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문제 정의
- 이 연구를 위해 운현궁수조의 재질특성 분석과 풍화작용에 따른 훼손현상에 관한 정밀 조사를 실시하였다. 또한 실내 연구를 위해 수조로부터 탈락된 5mm 크기의 암편을 수습하였다.
- 이 연구에서는체계적인 보존관리를위한 기초적 자료를 획득하기 위하여 운현궁수조에 대한 정밀 실측을 실시하였다 뜨한 구싱암석의 재질특성을 분석하고 요인별 훼손 상태를 정밀 진단하여 재질에 따른 풍화 특성을 규명하였다. 이를 비탕으로 종합손상지도를 작성하여 훼손유형의 분포양상을 파악하였다.
가설 설정
- (A) Histogram showe distribution of the crack lergth. (B) Rose diagam shows dstritution of the crack angle.
- 0 Light gey lamination bedded calcareous marbe. B) Chirese lettered massive marbe cteveloped argllaceous veiriet. (C) Irregular dsturbed bedding formed by metamorphism of rost rock.
제안 방법
- 훼손도 평가시 심각해 보이는 19 개의 균열을 선택하였다. 균열의 초음파 측정지점은 측정 대상균열을 4 등분하여 각 균열 당 4 지점을 수조의 가장자리에서 내부빙향으로 측정하였다(Figum 9).
- 따라서 이번 탐사에서는 초음파 파장의 전달이 안정 적으로 전달되는 측정거리인 20 cm의 간격으로 측정하였다. 또한 측정의 신뢰도를 높이 기 위하여 한 부재에 대하여 여러 지점을 측정하였고, 동일지점 에 대하여 발진자와 수진자를 교대로 측정하여 그 평균값을 초음파시험 속도로 계산하였다.
- 훼손싱태를 정밀진단 하였다. 또한 실측도면을 바탕으로 각 요인별 훼손싱태를 종합하여 훼손지도를 작성하였다. 훼손도면의 작성에 사용된 프로그램은 2D그래픽 전문응용프로그램인 Adobe Illustrator CS2 이다.
- 또한 측정의 신뢰도를 높이 기 위하여 한 부재에 대하여 여러 지점을 측정하였고, 동일지점 에 대하여 발진자와 수진자를 교대로 측정하여 그 평균값을 초음파시험 속도로 계산하였다. 탐촉자는 불균질한 암석 내에서 초음파의 투과성이 높고, 감쇄가 적은 54kHz의 주파수를 가진 접촉 부위가 뾰족한 탐촉자를 이용하였다.
- 수조에 나타나는 물리적 훼손과 표면오염에 대해 정밀 훼손지도를 작성하였대 Figure 4). 물리적 풍화는 균열, 박리박락, 탈락으로 범례를 정하였고, 수조에 나타나는 점토질 세맥은 균열과의 상호 연관성을 파악하기 위하여 훼손지도에 삽입하여 도면화 하였다. 표면오염은 농도를 달리하며 니타나는 흑색변색을 담흑색 변색과 암흑색 변색으로 구분하여 범례를 정하고 훼손지도를 작성하였다.
- 또한 구성암석의 반정량적인 광물조성. 상대적 함량, 광물학적 공생관계, 조직 및 풍화에 의한 변질광물의 생성을 관찰하기 위해 박편을 제작하여 편광현미경으로 관찰하였다. 여기에는 자동쟤수기(mechanical counted가 장착된 Nikon사의 Eclipse E600W 편광반사 겸용 현미경이 이용되었다.
- 아를 위하여 총 154 지전(전면 32 지점, 후면 31지점. 좌면 26지점, 우면 31지점, 평면 34지점) 에서초음파 전달속도를 측정하였다. 이 수조는 전면에 걸쳐 균열 및 세맥이 발달해있기 때문에 초음파측정을 통해 암석의 풍화정도를 정확히 파악하기 위하여 균열 및 세맥을 포함하지 않는 부분과 포함하는 부분으로 나누어 측정하였다.
- 표면오염은 농도를 달리하며 니타나는 흑색변색을 담흑색 변색과 암흑색 변색으로 구분하여 범례를 정하고 훼손지도를 작성하였다. 요인별로 작성된 훼손지도에는 풍화유형에 따른 사진도 함께 제시하였다.
