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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 옥외폭로 및 인공열화 처리를 거친 각각의 방염처리 단청시편에 대해 콘칼로리미터를 사용한 연소시험을 실시한 후, 두 풍화 조건에 따른 방염성능 차이를 비교 검토하여 인공열화시험에 대한 신뢰성을 평가하고자 하였다.
- 목조문화재용 방염제의 성능발현 기작에 대해서는 아직 발표된 사례가 없으며, 본 연구에서는 목조문화재용 방염제의 성능발현 기작에 대한 작업으로서 수행한 것이다. 따라서 Fig.
제안 방법
- 6개월간 옥외폭로를 마친 시편은 온도 60℃, 상대습도 50% 조건에서 조습한 후, KS F 5660-1 기준에 따라 콘칼로리미터를 이용하여 50 kW/m2 복사열로 5분간 시험한 후 열방출률(Heat Release Rate, HRR)과 총열방출량(Total Heat Release, THR)을 측정하였다.
- 후)단청채색이">단청 채색이 완료된 후 2주가 경과된 표준시편에 대해 방염제를 도포하였다. 방염제는 후)방염제잔류특성을">방염제 잔류특성을 검토하기 위하여 단청이 채색되지 않은 시편에 방염제 2종(FRA, FRB)을 각각 도포하고, 콘칼로리미터를 사용하여 연소시험을 실시한 후 탄화된 표면에 대해 전자현미경 관찰을 실시하였다. 콘칼로리미터 방염제가 도포된 단청도채 시편에 대해 6개월간에 걸친 옥외폭로와 2주간의 인공열화를 실시한 후, 콘칼로리미터 연소시험을 통해 방염성능을 평가하였다. 후)탄 화면적이">탄화면적이 50 cm2 이내 탄화길이가 20cm 이내일 것으로 규정하고 있다. 본 논문에서 설계한 시험방법은 시간경과별로 연소 거동을 관찰할 수있는 콘칼로리미터 방법을 적용하였다. 본 시험방법을 통하여 폭로 후)옥외 폭로와">옥외폭로와 인공열화한 시편의 연소시험 전 스캔 이미지를 통해 열화 조건에 따른 성상을 비교하였으며, 콘칼로리미터 시험 이후의 조건별 시편들의 연소 잔존물의 상태를 파악하였다. 6개월 조건의 열화시험을 거친 시편들에는 인공열화 시편은 온도 60℃, 상대습도 50% 조건에서 조습한 후 KS F 5660-1 기준에 따라 콘칼로리미터를 이용하여 50 kW/m2 복사열로 5분간 시험한 후 열방출률(Heat Release Rate)과 총열방출량(Total Heat Release)을 측정하였다.
- 후)인공 열화">인공열화 시험 또한 옥외폭로 시험과 같이 강우에 노출되지 않는 동일한 환경을 조성하기위해 인위적인 수분 분사는 제외하였으며, 자연환경에서의 6개월 기간을 상정하여 위와 동일한 조건에서 2주간 연속하여 실시하였다(Fig. 2). 인공열화 시편은 온도 60℃, 인공열화시험은 Weatherometer ATLAS G 3000+를 사용하였으며, ASTM G 155 기준에 의거하여 온도 42℃, 상대습도 50%, 조도 0.35 W/m2 조건으로 실시하였다.
- 조건별 열화 및 연소시험에 사용하기 위한 표준시편을 제작하였다. 표준시편은 국내산 소나무(Korean red pine, Pinus densiflora)를 사용하여 각각 길이 100 mm × 접선 100 mm 폭로조건별로 처리한 시험편에 대한 내화성능 변화를 콘칼로리미터로 분석하였다(Figs. 5 ∼ 24).
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후)표준시편이강우에">표준시편이 강우에 노출될 경우 단청표면이 훼손될 수 있으므로, 외부환경에 노출되지만 시편 및 거치대가 강우로부터 보호될 수 있도록 투명 폴리카보네이트 소재를 사용하여 시험장 덮개를 설치하였다(Fig.1). 6개월간
대상 데이터
- 방염제가 단청에 도포된 후 외부환경에서의 방염성능 지속성을 검정하기 위해 충남 부여군 규암면 한국전통문화대학교 G동 옥상에 설치된 가설시험장 내에 표준시편을 거치하였다. 본 연구에 사용된 2종의 방염제는 문화재청의 “목조문화재용 방염제 검정기준 지침”에 의거하여 성능 인증을 획득한 것이다.
