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문제 정의
- 그러나 본 마애불 암반 일대는 팽윤성 광물의 산지이며, 근방에 위치한 감은사지 삼층석탑의 보수 시 이러한 점들이 거론되어 강화제의 적용에 신중을 기해야 한다는 연구결과가 보고된 바 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2006). 감은사지 삼층석탑 구성암석은 응회암으로 팽윤성 광물을 함유하고 있으며 산지는 골굴암 마애불 인근으로 약해진 석탑의 보존처리제로 여러 종류의 에틸실리 케이트 계열의 강화제를 시험한 결과, 일부 강화제는 팽윤성 광물의 층간간격에 변화를 야기시키기도 하므로 골굴암 마애불 암반도 팽윤성 광물을 함유할 수 있다는 가정과 함께 기존의 보존처리제를 바로 적용하는 것에 대해 의문을 가지게 되었다.
- 따라서 입상분해현상 등의 손상이 발생되고 있는 골굴암 마애불의 효과적인 보존처리를 위하여 구성암석의 특성 연구가 요구되었으며, 더불어 강화제의 적용성과 관련한 평가가 요구되었다. 본 연구에서는 골굴암 마애불 암반의 구성암석을 채취하여 암석학적, 광물학적 특성을 살펴보고, 암석시 편에 각종 처리제를 적용하여 봄으로써 나타나는 양상을 통하여 본 문화재에 적절한 보존처리대책을 제시하고자 하였다.
- 약화되고 손상된 골굴암 마애불의 효과적인 보존처리를 위하여 구성암석의 특징과 보존처리제 적용에 따른 효과를 살펴보았다.
제안 방법
- 골굴암 마애불 구성암석이 팽윤성 광물을 함유하고 있음을 확인한 후 분말시편과 암석시편을 분말화하여 물을 적시는 물반응시험을 실시한 후 팽윤성 광물의 층간변화를(d 001 ) X-선회절분석을 통하여 살펴보았다.
- 골굴암 마애불 구성암석이 팽윤성 점토광물인 몬모릴로나이트를 2.9-5.1% 함유하고 있음을 앞선 광물분석에서 살펴보았다. 원암의 분말에 물, 팽윤 저지제, 강화제, 팽윤저지제와 강화제를 적용한 후 X-선회절분석을 실시하여 팽윤성 광물의 층간간격 변화를(d 001 ) 조사하였다(Fig.
- 골굴암 마애불 주변에서 골굴암 마애불을 구성 암석과 유사한 암석을 채취한 후 박편과 분말로 제작하여 광물성분과 화학성분을 분석하였다(Table 2).
- 일반적으로 팽윤성 광물을 함유하는 석조문화재에 강화제를 적용하여야 할 때 강화제로 인한 팽윤성 광물 층간간격의 변화를 저지시키기 위해 팽윤저지 제를 강화제 처리 전에 먼저 적용한다. 따라서 강화제 적용으로 팽윤성 광물의 층간간격이 감소되는 것으로 나타난 G1 시편에도 강화제를 처리하기 전에 팽윤저지제만을 적용한 후에 변화되는 층간 간격의 변화를 살펴보았다. ③ 팽윤저지제만을 G1 시편에 처리하였을 때는 층간간격에 큰 변화를 일으킨 물이나 강화제와는 달리 매우 미미한 변화를 보였다(층간간격은 0.
- 보존처리제 적용에 따른 암석의 변화를 살펴보기 위하여 에틸실리케이트 계열 암석강화제 독일 Wacker사의 Silres BS OH100를 분말화된 시편에 적셔서 72시간 반응시킨 시점과 3주 이상 경과된 반응완결시점에서 결과를 분석하였다. 이와 더불어 강화제 적용으로 인한 팽윤성을 저지시키기 위해 팽윤성 광물의 팽윤작용을 저지시키는 약품으로 판매 되고 있는 팽윤저지제를(독일 Remmers사의 Remmers Funcosil Anti-Hygro) 강화제 전에 처리한 이후 에틸실리케이트 계열 강화제를 적용하였다.
