[논문]국내 도자기용 태토의 토질 및 광물 특성

김학준; 이용천; 이유진; 이호정; 정찬호

doi:10.9720/kseg.2022.4.685

국내 도자기용 태토의 토질 및 광물 특성
Physical and Mineralogical Properties of Pottery-Making Soils in Korea 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.32 no.4, 2022년, pp.685 - 696

김학준 (대전대학교 건설안전공학과) , 이용천 (대전대학교 건설안전공학과) , 이유진 (대전대학교 건설안전공학과) , 이호정 (대전대학교 건설안전공학과) , 정찬호 (대전대학교 건설안전공학과)

초록
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도자기 제작을 위한 점토의 사용은 오랜 역사를 가지고 있지만, 도자기 업계에서 특정 목적으로 흙을 사용하기 위해서는 이 흙이 적정한 물리적 특성을 충족해야 한다. 이 연구의 목적은 다른 유형의 점토에 대하여 도자기 재료로서 점토의 물리적 및 광물성분을 비교 평가하는데 있다. 이 연구를 위하여 도재상에 따라 자신들만의 비법으로 제작하여 널리 판매하고 있는 백자토, 청자토, 산청토, 분청토, 조형토에 대한 물성실험을 수행하였고, XRF와 XRD 분석을 통하여 화학성분과 구성광물을 정량화하였다. 태토의 종류별 흙의 입도분포, 광물성분, 가소성 범위를 제시하였다. 실험결과를 비교하여 각 도재상에서 특정 유형의 도자기를 생산하는 흙들의 물성 및 광물조성의 상관관계를 결정하였다. 국내에서는 토질실험을 활용한 태토의 정량적인 연구가 미흡한 상태이므로 향후 국내 도자기 산업의 발전을 위해서는 이에 대한 적극적인 연구가 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Although the use of pottery-making soils has a long history, its use in the pottery industry requires that physical and geotechnical properties of the materials be established to define the suitability for various purposes. The main purpose of this study is to identify the different types of clays and mineral composition and to perform the geotechnical evaluation of the clays for making pottery products. Soils investigated in this study include raw materials used for making Baekja (white porcelains), Chungja (celadons), Buncheong, Sancheong, and Johyung. Pottery-making soils are manufactured by using different types of soils and sold by individual ceramic clay company. This study includes physical tests of soil and chemical analysis of major elements using XRF and XRD instrumentation. Grain size distributions, mineralogical composition, and a range of plasticities of soils for making different types of potteries are presented. Correlations between specific type of pottery clays and geotechnical and mineralogical characteristics are determined by comparing the test results. Since quantitative research using laboratory tests for pottery-making soils are rarely performed in Korea, further research should be done in the future to improve the Korean pottery industry.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Standard sieve sizes and their corresponding open dimension
그림 Fig. 1. Grain size distributions of soils for making Chungja obtained from three companies.
표 Tabel 2. Particle size distribution and values of Atterberg limits
그림 Fig. 2. Termary classification of pottery soils based on sand-silt-clay ratios.
그림 Fig. 3. Location of clay minerals and representative soil types on Casagrande's plasticity chart.
그림 Fig. 4. Clay mineral classification chart.
표 Tabel 3. Chemical anlayses of pottery soils (unit: wt %)
표 Tabel4. Semiquantitative mineral analyses of pottery soils (unit: %)
그림 Fig. 5. XRD patterns of pottery soils (Q: quartz; K: kaolinite; A: albite;I: illie; M: microcline; An:anorthite; C: chrysotile).

AI 본문요약
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문제 정의

현재 국내의 태토는 여러 도재상에 의하여 백자토(white clay), 청자토(celadon clay), 분청토, 산청토, 조형토 등의 품목 별로 판매가 되고 있는데, 각 태토에 대한 품목별 그리고 도재상별로 제품의 성분에 대한 표준화가 없는 실정이다. 본 연구에서는 시중에서 판매되고 있는 태토에 대한 물리적 및 광물학적 특성을 파악하고자 5종류의 태도 시료에 대한 체분석, 비중계분석, 아터버그 한계시험 수행과 광물성분 및 화학성분을 분석하였다. 그리고 5종류의 태토에 대하여 물성을 비교 분석하였으며, 광물분석을 통하여 물성과도 비교하였다.

