선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 국내 석조문화재의 박리부위를 분석하여 함유하고 있는 대표 염성분을 규명한 후 암석시료에 직접적으로 처리하여 일어나는 현상을 연구하였다.
- 박리가 발생하고 있는 석조문화재의 박리부위가 함유하고 있는 염성분을 규명하고, 규명된 염성분을 암석시료에 처리하여 나타나는 변화를 관찰하여 박리의 생성메카니즘을 밝히는 것이 본 연구의 목적이다.
- 본 연구에서는 석조문화재 표면 박리현상 원인 중의 하나인 염성분의 작용 메카니즘을 다루고자 한다. 박리가 발생하고 있는 석조문화재의 박리부위가 함유하고 있는 염성분을 규명하고, 규명된 염성분을 암석시료에 처리하여 나타나는 변화를 관찰하여 박리의 생성메카니즘을 밝히는 것이 본 연구의 목적이다.
제안 방법
- 박리부위가 함유하고 있는 수용성 염성분을 분석하기 위하여 시료를 분말화하여 무게를 측정한 후 일정량의 증류수에 넣어 녹아 나온 이온을 측정하였다. Cl- , NO3- 과 SO42- 등의 음이온은 DIONEX사의 DX-500 이온크로마토그래프를 이용하였으며 Na+ , Ca2+, Mg2+ 및 K+ 등 양이온은 ICP-AES (SHIMADZU/ICPS-1000Ⅳ)를 사용하여 분석하였다.
- 수용성 염이 박리현상에 미치는 영향을 알아보기 위하여 우리나라 석조문화재 박리부위에서 가장 흔히 검출되는 석고를 물흡수율이 다른 화강암과 응회암 두 종류의 암석에 처리하였다. 물에 낮은 용해도(0.2g/100ml 물, 20℃)를 보이는 석고와 더불어 이에 상반되게 높은 용해도를 지닌 황산나트륨(5g/100ml 물, 20℃)을 동시에 처리하여 염의 용해도에 따른 박리형성과정을 연구하였다. 처리된 염수용액의 농도는 석조문화재 박리시료에서 일반적으로 검출되는 값을 취하려 하였으나, 앞의 분석결과에서 나타난 바와 같이 석고의 경우 석조문화재에서는 매우 높은 농도로 검출되고 있지만 물에 대한 석고 자체의 용해도를 고려하여 최대값인 0.
- 육안, 실체, 편광현미경과 주사전자현미경을 이용한 조직 관찰을 통하여 석조문화재 박리부위의 기본적인 데이터를 분석하며, 광물학적 특징을 이해하기 위하여 X선회절분석(Rigaku RINT2200, 분석조건 40kV/30mA의 CuKα선)을 실시하였다. 박리부위가 함유하고 있는 수용성 염성분을 분석하기 위하여 시료를 분말화하여 무게를 측정한 후 일정량의 증류수에 넣어 녹아 나온 이온을 측정하였다. Cl- , NO3- 과 SO42- 등의 음이온은 DIONEX사의 DX-500 이온크로마토그래프를 이용하였으며 Na+ , Ca2+, Mg2+ 및 K+ 등 양이온은 ICP-AES (SHIMADZU/ICPS-1000Ⅳ)를 사용하여 분석하였다.
- 석조문화재의 박리부위에 함유된 염성분의 연구를 통해 주요 원인으로 파악된 CaSO4∙2H2O와 Na2SO4를 이용하여 화강암(경주 남산주변에서 채취)과 응회암(경주 감포주변에서 채취)으로 제작된 시편에 수용액 상태로 처리한 후에 인공풍화를 통해 박리를 발생시켰다. 시편은 직사각형 형태(5×2×7cm)로 암석의 종류에 따른 차이를 살펴보기 위하여 화강암과 응회암 2종의 암석으로 제작하였다.
- 수용성 염이 박리현상에 미치는 영향을 알아보기 위하여 우리나라 석조문화재 박리부위에서 가장 흔히 검출되는 석고를 물흡수율이 다른 화강암과 응회암 두 종류의 암석에 처리하였다. 물에 낮은 용해도(0.
- 시편은 직사각형 형태(5×2×7cm)로 암석의 종류에 따른 차이를 살펴보기 위하여 화강암과 응회암 2종의 암석으로 제작하였다.
- 시편은 직사각형 형태(5×2×7cm)로 암석의 종류에 따른 차이를 살펴보기 위하여 화강암과 응회암 2종의 암석으로 제작하였다. 암석시편을 0.2% CaSO4∙2H2O와 5% Na2SO4 수용액에 각각 넣고 1시간씩 진공으로 함침시킨 후 60℃에서 30분간 건조시킨 후 무게를 측정하였다. 염을 6회 처리한 후의 무게는 60℃에서 30분 건조시킨 후 실온에서 24시간 유지한 다음 측정하였다.
