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ISSN : 1225-309X(Print)
ISSN : 2288-7172(Online)
Journal of the mineralogical society of korea Vol.30 No.2 pp.71-81
DOI : https://doi.org/10.9727/jmsk.2017.30.2.71

Deterioration of the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage, Gyeongju and Effect of the Ethylsilicate Consolidant

Jin Young Do*
Dept. Archaeology, Anthropology and Art History, Gyeongju University, Gyeongju 38065, Korea
Corresponding author: +82-54-770-5351hdjy2000@gu.ac.kr
May 4, 2017 June 11, 2017 June 15, 2017

Abstract

Rock properties and the effects of chemicals that were used for conservation were studied for effective conservation treatment of Seated Buddha rock carving, which is composed of grayish white tuff, at Golguram Hermitage, Gyeongju. The rocks contain 3-5% montmorillonite, a swelling mineral and reacting with water, the d spacing of swelling minerals was increased (1.54-2.69%). On the one hand, the physical properties of the rock samples, such as surface hardness, water absorption rate, and porosity improved after the application of ethyl silicate-based stone strengthener. On the other, the interlayer of swelling minerals decreased and greater the of swelling mineral content, the greater is the extent of swelling (4.23-12.12%). When the ethyl silicate-based stone strengthener was applied after pretreatment with a swelling inhibitor, the physical properties were similar to those of the stone strengthener alone. There was no interlayer spacing change of swelling minerals due to swelling inhibition treatment; however, when the stone strengthener was applied after the swelling inhibitor, interlayer changes were similar to those when only the stone strengthener was treated (4.10-11.85%). Though the peak intensity of swelling minerals in X-ray diffraction pattern decreased, the effect of the swelling inhibitor was almost negligible. Therefore, it is not appropriate to use ethyl silicate-based stone strengthener for Golgulam rock containing swelling minerals and supplementing them with a swelling inhibition system is not effective. Because weathering rapidly progresses when swelling minerals contact moisture, for now, measures to prevent water contact, such as expansion of the canopy, are needed in the lower and side parts of the carving.


경주 골굴암 마애여래좌상 구성암석의 손상과 에틸실리케이트 암석강화제의 효과

도 진영*
경주대학교 고고인류미술사학과

초록

회백색 응회암으로 구성된 경주 골굴암 마애불의 효과적인 보존처리를 위하여 구성암석의 특 징과 보존처리제 적용에 따른 효과를 살펴보았다. 구성암석은 팽윤성 광물인 몬모릴로나이트를 3-5% 함유하고 있으며, 물과 반응 후 팽윤성 광물의 층간간격이 증가함을 보였다(1.54-2.69%). 에틸실리케 이트 암석강화제를 적용한 후 시편의 표면 경도, 흡수율, 공극률 등의 물성은 향상되었으나 팽윤성 광 물의 층간간격이 감소하였으며(4.23-12.12%), 팽윤성 광물의 함량이 많을수록 그 정도는 컸다. 팽윤저 지제를 선 처리한 후 강화제를 적용하였을 때 물성은 강화제만을 처리하였을 때와 거의 유사한 결과 를 보였다. 팽윤저지제만의 처리로는 팽윤성 광물의 층간간격이 거의 변화되지 않았으며, 팽윤저지제 처리 후 강화제를 처리하였을 때는 XRD 패턴에서 팽윤성 광물의 세기는 줄어들었으나 층간간격의 변화는 강화제만을 처리하였을 때와 유사하여 팽윤저지제의 효과는 거의 없었다(4.10-11.85%). 따라 서 팽윤성 광물을 함유하고 있는 골굴암 마애불 구성암석을 강화시키기 위한 보존처리제로서 에틸실 리케이트 계열의 암석강화제는 적절치 않으며 이를 보완하기 위해 사용한 팽윤저지제도 효과적이지 못하다. 우수의 접촉으로 구성광물이 팽윤되어 풍화가 급속히 진행되기 때문에 현재로서는 하부와 측 면 등 풍화가 심한 부분에 우수접촉을 저지시키는 조치가 필요하다.