- 운현궁수조의 풍화 및 훼손상태 에 대한 종합적인 진단을 위해서 크게 물리적 훼손, 표면오염 및 변색으로 구분하여 훼손싱태를 정밀진단 하였다. 또한 실측도면을 바탕으로 각 요인별 훼손싱태를 종합하여 훼손지도를 작성하였다.
- 운현궁수조의 훼손도 진단과 보존방안 수립의 일환으로 재질의 물성을 파악하기 위해 초음파탐상기를 이용하여 초음파 속도를 측정하였다. 초음파는 암석의 불성을 파악하는데 필요한 수단으로 암식 역학 분야에서는 초음파전달속도를 통하여 매질의 강도 및 풍화도지수를 분석하는데 사용되어져 왔다.
- 위와 깉은 초음파 탐사방법을 적용하여 운현궁 수조를 구성하는 암석의 물성을 파악히고 이를 근거로 풍화도 지수 및 균열심도를 산출하여 수조의 훼손도를 정량적으로 평가하였다. 아를 위하여 총 154 지전(전면 32 지점, 후면 31지점.
- 이 수조는 전면에 걸쳐 균열 및 세맥이 발달해있기 때문에 초음파측정을 통해 암석의 풍화정도를 정확히 파악하기 위하여 균열 및 세맥을 포함하지 않는 부분과 포함하는 부분으로 나누어 측정하였다. 이 결과에 따라 초음파 속도의 분포영역을 정밀하게 나타내기 위해 2D 모델링을 실시하였다(Figure 8).
- 좌면 26지점, 우면 31지점, 평면 34지점) 에서초음파 전달속도를 측정하였다. 이 수조는 전면에 걸쳐 균열 및 세맥이 발달해있기 때문에 초음파측정을 통해 암석의 풍화정도를 정확히 파악하기 위하여 균열 및 세맥을 포함하지 않는 부분과 포함하는 부분으로 나누어 측정하였다. 이 결과에 따라 초음파 속도의 분포영역을 정밀하게 나타내기 위해 2D 모델링을 실시하였다(Figure 8).
- 이 암석들의 반정량적인 광물조성과 광물학적 조직을 밝히고자 수조에서 탈락된 미세시편으로 박편을 제작하여 편광현미경 관찰을 실시하였다. 운현궁수조를 구성하는 암석은 희미한 엽리와 함께 치밀한 괴상조직을 이루고 있다.
- 이를 비탕으로 종합손상지도를 작성하여 훼손유형의 분포양상을 파악하였다. 한편 초음파 전달속도 측정을 통해 구성암석의 물싱 및 훼손에 의한 풍화등급과 균열의 심도를 산출하였다.
- 주사전자현미경 분석을 위해 시료를 백금(Pt)으로 피복하였다. 따라서 이 오염물질이 운현궁수조를 구성하는 석회질 대리암의 주성분인 CaCCb에서 기인힌- 것이 아니라, 와부에서 유입된 생물질의 고사체에서 생성된 틴소성분으로 인하여 발생한 것임을 지시힌다.
- 탄사에서는 건전부와 균열부로 나누어 측정된 초음파 속도 값으 각각의 실측도에 투영하여 전체적인 풍화도를 파악하였다. 여기에 사용된 초음파 탄상기는 CNS FARNELL사의 Model PUNDIT PLUS 이며 , 초음파 속도를 수조에 투영하기 위해 WINDOWS용 SUFFER 프로그램을 아용하였다.
- 암흑색을 띠는 곳은 수조 내부에서는 전반적 £로 모두 나타나고, 수조 와부는 저장되었던 물이 새어 나오던 균열의 아래 부분에 집중적으로 분포힌다(Figure 4). 표면변색의 원인을 규명하기 위하여 주사전자현미경 (SEM) 관찰 및 EDS 분석을 실시하였다. 분석 결과, 수조의 표면에서 생물상이 검출되었으며 (Figiue 6A).
- 물리적 풍화는 균열, 박리박락, 탈락으로 범례를 정하였고, 수조에 나타나는 점토질 세맥은 균열과의 상호 연관성을 파악하기 위하여 훼손지도에 삽입하여 도면화 하였다. 표면오염은 농도를 달리하며 니타나는 흑색변색을 담흑색 변색과 암흑색 변색으로 구분하여 범례를 정하고 훼손지도를 작성하였다. 요인별로 작성된 훼손지도에는 풍화유형에 따른 사진도 함께 제시하였다.