- 안료의 배합 및 채색은 단청기술자가 수행하였으며, 채색에 사용된 교착제는 전통적으로 사용되어 온 아교(우교)와 현재 단청현장에서 가장 많이 이용되고 있는 아크릴에멀젼계 합성교착제인 대양화학의 ‘포리졸 506’을 사용하였다.
- 후)옥외 폭로">옥외폭로
데이터처리
- 분석기상열화 시험편의 처리조건에 따른 콘칼로리미터분석을 실시하고, 그 결과를 총열방출량으로 비교 분석하였다(Figs. 25 ∼ 44).
이론/모형
- 방염제는 ‘목조문화재용방염제 검정기준(2012)’을 통과한 2종(이하 FRA,FRB)의 제품을 사용하였다.
- 후)방염 제">방염제 2종(FRA, FRB)을 각각 도포하고, 콘칼로리미터를 사용하여 연소시험을 실시한 후 탄화된 표면에 대해 전자현미경 관찰을 실시하였다. 콘칼로리미터 시험방법은 KS F 5660-1에 따른 난연3급(난연) 기준으로 하였으며, 시험조건은 복사열 50 kW/m2, 가열시간 300초로 하였다.
성능/효과
- 후)1.문화재용">1. 문화재용 방염제의 방염성능 발현 분석결과 두 종류의 방염제 모두 목재 표면에 용융으로 인한 공 모양의 탄화막을 형성하였으며, 이 탄화막이 연소 시 지연작용을 하는 것으로 확인되었다.
- 2. 옥외폭로 및 인공열화 시험에 따른 시편의 변색정도는 육안적인 차이가 거의 없었으며, 연소잔존물의 상태에서도 폭로조건에 따른 차이점이 없었다.
- 3. 옥외폭로 및 인공열화 시편에 대한 열화 전⋅후의 열방출률(HRR) 분석 결과, 폭로조건에 따른 성능 차이가 크게 나타나지 않았으며, 안료및 교착제 그리고 방염제 종류에 따른 결과도차이가 크지 않았다.
- 후)스캔이미지를">스캔 이미지를 통해 열화 조건에 따른 성상을 비교하였으며, 콘칼로리미터 시험 이후의 조건별 시편들의 연소 잔존물의 상태를 파악하였다. 6개월 조건의 열화시험을 거친 시편들에는 단청색상의 변화가 관찰되었으나, 옥외폭로 및 인공열화 시편의 변색 정도는 육안적 조사에서는 유의차가 없는 것으로 관찰되었다. 연소시험 후 잔존물의 경우 재(Ash)의 형태로 잔존하거나 후)단순 비교하기에는">단순비교하기에는 어려움이 있으나, 본 연구에서는 6개월간의 옥외폭로에서 폭로 조건에 상관없이 백화 및 할렬, 탈리 등의 결함요소가 발견되지는 않았다. 또한 2가지 약제간의 단청에 대한 영향은 발견되지 않았고 방염제 처리로 인한 백화 및 얼룩 등의 현상도 발견되지 않았으며 시간의 경과에 따른 변화 현상도 없었다. 단, 6개월간의 옥외폭로기간에서 나타나지 않은 현상에 대해서도 폭로기간의 연장에 따라 변화가 관찰될 수 있으므로, 지속적인 모니터링이 필요하다고 판단된다.
- 후)방염 성능">방염성능 저하는 크게 나타나지 않았다. 또한 6개월간 옥외폭로와 2주간 인공열화 간의시험 차이도 크게 나타나지 않은 것으로 확인되었다.일부 시험조건에서 또한 본 연구의 시험편이 기상열화 후 방염성능이 완전히 소실되었을 경우의 값의 최대치가 무처리 시험편의 값이라고 가정하면, 6개월간의 풍화 후 시험 편의 총열방출량 값은 30 MJ/m2 이하로서 옥외폭로 시험 후에도 시험편의 내화 성능은 충분히 유지되고있는 것으로 판단된다.
