간섭을 줄이기 위해 대각선 방향으로 10cm를 유지하였다.
3.2. 실험결과
3.2.1. 색차측정
분광측색계 표시부 창에 확인되는 L*,a*,b* 값을 5회 기 록한 후 평균한 값을 사용하였는데 L*는 100에 가까울수록 백색을, 0에 가까울수록 흑색을 나타낸다. a*,b* 값은 채도 를 표현하는데 a(+:red -:green)와 b(+:yellow -:blue)로 해 석된다(Kim, 2005)
측정결과, Table 4와 같이 L*값은 시편 대부분이 감소하 여 어두워졌으며 b*값은 대체로 증가하여 황변현상이 확인 되었고 a*값은 특별한 경향성이 없다.
다만, 에폭시수지 원액과 활석 사용여부, 석분의 함량에 따라 L*, b*값의 차이가 확인된다. 에폭시수지 원액은 L*값 변화폭이 충전제 혼합 시편과 비교 시 상대적으로 적은 편
이나 b*값은 평균 49.9%증가하여 황변현상이 심각함을 알 수 있다. 활석을 포함한 시편의 L*값은 상대적으로 낮아 더 어두워졌고 변화폭도 큰 편이며 b*값 또한 활석을 포함한 시편의 증가율이 월등히 높아 황변현상이 쉽게 확인된다.
황변현상은 에폭시수지의 비스페놀-A 타입의 벤젠고리 탈 락에 의한 것으로 L30이 수소를 첨가하여 Hydrogennated bisphenol A 타입으로 대치시켜 황변현상을 저감시켰지만 풍화시험에서 b*값이 상승하여 황변현상이 확인되는 사례 가 보고되고 있다(Kim and Do, 2009). 또한 에폭시수지의 노출이 많을 경우 광학반응에 의한 황변현상이 확인되는 바, 엽편상 형태를 띤 활석과 달리 석조문화재 보존처리에 사용되는 상품화된 탈크는 구형 형태이다. 따라서 탈크와 같은 작은 구형입자가 정방쌓임새(Cubic packing)로 쌓이 면 공극은 최대 48%이며 이를 채우기 위해 에폭시수지의 사용량도 증가할 수 있다. 또한 탈크와 같이 작은 입자일수 록 전체 표면적은 크기 때문에 중량비로 혼합 시 탈크 표면 흡착에 의한 에폭시 수지 사용량 증가도 예상된다. 이는 에 폭시수지의 광원노출 면적이 확대되어 황변현상이 쉽게 일어날 수 있는 원인을 제공하는 것이다.
3.2.2. 초음파 측정
균열부분 처리 전 초음파 평균 값은 2,874㎧, 처리 후 평균 값은 3,926㎧로 평균 26.7% 상승하였다. 그리고 인
Table 5. Results of the ultrasonic velocity(㎧) measurement of Laboratory sample.
NO. before bonding after bonding after artificial
weathering NO. before bonding after bonding after artificial weathering
1 2,884 3,742 3,251 17 2,748 3,710 3,367
2 2,819 4,194 3,526 18 3,005 3,370 3,329
3 2,822 3,601 3,023 19 3,133 4,110 3,952
4 3,001 3,875 3,329 20 2,915 3,606 3,356
5 2,981 3,966 3,482 21 3,076 4,004 3,835
6 3,068 3,944 3,504 22 2,656 3,593 3,481
7 2,830 4,141 3,857 23 2,735 3,620 3,594
8 2,928 3,730 3,420 24 2,869 4,434 4,268
9 3,011 3,583 3,078 25 2,934 4,224 4,201
10 2,879 3,625 3,234 26 2,839 4,330 4,194
11 2,754 3,569 3,306 27 2,518 4,265 4,019
12 2,892 3,992 3,439 28 2,797 4,525 4,370
13 2,716 3,862 3,462 29 2,891 4,103 4,058
14 2,531 3,846 3,355 30 2,874 4,074 4,027
15 3,138 4,213 3,838 31 3,001 3,872 3,822
16 2,842 3,954 3,605 32 2,897 3,954 3,929
공풍화실험 후 초음파 평균값은 3,658㎧로 7.3%감소하여 물성저하가 확인되었다. 화강암 시편의 자체 물성저하는 인공풍화 전 ․ 후 변화양상이 유사한 패턴을 보이기 때문에 일률적인 것으로 판단하였다. 하지만 충전제 종류에 따른 평가는 다음의 Table 5, Figure 5와 같이 시편에 따라 초음 파 측정값의 차이를 확인할 수 있다.