- 수습된 암석의 미세조직 및 광물종. 풍화에 따른 오염물의 산출상태를관찰하기 위해 Oxfordg 의 에너지분산형 성분분석기 (EDX Inca M/X)가 장착된 JEOL사의 JSM 63 35F를 이용하여 시료를 백금으로 코팅한 후 주사전자현미경(SEM) 관찰을 실시하였다.
- 이를 비탕으로 종합손상지도를 작성하여 훼손유형의 분포양상을 파악하였다. 한편 초음파 전달속도 측정을 통해 구성암석의 물싱 및 훼손에 의한 풍화등급과 균열의 심도를 산출하였다. 이 연구결과는 운현궁수조의 체계적인 보존괸리 시스템 확립에 중요한 자료로 활용될 것이다.
대상 데이터
- 또한 실내 연구를 위해 수조로부터 탈락된 5mm 크기의 암편을 수습하였다. 수조를 구성하는 암석의 광물조성을 분석하기 위해 X-선 회절분석을 실시하였으며, 사용된 기기는 Rigaku제 모델 D/Max-IIB 이다.
- 수조를 구성하는 암석의 광물조성을 분석하기 위해 X-선 회절분석을 실시하였으며, 사용된 기기는 Rigaku제 모델 D/Max-IIB 이다. 사용된 X-선은 CuKa이며 양극의 가속 전압 및 필라멘트의 전류는 각각 4 OkV와 4 0 mA 이다.
- 상대적 함량, 광물학적 공생관계, 조직 및 풍화에 의한 변질광물의 생성을 관찰하기 위해 박편을 제작하여 편광현미경으로 관찰하였다. 여기에는 자동쟤수기(mechanical counted가 장착된 Nikon사의 Eclipse E600W 편광반사 겸용 현미경이 이용되었다. 수습된 암석의 미세조직 및 광물종.
- 특히 균열은 수조에서 니타나는 가장 심각한 불리적 훼손 양상으로 이에 대한 정량적인 평가가 필요하다. 이 수조에 생성된 균열은 수평 및 수직빙향 2로 발생하였으며, 총 33개 (전면 10 개, 후면 9개, 좌면 8 개, 우면 6개)의 균열이 전면에 걸쳐 발생하여 안정성을 위협하고 있다(Table 1).
- 위해 To-Tc법을 적용하였다. 적용대상 균열은 수조에 발달한 33개의 다양한 균열 중 건전부와 균열부의 측정이 용이하고. 훼손도 평가시 심각해 보이는 19 개의 균열을 선택하였다.
- 6 5mm로 거의 정방형의 형태이다. 전체 높이는 400mm, 내부 높이는 322mm이며 벽의 두께는 60 mm 이다. 전면과 후면에는 명문이 음각으로 조각되어있으며, 좌면에는 난이 , 우면에는 대나무가 음각으로 조각되어 있다.
- 또한 측정의 신뢰도를 높이 기 위하여 한 부재에 대하여 여러 지점을 측정하였고, 동일지점 에 대하여 발진자와 수진자를 교대로 측정하여 그 평균값을 초음파시험 속도로 계산하였다. 탐촉자는 불균질한 암석 내에서 초음파의 투과성이 높고, 감쇄가 적은 54kHz의 주파수를 가진 접촉 부위가 뾰족한 탐촉자를 이용하였다. 간접전달 방식과 뾰족한 탐촉자를 사용하여 발생한 오차는 조영훈(20 07) 이 제시한 보정계수를 적용하여 보정하였다.
- 적용대상 균열은 수조에 발달한 33개의 다양한 균열 중 건전부와 균열부의 측정이 용이하고. 훼손도 평가시 심각해 보이는 19 개의 균열을 선택하였다. 균열의 초음파 측정지점은 측정 대상균열을 4 등분하여 각 균열 당 4 지점을 수조의 가장자리에서 내부빙향으로 측정하였다(Figum 9).
이론/모형
- 탐촉자는 불균질한 암석 내에서 초음파의 투과성이 높고, 감쇄가 적은 54kHz의 주파수를 가진 접촉 부위가 뾰족한 탐촉자를 이용하였다. 간접전달 방식과 뾰족한 탐촉자를 사용하여 발생한 오차는 조영훈(20 07) 이 제시한 보정계수를 적용하여 보정하였다.
- 구성암석의 풍화도 및 균열심도를 정량적으로 산출하기 위해 비파괴 진단기법 중 하나인 초음파탐사를 실시하였다. 탄사에서는 건전부와 균열부로 나누어 측정된 초음파 속도 값으 각각의 실측도에 투영하여 전체적인 풍화도를 파악하였다.