- 후)방염 성능에">방염성능에 미치는 영향조사의 신뢰도를 높일 수 있음을 의미한다. 또한 콘칼로리미터를 이용한 시험은 방염제 처리된 단청시편의 내후성 분석에 있어 효과적인 방법인 것으로 조사되었다. 그러나 6개월간 방염 처리한 목재시편(Sample 1, Sample 2)에 대해 콘칼로리미터로 연소시험을 시행한 후 시편의 표면을 전자현미경으로 관찰하여 미세조직을 분석한 결과, 두 시편 모두 목재 표면에 공 모양의 탄화물이 형성되었다. 이때 생성된 공 모양의 탄화물은 열전달을 늦추기에 적합한 많은 격실구조로 이루어져 후)수 있는">수있는 콘칼로리미터 방법을 적용하였다. 본 시험방법을 통하여 폭로 전 후, 시험편의 내화 특성에 대한보다 구체적인 데이터의 수집이 가능할 것으로 판단하였다.
- 본 연구에서 단청에 대한 방염처리 후 콘칼로리미터 분석을 통한 열방출률의 차이는 초기단계에서 유사한 경향을 보였으나, 장단과 하엽의 경우에는 일정시간 이후 성능 차이를 보였다. 이는 단청의 성분에 따라서는 방염제와 결합이 약하며, 본 연구에서의 시험조건은 외기조건 및 실내시험조건 모두 비가림막을 설치하고 수분 스프레이 조건을 배제하여 전개한 것으로, 비록 6개월의 노출에서도 시험편은 백화 및 물리적인 탈리가 일어나지 않았고 이러한 점이 내화성능의 유지에도 영향을 준 것으로 판단된다.
- 시험 결과, 열방출률에서 단청처리 후 방염처리한 시험편에서의 성능은 탄화층의 형성 전 방염제의용융 연소 거동에 의한 일차적인 피크의 형성이 급하게 진행되는 것으로 나타났으며, 이후 본 연구의 3.1항에서 보고한 것과 같이 탄화층 형성으로 인한 연소 지연에 따라 2차 피크의 형성이 급격하게 발생되지 않고 분석시험 시간동안 지속적으로 유지됨을 알 수 있었다. 재료의 연소에 의한 2차적인 피크가 발생된 시험편은 폭로 후)연구 결과,">연구결과, 6개월의 단기간에서는 방염성능의 변화가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 6개월의 옥외폭로조건으로 상정한 2주간의 인공열화 결과가 실제 옥외폭로 결과와 일치하고 있음을 확인할 수 있었다. 이 결과는 후)옥외 폭로">옥외폭로 및 인공열화 시편의 변색 정도는 육안적 조사에서는 유의차가 없는 것으로 관찰되었다. 연소시험 후 잔존물의 경우 재(Ash)의 형태로 잔존하거나 폭로 후에도 잔존물이 탄화물의 형태로 존재하는 것이 확인되었으며, 일부 시편에서는 연소 시험후에도 안료의 형태가 확인되었다. 그러나 대부분의 시편들의 이 결과는 방염제 도포 이후 시간경과에 따른 방염성능을 평가할 경우에 인공열화에 의한 시편 내후성 단기간 풍화가 단청도채된 소나무재의 방염성능에 미치는 영향조사의 신뢰도를 높일 수 있음을 의미한다.
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포리졸을 사용한 단청 표준시편의 열방출률(HRR)분석 결과, 역시 방염제의 광열화에 의한 방염성능의저하는 나타나지 않았으며, 약제간의 방염성능의 차이 또한 미미하였다. 하지만, 뇌록과 같이
후속연구
- 후)4.금 후">4. 금후
- 후)후방염">후 방염 처리한 시편의 내후성 정도를 평가하기에는 기간이 짧은 것으로 판단된다. 따라서 장기간에 걸친 방염제의 내후성 시험을 실시한다면, 옥외폭로 시험을 인공열화 시험으로 대체하기 위한 보다 명확한 평가가 이루어질 수 있을 것으로 사료된다. 후)유지되고 있는">유지되고있는 것으로 판단된다. 따라서 지속적인 모니터링을 통해 이러한 값의 차이가 현저히 발생하는 시점 및 한계조건 등에 대한 데이터베이스 구축이 필요하며, 이는 목조문화재의 재방염시기 및 약제 선정 등에 좋은 기초자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.
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