수용성염이 석조문화재 표면 박리현상에 미치는 영향

Influence of the Soluble Salt on the Exfoliation of the Stone Monument

석조문화재에서 나타나는 박리현상의 발생메커니즘과 염수용액에 의한 화학적 풍화와 관련된 그 원인을 연구하였다. 박리편에 대하여 화학적, 광물학적, 물리적 분석을 수행하여 함유하고 있는 대표적인 염이 석고임을 밝혔다. 염의 작용을 이해하기 위하여 석고와 더불어 용해도가 상이한 황산나트륨을 공극율이 다른 응회암과 화강암에 처리하였다. $Na_2SO_4$ 처리와 인공풍화를 거친 암석시료들의 모세관물흡수율은 약간 증가하였는데 이는 이 염에 의해 암석의 표면가까이에만 변화가 있었음을 의미한다. Na2SO4는 암석의 표면공극내에서 결정화가 일어나 수화압과 결정압을 발생하여 얇은 박리를 형성하는 것으로 보인다. $CaSO_4{\cdot}2H_2O$는 상대적으로 암석의 내부로 깊이까지 들어가서 집적되므로 집적되는 양이 $Na_2SO_4$ 보다 더 많고, 표면에 집적되는 양보다 내부에 집적되는 양이 많아 물흡수량이 증가하는 결과를 보이는 것이며, 이러한 성질로 인하여 암석에 두꺼운 박리가 야기될 것으로 판단된다. 암석종에 따른 변화에서는 응회암의 경우, 큰 공극율과 높은 모세관물흡수율로 인하여 암석 내부의 깊이까지 들어가서 염이 집적하게 되므로 화강암에 비해 염집적율이 더 크고, 이에 따른 물흡수율이 커서 화강암에 비해 두꺼운 박리현상이 나타날 것으로 보인다. 이에 비해 공극율과 모세관물흡수율이 낮은 화강암에서는 표면부위에서 집중적으로 염의 집적이 일어나서 얇은 박리가 발생하는 것으로 판단된다.

The mechanism of stone exfoliation and its cause in relation to chemical weathering by soluble salt were studied. Chemical, mineralogical and physical analysis was performed in exfoliation samples from stone monuments. The representative salt is gypsum in the exfoliation samples. In order to understand the salt reaction, stone samples(tuff and granite) were treated with two type of the salt, gypsum and sodium sulfate, which have different solubility. The capillary water uptakes are slight increased in impregnated with Na2SO4 and weathering simulation of two rock types. It means that the rock is deteriorated in the near of the surface by $Na_2SO_4$. $CaSO_4{\cdot}2H_2O$ bring out the thicker exfoliation than $Na_2SO_4$ because it is penetrated into the deeper zone and amount of accumulated salt is more abundant in the inner part than in the near of the surface. The exfoliation was formed in the tuff by salt treatment and 30cycle of weathering simulation, but there are not significant symptoms of exfoliation in the granite by same condition. This result was caused by the different capillary water uptakes and porosity of the rocks. In the tuff, salt solutions are penetrated into the inner part due to its high capillary water uptakes and porosity but the granite, which has low value relatively, can be formed thinner exfoliation.