Material Characteristics and Conservation Treatment for Floral Wall in Lee Sang-beom's House and Atelier

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접수 11. 07. 07 / 심사종료 11. 08. 28 / 게재승인 11. 09. 05 Vol.27, No.3, pp313-322(2011)

Printed in the Republic of Korea

이상범 가옥 및 화실 내 꽃담의 재료학적 특성과 보존처리

김소진 | 한민수¹ | 이원동* | 한병일*

국립문화재연구소 보존과학연구실, *(주)엔가드

Material Characteristics and Conservation Treatment for Floral Wall in Lee Sang-beom's House and Atelier

So Jin Kim | Min Su Han¹ | Won Dong Lee* | Byoung Il Han*

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

*Research Institute of Culture Properties, ENGUARD Co. Ltd., Seoul, 134-010, Korea

1Corresponding Author: [email protected], +82-42-860-9260

초 록 등록문화재 제171호인 이상범 가옥 및 화실의 꽃담을 보존처리하였으며, 처리 중 탈락된 시편의 과학적 분석을 통해 재료학적 특성 및 제작기법을 파악하였다. 분석 결과, 꽃담은 시멘트 블록으로 만든 벽체와 시멘트 모르타르로 만든 화면, 그리고 구조적인 보강을 위해 덧바른 시멘트 모르타르, 시멘트 페이스트 층으로 구성되었다. 꽃담의 시멘트 모르타르 층은 상부로 갈수록 세립의 광물질을 사용했으며, 풍화가 일어나지 않아 공극 및 탄산칼슘(CaCO3)의 생성이 적음을 알 수 있었다. 화면은 다양한 색상을 표현하기위해 시멘트 모르타르에 탄소화합물(C), 철산화물(Fe2O3) 및 호분 (CaCO3, 또는 석회) 등의 무기안료를 혼합하여 부조와 투조 기법으로 제작되었다. 보존처리는 벽체에 구조적인 안정성을 주기 위해 스테인레스 프레임을 제작하여 설치하였으며, 표면의 시멘트 모르타르를 제거함과 동시에 훼손부 및 균열부를 KSE Filler A, B로 메움처리 하였다.

중심어: 꽃담, 이상범 가옥, 제작기법, 무기안료, 보존처리, 시멘트 모르타르

ABSTRACT The floral wall of Lee Sang-beom's House and Atelier, which is No. 171 of the Registrated Cultural Heritage was conserved. In addition, materials characteristics and manufacturing technique have revealed through the scientific analysis. As a result of the analysis, samples were divided into three sections; the support layer that is made from block bricks, the paint layer and the cement mortar layer on the paint layer for the reinforcement of the construction. The higher layer lies, the finer grains it has. Furthermore, a little it was generated a small quantity of pores and calcium carbonates (CaCO3) generated due to aeration of cement mortar. The patterns of letters, animals and plants pattern were expressed in the paint layer by relief and openwork. The results of qualitative analysis of the pigments of the paint layer were detected components of carbon black (C), Fe oxide (Fe2O3) and oyster shell white (CaCO3, or quicklime). On the other hands, as the conservation of the floral wall, stainless frames were set up for the structural stability, the cement mortar were removed from the surface and the partly damaged and cracked areas were filled with KSE Filler A, B.

Key Words: Floral wall, Lee Sang-beom's house and atelier, Manufacturing technique, Inorganic pigments, Cement mortar, Conservation

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1. 서 론

근대문화유산은 근·현대의 기간 동안 만들어진 것으로 보존가치가 있지만 현실적으로 여러 가지 제약에 의해 쉽 게 보전될 수 없는 건물, 시설, 소장품, 예술작품, 정원, 경 관, 생활도구 등의 문화유산을 지칭한다. 이러한 근대문화 유산은 그 범위가 광범위하고, 문화재적 가치 판정이 어려 우며, 생활의 이해관계와 밀접한 연관을 가지고 있기 때문 에 쉽게 훼손되거나 멸실될 소지가 있다. 이를 방지하기 위 해 국가에서는 근대사의 기념이 되거나 상징적인 것을 등 록문화재로 지정하여 보호, 보존하고 있다¹.