- 육안, 실체, 편광현미경과 주사전자현미경을 이용한 조직 관찰을 통하여 석조문화재 박리부위의 기본적인 데이터를 분석하며, 광물학적 특징을 이해하기 위하여 X선회절분석(Rigaku RINT2200, 분석조건 40kV/30mA의 CuKα선)을 실시하였다.
- 이들 염이 작용하여 발생되는 박리현상을 연구하기 위하여 석고와 황산나트륨을 응회암과 화강암에 집적시키고, 인공풍화시킨 후 얻은 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 이러한 현상이 나타나는 상황을 이해하기 위하여 시료암석의 성질을 분석하였으며, 염을 처리하기 전 시편의 물흡수도, 공극률, 참밀도, 겉보기밀도를 측정하여 표 5에 정리하였다.
- 2g/100ml 물, 20℃)를 보이는 석고와 더불어 이에 상반되게 높은 용해도를 지닌 황산나트륨(5g/100ml 물, 20℃)을 동시에 처리하여 염의 용해도에 따른 박리형성과정을 연구하였다. 처리된 염수용액의 농도는 석조문화재 박리시료에서 일반적으로 검출되는 값을 취하려 하였으나, 앞의 분석결과에서 나타난 바와 같이 석고의 경우 석조문화재에서는 매우 높은 농도로 검출되고 있지만 물에 대한 석고 자체의 용해도를 고려하여 최대값인 0.2%를 취하였으며, 황산나트륨도 20℃에서의 포화용액으로 제조하여 처리하였다.
- 염을 6회 처리한 후의 무게는 60℃에서 30분 건조시킨 후 실온에서 24시간 유지한 다음 측정하였다. 함침 중간에 실시한 건조는 완전 건조를 목적으로 한 것이 아니라 재함침이 가능한 선까지 건조시키기 위한 것으로 마지막 6회에선 최종적으로 시편에 포함된 염의 %를 구하기 위해 무게가 일정해진 후에 24시간까지 건조시켰다. 인공풍화용 기상프로그램은 2006년 포항지역 기상관측 자료10를 기준으로 제작되었으며, 온습도에 따른 CaSO4∙2H2O와 Na2SO4 상태변화의 특성을 고려하여 설정하였다.
대상 데이터
- 석조문화재 박리부위에서 관찰되는 이물질과 박리편을 채취하였다. 문화재인 점을 감안하여 이탈이 되고 있는 부위에서 채취하였으며 가능한 소량을 취하였다.
성능/효과
- 5% Na2SO4, 0.2% CaSO4∙2H2O가 처리된 응회암과 화강암 시편(각각 5점씩) 내부에 집적된 염의 양(wt.%)은 암석의 종류에 상관없이 CaSO4∙2H2O가 Na2SO4 보다 높 았으며, 염의 종류에 상관없이 응회암의 경우 화강암에 비해 2배 이상의 염이 집적되었다(표 6).
- 2% CaSO4∙ 2H2O로 처리한 시료의 경우, 처리되지 않은 원암석에 비해 1시간동안 모세관물흡수량이 꾸준히 증가하였고, 물이 침투한 깊이가 원시료에 비해 2배 이상 높게 측정되었으며, 처음 30초 동안 물이 침투한 깊이가 처리전 시료에서 1시간 동안 침투한 깊이와 유사한 값을 보였다. 5% Na2SO4로 처리된 시료에서는 처음 2분 동안 물흡수량이 급속하게 증가하다가 그 이후부터의 상승세는 완만해졌다. 물이 침투한 깊이는 원시료의 1.
- CaSO4∙2H2O로 처리한 응회암의 모세관물흡수도는 Na2SO4로 처리된 것에서 보다 더 큰 값으로 증가하였으며, 처리되지 않은 원암석에 비해 모세관물흡수량이 꾸준히 증가하였고, 물의 침투깊이가 원시료에 비해 2배 이상 높게 측정되었다.
- 나타난 결과를 먼저 살펴보면, Na2SO4와 CaSO4∙2H2O 염용액으로 처리된 화강암과 응회암 암석시편을 인공풍화시험기를 이용한 풍화실험을 실시한 결과, 5% Na2SO4로 처리된 응회암시료에서 30회 풍화시험 후에 박리가 발생되었으며, 0.2% CaSO4∙2H2O4, 30cycle을 처리한 시료에서도 박리 전단계에 발생하는 균열과 박리 현상이 관찰되었으나, 화강암에서는 100회 풍화시험 후에도 관찰되지 않았다(그림 4).
- 박리시편과 그 이물질이 함유하고 있는 광물성분을 XRD로 분석한 결과, 암석 구성광물과 상이한 석고가 대부분의 시료에서 검출되어 위의 화학분석 결과 도출된 Ca와 S는 CaSO4∙2H2O에서 기인한 성분임이 확인되었다(그림 2). 이외에 감은사지삼층석탑(서탑) 박리부위에서 용출된 염의 광물성분에서는 석고 이외에 테나다이트 (Na2SO4)를 비롯한 기타 광물을9 , 분황사석탑의 박리부위 에서는 석고와 방해석이 검출되었다고 보고한 바11 있어 박리부위에 형성된 광물은 석조문화재에 따라 다르기는 하나 석고가 거의 대부분 형성되어 있음을 알 수 있다.
