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문제 정의
- 경주지역 석조문화재 구성암석으로 사용된 경주 남산 화강암과 석영안산암질 응회암의 산성비에 따른 손상을 예측하기 위하여 인공강우와 인공풍화시험을 적용한 결과 다음과 같은 결론을도줄하였다.
- 본 연구의 목적은 현재와 같은 산성 강우 조건하에서 경주지역 석조물의 손상이 얼마나 빠른 속도로 진행될 것인 가를 예측하는 것과 이와 같은 연구 결과를 토대로 타 지역 석조문화재에 대한 손상을 예측할 수 있는 기술을 개발하는데 두고 있다. 경 주지역 의 석 조문화재 는 남산화강암과 토함산 화강암, 그리고 응회암 등의 규산염질 암석(silicate rock)으로 주로 구성되어 있다.
제안 방법
- 2005년도에 측정된 경주지역 강우의 산성 도와 함유 이온 성분을 바탕으로 유사한 범위의 pH 5.6 강우를 제작하여, 경주지역 석조문화재 대표적인 구성 화강암인 경주남산화강암과 감은사지삼층석탑 구성암인 석영안산암질 응회암(dacitic tuff) 에적용하고, 경주지역 온습도변화를 적용한 인공풍화시험을 거쳐 손상을 가속화시켰다. 경주 남산 화강암은 알칼리화강암으로서, 주구성광물은 석영과 퍼사이트이며, 소량의 흑운모와 Na-각섬석을 포함하고 있다.
- 따라서 산성비에 의한 경주지역 석조물의 손상을 평가하기 위하여 석조물 구성 암석과 동일한 암석을 대상으로 경주지역 강우와 유사한 강우, 청정한 강우, 그리고 산성 강우를 적용한 후 온 습도 변화를 이용한 인공풍화시험을 병행하여 손상을 가속화시킨 후, 암석시료에 나타내는 손상 결과를 비교하였다. 강우 적용에 따른 암석 시편의 강도 변화와 무게 변화를 통하여 손상도를 예측하였으며, 암석과 반응한 강우의 산성도 변화로부터 간접적으로 암석의 변화를 추정하였다.
- 0이다. 강우를 암석시편에 적용한 후 흘러내린 강우를 모아서 인공풍화시험 30회 후, 60회 후 85회 후 그리고 200회 종결된 후에 모아진 강우의 pH를 측정하여 반응 전 강우의 pH와 비교하였다. pH 7.
- 강우와의 반응에 따른 암석시편의 변화를 측정하였다. 시편의 무게변화를 측정하여 강우와의 반응에 의한 암석의 손실량을 계산하였으며, 시험에 따른 무게변화량을 외삽법으로 예측하였다.
- 영향을 확인하였다. 그리고 암석시편과 반응한 후 변화된 인공강우의 구성성분 변화를 이온 크로마토그래피법으로 측정하여 인공강우가 암석의 용해에 미치는 영향을 확인하였다.
- 그리고 현재 강우의 산도로서 발생하는 손상을 예측하여야 하기 때문에, 제한된 기간 동안 뚜렷한 결과를 얻어내기 위하여 강우의 산도를 극한값으로 조절하여 연구하는 것도 의미가 없다. 따라서 산성비에 의한 경주지역 석조물의 손상을 평가하기 위하여 석조물 구성 암석과 동일한 암석을 대상으로 경주지역 강우와 유사한 강우, 청정한 강우, 그리고 산성 강우를 적용한 후 온 습도 변화를 이용한 인공풍화시험을 병행하여 손상을 가속화시킨 후, 암석시료에 나타내는 손상 결과를 비교하였다. 강우 적용에 따른 암석 시편의 강도 변화와 무게 변화를 통하여 손상도를 예측하였으며, 암석과 반응한 강우의 산성도 변화로부터 간접적으로 암석의 변화를 추정하였다.
- 쉽지 않다. 따라서 시험회수에 따른 데이터를 이용하여 그 변화값을 그래프상에 나타내어 그 변화량을 예측하였다. 그림 3a는 신선한 경주화강암 (G1)의 강도감소율과 함께 그 경향을 표현한 것이다.
