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화강암의 풍화에 미치는 염분과 산성용액의 영향
Effects of Salts and Acid Solutions on the Weathering of Granite

손병현   (한서대학교 환경공학과UU0001506  ); 정종현   (서라벌대학 환경관리과UU0000681  ); 김현규   (포항공과대학 화학공학과UU0001351  ); 유정근   (한서대학교 화학공학과UU0001506  ); 이형근   (한국에너지기술연구원 청정에너지연구부CC0186897  );
  • 초록

    대부분의 석조문화재는 외부 환경에 노출되어 있어 외관이 크게 변형되어졌고, 특히 최근의 산업화와 환경오염물질의 영향으로 풍화가 가속화되고 있다. 본 연구에서는 석조문화재의 풍화에 미치는 환경영향을 알아보기 위해 산성용액과 염분용액에 신선한 화강암을 침수한 후 물리 화학적 특성을 조사하였고, 석조문화재 보존 방법의 일환으로 화강암에 $TiO_2$ 광촉매를 코팅한 후 코팅이 화강암의 풍화에 미치는 영향도 조사하였다. 산성용액과 염분용액에 신선한 화강암을 침수시켰을 때 8가지 광물성분(Si, Mg, Ca, Na, K, Fe, Mn, Al)의 용출량은 반응초기에 급격히 증가하였고 암석 표면의 구성광물들은 대부분 신선한 화강암(fresh granite)보다 낮은 농도값을 나타내어 산성용액이나 염분용액에 의한 풍화의 영향 정도를 확인할 수 있었다. 실험 전 후의 화강암의 물리적 특성 분석 결과, 강제 풍화시킨 시료의 밀도는 평균 $2.55-2.56\;g/cm^3$ 으로 신선한 화강암(평균밀도는 $2.60\;g/cm^3$ )에 비해 약간 낮은 값을 보였고 압축강도는 신선한 화강암에 배해 아주 낮았지만 포아송비는 상대적으로 약간 높은 값을 나타내었다. 또한 강제풍화시킨 석재의 흡수율은 $0.481{\sim}0.836%$ 로서 신선한 화강암에 비해 1.2-2.1배 정도 높게 나타났다. $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅한 후 산성용액과 염분용액에 의한 강제풍화시 광물성분의 용출율과 함수율 등이 많이 저감되어 석조문화재의 풍화속도를 완화시키는 것으로 나타나 석조문화재의 표면에 $TiO_2$ 코팅 처리를 하면 석조문화재의 풍화를 예방하는 효과가 있을 것으로 나타났다.


    Because the stone cultural properties located outdoors, they have been altered and deteriorated in external appearance due to environmental factors such as acid rain, extreme change in temperature, and salts. Damage to stone cultural properties is accelerated particularly due to recent industrial development and environmental pollution. An experimental study was conducted to evaluate the effect of environmental contaminants on the weathering of granite. And as part of the developing of conservation method, $TiO_2$ catalyst was prepared and tested. When fresh granite was dipped into the salt and acid solutions, dissolution rate of eight minerals (Si, Mg, Ca, Na, K, Fe, Mn, Al) are abruptly increased at initial stage of reaction and then increased steadily until 100 cycles. After salt and acid solution experiments, the mineral compositions of the granite surface were lower then that of the fresh granite and density of the weathered granite was steadily decreased from $2.60\;g/cm^3$ to $2.56\;g/cm^3$ , but Poissions ratio and absorption ratio were slightly increased. It was expected at stone cultural assets could be weathered by salts and acid rain. In the case of $TiO_2$ was coated to the granite, the dissolution rate of minerals and absorption ratio of $TiO_2$ coated granite were decreased. Therefore, the $TiO_2$ coating method tested in this study considered to be a viable method to assist in the conservation of stone cultural properties from environmental contaminants.


  • 주제어

    흡수율 .   석조문화재 .   $TiO_2$ 코팅 .   산과염 용액 .   용출율 .   화강암.  

