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제안 방법
- 줄눈은 시멘트 모르타르를 주성분으로 하기 때문에 초음파탐상기의 특성상 적합한 측정대상에 해당하여 20 cm 로 간격을 설정하였다. 국내에서 스테인드글라스에 대한 초음파 속도는 비교대상이 없어 상대적인 차이와 전체적인 분포로 물성을 검토하였다.
- 이들은 시멘트 모르타르의 바탕층 위에서 부분 보수가 필요한 영역이나 미세균열에 대하여 퍼티로 메우고 시멘트 석재용 접착제로 봉합한 보수사례에 해당한다. 내외부를 관통하는 두꺼운 색유리와 줄눈의 상태를 구조적으로 접근하고자 단면을 추정해보았다 (Figure 7B). 슬랩글라스는 다양한 균열깊이를 보이며 발달할 것으로 판단되고 표면의 보수용 물질들도 색유리와 창틀의 누수, 노출환경의 풍화를 막기 위해 나름대로 지지대 역할을 하는 것으로 여겨진다.
- 스테인드글라스는 일부 다방향으로 쪼개짐이 관찰되고 사이 줄눈도 수직 및 수평 균열이 확인된다(Figure 1F-1H). 다양한 발색특성을 보이는 유리질의 스테인드글라스와 줄 눈의 재료학적 특성을 분석하고 상대적 물성을 비교하고자 자연과학적 조사법을 적용하였다. 또한 정량적인 자료를 확보하기 위해 일부 줄눈에서 탈락된 극미량의 시료를 수습하여 실험과 분석을 병행하였다.
- 적색그룹도 붉은 색 한 가지로 나타나기보다는 주황색에서 갈색까지 다채로운 색상을 가지기 때문이다. 따라서 약현성당 스테인드글라스의 분석에서는 주요 색상별 분류를 통한 공통된 주성분원소를 찾아내는 것과 동시에 동일계열의 색에서 나타나는 미묘한 색상별 차이를 분별하는 발색원소까지 함께 고려하여 살펴보았다.
- 줄눈은 스테인드글라스에 비해 초음파속도 범위가 매우 넓기 때문에 이를 세분화하여 살펴보는데 의미가 있다. 따라서 이상의 측정된 초음파 속도값을 스테인드글라스 입면도에 투영하여 위치에 따른 상대적인 속도값을 비교 분석하였다. 이때 스테인드글라스는 모두 단일개체로 삽입되어 있는 구조이기 때문에 1,000 m/s마다 구획을 나뉘어 스케일을 단면화 하였고, 줄눈은 지지대의 역할을 하지만 하나로 이어지는 단일벽체로 간주하여 연속된 스케일로서 색유리와 구별하였다(Figure 5).
- 탐촉자는 CNS Farnell사의 UTREXTXRX(54 kHz)를 사용하였고, 접촉매질은 미세한 유리 표면을 보호하기 위해 Jo and Lee(2015)의 연구에 의해 입증된 바 있는 건조성 접촉매질 엘라스토머 커버를 사용하였다. 또한 전문응용프로그램을 이용하여 각각의 좌표값을 도영해 지형도 방식의 시각적 2D 이미지로 최종 결과를 도출하였다.
- 다양한 발색특성을 보이는 유리질의 스테인드글라스와 줄 눈의 재료학적 특성을 분석하고 상대적 물성을 비교하고자 자연과학적 조사법을 적용하였다. 또한 정량적인 자료를 확보하기 위해 일부 줄눈에서 탈락된 극미량의 시료를 수습하여 실험과 분석을 병행하였다.
- 이때 스테인드글라스는 최소 폭이 20 cm가 되는 부재를 대상으로 측정하였고, 길이 미달인 부재에 대해서는 각각의 길이를 직접 기재하여 적용하였다. 또한 주변 줄눈은 각 창의 스테인드글라스에서 길이방향으로 5개로 나눈 뒤, 한 구역당 6 포인트씩 선정하여 전체 물성을 파악할 수 있도록 비교분석하였다.
- 또한 줄눈의 구성광물을 동정하고자 X-선 회절분석 (Rigaku제 D/Max-ⅡB X-선 회절분석기)을 수행하였다. 시료는 분말하여 60℃에서 건조하였고 X-선 타겟은 CuKα, 양극 가속전압 및 필라멘트 전류는 40 kV와 40 mA로 설정하였다.
- 스테인드글라스 바탕층의 종류별 구성광물을 파악하고자 X-선 회절분석을 실시하였다(Figure 4). 분석시료는 수습한 바탕층을 색상별로 나누었다. YH-1은 바탕층 상부의 황색층과 함께 산출되는 흑색무기물 층이고, YH-2는 바탕 층이다.