- , 1993; 김성수, 1999). 본 연구에서는 경주의 기온을 참고하여 -10℃~30℃의 온도 범위에서 시험을 실시하였으며, 자세한 온도 범위는 기존 논문에 수록되어 있다(도진영 외, 2009).
- 산성비, 인공풍화에 의한 암석시편의 무게 감소가 차후 중장기적으로 이러한 조건에서 어떻게 될지에 대한 예측을 그래프를 통해 계산하였다.
- 시편의 무게변화를 측정하여 강우와의 반응에 의한 암석의 손실량을 계산하였으며, 시험에 따른 무게변화량을 외삽법으로 예측하였다. 시험 진행에 따른 강도변화를 살펴보기 위해 암석 시편의 초음파전달속도를 가로, 세로, 높이 방향에서 10회 측정하여 그 평균값 구하고 환산식에 대입하여 일축 압축강도를 추정하였다(도진영 외, 2009).
- 시험 진행에 따른 강도변화를 살펴보기 위해 암석 시편의 초음파전달속도를 가로, 세로, 높이 방향에서 10회 측정하여 그 평균값 구하고 환산식에 대입하여 일축 압축강도를 추정하였다(도진영 외, 2009). 시험 중에 측정함으로써 강우와의 반응에 따른 암석의 약화 변화를 살펴보았으며, 외삽법으로 변화량을 예상하였다.
- 시편의 무게변화를 측정하여 강우와의 반응에 의한 암석의 손실량을 계산하였으며, 시험에 따른 무게변화량을 외삽법으로 예측하였다. 시험 진행에 따른 강도변화를 살펴보기 위해 암석 시편의 초음파전달속도를 가로, 세로, 높이 방향에서 10회 측정하여 그 평균값 구하고 환산식에 대입하여 일축 압축강도를 추정하였다(도진영 외, 2009). 시험 중에 측정함으로써 강우와의 반응에 따른 암석의 약화 변화를 살펴보았으며, 외삽법으로 변화량을 예상하였다.
- 암석시편과의 반응에 따른 인공강우의 변화를 통하여 암석시편의 변화를 알아보기 위하여, 암석 시편과 반응한 후 변화된 인공강우의 산성도 변화를 pH meter로 측정하여 인공강우가 암석에 미치는 영향을 확인하였다. 그리고 암석시편과 반응한 후 변화된 인공강우의 구성성분 변화를 이온 크로마토그래피법으로 측정하여 인공강우가 암석의 용해에 미치는 영향을 확인하였다.
- 제작 강우의 pH와 함유 이온 성분 및 그 농도는 이전 논문에 수록되어 있다. 이와 더불어 탈이온화된 pH 7.0의 증류수를 암석 시편에 적용시켜 산성화된 오염강우와 반응했을 때의 차이를 비교하였다.
- 5 cm)로 제작된 시편 3 개씩에 적용하여 얻은 결과의 평균값을 취하였다. 인공풍화만을 3회를 실시한 후 인공강우와 인공풍화 동시적용 3회 순으로 하여 인공풍화시험을 총 200회 하였고, 큰 크기의 시료에는 15 ml, 작은 크기의 시료에는 2 ml의 인공강우를 암석시편이 충분히 젖어 흘러내릴 만큼의 양으로 적용하였다.
- 석영안산암질 응회암은 반상조직을 가지며, 반정은 주로 사장석, 흑운모, 각섬석으로 구성되며, 석기는 미정질 내지 유리질로 이루어져 있다. 측정된 경주지역의 강우는 pH 4.93~6.39로 산성비의 기준인 pH 5.6 아래로 떨어지는 경우도 잦기 때문에 pH 4.0의 강우를 제작하여 극한값과도 비교하였다(도진 영 외, 2009). 제작 강우의 pH와 함유 이온 성분 및 그 농도는 이전 논문에 수록되어 있다.