등록문화재 제171호인 이상범 가옥 및 화실은 서울특별 시 종로구 누하동(樓下洞)에 위치한 것으로 동양화가 청전 (靑田) 이상범(1897~1972)이 살았던 가옥 청전화숙(靑田畵塾)과 작품 활동을 하던 화실 청연산방(靑硯山房)을 말 한다. 이상범은 우리나라 근대사의 대표적인 한국화가로, 스승이었던 심전(心田) 안중식(安中植)의 영향을 받아 초 기에는 남북종(南北宗) 절충화풍을 보였으나 점차 독자적 세계를 개척하여 향토색 짙은 작품들을 제작하였다. 대표

작품으로 <산수(山水)>, <춘경산수(春景山水)>, <설로도 (雪路圖)>, <고원귀려도(高原歸旅圖)> 등이 있다^2,3.

이상범 가옥은 도시형 한옥 건물로 1920년 토지대장에 등재되었고, 1929년 청전의 소유로 이전되었다. 이를 미루 어보아 1929년에 가옥을 지은 것으로 추정하고 있다. 화실 은 가옥의 주 출입구 좌측에 위치한 단층 양옥 건물로 1938 년에 건축되었다⁴. 2000년대 초 가옥이 위치한 지역의 재개 발 사업으로 인해 가옥 및 화실이 사라질 위기에 처했으나 2004년과 2006년에 종로구와 서울시에서 화실과 가옥을 매입하였으며 2005년 4월 10일에 등록문화제 제171호로 지정하였다. 본 가옥과 화실은 현실적인 개․증축으로 인 해 건축 당시의 모습과 많은 차이를 보여 보수공사(2008~

2011)를 통해 손상된 가옥과 화실의 원형을 복원하였으며, 이 때 구조적으로 불안정한 담장을 재설치하기 위해 해체 하는 과정에서 시멘트 모르타르 꽃담이 노출되었다.

이상범 가옥 및 화실 내의 꽃담은 돌을 쌓은 부분 위쪽 에 사벽질을 해서 담장의 표면을 평평하게 만들고 그 위에 그림을 그린 화문장⁵을 변형하여 제작되었다. 이 꽃담은 시 멘트 블록을 쌓은 후 흑색 시멘트 모르타르로 표면을 만들

Figure 1. The damaged states of the floral wall. (A) the front of the wall, (B) the details of wall and (C) the side of the

wall.

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어 그 위에 안료를 혼합한 시멘트와 페인트를 이용하여 문 양을 표현하였다. 꽃담에는 주로 기하학적 무늬, 글자(‘忠信’), 동물(학), 모란과 같은 화초 문양이 표현되어 있다.

본 연구는 시멘트 모르타르 꽃담에 대해 재료학적 분석 을 수행하여 제작기법을 규명하고, 훼손 양상에 따라 보존 처리한 결과이다. 이러한 연구결과는 향후 유사한 근대문 화재의 보존 및 보수에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

2. 연구방법

꽃담의 층위분석 결과, 시멘트 블록으로 만든 벽체(CM1), 시멘트 모르타르로 만든 화면(B-흑색층, W-백색층, R-적색 층) 그리고 구조적인 보강을 위해 덧바른 시멘트 모르타르 층(CM2, CM3)과 시멘트 페이스트 층(CM)으로 구분되었 다(Figure 2). 이 연구에서는 이들 층의 제작에 주로 쓰인 시멘트 모르타르의 재료학적 특성을 분석하고, 꽃담을 구 성하는 여러 색 중 가장 많이 사용된 흑색, 백색, 적색 안료 의 성분과 이들의 조합 상태를 파악하고자 하였다.