- 또한 실내 연구를 위해 수조로부터 탈락된 5mm 크기의 암편을 수습하였다. 수조를 구성하는 암석의 광물조성을 분석하기 위해 X-선 회절분석을 실시하였으며, 사용된 기기는 Rigaku제 모델 D/Max-IIB 이다. 사용된 X-선은 CuKa이며 양극의 가속 전압 및 필라멘트의 전류는 각각 4 OkV와 4 0 mA 이다.
- 아를 토대로 Ilievil(196 7)가 제시한풍화도 지수 관계식을 통하여 각 측점별 풍화등급을 산정하였다. 이 결과.
- 탄사에서는 건전부와 균열부로 나누어 측정된 초음파 속도 값으 각각의 실측도에 투영하여 전체적인 풍화도를 파악하였다. 여기에 사용된 초음파 탄상기는 CNS FARNELL사의 Model PUNDIT PLUS 이며 , 초음파 속도를 수조에 투영하기 위해 WINDOWS용 SUFFER 프로그램을 아용하였다.
- 운현궁수조의 전면에 걸쳐 발생한 균열의 심도를 파악하기 위해 To-Tc법을 적용하였다. 적용대상 균열은 수조에 발달한 33개의 다양한 균열 중 건전부와 균열부의 측정이 용이하고.
- 초음파 측정은 CNS Farnell에서 제조된 PUNDIT PLUSf- 이용하여 직접전달 방식과 간접전달 방식을 적용 W-여 측정하였다. 초음파 속도를 측정할 때 발진자와 수진자 사이의 거리에 띠라 속도가 달라지는 경우가 있다.
성능/효과
- 2. 풍화 및 훼손현상에 따른 물성을 살펴보기 위해 초음파 탄사를 실시한 결고" 운현궁수조는 평균 4, 4 89% 의 초음파 속도를 보여 암석의 물싱은 약한 풍화딘계(SW 로 니타났다. 아는 수조를 구성하는 암석이 육안적 손상등급과는 달리 비교적 신선한 것을 의미한다.
- 균열대를 포함하지 않는 부분에서의 초음파 속도는 3, 764~5, 254m/s(평균: 4, 489*%)의 범위를 나타냈다. 각 방위별로는 전면에서 3, 764~4, 320m/s평균: 4, 173 후면은 4, 116~4, 3 0이%(평균: 4, 211%), 죄면은 4, 2 61~5, 618%(평균: 4, 8 5 8%), 우면에서는 4,153~5, 319"%(평균: 4, 319m/s)로 나타났다. 따라서 전체적으로 표면 변색 및 균열이 발달해 있지만 운현궁수조를 구성하는 암석의 물싱은 약힌%화딘계(SW; dightly weathered)로 비교적 신선한 것으로 판단된다(Table 2).
- 1. 운현궁수조는 탄산염광물의 미세 엽층리와 전토질세맥이 다수 발달한 유백색의 세립질 내지 중립질을 갖는 석회질 대리암으로 구성되어 있다. 이 수조에 나타나는 물리적 훼손양상은 전면에 걸쳐 발달한수평 및 수직 빙 향의 균열이다.
- 4. 운현궁수조에서 나타난 훼손의 원인은 원암식의 특성과 수분이며 , 물이 구성암석과 물리회학적으로 뱐응하여 변색 및 균열을 야기한 것으로 판단된다. 따라서 수조의 재질특성을 고려하여 적합한 보존처리가 이루어져야 할 것이며, 전시 및 보존관리에 있어 가능한 한 수분과의 직접적인 접촉은 피해야할 것이다,
- 있다. 따라서 운현궁수조에 나타난 흑색 오염물을 제거하기 위한 방법으로는 충분한 임상실험과 성공적인 사례를 고려할 때, 레이저를 사용한 세정방법이 적합할 것으로 판단된다. 그러나 원암의 조직과 조성을 훼손하지 않는 범위 내에서 습식세정의 적용도 가능할 것으로 보인다.
- 따라서 이 오염물질이 운현궁수조를 구성하는 석회질 대리암의 주성분인 CaCCb에서 기인힌- 것이 아니라, 와부에서 유입된 생물질의 고사체에서 생성된 틴소성분으로 인하여 발생한 것임을 지시힌다. 흑색변색은 물을 저장하던 수조표면에 유기물이 침착되면서 변색이 발생한 것으로 판단되며, 이들이 고사되어 틴소만 냄아 킬레이트화 된 것으로 해석할 수 있다.