- 석조문화재에 따라 상이한 이온성분이 검출되었으며, 동일한 석조문화재에서도 검출된 양에서 차이를 보였다. 분황사석탑, 경천사십층석탑, 영주가 흥리마애삼존불, 감은사지삼층석탑(서탑), 봉감모전오층 석탑, 개심사지오층석탑 등 석조문화재 박리부위에서 검출된 이온들에서 공통적으로 높은 성분은 Ca2+와 SO42-로 이들 성분은 황산칼슘화합물을 형성할 수 있으며, 박리부위에서 검출된 이온성분들 중 상관관계가 높은 것들을 토대로 형성가능한 염은 질산나트륨, 황산나트륨, 염화칼륨과 질산칼슘 등 다수이다(표 4).
- 석조문화재 박리부위에서 검출된 염성분은 문화재에 따라 달랐으나 분석결과, 문화재에 가장 보편적으로 형성되어 있는 것은 석고였고, 이외에 질산나트륨, 황산나트륨, 염화칼륨과 질산칼슘 등 다수가 분석되어 이들 염이 박리에 영향을 미치는 요소로 판단된다.
- 응회암에서는 황산나트륨보다 석고가 더 많이 집적되는 결과를 보였고, 화강암에서는 염의 종류에 상관없이 소량씩 집적되었다. 암석시편내부에 집적된 염의 양은 암석의 종류에 상관없이 CaSO4∙2H2O가 Na2SO4 보다 높았으며, 염의 종류에 상관없이 응회암의 경우 화강암에 비해 2배 이상의 염이 집적되었다. CaSO4∙2H2O로 처리한 응회암의 모세관물흡수도는 Na2SO4로 처리된 것에서 보다 더 큰 값으로 증가하였으며, 처리되지 않은 원암석에 비해 모세관물흡수량이 꾸준히 증가하였고, 물의 침투깊이가 원시료에 비해 2배 이상 높게 측정되었다.
- 염수용액 0.2% CaSO4∙2H2O로 처리한 응회암시편 5점의 평균 모세관물흡수도는 1.10(염처리전 시편 5점의 평균값)에서 1.68kg/m2h1/2로 증가하였으며, 5% Na2SO4로 처리된 5점의 시편은 1.35kg/m2h1/2로 측정되어 처리전 시편에(시편 5점의 평균값 1.33kg/m2h1/2) 비해 증가되었으나, 0.2% CaSO4∙2H2O로 처리된 시료가 더 증가된 모세관물흡수율을 보였다.
- 08kg/m2h1/2)해 약간 증가되었다. 염처리를 한 화강암 시편 5점의 모세관물흡수속도는 0.2% CaSO4∙2H2O로 처리했을 때 평균 모세관물흡수속도가 0.24(처리전)에서 0.25cm/h1/2 (처리후)로 변화하여 원암에 비해 약간 증가하였으며, 5% Na2SO4로 처리된 경우는 0.68cm/h1/2로 측정되어 처리전 시편(0.63)에 비해 증가되었다.
- 2% CaSO4∙2H2O로 처리된 시료가 더 증가된 모세관물흡수율을 보였다. 염처리를 한 후 응회암 시편 5점의 모세관물흡수속도는 0.2% CaSO4∙ 2H2O로 처리했을 때 평균 모세관물흡수속도가 0.72(처리전)에서 0.68cm/h1/2(처리후)로 변화하여 원암에 비해 감소하였으며, 5% Na2SO4로 처리된 경우에도 0.82cm/h1/2로 측정되어 처리전 시편(0.85)에 비해 약간 감소되었다.
- 시간에 따라 변화되는 모세관물흡수량과 물흡수속도를 그림 6, 7에 도시하였다. 응회암에서는 0.2% CaSO4∙ 2H2O로 처리한 시료의 경우, 처리되지 않은 원암석에 비해 1시간동안 모세관물흡수량이 꾸준히 증가하였고, 물이 침투한 깊이가 원시료에 비해 2배 이상 높게 측정되었으며, 처음 30초 동안 물이 침투한 깊이가 처리전 시료에서 1시간 동안 침투한 깊이와 유사한 값을 보였다. 5% Na2SO4로 처리된 시료에서는 처음 2분 동안 물흡수량이 급속하게 증가하다가 그 이후부터의 상승세는 완만해졌다.
- 응회암에서는 황산나트륨보다 석고가 더 많이 집적되는 결과를 보였고, 화강암에서는 염의 종류에 상관없이 소량씩 집적되었다. 암석시편내부에 집적된 염의 양은 암석의 종류에 상관없이 CaSO4∙2H2O가 Na2SO4 보다 높았으며, 염의 종류에 상관없이 응회암의 경우 화강암에 비해 2배 이상의 염이 집적되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.