- 약현성당 제대 후벽의 스테인드글라스 및 줄눈의 물성을 정확히 진단하고자 초음파탐상법을 적용하였다. 색유리는 크기가 작은 것도 있지만 대부분 10~20 cm 사이의 폭을 보이며 이중 길이가 긴 것을 대상으로 측정하였고, 정확한 속도치를 산출하고자 지점별 간격도 함께 기록하였다. 줄눈은 시멘트 모르타르를 주성분으로 하기 때문에 초음파탐상기의 특성상 적합한 측정대상에 해당하여 20 cm 로 간격을 설정하였다.
- 색유리의 색상별 발색성분을 규명하고자 현장에서 1차로 색 구분을 수행하였다. 약현성당 색유리는 녹색, 진녹색, 적색, 황색, 청색 및 연두색의 6가지 계열로 분류되며, 각 색유리를 대상으로 휴대용 X-선 형광분석기(P-XRF)를 이용하여 비파괴 정밀분석을 실시하였다.
- 스테인드글라스 바탕층의 종류별 구성광물을 파악하고자 X-선 회절분석을 실시하였다(Figure 4). 분석시료는 수습한 바탕층을 색상별로 나누었다.
- 스테인드글라스의 구조적 지지대 역할을 수행하는 줄 눈의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 실체현미경을 적용하였다. 현장에서 수습한 줄눈 편은 앞뒤 서로 다른 육안적 특징을 보였으며 이들의 미세 표면상태 및 구성원소를 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM) 분석을 수행 하였다.
- 색유리의 색상별 발색성분을 규명하고자 현장에서 1차로 색 구분을 수행하였다. 약현성당 색유리는 녹색, 진녹색, 적색, 황색, 청색 및 연두색의 6가지 계열로 분류되며, 각 색유리를 대상으로 휴대용 X-선 형광분석기(P-XRF)를 이용하여 비파괴 정밀분석을 실시하였다. 분석에 사용된 기기는 Innov-X System사의 Potable XRF Analyzer이다.
- 약현성당 스테인드글라스에서 나타나는 형형색색의 색상별 발색원소를 규명하기 위해 검출원소를 기준으로 색상을 세분화하였고, 색상에 따라 뚜렷한 원소특성을 보이는 성분들을 정리하여 발색원소를 검토하였다(Figure 6). 전반적으로 Zn, Sb, K, Se 및 Cd은 황색, 적색, 연두색 계열의 발색원소로 활용되었고, Mn, Pb, S, Ca, Cr은 녹색, 진녹색 및 청색계열의 발색원소로 사용되었다.
- 이 연구에서는 약현성당 제대 후벽에 있는 스테인드글라스를 대상으로 재질특성 분석과 물성진단을 수행하였다. 우선 색상에 따라 달리 나타나는 스테인드글라스의 발색 원소를 집중 분석하였고, 측정이 가능한 스테인드글라스 부재를 대상으로 초음파를 측정하였다. 이 과정에서 색유리 사이에 시멘트 모르타르를 채워 넣은 줄눈도 초음파를 적용하여 스테인드글라스 전체에 대한 상대적인 물성을 비교분석하였다.
- 우선 색상에 따라 달리 나타나는 스테인드글라스의 발색 원소를 집중 분석하였고, 측정이 가능한 스테인드글라스 부재를 대상으로 초음파를 측정하였다. 이 과정에서 색유리 사이에 시멘트 모르타르를 채워 넣은 줄눈도 초음파를 적용하여 스테인드글라스 전체에 대한 상대적인 물성을 비교분석하였다. 이 결과는 근대문화재 및 색유리 보존에 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
- 이 연구에서는 약현성당 제대 후벽에 있는 스테인드글라스를 대상으로 재질특성 분석과 물성진단을 수행하였다. 우선 색상에 따라 달리 나타나는 스테인드글라스의 발색 원소를 집중 분석하였고, 측정이 가능한 스테인드글라스 부재를 대상으로 초음파를 측정하였다.
- 후벽 색유리는 녹색, 짙은 녹색, 적색, 황색, 청색 및 연두색의 6가지 색으로 구분하였다. 이들의 색상별 구성원소와 발색성분을 파악하고자 좌창, 중앙창 및 우창에 대하여각 2번씩 동일색상을 측정하였으며 위치별로 좌창 10지점, 중앙창 12지점, 우창 10지점 등 총 32지점에 대하여 분석 하였다(Figure 2, Table 1). 약현성당에 적용한 P-XRF는 휴대용 XRF 중에 매우 넓은 원소 측정범위를 가진다.