꽃담의 단면 관찰 및 구성 광물의 특성을 파악하기 위해 시편을 에폭시 수지에 마운팅한 후 연마지 #80, #320, #500,

#1000, #2400, #4000을 순서대로 사용하여 단면 층에 스크래 치가 없을 때까지 연마하고, 3㎛와 1㎛의 광택천을 이용하여 관찰면을 경면과 같이 가공하였다. 전처리된 각 시편에 대해 광학현미경(Optical Microscope, Carl Zeiss, Axiotech 100HD/Progress 3012, Germany) 및 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, Jeol, JSM-5910LV, Japan)을 사용하였다.

시멘트 모르타르의 성분 및 혼합된 안료에 대한 분석은 주사 전자현미경에 부착된 에너지분산형분광기(Energy Dispersive Spectrometer, Oxford 7324, England)를 이용하였다. 이 때 분석 조건은 20kV, 74㎂, spotsize 38에 100sec였다. 각 층 위별 시멘트의 광물학적인 특성을 알아보기 위해 시멘트 모르타르 분말시료를 슬라이드 글라스에 고착시켜 X선회

절분석기(PANanlytic, X'Pert PRO MPD, Netherlands)를 이용하여 구성 광물들을 동정하였다. 분석 시 Target은 Cu (1.5406Å)를 사용하였으며, 분석조건은 40kV, 30mA, scanning speed 0.02°/min로 계측하였다.

꽃담을 구성하는 시멘트 모르타르의 물리화학적 특성 변화를 확인하기 위해 시차열중량분석기(TA Instruments, SDT 2960, America)를 이용하여 열분석을 실시하였으며, 분석조건은 Air 분위기에서 1200℃까지 10℃/min로 하였다.

3. 연구결과 및 해석 3.1. 미세조직 분석결과

꽃담의 벽체층(CM1)은 Figure 3A에서 볼 수 있듯이 시 멘트 기질에 크기가 균일하지 않은 광물입자들이 혼입되어 있음을 알 수 있다. 0.5㎜ 이상의 석영 및 장석 입자를 포함 하는 사질과 일부 점토질 입자가 혼재되어 있는데, 이는 모 르타르를 만드는 주재료에 모래 성분이 다량 함유되어 있 기 때문이다. 또한 화면 위에 시멘트 모르타르 층(CM2, CM3) 및 시멘트 페이스트 층(CM)이 존재하며, 이들 층은 표면으로 갈수록 혼입된 광물 입자의 크기가 작아지는 경 향을 보였다(Figure. 3B~3D). 화면층(B, W)은 0.2㎜ 이하 의 광물입자를 포함하고 있으며(Figure 3E, 3F), 일반 시멘 트 모르타르와는 달리 흑색과 백색을 띠고 있어 안료가 섞 여 있음을 알 수 있다.

시멘트 모르타르 표면의 미세조직을 확인하기 위해 각 시편을 SEM으로 분석하였다. 그 결과, 벽체층(CM1)은 시 멘트 기질 내 석영 및 장석 등의 광물입자들이 일부 응집되 어 있었으며, 다른 시편에 비해 시멘트 기질이 거칠었다(Figure 4A). 시멘트 모르타르 층(CM2, CM3)은 벽체층에 비해 광 물이 응집되어 있지 않았으며, 시멘트 기질도 매끈한 모습 을 보였다(Figure 4B, 4C). 광학현미경 분석 결과와 비교해 볼 때 벽체층에서 표면으로 갈수록 광물 입자의 크기가 작 아지고(0.5㎜→0.3㎜→0.2㎜), 시멘트 기질이 매끈해짐을 알 수 있다. 시멘트 모르타르 층 사이에 존재하는 시멘트 페이스트 층(CM)은 광물이 거의 혼입해 있지 않아 상대적 으로 균질한 표면을 확인할 수 있었다. 이는 각 층의 사용 목적이 다르기 때문이며, 벽체의 강도 유지와도 연관성이 있을 것이다.

또한 화면의 흑색 시멘트 모르타르 층(B)은 표면에 공극 이 발달되어 있었으며, 백색 시멘트 모르타르 층(W)에서는 침상의 재결정물을 확인할 수 있었다(Figure 4E, 4F). 이를

Figure 2. Diagram of cross section of floral wall.