    서 론

    경주 골굴암 마애여래좌상(이하 골굴암 마애불) 은 함월산 기림사 골짜기 중턱에 위치한 통일신라 시대의 마애불로서 보물 제581호로 지정된 국가지 정문화재이다. 옛 기록에 묘사되어 있는 골굴암은 “돌 빛이 결백하여 혹은 설산(雪山)이라 하며 혹은 단특산(檀特山)이라고 한다. ...굴 위에 조각한 석불 에서는 자주 서광이 빛나며 산곡과 동천석굴에 비 친다고 한다.”로 백색을 띠는 암반에 마애불이 조 성되었음을 알 수 있다(Bang, 1740).

    현재 골굴암 마애불은 풍화로 인하여 대좌와 무 릎 주변의 조각이 대부분 손상되어 원형을 찾을 수 없으며, 광배 가장자리, 불상의 목과 가슴을 중심 으로 표면이 마모된 상태이고, 불상 하부에는 큰 공동이 형성되어 있다(Fig. 1).

    이 석불은 1989년 풍화로 인한 심한 손상의 보 존조치로서 마애불이 조성되어 있는 일부 암반의 상부에 철재 프레임과 유리로 된 현대식 보호시설 을 설치하였으며, 1998년 박락부위를 중심으로 에 폭시수지로(Araldite AW106, HW836) 접합처리와 에틸실리케이트 계열 강화제와(Wacker OH100) 실란계열의 발수제로(Wacker 290, Wacker 90L) 표면강화처리와 발수처리가 시행되었다(Cultural Heritage Administration, 1989; 1998).

    골굴암 암반의 상황상 마애불이 조각된 일부만 덮을 만큼의 크기로 보호각이 조성되어 마애불면 은 직접적인 우수를 피하였으나 광배 좌측 및 암반 의 하부는 보호되지 못하여 우수에 접하고 있다. 보호시설이 설치되고 보존처리가 실시된 지 20여 년이 지난 현재의 시점에서 마애불이 조성된 암반 하부와 보호시설의 경계선에 있는 불상의 좌측면 을 중심으로 입상분해와 박리가 심하게 진행되고 있으며, 미생물이 왕성하게 서식하고 있어서 마애 불이 조각된 암면을 비롯하여 암반 전반에 대한 보 존처리가 요구되고 있다.

    입상분해와 박리가 발생되고 있는 석조문화재에 일반적으로 시행되는 보존처리는 강화처리로서 다 양한 종류의 화학약품이 사용되며, 1998년 본 마 애불의 보존처리에는 에틸실리케이트 계열의 강화 제가 적용되었다. 보존처리 이후 조각된 부분의 손 상진행이 현격이 저하되고 있는 점을 감안하여 현 재 마애불 주변부에 발생된 입상분해와 박리부위 의 보존처리제로 이전과 동일한 약품의 적용이 고 려되고 있다.

    우리나라의 석조문화재를 구성하고 있는 주 암 석은 규산염질의 화강암으로, 약화된 암석에 적용 된 후 비정질의 SiO2를 형성하는 에틸실리케이트 계열의 강화제는 화강암과 같은 암석에는 비교적 부작용이 없는 약품이다. 이러한 이유로 현재 우리 나라에서는 에틸실리케이트 계열의 강화제가 암석 의 종류에 상관없이 대부분의 석조문화재 강화제 로 적용되고 있다(Song et al., 2008).

    현실적인 이유로 대부분의 석조문화재 보존처리 에는 사전조사 또는 연구가 거의 이루어지지 않고 전문가의 육안적인 판단으로 처리방향과 처리제가 선정되고 있다. 본 마애불도 기존에 처리되었던 부 분이 양호한 편이고, 마애불 암반이 규산염질 암석 인 응회암이기 때문에 입상분해 등의 손상이 발생 되고 있는 부분에 에틸실리케이트 계열의 강화제 적용이 적절하다고 판단되었다. 그러나 본 마애불 암반 일대는 팽윤성 광물의 산지이며, 근방에 위치 한 감은사지 삼층석탑의 보수 시 이러한 점들이 거 론되어 강화제의 적용에 신중을 기해야 한다는 연 구결과가 보고된 바 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2006). 감은사지 삼 층석탑 구성암석은 응회암으로 팽윤성 광물을 함 유하고 있으며 산지는 골굴암 마애불 인근으로 약 해진 석탑의 보존처리제로 여러 종류의 에틸실리 케이트 계열의 강화제를 시험한 결과, 일부 강화제 는 팽윤성 광물의 층간간격에 변화를 야기시키기 도 하므로 골굴암 마애불 암반도 팽윤성 광물을 함 유할 수 있다는 가정과 함께 기존의 보존처리제를 바로 적용하는 것에 대해 의문을 가지게 되었다.