- 따라서 이상의 측정된 초음파 속도값을 스테인드글라스 입면도에 투영하여 위치에 따른 상대적인 속도값을 비교 분석하였다. 이때 스테인드글라스는 모두 단일개체로 삽입되어 있는 구조이기 때문에 1,000 m/s마다 구획을 나뉘어 스케일을 단면화 하였고, 줄눈은 지지대의 역할을 하지만 하나로 이어지는 단일벽체로 간주하여 연속된 스케일로서 색유리와 구별하였다(Figure 5).
- 황색 및 연회색층은 스테인드글라스의 상부로 갈수록 많이 남아있고, 하부에는 진회색층이 주로 관찰된다. 일부 바닥에 탈락된 극미량의 줄눈을 수습하여 실내에서 정밀 분석을 수행하였다. 육안관찰 결과, 바탕층 시료에서는 시멘트와 세립질의 유색 및 무색광물이 확인된다(Figure 3C).
- 색유리는 크기가 작은 것도 있지만 대부분 10~20 cm 사이의 폭을 보이며 이중 길이가 긴 것을 대상으로 측정하였고, 정확한 속도치를 산출하고자 지점별 간격도 함께 기록하였다. 줄눈은 시멘트 모르타르를 주성분으로 하기 때문에 초음파탐상기의 특성상 적합한 측정대상에 해당하여 20 cm 로 간격을 설정하였다. 국내에서 스테인드글라스에 대한 초음파 속도는 비교대상이 없어 상대적인 차이와 전체적인 분포로 물성을 검토하였다.
- 짙은 녹색을 띠는 색유리는 좌창의 2번, 7번, 중앙창의 15번, 20번, 우창의 27번, 28번에서 성분분석을 시행하였다. Ca이 주성분원소, As가 부성분원소로 측정되었으며 녹색계열과 매우 유사한 경향을 나타냈다.
- 한편 스테인드글라스 및 사이 줄눈의 물성을 진단하기 위해 초음파 측정을 실시하였다. 이때 스테인드글라스는 최소 폭이 20 cm가 되는 부재를 대상으로 측정하였고, 길이 미달인 부재에 대해서는 각각의 길이를 직접 기재하여 적용하였다.
- 스테인드글라스의 구조적 지지대 역할을 수행하는 줄 눈의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 실체현미경을 적용하였다. 현장에서 수습한 줄눈 편은 앞뒤 서로 다른 육안적 특징을 보였으며 이들의 미세 표면상태 및 구성원소를 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM) 분석을 수행 하였다. 이 현미경은 Oxford사의 에너지분산형 성분분석기(EDX Inca M/X)가 장착된 JEOL사의 JSM 6335이다.
- 황색 유리는 좌창의 4번, 8번, 중앙창의 13번, 16번, 우 창의 23번, 30번을 통해 조사하였다. 이중 Zn이 주성분원소, Ca과 Cd이 부성분원소로 붉은 계열과 유사한 경향을 보였다.
- 후벽 색유리는 녹색, 짙은 녹색, 적색, 황색, 청색 및 연두색의 6가지 색으로 구분하였다. 이들의 색상별 구성원소와 발색성분을 파악하고자 좌창, 중앙창 및 우창에 대하여각 2번씩 동일색상을 측정하였으며 위치별로 좌창 10지점, 중앙창 12지점, 우창 10지점 등 총 32지점에 대하여 분석 하였다(Figure 2, Table 1).
대상 데이터
- 한편 색상별 유리가 갖는 강도를 파악하고자 초음파 속도와의 관계를 규명하였다(Figure 8). XRF에서 측정했던 색유리 중 초음파 값이 있는 개체 17점을 선정하였고 2,000 m/s 미만대의 풍화유리도 2점(Y-a, G-b) 포함하여 비교자료로 활용하였다. 노란색과 초록색 유리에서 넓은 속도범위를 보이는 가운데 적색 유리는 3,000 m/s 이상에서만 확인되었고 진한 녹색(DG28, DG7)은 최하 4,577 m/s 를 나타내며 모두 상대적으로 뛰어난 물성치를 보였다.
- 약현성당 색유리는 녹색, 진녹색, 적색, 황색, 청색 및 연두색의 6가지 계열로 분류되며, 각 색유리를 대상으로 휴대용 X-선 형광분석기(P-XRF)를 이용하여 비파괴 정밀분석을 실시하였다. 분석에 사용된 기기는 Innov-X System사의 Potable XRF Analyzer이다.