제안 방법

본 연구에서는 시중에서 판매되고 있는 태토에 대한 물리적 및 광물학적 특성을 파악하고자 5종류의 태도 시료에 대한 체분석, 비중계분석, 아터버그 한계시험 수행과 광물성분 및 화학성분을 분석하였다. 그리고 5종류의 태토에 대하여 물성을 비교 분석하였으며, 광물분석을 통하여 물성과도 비교하였다. 또한 해외에서 세라믹 산업에 사용하고 있는 흙의 공학적 특성과도 비교하였다.
그리고 5종류의 태토에 대하여 물성을 비교 분석하였으며, 광물분석을 통하여 물성과도 비교하였다. 또한 해외에서 세라믹 산업에 사용하고 있는 흙의 공학적 특성과도 비교하였다.
시료의 광물 조성을 정량적으로 파악하기 위하여 동일한 기관에서 X-선 회절분석기(multi-function x-ray diffractometer, X’pert pro MRD, Philips)로 분석하였다
시중의 도재상이 자신들의 비법으로 제조하여 판매하는 태토(백자토, 청자토, 산청토, 분청토, 조형토) 13점에 대한 체분석, 비중계 시험, 아터버그 한계 시험, XRF와 XRD 분석을 통하여 화학성분과 구성광물 분석 결과를 결론적으로 요약하면 다음과 같다.
흙의 공학적인 특성을 파악하는데 입자의 크기와 입도분포는 매우 중요하다. 흙의 입도분포를 구하기 위해 체분석(sieve analysis)과 비중계분석(hydrometer analysis)을 수행하였다. 체분석은 낮은 번호가 상부에 위치하게 포개어 시료를 거른 뒤 각 체에 남아있는 흙의 무게를 측정하여, 각각의 체를 통과한 흙의 백분율(가적통과율)을 계산한 후 입도분포 곡선을 작성하였다.

대상 데이터

액성한계가 50% 이상인 흙은 소성도가 크고 다량의 물을 함유할 수 있으며 상당한 소성변형이 가능하다. 본 연구에 사용된 태토들은 분청토를 제외하고 모두 액성한계가 50% 이하이었다. 액성한계가 50% 이상인 흙은 소성도가 크고 다량의 물을 함유할 수 있으며 상당한 소성변형이 가능하다.
태토는 가소성(plasticity) 원료와 비가소성 원료로 구성된다. 가소성 원료는 외력을 가하여 형태를 변형시키면 변형된 상태를 유지한다.

데이터처리

시료의 성분 및 광물 조성을 정성 및 정량적으로 파악하기 위하여 X-선 분석을 수행하였다. 시료의 성분 분석은 10개의 주요 성분을 정량적으로 파악하기 위하여 한국기초과학지원연구원 대구센터의 X-선 형광분석기(x-ray fluorescence spectrometer, PW2404, Philips)로 분석하였으며, 분석조건은 전압4 kW, 전류 170 mA이다.
시료의 성분 및 광물 조성을 정성 및 정량적으로 파악하기 위하여 X-선 분석을 수행하였다. 시료의 성분 분석은 10개의 주요 성분을 정량적으로 파악하기 위하여 한국기초과학지원연구원 대구센터의 X-선 형광분석기(x-ray fluorescence spectrometer, PW2404, Philips)로 분석하였으며, 분석조건은 전압4 kW, 전류 170 mA이다. 시료의 광물 조성을 정량적으로 파악하기 위하여 동일한 기관에서 X-선 회절분석기(multi-function x-ray diffractometer, X’pert pro MRD, Philips)로 분석하였다.

