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문제 정의
- 본 실험은 공극을 효과적으로 충전하여 암석 강화와 내부응력에 따른 박락부위 보강 및 강도향상을 목적으로 한다. 충전제 선정을 위해 첫째, 이온크로마토그래피(DIONEX 社 DX-500)분석을 통해 반응생성물이 확인된 충전제는 추가 실험에서 제외하였다.
- 본 연구는 에폭시 충전제를 대체하기 위한 재료선정과 충전효과를 검증하기 위해 실시하였다. 또한 보존처리를 실시하기 위한 현장실험이기 때문에 재료 물성평가, 안정성 평가와 같은 실험실 연구는 실시할 수 없었으며 다양한 현장조건을 감안하여 처리기술 적용은 일반적인 방법을 따랐다.
제안 방법
- semiliquid법으로 주입한 경우 100:100의 혼합비를 준수하였다. 1번과 2번 시편는 injection법으로 내부를 충전하였으며, 3, 4, 5, 6번 시편는 semiliquid법을 이용하여 내부를 충전하였다.
- 2. 충전제 선정은 인공으로 조성한 공극샘플과 신석 제작용으로 확보한 노두시료 중 공극이 확인된 부분에 대한 적용을 통해 효과적인 충전제를 선정하였다.
- 3. 충전효과 검증은 이온크로마토그래피, 초음파탐사, 슈미트해머, 열적외선촬영 등의 비파괴 조사와 단면관찰과 같은 파괴조사를 병행 실시하였다.
- 4. 충전제는 기본적으로 암석과 유사한 성질을 가진 재료를 선정함으로써 처리 후 재질적 안정성과 이질감을 최소화하였으며 2차 물리·화학적 손상 역시 최소화 될 수 있는 KSE 500 STE + KSE Filler A·KSE Filler B 혼합 충전하였다.
- 내부 충전은 실험결과에 따라 KSE 500 STE + KSE Filler A·KSE Filler B를 중량비로 혼합, 충전하였으며 KSE 500STE와 Filler 혼합비는 10:2~10:40까지 내부공극 형태에 따라 처리하였다.
- 이런 경우 다른 시편에서도 일부 확인되었으나 슈미트해머 테스트 시 규격화된 방법을 적용하지 못한 오류로 판단된다. 따라서 동일지점 5회상 타격한 평균값과 초음파탐상, 시편절단 결과를 비교하였다. Semiliquid법으로 처리 시 주입구에서 멀어질 경우 강도 상승은 크게 기대할 수 없음을 알 수 있다.
- 이런 물질이 충전제로 선정되어 보존처리에 사용될 경우 수분과 반응하여 수용성 염의 형태로 암석에 화학적 손상을 가중 시킬 것이다13,14. 따라서 실험 결과 반응생성물이 미량 검출된 KSE Filler A, B 두 종류에 한해 충전효과 실험을 실시하였다.
- 또한 석탑 전반에 나타난 공극은 부재 배부름현상과 표면손실을 초래하기 때문에 내부를 충전하여야 한다. 때문에 충전제를 이용하여 내부의 빈 공간을 충전시켜 부재로부터 박리된 부위의 결합력을 회복시킨 후 메움제로 마감하였다. 내부 충전은 실험결과에 따라 KSE 500 STE + KSE Filler A·KSE Filler B를 중량비로 혼합, 충전하였으며 KSE 500STE와 Filler 혼합비는 10:2~10:40까지 내부공극 형태에 따라 처리하였다.
- 시편은 자연조건하에서 1, 5, 10, 15, 30일 경과 후 수축정도를 확인하였다. 또한 충전제의 반응생성물을 확인하기 위해 이온크로마토그래피(DIONEX사 DX-500)분석을 병행하였다(Figure 2-3, Table 2).
- 물성 평가는 이미 검증된 재료이기 때문에 이온크로마토그래피(DIONEX사 DX-500)분석을 통한 2차 반응생성물 검사만 실시하였다.