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EDS로 성분 분석한 결과, 탄산칼슘(CaCO3)을 간접적으로 확인할 수 있었다. 이러한 침상형의 탄산칼슘은 온도, pH, 침전 속도, 과포화도, 첨가 이온 등의 영향에 의해 생성된 다⁶. 백색 시멘트 모르타르 층에서 확인된 탄산칼슘의 경우 주변 광물 및 시멘트에서 존재하는 외부 이온의 영향으로

인해 선택적으로 생성된 것으로 추정된다.

3.2. SEM-EDS 성분분석 결과

꽃담의 각 층별 화학성분 분석결과는 Table 1과 같다. 분

Figure 3. Optical characteristics of the floral wall (X50). (A) The support layer (CM1), (B) Cement mortar layer (CM2),

(C) Cement mortar layer (CM3), (D) Cement layer (CM), (E) The paint layer (black cement mortar layer, B), (F) The paint layer (white cement mortar layer, W).

Figure 4. SEM Images of the floral wall (X1000). (A) The support layer (CM1), (B) Cement mortar layer (CM2), (C)

Cement mortar layer (CM3), (D) Cement layer (CM), (E) The paint layer (black cement mortar layer, B), (F) The paint layer (white cement mortar layer, W).

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석은 각 층별 시편의 광물입자를 제외한 기질 부분의 5지 점에 대해 반정량 분석한 후 최저 및 최고 값을 제외한 나 머지를 평균하였다. 그 결과, 벽체층(CM1)에서 상위층(CM2, CM3)으로 올라갈수록 탄소의 양은 감소하는 반면, 산소의 양은 증가하였다. 이는 시멘트의 풍화 현상에 의한 것으로 판단된다. 일반적으로 시멘트는 크게 수화, 응결, 경화, 풍 화의 4단계를 거친다. 수화는 시멘트의 C3S와 자유 CaO가 물과 만나 수화물을 형성시키는 과정이다.

응결은 수화에 의해 유동성과 점성을 상실한 채 고화하 는 현상을 말한다. 응결이 끝난 시멘트는 입자 사이가 메워 지면서 경화가 진행되며, 시멘트의 C3S와 자유 대기 중의 물, 이산화탄소가 만나 탄산칼슘으로 변하는 가벼운 수화 반응을 일으키는데 이를 풍화라 한다⁷. 따라서 꽃담의 각 층을 구성하는 시멘트 성분이 위와 같은 과정을 통해 일부 풍화될 수 있을 것으로 판단된다.

화면층을 구성하는 흑색 시멘트 모르타르(B), 백색 시멘 트 모르타르(W)를 성분 분석한 결과, B는 W에 비해 탄소 의 함량이 높은 반면 칼슘의 함량이 낮은 경향을 보였다.

이는 시멘트 모르타르에 혼합한 안료의 성분 때문이라 판 단된다. 시멘트에 혼합하는 일반적인 착색제로는 크게 안 료와 염료로 나뉠 수 있는데 염료의 경우 침투수로 인한 용 출로 색이 변하거나 주변을 오염시키는 단점이 있어 사용 하지 않는다. 안료는 물과 용매에 녹지 않는 성질을 가진 미립의 분말로 무기안료와 유기안료로 나눌 수 있다. 무기 안료는 발색성분이 무기물로 이루어져 있으며, 일반적으로 열․빛․알칼리 등에 대해 화학적으로 안정하고, 밑바탕

혹은 골재의 색을 보이지 않게 하는 차폐성이 크다. 반면 유기안료는 무기안료에 비해 색이 선명하고, 착색력도 크 나 열과 빛에 대한 내구성이 낮아 일반적으로 무기안료를 많이 사용한다^8,9.

꽃담의 화면에 사용된 안료의 성분 분포를 확인하고자 SEM-EDS를 이용한 mapping 분석을 실시하였다. 분석은 꽃담을 구성하는 다양한 색 중 시편을 확보할 수 있었던 흑 색, 백색, 적색에 대해 실시하였다. 흑색과 백색 시멘트 모 르타르가 혼합된 시편을 이용하여 분석한 결과, 흑색은 백 색에 비해 탄소의 함량이 크고, 칼슘의 함량이 적음을 알 수 있었다(Figure 5A). 또한 적색과 흑색 시멘트 모르타르 가 혼합된 시편을 분석한 결과, 적색에서 흑색 시멘트 모르 타르에 나타나지 않는 철과 산소가 확인되었다(Figure 5B).