- 보존처리제 적용에 따른 팽윤성 광물의 층간변 화를(d 001 ) X-선회절분석을 통하여 살펴보았다. 처리제 적용에 따른 암석시편의 경도, 흡수율 및 공극률 변화를 측정하였으며 시편의 경도변화는 에코팁경도계를(LEEB, W02C4CD) 사용하였다.
- 보존처리제 적용으로 인한 골굴암 구성암석의 물성변화를 살펴보기 위해 암석시편을 5 × 5 × 5 cm 직육면체로 제작한 후 암석시편에 물, 에틸실 리케이트 계열 강화제, 그리고 팽윤저지제-강화제를 적용하였다.
- 분말시편과 암편은 분말화하여 비드로 제작한후 X-선형광분석기로(Philips, PW2400, 실험조건 : 진공분위기, 가속전압 24~40 kv, 전류 50~80 mA) 주화학성분을, X-선회절분석기로(Panalytical, X’pertproMPD, 실험조건 : 30 mA, 40 kV) 주구성 광물 성분을 분석하였다.
- 분말시편과 암편은 분말화하여 비드로 제작한후 X-선형광분석기로(Philips, PW2400, 실험조건 : 진공분위기, 가속전압 24~40 kv, 전류 50~80 mA) 주화학성분을, X-선회절분석기로(Panalytical, X’pertproMPD, 실험조건 : 30 mA, 40 kV) 주구성 광물 성분을 분석하였다. 암편은 박편으로 제작한 후 편광현미경하에서 광물조성과 조직특성을 조사하였다.
- 1% 함유하고 있음을 앞선 광물분석에서 살펴보았다. 원암의 분말에 물, 팽윤 저지제, 강화제, 팽윤저지제와 강화제를 적용한 후 X-선회절분석을 실시하여 팽윤성 광물의 층간간격 변화를(d 001 ) 조사하였다(Fig. 7, Table 4).
- 보존처리제 적용에 따른 암석의 변화를 살펴보기 위하여 에틸실리케이트 계열 암석강화제 독일 Wacker사의 Silres BS OH100를 분말화된 시편에 적셔서 72시간 반응시킨 시점과 3주 이상 경과된 반응완결시점에서 결과를 분석하였다. 이와 더불어 강화제 적용으로 인한 팽윤성을 저지시키기 위해 팽윤성 광물의 팽윤작용을 저지시키는 약품으로 판매 되고 있는 팽윤저지제를(독일 Remmers사의 Remmers Funcosil Anti-Hygro) 강화제 전에 처리한 이후 에틸실리케이트 계열 강화제를 적용하였다.
- 보존처리제 적용에 따른 팽윤성 광물의 층간변 화를(d 001 ) X-선회절분석을 통하여 살펴보았다. 처리제 적용에 따른 암석시편의 경도, 흡수율 및 공극률 변화를 측정하였으며 시편의 경도변화는 에코팁경도계를(LEEB, W02C4CD) 사용하였다.
대상 데이터
- 골굴암 마애불 하부 공동부위 및 광배 주변부에서 입상분해로 이탈되고 있는 분말형태의 입자시 료와 마애불 암반에서 이탈되고 있는 암편을 분석 대상시료로 채취하였다.
- 역암의 역은 아각형에서 아원형 정도의 원마도를 보이고 분급은 대체로 불량하다. 역의 종류는 혼펠스, 규장암, 사암, 석영안산암, 화강암 등이다. 본층 내에는 양질의 벤토나이트와 제올라이트 광산이 위치하고 있다 (Noh and Kim, 1988).
성능/효과
- 69% 증가하여 G1 시편에 비해 크게 증가함을 보였다. ② 반면에 에틸실리케이트 강화제를 처리한 후에는 팽윤성 광물의 층간이 12.12% 감소하는 결과를 보였는데 이는 4.23% 감소를 보인 G1 시편에 비해서는 큰감소량이다. 즉, 팽윤성 광물을 많이 함유하는 시편일수록 물이나 강화제처리로 인해 층간간격의 변화가 더 크게 발생하는 것으로 볼 수 있다.