- 선택된 일부 재료의 경우 공업용 알루미나 또는 시멘트 성분을 혼합한 경우도 있으나 본 연구에서는 모든 가능성을 열어둔 상태로 실험을 실시하였다. 다음은 충전제의 종류와 간략한 특성을 정리한 것이다(Table 1, Figure 1).
- 둘째, 가장 양호한 결과를 보인 충전제는 semiliquid법과 injection법으로 공극 샘플을 충전하였다. 셋째, 파괴분석 및 비파괴분석 결과 injection법이 효과적인 것으로 확인되어 노두시편에 충전실험을 실시하였다.
- 충전제 주입 후 상온에서 약 25일 경화시켰으며, 야외조건을 조성하기 위해 24시간 강우에 노출시켰다. 시편 충전후 초음파탐상과 암석용 슈미트해머를 이용하여 강도 변화를 측정하였다(Figure 6-7). 초음파와 슈미트해머를 이용한 내부관찰 외에 시편을 절단하여 확인된 단면으로 내부공극 충전 상태를 확인하고, 그 효과를 검증하였다.
- 시편는 채석산지에서 확보한 동일 석재를 판석으로(150×150×70㎜) 제작한 후 인공 요철을 만들어 공극을 형성하고 수지로 두 판석을 접합하였다.
- 충전제 경화 후 수축정도를 확인하기 위해 5㎝(Ø) × 5㎝(d) 크기로 코어링 하여 내부에 충전제를 주입하였다. 시편은 자연조건하에서 1, 5, 10, 15, 30일 경과 후 수축정도를 확인하였다. 또한 충전제의 반응생성물을 확인하기 위해 이온크로마토그래피(DIONEX사 DX-500)분석을 병행하였다(Figure 2-3, Table 2).
- 충전 전 공극 범위를 파악하고 내부 상태를 기록화 하였다. 이를 위해 시편표면에 그리드를 설정하여 초음파탐상 및 암석용 슈미트해머를 이용, 충전 전 값을 측정하였다(Figure 5).
- 적용실험은 동일한 응회암에 인공으로 조성한 공극과 대체석으로 선정된 노두에서 확인된 공극에 충전제를 주입하여 효과를 검증하였다. 충전효과검증은 코어링 후 육안관찰, 슈미트헤머(PROCEQ, DigiSchmidt-LD), 초음파탐상(PROCEQ, TICO), 열적외선촬영(FLIR system, Therma CAM PM595)을 병행하였다.
- 채석산지에서 확보한 암석의 내부공극에 선행실험을 통해 선정된 충전제와 주입방법으로 충전하였다. 공극이 확인되어 실험이 가능한 노두 시편는 4개이며 충전 후 37일 가량을 경화시켰다.
- 시편 충전후 초음파탐상과 암석용 슈미트해머를 이용하여 강도 변화를 측정하였다(Figure 6-7). 초음파와 슈미트해머를 이용한 내부관찰 외에 시편을 절단하여 확인된 단면으로 내부공극 충전 상태를 확인하고, 그 효과를 검증하였다.
- 충전 전 공극 범위를 파악하고 내부 상태를 기록화 하였다. 이를 위해 시편표면에 그리드를 설정하여 초음파탐상 및 암석용 슈미트해머를 이용, 충전 전 값을 측정하였다(Figure 5).
- 충전제 경화 후 수축정도를 확인하기 위해 5㎝(Ø) × 5㎝(d) 크기로 코어링 하여 내부에 충전제를 주입하였다.
- 충전제 혼합비율은 article 에 제시된 KSE 500 STE + KSE Filler A·KSE Filler B를 100:40(중량비)로 혼합하여 주입하였다.