    따라서 입상분해현상 등의 손상이 발생되고 있 는 골굴암 마애불의 효과적인 보존처리를 위하여 구성암석의 특성 연구가 요구되었으며, 더불어 강 화제의 적용성과 관련한 평가가 요구되었다. 본 연 구에서는 골굴암 마애불 암반의 구성암석을 채취 하여 암석학적, 광물학적 특성을 살펴보고, 암석시 편에 각종 처리제를 적용하여 봄으로써 나타나는 양상을 통하여 본 문화재에 적절한 보존처리대책 을 제시하고자 하였다.

    연구지역 주변 지질

    골굴암 마애불이 위치한 양북면 일대는 범곡리 층군에 해당하며, 상부로부터 용동리응회암, 안동 리역암, 와읍리응회암으로 이루어져 있다(Chwae et al., 1988, Chang et al., 2007, Fig. 2).

    용동리응회암은 주로 산성의 응회암 및 라필리 응회암과 쇄설성 퇴적암으로 구성되어 있다. 와읍 분지의 중앙부 골굴암을 기준으로 분지의 서남쪽 에는 퇴적층이 우세하고 북동쪽으로 갈수록 응회 암이 주도적으로 분포한다. 골굴암의 조립질 라필 리응회암은 백색 내지 회백색을 띠며 특징적으로 흑운모와 각섬석을 포함한다. 역암의 역은 아각형 에서 아원형 정도의 원마도를 보이고 분급은 대체 로 불량하다. 역의 종류는 혼펠스, 규장암, 사암, 석영안산암, 화강암 등이다. 본층 내에는 양질의 벤토나이트와 제올라이트 광산이 위치하고 있다 (Noh and Kim, 1988).

    와읍리응회암은 와읍리를 중심으로 남북 방향으 로 길게 분포하고 있다. 백색 내지 담회색을 띠는 세립의 산성 응회암이지만 가끔 암회색의 안산암 질 암편과 흑운모 결정편을 포함한다.

    연구방법

    화학성분 및 광물성분 분석

    골굴암 마애불 하부 공동부위 및 광배 주변부에 서 입상분해로 이탈되고 있는 분말형태의 입자시 료와 마애불 암반에서 이탈되고 있는 암편을 분석 대상시료로 채취하였다.

    분말시편과 암편은 분말화하여 비드로 제작한 후 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 편 광현미경하에서 광물조성과 조직특성을 조사하였다.

    골굴암 마애불 구성암석이 팽윤성 광물을 함유 하고 있음을 확인한 후 분말시편과 암석시편을 분 말화하여 물을 적시는 물반응시험을 실시한 후 팽 윤성 광물의 층간변화를(d001) X-선회절분석을 통 하여 살펴보았다.

    보존처리제 적용시험

    보존처리제 적용에 따른 암석의 변화를 살펴보 기 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 팽 윤성 광물의 팽윤작용을 저지시키는 약품으로 판매 되고 있는 팽윤저지제를(독일 Remmers사의 Remmers Funcosil Anti-Hygro) 강화제 전에 처리 한 이후 에틸실리케이트 계열 강화제를 적용하였 다.

    보존처리제 적용으로 인한 골굴암 구성암석의 물성변화를 살펴보기 위해 암석시편을 5 × 5 × 5 cm 직육면체로 제작한 후 암석시편에 물, 에틸실 리케이트 계열 강화제, 그리고 팽윤저지제-강화제 를 적용하였다. 시편에 적용한 처리제와 처리방법 은 Table 1과 같다.

    보존처리제 적용에 따른 팽윤성 광물의 층간변 화를(d001) X-선회절분석을 통하여 살펴보았다. 처 리제 적용에 따른 암석시편의 경도, 흡수율 및 공 극률 변화를 측정하였으며 시편의 경도변화는 에 코팁경도계를(LEEB, W02C4CD) 사용하였다.

    연구결과

    구성암석의 특성

    골굴암 마애불 주변에서 골굴암 마애불을 구성 암석과 유사한 암석을 채취한 후 박편과 분말로 제 작하여 광물성분과 화학성분을 분석하였다(Table 2).