초음파속도 변화는 색차측정 결과와 같이 모두 감소하 였는데 에폭시수지만 처리한 시편의 초음파속도는 인공풍 화 후 평균 14.6%, 활석이 포함된 시편은 평균 11.79%, 실 리카파우더는 6.43%, 석분만 포함된 시편은 평균 2.71%
감소하였다. 이와 같은 경향이 에폭시수지의 변색 등 물성 저하와 관련 있는지는 추가적인 조사가 필요할 것으로 판 단된다. 특이사항은 석분혼합 후 입자의 크기가 증가할수 록 초음파속도 감소율은 줄어든다는 것이다. 시편 24~28번 (1mm이하) 감소율이 3.32%, 시편 30~32번(2mm 이하) 감 소율은 1.04%로 상당한 차이를 보인다. 이와 같은 사례는 기존 연구에서도 도출된 예로 충전제 혼합량이 증가할수록 초음파속도도 비례한다는 것이다(Song et al., 2009; Do, 2010). 하지만 다양한 입자를 충전제로 선택하였다면 입자 의 크기가 얼마나 고른가를 판단하는 분급(sorting)의 영향 도 고려할 필요가 있다. 즉, 시편 30~32번과 같이 큰 입자 와 작은 입자가 혼합되어 입자 크기의 표준편차가 크다면 분급이 불량하여 큰 입자 사이에 작은 입자가 채워짐으로 써 공극률이 줄어 풍화저항성이 증가할 수 있기 때문이다.
4. 고찰 및 결론
4.1. 현장조사
총 54건의 국가지정 석조문화재에 대한 현장조사 결과 세척은 역사적ㆍ미학적 관점에서 재 오염의 문제는 이슈 가 되지 않는다. 강화처리 역시 육안으로 확인되는 사항이 아니기 때문에 최근 보존처리에 대한 일부의 부정적 시각 에서 벗어날 수 있다. 하지만 에폭시수지를 사용한 균열부 분 처리는 처리재료의 노화와 물성저하로 인한 표면변색, 균열 등 재 손상이 육안으로 확인되기 때문에 보존처리 무 용론과 에폭시수지 사용자제로 이어지고 있다. 그렇다고 에폭시수지가 석조문화재 보존처리에 부적합한 것은 아니 다. 앞선 결과와 같이 활석을 충전제로 선택할 경우 표면변 색과 균열 등의 재 손상이 확인되며 석분만을 혼합할 경우 대부분 양호한 상태를 유지하고 있기 때문이다. 물론 보존 처리 현장에서 충전제용 석분을 제작하기 위해 동질암편 을 확보하고 파쇄 후 대상 석조문화재의 입자 크기별로 분 류하는 것은 상당히 힘든 공정이다. 때문에 작업 편이성과 효율성을 위해 활석 사용이 지속되고 있는 실정이다. 하지 만 Figure 6과 7과 같이 활석이 포함되면 석분만 혼합한 경 우와 비교 시 에폭시수지에 의한 표면광택이 확인되고 이 후 황변현상 등 표면변색으로 이어질 수 있다. 실험결과에 서도 확인되는 사항으로 향후 보존처리 현장에서는 충전
Figure 6. Gloss of the mixed filler containing talc. Figure 7. Mixing filler does not contain talc.
Figure 8. Mixed filler with the flat surface disclosing a resin. Figure 9. A rough surface mixed filler.
제로 활석사용은 고려해야 할 것이다.
또한 처리기술 측면에서 한 가지 언급하자면 처리면 마 무리를 위해 현장 작업자는 여러 번 손질을 가하게 된다. 이 럴 경우 Figure 8과 같이 비중이 큰 충전제는 가라앉고 수 지만 표면에 노출되기 때문에 Figure 9와 같이 1~2회 손질 로 마무리하여 에폭시수지의 표면노출에 따른 재 손상을 최소화하여야 한다.
4.2. 임상실험
현장조사 결과에서 확인된 사례를 고찰하기 위해 실시한 임상실험이지만 원인과 결과를 면밀히 검토하지 못한 부분 도 있다. 처리부분의 물성변화를 명확히 관찰하기 위한 밀 도 및 공극율 변화, 접착계면의 수․팽창률 측정 등이 필요하 나 현장에서 사용하는 충전제를 선택하였기 때문에 다양한 변수를 해석할 수 없었다. 또한 육안관찰로 확인되는 재 손 상의 기준인 변색과 균열 등을 확인하기 위한 기초연구이기 때문에 색차와 초음파 측정만 실시하였다. 실험결과는 활석
을 사용할 경우 에폭시수지의 황변현상이 증가하였으며 초 음파 속도는 감소하여 균열 등에 의한 물성저하를 확인하였 다. 현장조사에서 확인된 표면변색 및 균열 등 재 손상의 중 요 인자가 활석이며 현재의 실험결과도 동일한 패턴을 보인 다. 하지만 현재의 결과만으로 활석이 주요인이라는 정확한 판단은 추가적인 실험을 통해 보완할 예정이기 때문에 다소 유보할 필요는 있을 것으로 생각된다.
4.3. 결 론
균열부분 보존처리에 사용되는 에폭시수지는 근본적으 로 석조문화재와 친화적인 재료가 아니며 옥외환경이라는 사이트 특성 상 표면변색과 균열 등 손상이 확인된다. 이를 최소화하기 위해 무기질 충전제가 다양하게 사용되고 있 으며 그 중 활석의 사용빈도가 가장 높았다. 하지만 연구결 과와 같은 재 손상이 확인되었기 때문에 사용에 주의가 필 요하다. 따라서 재 손상 최소화를 위해 동질석분 사용을 권 장하며 아울러 과거부터 에폭시수지의 석조문화재 사용에
대한 부정적 시각을 개선하기 위해 무기물을 사용한 충전 재료의 개발이 시급한 상황이며 이와 관련한 연구는 계속 진행할 예정이다.
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