- 적용실험은 동일한 응회암에 인공으로 조성한 공극과 대체석으로 선정된 노두에서 확인된 공극에 충전제를 주입하여 효과를 검증하였다. 충전효과검증은 코어링 후 육안관찰, 슈미트헤머(PROCEQ, DigiSchmidt-LD), 초음파탐상(PROCEQ, TICO), 열적외선촬영(FLIR system, Therma CAM PM595)을 병행하였다.
- 충전효과를 확인하기 위해 충전 전·후 열화상 카메라(Fire system ThermaCAM PM595)로 촬영하여 온도변화를 분석하였고 코어링을 통해 충전된 면을 육안으로 확인하였다(Figure 10,11).
대상 데이터
- 8㎏/ℓ(DIN ISO 787/11)이다. Filler A와 같이 KSE 500 STE을 용매로 사용한다.
- 채석산지에서 확보한 암석의 내부공극에 선행실험을 통해 선정된 충전제와 주입방법으로 충전하였다. 공극이 확인되어 실험이 가능한 노두 시편는 4개이며 충전 후 37일 가량을 경화시켰다. 충전효과를 확인하기 위해 충전 전·후 열화상 카메라(Fire system ThermaCAM PM595)로 촬영하여 온도변화를 분석하였고 코어링을 통해 충전된 면을 육안으로 확인하였다(Figure 10,11).
- 에폭시수지를 공극부 충전을 위한 목적으로 사용할 경우 기존 유동공극의 흐름을 차단하여 새로운 공극부를 형성하거나 약해진 암석의 강도에 비해 훨씬 강한 강도를 형성하기 때문에 제외하였다. 따라서 본 연구에서는 무기질 재료로 공극부 충전에 효과적이고 안정성을 겸한 충전제 중 유럽이나 동남아시아 지역 보존처리 현장에서 많이 사용되는 다섯 개의 충전제를 선정, 비교실험 하였다.
- 03%)로 내부를 채우는 충전작업이 요구된다. 인젝션을 통해 주입된 충전재량은 동면 4,068㎖, 서면 7,776㎖, 남면 9,301㎖, 북면 3,740㎖로 총 24,885㎖의 충전제가 서탑의 내부공극을 충전하였다. 충전하는 과정에서 open pore가 형성된 내부공극의 경우 충전제가 토출되는 경우도 있었으며 또한 층상절리가 발달하여 탁음이 공극으로 확인되는 경우 충전작업을 실시할 수 없었기 때문에 공극면 적과 실제 충전제 사용량은 약간의 차이를 보이고 있다.
성능/효과
- 5. 서탑 공극부 충전작업은 공극면적 177,710㎠(17.77㎡)를 약 8개월의 보존처리 기간 동안 인젝션 방법으로 24,885㎖를 충전하여 약화된 석질을 강화시킴과 동시에 내구력 향상과 구조적 안정감까지 부여하였다.
- 감은사지서탑에 나타나는 내부공극은 물리화학적 풍화의 결과로, 특히 상층기단부 동면과 남면에서 두께가 약 5㎜인 판상박리와 내부공극이 확인되었다. 판상박리 부분의 경계면만 보존처리 할 경우 빗물이나 오염물질이 지속적으로 침투하여 판상박리부 및 내부공극이 확대될 우려가 높다.
- 충전제 선정을 위해 첫째, 이온크로마토그래피(DIONEX 社 DX-500)분석을 통해 반응생성물이 확인된 충전제는 추가 실험에서 제외하였다. 둘째, 가장 양호한 결과를 보인 충전제는 semiliquid법과 injection법으로 공극 샘플을 충전하였다. 셋째, 파괴분석 및 비파괴분석 결과 injection법이 효과적인 것으로 확인되어 노두시편에 충전실험을 실시하였다.
- 분석결과 2K injection paste, borehole suspension은 반응물로 황산화물(SO4)이 검출되었으며, 약간의 Na+, K+도 검출되었다. 이런 물질이 충전제로 선정되어 보존처리에 사용될 경우 수분과 반응하여 수용성 염의 형태로 암석에 화학적 손상을 가중 시킬 것이다13,14.
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