    골굴암 마애불 주변 암석의 구성화학성분에서는 Na2O의 함량이 3 wt%대로 다량 함유되어 있고, CaO의 함량도 3-5 wt%로 높은 특징을 보인다. 강 열감량이(L.O.I.) 10 wt%를 보임으로서 함수규산 염광물이 상당량 함유되어 있음을 시사한다.

    응회암인 G1 시편은 풍화가 매우 심해 박편제작 시 구성광물이 빠져나가 빈 공간을 형성하여 광물 판별하기 곤란한 정도이다. 관찰되는 구성광물은 흑운모와 불투명광물이고 석기는 세립질 석영과 점토질 광물로 추정되며(Fig. 3(a)). X-선회절 분석 결과 이 시편에서는 팽윤성 점토광물인 몬모릴로 나이트가 검출되었다(Fig. 4).

    G2 시편은 반상조직을 보이는 암석으로 반정을 이루는 광물은 풍화가 심하여 박편제작 시 대부분 이탈하였고 부분적으로 석영, 흑운모, 불투명광물 이 관찰되었다. 석기는 세립질 석영과 점토질 광물 로 추정되며(Fig. 3(b)). X-선회절 분석결과, 이 시 편도 팽윤성 광물인 몬모릴로나이트를 상당량 함 유하는 것으로 밝혀졌다(Fig. 4).

    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 나왔 다(Table 3).

    물반응과 보존처리제 적용결과

    물성변화

    팽윤저지제를 선처리한 후 에틸실리케이트 계열 강화제를 적용시킨 골굴암 마애불 암석시편은 원 상태와는 달라진 물성을 보였다(Fig. 5).

    보존처리제 적용 후 골굴암 마애불 구성암석 표 면의 경도는 증가하였다. 처리 전 골굴암 마애불 구성암석의 표면경도는 평균 182 HLD이며(표준편 차 3.2), 팽윤저지제 -강화제를 처리한 후의 표면경 도는 평균 227 HLD로(표준편차 10.3) 측정되어 보존처리제 적용 후 경도 값이 24.7% 증가되었음 을 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.

    골굴암 마애불 구성암석의 공극률은 평균 39.83% 이며 팽윤저지제-강화제를 처리한 시편에서는 평균 26.1%를 나타냈다. 보존처리제 적용 후 공극률이 약 34.5% 감소된 결과를 보였다.

    광물변화

    보존처리제를 암석 분말에 처리하여 반응이 완 결된 후 전자현미경으로 살펴본 조직의 변화는 처 리제의 종류에 따라 다르다(Fig. 6). 팽윤저지제만 을 적용한 시편은 처리전 시편에 비해 조직의 변화 는 거의 없는 반면, 에틸실리케이트 계열 강화제가 처리된 시편의 표면에서는 유리질이 형성되었음이 보인다. 팽윤저지제를 적용한 후 강화제를 처리한 시편에서도 표면적으로는 강화제만을 처리한 것과 유사하게 유리질 결정을 보인다.

    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(d001) 조사하였다(Fig. 7, Table 4).

    골굴암 마애불 암반에서 채취한 시편이라도 팽 윤성 광물인 몬모릴로나이트의 함량에 차이를 보 였다. 팽윤성 광물의 함량이 다른 두 시편에 물반 응, 보존처리제 적용에 따른 층간간격의 변화 또한 차이를 보였다. 물과 각 보존처리제 적용에 따른 결과는 다음과 같다.