그러므로 시멘트 모르타르에 혼합한 흑색 안료는 탄소화 합물, 백색 안료로는 호분(CaCO3) 또는 석회, 적색 안료로 는 산화철(Fe2O3)을 혼합했을 것이라 추정된다. 탄소화합 물은 고대에서부터 사용한 안료로 분말 또는 수먹을 만들 어 사용하였으며, 철과 구리 또는 어느 한쪽의 화합물을 이 용하였다. 그러나 대체로 탄소화합물이 가장 일반적이고 오래된 안료이다. 고대에 이용한 적색 안료로는 석간주(산화 철, Fe2O3)와 연단(Pb3O4), 주사(HgS)를 많이 사용하였다¹⁰.

석간주와 장단의 경우, 현대에도 많이 사용되는 안료이 며 꽃담의 적색 부분에는 석간주가 사용되었음을 확인할 수 있다. 고대 백색 안료로는 백악(CaCO3), 천연산 백토 ([K(Mg,Fe²⁺)(Fe³⁺,Al)(Si4O10)(OH)2], 석회석을 구워 분말 로 만든 것이나 석고(CaSO4․2H2O), 또는 호분(CaCO3) 등이

Table 1. Microstructure (SEI, BEI) and chemical composition of the floral wall.

CM1 CM2 CM3 B W

SEM

elements C, O, Ca, Si C, O, Ca, Si C, O, Ca, Si C, O, Ca, Si C, O, Ca, Si Na, Mg, Al, K Al, Mg, K Na, Mg, Al, K Na, Mg, Al, K Na, Mg, Al, K

%

Ca 27% 27% 24% 31% 28%

O 49% 50% 53% 51% 45%

C 13% 9% 7% 20% 10%

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있다. 합성안료로는 납을 이용한 연백(2PbCO3․Pb(OH)2), 산화지당(TiO2) 및 아연화(ZnO)를 사용하였다. 선사시대 이후로는 주로 백악이나 백토가 사용되었으며 7세기경 일 본에서는 납을 원료로 한 백색 안료를 사용하였다^11-13. 꽃 담의 경우 현대 안료가 아닌 고대에서부터 사용된 호분(또 는 석회)을 사용했음을 확인할 수 있다.

시멘트 모르타르에 혼입된 광물 및 시멘트의 주요 성분 을 동정하기 위해 X-선 회절분석을 실시한 결과, 각 시편에 서 석영, K-장석, 사장석, 운모와 같은 광물 및 탄산칼슘 (CaCO3)이 검출되었다(Figure 6). 따라서 꽃담은 시멘트에 석영을 주성분으로 하는 모래와 일부 점토광물이 혼합되어 제작된 것으로 판단되며, 탄산칼슘이 검출되는 것으로 보아 꽃담이 일부 풍화되었을 가능성이 있다. 꽃담을 구성하는 벽체층 및 시멘트 모르타르 층은 상위로 올라갈수록 광물 및 탄산칼슘의 결정화도가 감소하였는데 이는 상위로 올라

갈수록 풍화가 적게 되었다는 것으로, 상위층으로 올라갈수 록 탄소(C)의 함량이 적어지는 EDS 분석 결과와 동일하다.

또한 화면층을 구성하는 흑색 시멘트 모르타르(B)와 백 색 시멘트 모르타르(W)의 X-선회절분석 결과, 백색 시멘 트 모르타르가 흑색 시멘트 모르타르에 비해 광물 및 탄산 칼슘의 결정화도가 높음을 알 수 있었다. 이는 백색 시멘트 모르타르에는 색을 내기위한 탄산칼슘이 많이 혼입되어 있 음을 간접적으로 추정할 수 있으며, SEM-EDS 분석 결과 와도 일치하다. 흑색 시멘트 모르타르에 혼입되었을 것이 라 추정되는 탄소화합물(C)은 다른 광물의 상대적으로 높 은 검출강도 때문에 정확히 동정할 수 없었다(Figure 6B).