- 따라서 강화제 적용으로 팽윤성 광물의 층간간격이 감소되는 것으로 나타난 G1 시편에도 강화제를 처리하기 전에 팽윤저지제만을 적용한 후에 변화되는 층간 간격의 변화를 살펴보았다. ③ 팽윤저지제만을 G1 시편에 처리하였을 때는 층간간격에 큰 변화를 일으킨 물이나 강화제와는 달리 매우 미미한 변화를 보였다(층간간격은 0.13% 감소). 이러한 결과는 팽윤저지제만의 적용으로는 팽윤성 광물의 층간 간격에 변화를 주지 않음을 의미한다.
- 그러나 강화제등 보존처리제의 처리로 암석의 물성이 향상된 것과는 달리 강화제의 적용으로 팽윤성 광물의 층간 간격이 변화하였으며, 강화제는 시간이 경과함에 따라 해리되기 때문에 이러한 층간간격의 변화는 향후 암석의 손상으로 연결될 수 있기에 우려스러운 점으로 작용된다. 골굴암 마애불 구성암석에 에틸실리케이트 계열 강화제를 적용하였을 때 팽윤성 광물의 층간간격은 감소하였으며, 팽윤성 광물의 함량이 많을수록 그 정도는 컸다.
- 골굴암 마애불 구성암석을 물과 반응시켰을 때 팽윤성 광물의 층간간격이 증가함을 보였으며, 그정도는 팽윤성 광물함량이 클수록 심한 결과를 보였다. 그러나 이러한 경향은 단지 두 시편의 결과로서, 팽윤성 광물의 함량과 팽윤도의 비례관계를 확정지을 수는 없다.
- 즉 보존처리제 적용 후 흡수율이 약 43% 감소하는 결과를 보였다. 골굴암 마애불 구성암석의 공극률은 평균 39.83% 이며 팽윤저지제-강화제를 처리한 시편에서는 평균 26.1%를 나타냈다. 보존처리제 적용 후 공극률이약 34.
- 골굴암 마애불 암반에서 채취한 시편이라도 팽윤성 광물인 몬모릴로나이트의 함량에 차이를 보였다. 팽윤성 광물의 함량이 다른 두 시편에 물반응, 보존처리제 적용에 따른 층간간격의 변화 또한 차이를 보였다.
- 두 시편의 X-선회절분석 결과를 리트벨트 구조 검증법에 따른 정량분석 프로그램(SIEROQUANT) 을 사용하여 광물의 함량을 정량한 결과, 팽윤성 광물인 몬모릴로나이트가 시편 G1에서는 2.9%, 시편 G2에서는 5.1% 함유되어 있는 것으로 나왔다(Table 3).
- 보존처리제 적용 후 골굴암 마애불 구성암석 표면의 경도는 증가하였다. 처리 전 골굴암 마애불 구성암석의 표면경도는 평균 182 HLD이며(표준편차 3.
- 1%를 나타냈다. 보존처리제 적용 후 공극률이약 34.5% 감소된 결과를 보였다.
- 현실적인 이유로 대부분의 석조문화재 보존처리에는 사전조사 또는 연구가 거의 이루어지지 않고 전문가의 육안적인 판단으로 처리방향과 처리제가 선정되고 있다. 본 마애불도 기존에 처리되었던 부분이 양호한 편이고, 마애불 암반이 규산염질 암석인 응회암이기 때문에 입상분해 등의 손상이 발생 되고 있는 부분에 에틸실리케이트 계열의 강화제 적용이 적절하다고 판단되었다. 그러나 본 마애불 암반 일대는 팽윤성 광물의 산지이며, 근방에 위치한 감은사지 삼층석탑의 보수 시 이러한 점들이 거론되어 강화제의 적용에 신중을 기해야 한다는 연구결과가 보고된 바 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2006).