    ① 두 시편 중 몬모릴로나이트의 함량이 2.9%인 G1 시편의 몬모릴로나이트 d001의 간격은 14.89 Å 이었으나 물과 반응한 후에는 15.12 Å으로 0.23 Å 증가하였다. 이는 몬모릴로나이트의 층간에 물 을 흡착할 경우 층간간격이 약 1.54% 벌어진다는 것을 의미한다. ② 에틸실리케이트 계열 강화제만 을 처리 시 몬모릴로나이트 피크가 오른쪽으로 약 간 이동되고 사장석이나 석영 등 다른 광물에서는 변화가 나타나지 않았다. 층간간격을 증가시킨 물 과는 달리 에틸실리케이트 계열 강화제와 반응 후 몬모릴로나이트의 층간간격은 14.26 Å, 4.23%의 감소가 발생하였다. 이는 골굴암 마애불 구성암석 이 강화제적용으로 인해 수축됨을 의미한다. 일반 적으로 팽윤성 광물을 함유하는 석조문화재에 강 화제를 적용하여야 할 때 강화제로 인한 팽윤성 광 물 층간간격의 변화를 저지시키기 위해 팽윤저지 제를 강화제 처리 전에 먼저 적용한다. 따라서 강 화제 적용으로 팽윤성 광물의 층간간격이 감소되 는 것으로 나타난 G1 시편에도 강화제를 처리하기 전에 팽윤저지제만을 적용한 후에 변화되는 층간 간격의 변화를 살펴보았다. ③ 팽윤저지제만을 G1 시편에 처리하였을 때는 층간간격에 큰 변화를 일 으킨 물이나 강화제와는 달리 매우 미미한 변화를 보였다(층간간격은 0.13% 감소). 이러한 결과는 팽 윤저지제만의 적용으로는 팽윤성 광물의 층간 간 격에 변화를 주지 않음을 의미한다. ④ 그러나 강 화제로 인한 층간간격의 변화를 억제시키기 위해 시편에 팽윤저지제를 선 처리한 후 강화제를 적용 한 시편에서는 층간간격의 감소율이 4.10%로, 강 화제만을 처리한 시편에서(4.23%) 보다는 적기는 하지만 큰 차이가 없다. 이는 강화제로 인한 팽윤 성 광물 층간간격의 변화에 팽윤저지제가 미치는 영향이 매우 적음을 의미한다.

    몬모릴로나이트 함량이 5.1%를 보인 G2 시편에 서는 ① 물과 반응 후 층간간격이 2.69% 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 큰 감소량이다. 즉, 팽윤성 광물을 많이 함유하는 시 편일수록 물이나 강화제처리로 인해 층간간격의 변화가 더 크게 발생하는 것으로 볼 수 있다. ③ 팽윤저지제만을 G2 시편에 처리하였을 때는 층간 간격에 큰 변화를 일으킨 물이나 강화제와는 달리 매우 미미한 변화를 보였다(층간간격은 0.13% 증 가). ④ 그러나 강화제로 인한 층간변화를 저지하 기 위해 팽윤저지제를 선처리한 후 강화제를 적용 한 시편에서도 11.85%의 큰 층간간격의 감소가 발 생하여 에틸실리케이트 계열의 강화제를 처리할 때 팽윤저지제의 효과가 미미함을 알 수 있다.

    즉, 이와 같은 결과는 골굴암 마애불 구성암석에 에틸실리케이트 강화제를 적용하였을 때 암석이 수축될 수 있으며, 강화제 적용에 앞서 팽윤저지제 를 선처리하여도 암석의 수축을 저지시키는 효과 가 거의 없음을 암시한다.

    토 의

    골굴암 마애불이 위치한 일대는 팽윤성 광물로 알려진 벤토나이트와 제올라이트 광산이 위치하고 있으며, 주변의 암석 내에도 이러한 암석이 함유되 어 있을 가능성이 크다(Hwang, 1988; Son et al, 2000). 벤토나이트를 구성하는 점토광물로는 몬모 릴로나이트가 대부분이며 풍화된 지표상에서는 고 령토군 점토광물인 할로이사이트도 미량 수반하기 도 한다(Noh, 2002). 골굴암 마애불의 구성암석에 서도 몬모릴로나이트가 확인되는데 이 광물은 수 분을 흡수하여 원래 부피의 7-10배로 팽윤이 가능 한 고팽윤성 물질이다.

    골굴암 마애불 구성암석을 물과 반응시켰을 때 팽윤성 광물의 층간간격이 증가함을 보였으며, 그 정도는 팽윤성 광물함량이 클수록 심한 결과를 보 였다. 그러나 이러한 경향은 단지 두 시편의 결과 로서, 팽윤성 광물의 함량과 팽윤도의 비례관계를 확정지을 수는 없다. 실제로 팽윤성 광물의 연구에 서 경주 양북지역에서 산출되는 벤토나이트는 대 부분 낮은 팽윤도를 보이고 팽윤도 수준이 몬모릴 로나이트의 함량에 전적으로 규제되지 않는 경향 을 보인다고 보고한 바도 있다(Noh et al., 2003).