데이터처리
- 산성도를 조절한 인공강우를 큰 크기(2x5x10 cm)와 작은 크기(2x2x0.5 cm)로 제작된 시편 3 개씩에 적용하여 얻은 결과의 평균값을 취하였다. 인공풍화만을 3회를 실시한 후 인공강우와 인공풍화 동시적용 3회 순으로 하여 인공풍화시험을 총 200회 하였고, 큰 크기의 시료에는 15 ml, 작은 크기의 시료에는 2 ml의 인공강우를 암석시편이 충분히 젖어 흘러내릴 만큼의 양으로 적용하였다.
이론/모형
- 암석 풍화에 관한 규격화된 온습도 인공시험법이 없기 때문에 기존의 연구자들의 연구 방법을 참조하였다(Bortz el al., 1993; 김성수, 1999). 본 연구에서는 경주의 기온을 참고하여 -10℃~30℃의 온도 범위에서 시험을 실시하였으며, 자세한 온도 범위는 기존 논문에 수록되어 있다(도진영 외, 2009).
성능/효과
- 가장 큰 변화를 보인 성분은 Na*로, pH 4.0 강우와 30 회 처리를 거친 후에 2배에 이르는 양으로 증가하였다가 처리회수가 증가하면서 약간 감소하기는 하였지만 초기산성비에 비해 큰 값을 보였다. 남산 화강암과 반응한 pH 4.
- 경주남산화강암과 반응한 강우의 이온성분은 정도의 차이는 있지만 함유량에서 변화를 보였다. 가장 큰 변화를 보인 성분은 Na*로, pH 4.
- 규산염질 암석의 종류에 따른 반응 결과, 화강암에 비해 바탕질이 많은 응회암은 강우에 의해 화학적 풍화를 일으키는 광물 성분이 더 많아서 동일 조건의 화강암에 비해 강우의 산도가 중성을 더 오래 유지한다고 할 수 있다.
- 무게감소율과 강도감소율을 예측한 결과, 신선한 경주남산화강암보다 응회암이 같은 조건의 환경에서 2배 가까이 감소하였다. 이와 같은 실험법으로 경주지역 석조문화재가 시간의 흐름에 따라 어느 정도 손상될 것인가를 예측할 수 있으며, 시험에 따른 밀도, 공극율, 물흡수율 및 강도 등의 물성측정수치로부터 손상되는 정도를 예상할 수 있을 것으로 보인다.
- 신선한 경주남산화강암(G1)은 200회 인공풍화만을 시험했을 때, 무게가 0.25 wt% 감소하였으며, 85회 후까지 0.21 wt%에 비해 감소되는 정도는 작아졌다. 산성 강우 pH 4.
- , 1995). 암석시편이 시험을 위해 절단되는 과정에서 표면의 약화가 발생하였기에 이러한 변화를 가져왔으며, 즉 암석시편이 안정화 단계에 이르는 시간 동안에 급격한 변화가 일어난다고 보았다.
- 이러한 경향은 K*에서도 유사하게 나타나고 있다. 처리회수가 증가하여 200회에 이르러서는 암석과 반응한 강우의 구성 음이온성분들의 함량이 모두 감소하였다. 이는 강우 중의 음이온들이 풍화가 진행되어 약해진 광물의 표면에 흡착되는 것에서 기인하는 것으로 해석하였다(Sweevers et al.
- 0 강우 내 Ca?+이나, K*, Mg2+ 의 함량도 월등히 증가하고 있다. 화강암과 반응한 탈이 온수에서도 40배에 가까운 Na*가 검출되었으며, 풍화암에서는 60배에 달하는 양이 검출되었다. 이러한 경향은 K*에서도 유사하게 나타나고 있다.
후속연구
- 2배 가까이 감소하였다. 이와 같은 실험법으로 경주지역 석조문화재가 시간의 흐름에 따라 어느 정도 손상될 것인가를 예측할 수 있으며, 시험에 따른 밀도, 공극율, 물흡수율 및 강도 등의 물성측정수치로부터 손상되는 정도를 예상할 수 있을 것으로 보인다.
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