이론/모형

소성한계(plastic limit)는 흙의 소성상태와 반고체상태의 경계를 나타내는 함수비이며, 소성도를 이용한 세립토의 분류와 흙의 공학적 특성파악에 이용된다. 소성한계 시험은 KS F 2304 규정에 준하여 실시하였으며, 각 시료마다 3회씩 실시하여 평균치를 계산하였다.
액성한계 시험은 KS F 2303에 따라 동적액성한계시험을 진행하였다. 황동접시에 경사 60°, 높이 1 cm의 인공사면을 조성한 후에 시료를 넣은 접시를 1 cm의 높이에서 1초에 2회의 비율로 25회 낙하시켜 둘로 갈라진 부분의 흙이 양측으로 부터 유동하여 약 1.

성능/효과

(2) 조형토는 대형 조형물, 화로 등의 작업에 이용되므로 수축 발생이 적어야 하는데, 조형토의 모래함유량은 다른 태토보다 훨씬 높은 16%로서 조형토의 모래함량이 높음을 정량적으로 확인할 수 있었다. 또한 조형토는 모래의 함유량은 뿐만 아니라 점토의 함유량도 높아 다른 종류의 태토와 비교하여 가소성에 큰 차이를 보이지 않았다.
(3) 본 연구에 사용된 태토의 평균 액성한계, 소성한계, 소성지수는 각각 48%, 24%, 24%로 해외 연구사례에서 도자기 재료로 제시한 액성한계 50% 이하, 소성한계 15~30%, 소성지수 20~35%의 조건을 충족하였으나, 각 태토의 종류 별로 의미 있는 차이는 보이지 않았다.
(5) X-선 회절 분석결과에 의하면 흙의 소성지수와 액성한계를 이용한 Casagrande의 광물 분류법이 일라이트를 반영하지 못하는 Bain의 점토광물 분류법보다 더 유용하였다.
3개 제조사 태토의 평균 모래 함량은 조형토 16%와 산청토 9%의 순으로 높았으며 분청토, 백자토, 청자토는 0~3%정도로 소량 포함되어 있었다. 태토의 종류가 같아도 제조사에 따라 모래 함량이 산청토와 조형토는 각각 6%, 백자토는 3%의 차이를 보였다.
액성한계가 50% 이상인 흙은 소성도가 크고 다량의 물을 함유할 수 있으며 상당한 소성변형이 가능하다. 따라서 대부분의 도자기 제작용 흙은 액성한계가 50% 이하임이 본 연구를 통하여 확인되었다.
3개 제조사 태토의 평균 모래 함량은 조형토 16%와 산청토 9%의 순으로 높았으며 분청토, 백자토, 청자토는 0~3%정도로 소량 포함되어 있었다. 태토의 종류가 같아도 제조사에 따라 모래 함량이 산청토와 조형토는 각각 6%, 백자토는 3%의 차이를 보였다.
태토의 평균 실트 함량은 청자토 48%, 백자토와 산청토 45%, 분청토 44%로 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나 조형토는 28%로 상당히 낮았다. 그러나 태토의 종류가 같아도 제조사에 따라 실트 함량이 조형토는 18%, 산청토12%, 분청토 6%로 큰차이를 보였다.

후속연구

(6) 같은 종류의 태토에서도 국내 제조사에 따라 점토와 실트의 함량이 큰 차이가 있었는데, 특정 도자기 제작에 필요한 가소성과 수축률 등에 다양한 인자들이 영향을 미치기 때문으로 판단된다. 국내에서는 토질실험을 활용한 태토 구성의 정량적인 연구가 미흡한 상태이므로 향후 국내 도자기 산업의 발전을 위해서는 이에 대한 적극적인 연구가 필요하다.
즉, 점토광물 중에 몬모릴로나이트의 함량이 높거나 모래의 함유량이 낮으면 낮은 점토함량으로도 필요로 하는 가소성의 확보가 가능하다. 그러나 국내의 경우, 토질실험을 활용한 태토 구성의 정량적인 연구가 미흡한 상태이므로 향후 국내 도자기 산업의 발전을 위해서는 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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