    석조문화재 내에 함유된 팽윤성 광물은 암석의 풍화를 촉진시키고, 보존처리 시 사용되는 처리제 가 풍화의 원인으로 작용하는 요인으로 작용할 수 있다. 즉, 물과의 반응으로 층간에 팽창과 수축이 반복되게 되면 광물간의 결합력이 저하되면서 암 석의 표면에 박리, 들뜸 등 손상이 나타나게 된다. 팽윤성 광물이 함유된 암석이 약화되어 강화제 등 보존처리제를 처리하였을 때 물과의 반응에서와 같은 팽윤성 광물의 층간변화, 특히 감소하며, 이 러한 경향은 팽윤성 광물의 함량이 클수록 더 크 다. 이것도 마찬가지로 부피를 감소시켜 물리적 피 해를 줄 수도 있다.

    강화제는 팽윤성 광물의 층간에 들어가 층간을 변화시키는 역할을 하지만 쉽게 건조되어 수축되 는 물과는 달리 층간에 형성된 겔이 오랜시간 유지 되기는 한다. 에틸실리케이트 계열의 강화제는 암 석의 모세관 공극을 통하여 내부로 들어가 비정질 SiO2 (gel)을 형성하며 외부의 조건에 따라 겔이 해리되는 시간, 즉 암석에 강화효과가 지속되는 시 간이 다르기는 하지만(야외에서 약 5-10년) 영속성 을 지닌 것은 아니다. 즉 층간에 형성된 겔의 해리 로 다시 층간변화가 발생되어 입상분해 등과 같은 손상이 발생하게 된다.

    앞선 연구결과에 따르면 에틸실리케이트 계열의 강화제도 종류에 따라 팽윤성 광물의 층간변화에 상이한 결과를 보이기도 한다. 층간간격을 감소시 키는 강화제가 있기도 하며(스멕타이트 광물에 Unil Sandsteinfestiger OH 100과 (KULBA OH 100) Funcosil Steinfestiger 100를 (FUNCOSIL 100) 적용시켰을 때 d001의 변화는 각각 0.34와 0.67Å 감소), Funcosil Stone Strengthener OH (FUNCOSIL OH), Funcosil KSE 300 E (FUNCOSIL KSE 300E), Unil Sandsteinfestiger OH (KUBLA OH-75%), Funcosil Steinfestiger 300 (FUNCOSIL 300)은 층간간격을 증가시켰다. 층간간격을 감소시키는 강화제는 에틸실리케이트 함량이 100%에 가까운 것들이며, 성능을 향상시키기 위해 다른 성분을 추가하여 개발된 강화제들은 대부 분 층간을 증가시킨다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2006).

    현재 골굴암 마애불에서 문제가 되는 부분은 보 호각에서 빗겨난 부분으로 팽창의 주요 요소인 수 분과 접촉하는 부위이다. 이런 부위에 강화제 등 보존처리제를 적용하였을 경우 처리제가 흡수된 부위와 미처리된 부위의 경계면에서 물성차이로 인하여 박리현상을 야기시키기도 한다.

    팽윤성 광물을 함유하고 있는 석조문화재는 대 부분 손상이 상당히 진행되어 있어서 약화된 암질 을 강화시키기 위해 암석강화제를 처리하는 경우 가 많다. 현재 국내에서는 강화제를 적용할 때 일 반적으로 알려진 약품을 테스트를 거치지 않고 약 화된 암석에 거의 바로 사용하고 있다. 그러나 위 의 결과에서 보듯이 일반적으로 알려진 보존처리 제가 효과적이지 못할 수 있기 때문에 반드시 암석 의 특성과 처리제 적용시험을 거쳐 올바른 보존대 책을 제시할 필요가 있다.

    결 론

    약화되고 손상된 골굴암 마애불의 효과적인 보 존처리를 위하여 구성암석의 특징과 보존처리제 적용에 따른 효과를 살펴보았다.