- 분석한 결과 골굴암 마애불 구성암석은 팽윤성 광물인 몬모릴로나이트를 2.9-5.1% 함유하고 있음을 확인하였으며, 물과의 반응시험에서 팽윤성 광물의 층간간격이 증가함을 보였고, 팽윤성 광물의 함유량이 많을수록 층간간격의 증가율은 더 컸다.
- 약화된 골굴암 마애불과 그 주변암에 암석강화 처리 시험을 실시한 결과, 에틸실리케이트 계열의 강화제만을 적용한 시편의 표면 경도는 상당히 증가하였고, 흡수율, 공극률 등의 물성도 향상되었다.원암과 다른 유리질 물질이 표면에 형성되어 있음이 미세조직 관찰에서 확인되었다.
- 0%로 감소하였다. 즉 보존처리제 적용 후 흡수율이 약 43% 감소하는 결과를 보였다. 골굴암 마애불 구성암석의 공극률은 평균 39.
- 즉, 이와 같은 결과는 골굴암 마애불 구성암석에 에틸실리케이트 강화제를 적용하였을 때 암석이 수축될 수 있으며, 강화제 적용에 앞서 팽윤저지제를 선처리하여도 암석의 수축을 저지시키는 효과가 거의 없음을 암시한다.
- 보존처리제 적용 후 골굴암 마애불 구성암석 표면의 경도는 증가하였다. 처리 전 골굴암 마애불 구성암석의 표면경도는 평균 182 HLD이며(표준편차 3.2), 팽윤저지제 -강화제를 처리한 후의 표면경도는 평균 227 HLD로(표준편차 10.3) 측정되어 보존처리제 적용 후 경도 값이 24.7% 증가되었음을 보였다.
- 측정결과, 골굴암 마애불 구성암석 원암의 흡수 율은 평균 20.1%이며 팽윤저지제-강화제를 처리한 후에는 평균 12.0%로 감소하였다. 즉 보존처리제 적용 후 흡수율이 약 43% 감소하는 결과를 보였다.
후속연구
- 현재 국내에서는 강화제를 적용할 때 일반적으로 알려진 약품을 테스트를 거치지 않고 약화된 암석에 거의 바로 사용하고 있다. 그러나 위의 결과에서 보듯이 일반적으로 알려진 보존처리 제가 효과적이지 못할 수 있기 때문에 반드시 암석의 특성과 처리제 적용시험을 거쳐 올바른 보존대책을 제시할 필요가 있다.
- 따라서 입상분해현상 등의 손상이 발생되고 있는 골굴암 마애불의 효과적인 보존처리를 위하여 구성암석의 특성 연구가 요구되었으며, 더불어 강화제의 적용성과 관련한 평가가 요구되었다. 본 연구에서는 골굴암 마애불 암반의 구성암석을 채취하여 암석학적, 광물학적 특성을 살펴보고, 암석시 편에 각종 처리제를 적용하여 봄으로써 나타나는 양상을 통하여 본 문화재에 적절한 보존처리대책을 제시하고자 하였다.
- 따라서 팽윤성 광물을 함유하고 있는 골굴암 마애불 구성암석을 강화시키기 위한 보존처리제로서 에틸실리케이트 계열의 암석강화제는 적절치 않으며, 이를 보완하기 위해 강화제 적용에 앞서 처리한 팽윤저지제도 강화제로 인한 팽윤성 광물의 층간간격 변화에 영향을 주지 못할 것으로 판단된다. 현재로서는 팽윤성 광물을 다량 함유한 골굴암 마애불 암반에 기존 보존처리제의 적용은 신중히 고려되어야 할 것이며, 우수의 접촉으로 구성광물이 팽윤되어 풍화가 급속히 진행되기 때문에 적절한 보존처리제가 개발되기 전까지 최대한 마애불상 암면과 하부 풍화가 심한 부분에 우수접촉을 저지 시키는 조치가 최선으로 판단된다.
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