3.3. 열분석 결과

꽃담을 구성하는 시멘트 모르타르 및 광물의 상전이, 용

Figure 5. EDS mapping images of component elements in the paint layer of floral wall. (A) Black and white, (B) Black

and red.

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융 및 분해 등의 물리적 특성 변화를 측정하기 위해 열분석을 실시하였다. 사용된 분석방법은 열중량분석(TGA) 및 시차 열량분석(DSC)이며, 기준 물질은 α-Al2O3를 사용하였다.

먼저 벽체층(CM1) 및 시멘트 모르타르 층(CM2, CM3) 을 비교 분석한 결과, 시멘트를 주성분으로 하였기 때문에 세 시편의 열적거동은 경향성이 유사하였다. 또한 500~60

0℃에서 흡열 피크를 나타내었는데, 이는 시멘트 모르타르 내 혼입된 석영이 α-석영에서 β-석영으로 전이하였기 때문 이며, 700~800℃에서 큰 중량 감소율을 보였다. 이러한 중 량감소는 탄산칼슘의 탈탄산 반응 및 장석이나 점토광물이 다른 주요 성분과 반응하면서 일부 녹기 시작하는 용융 현 상으로 인한 중량 감소 및 흡열 반응으로 판단된다. 탈탄산 반응은 탄산칼슘이 산화칼슘으로 변화하는 과정으로 상온 에서 공기 중의 수증기나 이산화탄소와 결합하여 자발적으 로 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 탄산칼슘으로 변화한다¹⁴. 중량 감소율을 볼 때 상위층인 CM3은 CM1, CM2에 비해 다른 이물질이 많이 혼입된 것으로 추정된다(Table 2). 800~90 0℃에서 CM3은 약한 흡열 반응을 보이는데 이는 Al2O3・ 2SiO2가 일부 분해되어 비정질 상태가 되는 과정에서 발생 한 것으로 판단된다. 1100~1200℃의 흡열선인 시멘트 모 르타르 내 석영 등 물질이 일부 용융되면서 발생한 피크로, Ca의 성분이 융제로 작용하여 낮은 온도에서 석영이 녹았 을 것이라 추정되며, CM1이 다른 시편에 비해 상대적으로 유리질 성분이 많음을 확인할 수 있었다(Figure 7A).

화면층을 구성하는 흑색 및 백색 시멘트 모르타르(B, W)는 다른 열거동 경향을 보이는데 이는 시멘트 모르타르 내에 혼입된 다량의 안료 때문이라 판단된다. 백색 시멘트 모르타르(W)의 경우 위의 벽체층 및 시멘트 모르타르 층과 비슷한 열거동 경향을 보였다. 즉, α-석영의 상전이로 인한 흡열 peak(573℃) 및 900℃ 부근의 분해 반응을 보였다. 흑 색 시멘트 모르타르(B)의 경우, 200~300℃ 부근에서 탈수 로 인한 흡열선이 확인되었으며, 600~700℃에서 탄소의 산화로 인한 큰 발열 peak이 발생하였다. B의 경우, 탄소의 산화로 인해 발생한 이산화탄소가 증발하면서 W보다 큰 중량 감소율을 보였으며, 두 시편 모두 700~800℃에서 중 량이 감소하였다(Figure 7B). 이러한 결과들은 각 층을 구 성하는 주성분의 양이나 특성을 확인할 수 있었고, 나아가 사용안료나 추정성분의 물리화학적 거동을 판단하는 부가 적인 정보를 제공하였다.

4. 보존처리

꽃담은 표면 위에 3겹의 시멘트 모르타르 층이 존재하 였으며, 일부는 보수 공사 시 제거 되었다. 시멘트 모르타 르가 제거되어 꽃담의 문양이 드러난 부분은 풍화로 인해 박리, 박락 및 탈락되었으며, 이로 인해 시멘트 블록이 드 러나 있었다. 또한 균열이 많이 발생하였으며, 담의 두께

Figure 6. X-ray diffraction patterns of the floral wall. (A)

The support layer (CM1) and the cement mortar layer (CM2, CM3), (B) The paint layer (B, W).