    분석한 결과 골굴암 마애불 구성암석은 팽윤성 광물인 몬모릴로나이트를 2.9-5.1% 함유하고 있음 을 확인하였으며, 물과의 반응시험에서 팽윤성 광 물의 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 증 가하였고, 흡수율, 공극률 등의 물성도 향상되었다. 원암과 다른 유리질 물질이 표면에 형성되어 있음 이 미세조직 관찰에서 확인되었다. 그러나 강화제 등 보존처리제의 처리로 암석의 물성이 향상된 것 과는 달리 강화제의 적용으로 팽윤성 광물의 층간 간격이 변화하였으며, 강화제는 시간이 경과함에 따라 해리되기 때문에 이러한 층간간격의 변화는 향후 암석의 손상으로 연결될 수 있기에 우려스러 운 점으로 작용된다. 골굴암 마애불 구성암석에 에 틸실리케이트 계열 강화제를 적용하였을 때 팽윤 성 광물의 층간간격은 감소하였으며, 팽윤성 광물 의 함량이 많을수록 그 정도는 컸다.

    팽윤저지제를 선 처리한 후 강화제를 적용하였 을 때 물성은 강화제만을 처리하였을 때와 거의 유 사한 결과를 보였다. 강화제만 적용시켰을 때와는 달리 팽윤저지제를 우선 처리하였을 때 원암의 모 습도 어느 정도 유지하고 있음이 미세조직에서 관 찰되었다. 팽윤저지제 처리 후 강화제를 처리하였 을 때 층간간격의 변화는 강화제만을 처리하였을 때와 별 차이가 없어, 에틸실리케이트 강화제 적용 시 팽윤저지제로 인한 효과는 거의 없다.

    따라서 팽윤성 광물을 함유하고 있는 골굴암 마 애불 구성암석을 강화시키기 위한 보존처리제로서 에틸실리케이트 계열의 암석강화제는 적절치 않으 며, 이를 보완하기 위해 강화제 적용에 앞서 처리 한 팽윤저지제도 강화제로 인한 팽윤성 광물의 층 간간격 변화에 영향을 주지 못할 것으로 판단된다. 현재로서는 팽윤성 광물을 다량 함유한 골굴암 마 애불 암반에 기존 보존처리제의 적용은 신중히 고 려되어야 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.

    Figure

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    Deterioration phenomenon of the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage in Gyeongju. (a) cavity at under the Buddha, (b) exfoliation in right site, (c), (d) granular disintegration and exfoliation (c) before, (d) after conservational repair.

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    Geological map of the near the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage area (modify from Chang et al., 2007). 1. Hoam Volcanic Breccia; 2. Yongdongri Tuff (cg, conglomerate); 3. Andongri Conglomerate; 4. Waeupri Tuff; 5. Yeondang Basalt; 6. Nodongri Conglomerate; 7. Hongdeok Basalt (ts, tuffaceous sediment; bt, basaltic tuff); 8. Gampo Conglomerate; 9. Yucheon Group; 10. Collection site of fault slip data.

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    Thin section of Sample G1. (A), (C), (E) cross niclole ×100, (B), (D) open nicole ×100, (A), (B), (C), (D) trace of plagioclase, matrix; fine quartz and clay minerals, (E) Plagioclase and biotite, Bt; biotite. Pl; plagioclase.

    JMSK-30-71_F3b.gif

    Thin section of G2 sample. (A), (C), (E) cross niclole ×100, (B), (D), (F) open nicole ×100, (A), (B) quartz and trace of plagioclase, opaques, (C), (D) trace of plagioclase, matrix (fine quartz and clay minerals) (E), (F) matrix, fine quartz and clay minerals, Qz; quartz, Pl; plagioclase.

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    X-ray diffraction pattern of rock samples from the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage in Gyeongju. Qz; quartz, Pl; plagioclase., M; Montmorillonite, Bt; Biotite.

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    The change of physical properties of rock samples after treatment on conservation reagents (anti swelling reagent and ethylslicate consolidants).

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    SEM micrographs of surface after treatment of conservation reagents.

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    X-ray diffraction pattern of rock samples after treatment of conservation reagent.

    Table

    Chemicals for Conservation of Stone Monument and Treatment Methods
    Chemical Composition of Rock Samples from the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage in Gyeongju (wt%)
    The Quantitative Analysis of Rock Samples from the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage in Gyeongju by Computer Program, SIEROQUANT Based on Rietveld Method (wt%)
    Change of the Montmorillonite d Spacing in Rock Samples the Rock-carved Seated Buddha at Golguram Hermitage in Gyeongju Before and After Treatment

    Reference

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