- 시료는 분말하여 60℃에서 건조하였고 X-선 타겟은 CuKα, 양극 가속전압 및 필라멘트 전류는 40 kV와 40 mA로 설정하였다.
- 우선 녹색계열은 좌창 1번, 6번, 중앙창 11번, 21번, 우 창의 26번, 29번을 대상으로 분석하였다. 구성 및 발색에 영향을 준 원소는 Ca, As, Pb 등이며 이중 Ca이 주성분원소, Pb와 As가 부성분원소로 확인되었다.
- 한편 스테인드글라스 및 사이 줄눈의 물성을 진단하기 위해 초음파 측정을 실시하였다. 이때 스테인드글라스는 최소 폭이 20 cm가 되는 부재를 대상으로 측정하였고, 길이 미달인 부재에 대해서는 각각의 길이를 직접 기재하여 적용하였다. 또한 주변 줄눈은 각 창의 스테인드글라스에서 길이방향으로 5개로 나눈 뒤, 한 구역당 6 포인트씩 선정하여 전체 물성을 파악할 수 있도록 비교분석하였다.
- 약현성당 스테인드글라스에서 나타나는 형형색색의 색상별 발색원소를 규명하기 위해 검출원소를 기준으로 색상을 세분화하였고, 색상에 따라 뚜렷한 원소특성을 보이는 성분들을 정리하여 발색원소를 검토하였다(Figure 6). 전반적으로 Zn, Sb, K, Se 및 Cd은 황색, 적색, 연두색 계열의 발색원소로 활용되었고, Mn, Pb, S, Ca, Cr은 녹색, 진녹색 및 청색계열의 발색원소로 사용되었다. 이중에서 Se은 적색의 착색제로 사용된 것이 뚜렷하게 구분되고, 녹색 및 진녹색 계열에서는 Mn, Cr 등이 다른 원소에 비해 발색원소로서 확연한 차이를 보인다.
- 청색계열 유리는 좌창의 5번, 10번, 중앙창의 12번, 18번, 우창의 25번, 32번을 대상으로 성분분석을 실시하였다. Ca이 주성분원소(22,133~23,878 ppm), As(6,341~6,720 ppm)와 Pb(6,579~6,857 ppm)이 부성분원소로 검출되었다.
- 초음파탐상기는 PROCEQ사의 Pundit Lab을 선정하였다. 탐촉자는 CNS Farnell사의 UTREXTXRX(54 kHz)를 사용하였고, 접촉매질은 미세한 유리 표면을 보호하기 위해 Jo and Lee(2015)의 연구에 의해 입증된 바 있는 건조성 접촉매질 엘라스토머 커버를 사용하였다.
- 측정은 좌창 127 지점(스테인드글라스 97, 줄눈 30), 중앙창 98지점(스테인드글라스 69, 줄눈 29), 우창 110 지점 (스테인드글라스 80, 줄눈 30)에서 실시하였다. 좌창, 중앙창 및 우창의 스테인드글라스는 전체 1,901~6,912 m/s의 초음파속도를 보였고 평균은 4,130 m/s로 나타났다(Table 3).
- Ca이 주성분원소(22,133~23,878 ppm), As(6,341~6,720 ppm)와 Pb(6,579~6,857 ppm)이 부성분원소로 검출되었다. 한편 연두색 유리는 중앙창의 14번, 19번을 대상으로 분석을 수행하였는데 Zn과 Cd이 주성분을 보였다. 푸른색을 내는 녹색계열과 유사할 것으로 판단했으나 적색 및 황색과 유사한 성분비를 보였다.
이론/모형
- 약현성당 제대 후벽의 스테인드글라스 및 줄눈의 물성을 정확히 진단하고자 초음파탐상법을 적용하였다. 색유리는 크기가 작은 것도 있지만 대부분 10~20 cm 사이의 폭을 보이며 이중 길이가 긴 것을 대상으로 측정하였고, 정확한 속도치를 산출하고자 지점별 간격도 함께 기록하였다.
- 초음파탐상기는 PROCEQ사의 Pundit Lab을 선정하였다. 탐촉자는 CNS Farnell사의 UTREXTXRX(54 kHz)를 사용하였고, 접촉매질은 미세한 유리 표면을 보호하기 위해 Jo and Lee(2015)의 연구에 의해 입증된 바 있는 건조성 접촉매질 엘라스토머 커버를 사용하였다. 또한 전문응용프로그램을 이용하여 각각의 좌표값을 도영해 지형도 방식의 시각적 2D 이미지로 최종 결과를 도출하였다.
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