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또한 일정하지 않아 구조적으로 불안정한 상태였다.

꽃담의 보존처리에 앞서 꽃담의 상태를 조사하였다. 꽃 담의 총 길이는 약 4m이며 높이는 2.04m이었다. 꽃담 표면 위의 시멘트 모르타르 층의 두께는 약 55㎜이며 꽃담 표면 과 시멘트 블록사이의 공극은 약 45㎜이었다(Figure 1). 시 멘트 블록은 풍화로 인해 쉽게 바스러지기 때문에 탈락되 고 바스러지는 부분을 제거한 후 미장공사를 시행하였다.

꽃담의 하단에는 수분으로 인해 이끼가 서식하고 있었으 며, 문양에 잔 균열이 발생하여 매우 취약한 상태였다.

보존처리를 하기 전 임시보강용 구조물을 설치한 다음,

벽체 뒷면에 드라이비트를 설치하여 구조적인 안정성을 증 가시켰다. 드라이비트는 기존 구조체 위에 E.P.S 단열판이 나 불연성 암면을 대고 유리섬유인 메쉬(Mesh)를 붙인 후 외부 마감재로 처리하는 외단열공법을 말한다. 단열, 방수, 방습의 효과가 있으며 외벽 균열방지 및 시공이 편하다는 장점을 가지고 있다¹⁵. 꽃담에 적용시 단열재를 사용하지 않았으며, 유리섬유 및 접착 모르타르로 외장을 마감하였 다. 꽃담은 풍화가 심한 상태였으므로 표면에 남아있는 시 멘트 모르타르 층을 제거하기 전, 화면이 탈락한 부분(훼손 부)과 벽체 옆면에 대해 시멘트 모르타르를 이용하여 보강 작업을 시행하였다.

학문양 우측의 훼손부의 경우 시멘트만으로는 구조적인 안정성을 얻기 힘들 것으로 생각되어 대나무살을 이용하여 구조물을 만든 다음 시멘트를 덧발랐다. 사용한 시멘트는 보통 포틀랜트 시멘트(OPC)였으며 미장은 문양부분보다 약 5-10㎜정도 낮게 시공하였다(Figure 8A). 꽃담 표면의 시멘트 모르타르 층의 제거는 목공용 소도구 및 핸드 드릴 을 이용하여 시행하였으며(Figure 8B) 표면에 부착된 먼지 및 이물질은 부드러운 양모붓으로 제거하였다.

표면의 박리, 박락 부분을 바로 잡기 위해 수성 Styrene- Acryl emulsion계 경화제를 10배 희석하여 경화처리하였 다. 문양부분의 공극은 경량시멘트로 메웠으며, 꽃담 표면 에 생성된 균열은 용제와 바인더를 혼합한 충전제를 이용 하여 메움처리 하였다(Figure 8C). 농도를 조절하는 용제는 독일의 Remmers사에서 나온 KSE 500 STE를 사용하였으 며 바인더는 Remmers사의 KSE Filler A, B를 사용하였다.

KSE 500 STE와 KSE Filler A, B는 암석과 유사한 성질 을 갖고 있어 처리 후 재질적 안정성과 이질감이 적으며 2 차 물리․화학적 손상을 최소화할 수 있는 물질이다¹⁶. 용 제와 바인더를 100:40의 비율로 혼합하여 주사기 및 헤라 를 이용, 균열을 충전하였다. 충전은 구조적으로 문제가 있 는 부분을 위주로 실시하였으며, 가로로 발생한 균열에는 시행하지 않았다. 보존처리 완료 후, 꽃담에 구조적 안정성 을 주기 위해 스테인레스를 이용한 프레임을 제작하여 설 치하였다(Figure 8D). 또한 이상범 가옥이 전시의 공간으 로 활용될 것을 감안하여 설치하였다.