- 표면변색의 원인을 규명하기 위하여 주사전자현미경 (SEM) 관찰 및 EDS 분석을 실시하였다. 분석 결과, 수조의 표면에서 생물상이 검출되었으며 (Figiue 6A). 이 오염물질의 성분중에서 탄소(C)가 21.
- 초음파를 아용하여 균열의 심도를 산출한 결과. 수조를 구성하는 암석의 세맥을 띠라 발생한 균열들은 육안관찰과는 달리 외벽에서 내벽까지 진행된 완전한 개방형 균열로 니타났다. 또한 층리부분을 띠라 발생한 균열들은 20~3 0mm의 심도를 갖는 것으로 나타났다.
- 분포를 보였다(Table 2). 아를 균열부위의 초음파속도에 가장 인접한 건전부의 초음파 속도를 적용하여 균열의 심도를 산출한 결과 균열의 깊이는 최대 15 5mm. 최소 9mm로 계산되었디Figiiie 9).
- 이 암석의 X-선 회절분석 결과, 조암광물을 이루는 탄산염광물로는 방해석(CaCQ), 백운식((CaMg)C<6), 앵커 라이트 Ca(Fe.Mg, Mn)(CO3) 및 브루 사이트(Mg(OH)2)가 거출되었다(Figum 3). 방해식 및 백운석과 유질동상인 앵커 라이트(anksrit(c)는 결정구조와 회학성분은 다르지만 대리암을 구성하는 주요 탄산염광물이다.
- 초음파탐사를 통해 산출된 개방형 균열의 영역과 수조에서 발생한 개방형 균열의 빌달싱황을 정밀관찰을 통해 비교한 결과, 거의 유사한 분포를 보였다. 띠라서 초음파 탐사를 통해 60mm 아상으로 산출된 균열 깊이는 육안으로는 확인이 불분명하나수조의 외벽과 내벽을 완전히 관통한 개방형의 균열이 빌달해 있다고 판단할 수 있는 근거가 된다.
후속연구
- 이 연구결과는 운현궁수조의 체계적인 보존괸리 시스템 확립에 중요한 자료로 활용될 것이다. 또한 석조문화재에 발달된 각종 균열의 심도 측정에 유용한 정보를 제공할 것이다.
- 흑색변색은 물을 저장하던 수조표면에 유기물이 침착되면서 변색이 발생한 것으로 판단되며, 이들이 고사되어 틴소만 냄아 킬레이트화 된 것으로 해석할 수 있다. 또한 이 수조가 서울 시내에 장기간 존속하면서 배기가스와 같은 환경오염원에 노출되 어 흑색 변색을 야기하였을 가능성도 제기된다.
- 아중에서 현재 야외 석조문화재 접합에 사용되는 수지는 에폭시 수지가 일반적이다. 또한 황변현상, 접합강도 및 물성에 관한 연구 결과로 볼 때, 운현궁수조에 발생한 균열의 접합에 사용할 수 있는 수지는 요구놔는 접합 강도를 충족하면서 비교적 황변현상이 적은 저점도 에폭시수지가 적합할 것이다. 여기에 동일 종류의 석분을 혼합하여 시용할 수 있을 것으로 판긴된다.
- 한편 초음파 전달속도 측정을 통해 구성암석의 물싱 및 훼손에 의한 풍화등급과 균열의 심도를 산출하였다. 이 연구결과는 운현궁수조의 체계적인 보존괸리 시스템 확립에 중요한 자료로 활용될 것이다. 또한 석조문화재에 발달된 각종 균열의 심도 측정에 유용한 정보를 제공할 것이다.
- 띠라서 각각의 미세균열에 수지를 효과적으로 침투시키기 위해서는 저점도의 수지만을 충전시킨 후 일정한 간격으로 시간을 조절하며 동일 종류 의식분을 혼합한수지를 이용하여 마감하는 것이 필요할 것이다. 전체적인 수지의 농도와 배합비율 및 시간 조절은 간단한 임상실험으로 최적의 조건을 찾을 수 았을 것이다. 균열부위의 충전에는 얕은 부분에서 깊어지는 부분으로 수행하는 것이 좋을 것으로 보인다.
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