5. 결 론

등록문화재 제171호인 이상범 가옥 및 화실에 위치한 꽃담은 1940년대 제작된 것으로 추정되며, 현대적인 건축

Figure 7. DSC (Differential Scanning Calorimeter) patterns

of the floral wall. (A) The support layer (CM1) and the cement mortar layer (CM2, CM3), (B) The paint layer (B, W).

Table 2. Weight loss of the samples.

CM1 CM2 CM3 B W Weight loss(%) 12.3 10.1 12.6 18.2 15.0

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재료인 시멘트를 이용하여 축조되었다. 복원공사 중 노출 된 시멘트 꽃담을 보존처리하고, 재료학적으로 연구한 결

과는 다음과 같다.

1. 꽃담은 시멘트 블록으로 만든 벽체, 시멘트 모르타르

Figure 8. Conservation of the floral wall. (A) The removal of the cement mortar, (B) The plastering on the wall, and (C)

Filling with cement.

Figure 9. Before and after conservation of the floral wall.

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에 안료를 혼입한 화면층, 그리고 구조적인 보강을 위해 화 면 위에 덧바른 시멘트 모르타르 층, 시멘트 페이스트 층으 로 구분되었다. 미세조직 분석 결과, 상부로 갈수록 시멘트 모르타르에 혼입한 광물의 입자와 공극이 작아짐을 확인할 수 있었다. 또한 일부 시편에서 침상형으로 성장한 탄산칼 슘을 확인할 수 있었는데 이는 주변 광물 및 시멘트에 존재 하는 외부 이온의 영향으로 인해 선택적으로 생성된 것으 로 추정되며, 추후 연구를 통해 명확한 해석이 필요할 것이 라 사료된다.

2. 각 층별 화학성분을 분석한 결과 상위로 올라갈수록 탄소의 양은 감소하는 반면 산소의 양은 증가하였다. 이는 시멘트의 주성분인 석회(CaO)가 대기 중의 수분과 이산화 탄소와 반응하여 탄산칼슘로 변하는 풍화현상에 기인한 것 으로 추정된다. 화면층을 구성하는 흑색 시멘트 모르타르, 백색 시멘트 모르타르, 적색 안료의 성분을 분석한 결과, 흑색 시멘트 모르타르에 혼입한 안료는 탄소화합물이었으 며, 백색은 호분(또는 석회), 적색은 산화철로 확인되었다.

3. 벽체, 화면층, 시멘트 모르타르 층에 대한 열분석 결 과, 화면층을 구성하는 흑색 시멘트 모르타르를 제외한 나 머지 시편들에서 비슷한 열적거동 특성을 보였다. 이는 시 멘트 모르타르의 주성분과 혼입한 광물의 열적거동 특성에 의한 것이며, 이를 통해 각 구성층별로 혼입한 광물종류와 이물질의 양을 추정할 수 있었다. 또한 화면층을 구성하는 두 시멘트 모르타르 층에 대한 열분석 결과를 통해 혼입된 안료의 열에 대한 물리․화학적 특성을 확인할 수 있었다.

4. 꽃담의 보존처리는 벽체 뒷면 및 훼손부를 보강함으 로써 구조적인 안정성을 항상시켰으며, 꽃담을 구성하는 재료와 유사한 시멘트를 이용하여 균열부 및 훼손부를 보 강하였다. 화면 위에 덧발린 시멘트 모르타르 층을 제거하 였으며, 간단한 세척 후 화면의 박락을 막기 위해 경화처리 를 실시하였다. 미세균열의 경우, 용제와 바인더를 혼합한 충전제(KSE Filler A, B)를 이용하여 메움처리 하였으며, 모든 보존처리가 끝난 후 스테인레스 프레임을 이용하여 보강처리 하였다. 이상범 가옥 및 화실의 꽃담과 같이 근대 문화유산의 경우 기존의 보존처리 방법을 적용하기에는 많 은 어려움이 있으므로 이와 관련된 다양한 연구가 수반되 어야 한다고 생각된다.

참고문헌

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