  • 참고문헌 (17)

    1. 한국문화재 보존과학회, 석조문화재 보존관리 연구(2001) 
    2. Winkler, E. M. and Wilhelm, E. J., 'Saltbrust by hydration pressures in architectural stone urban atmosphere,' Geol. Soc. Am. Bull, 81(2), 567-572(1970) 
    3. 박정기, '충전재 배합에 따른 접착제의 물성(석조문화재를 중심으로)', 한서대학교 석사학위논문(2002) 
    4. 이수재, '남산 화강암의 풍화 현상에 대한 광물-물 반응 연구', 서울대학교 박사학위논문(1996) 
    5. Kim, S. J., Lee, M. S., Kim, W. S., and Lee, S. J., 'The change of natural environmental in the Seoul area : environmental mineralogy of the granite weathering,' Journal of the Geological of Society of Korea, 30, 284-296(1994) 
    6. 심규훈,'석조조형물의 화학적 풍화가 미치는 영향: 산성비의 영향', 한서대학교 석사학위논문(2000) 
    7. Krivacsy, Z., 'Study of Humic-like Substances in Fog and Interstital Aerosol by Size-exclusion Chromatography and Capillary Electrophoresis,' Atmos. Environ., 34, 4273(2000) 
    8. 도진영, J. Riederer, '석조물 표면의 흑화현상에서 나타나는 염과 그 영향', 대한지질학회 2002년도 춘계 공동 학술발표회 논문집, 306 - 308(2002) 
    9. 김사덕, 황진주, 강재일, '대리석 문화재에 대한 산성비의 영향', 한국문화재보존과학회지, 7(19), (1998) 
    10. 김영화, 홍순호, '풍화현상에 수반되는 화강암의 물성 변화에 관한 연구', 광산지질, 30, 221 - 232(1990) 
    11. Correns, C. W., 'Growth and dissolution of crystals under linear pressure,' Discussions of the Faraday Soc., 5, 267-271(1949) 
    12. 김성수,'인공풍화 실험을 이용한 석재의 공학적 내구성 평가', 서울대학교 석사학위논문(1999) 
    13. 김근미,'Geotourism 대상지역의 지질공학적 특성 및 장기보존기술', 서울대학교 석사학위논문(2001) 
    14. 대한민국 체육부, 박물관내 전시 및 수장 공간의 공조 환경 연구(1996) 
    15. 손병현, 정종현, 김현규, 여환구, 오광중, '화강암의 풍화에 미치는 환경오염물질의 영향(Effects of air pollutants on the weathering of granite)', 2004년 대한환경공학회 춘계학술연구발표회 논문집, 부산 경성대학교, 1361-1363(2004) 
    16. Lee, S. G., 'Weathering of granite,' Journal of the Geological Society of Korea, 29, 396-413(1993) 
    17. E.T. Brown ed., ISRM(International Society for Rock Mechanics), 'Rock characterization testing and monitoring,' ISRM Suggested Methods, Pergamon Press(1981) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. Shon, Byung-Hyun ; Jung, Jong-Hyeon ; Kim, Hyun-Gyu ; Choung, Young-Hean ; Cho, Ki-Chul ; Oh, Kwang-Joon 2006. "Characterization of Freezing-Thawing on the Artificial Weathering of $TiO_2$ Loaded Granite and Their Physical Property" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 28(2): 183~190     
    2. Jung, Jong-Hyeon ; Shon, Byung-Hyun ; Jung, Min-Ho ; Leem, Heon-Ho ; Kim, Kyung-Won ; Kim, Hyun-Gyu 2007. "Effects of Seawater and Air Pollutants on Stone Cultural Properties: Three-Story Stone Pagodas in Gameunsa Temple Site" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, 33(4): 325~337     
    3. Shon, Byung-Hyun 2010. "Formation of Salty Materials on Granite Surface by Environmental Pollutants - Effects of TiO2 -" 한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, 11(5): 1754~1759     

 저자의 다른 논문

  • 손병현 (34)

    1. 1998 "제과공장의 폐수처리장에서 발생하는 악취 저감" 한국환경위생학회지 = Korean journal of Environmental Health Society 24 (1): 62~69    
    2. 1998 "CO2 용접에서 용접변수의 변화에 따른 용접흄 제어방법에 관한 연구" 한국산업위생학회지 = Journal of Korean Society of Occupational and environmental hygiene 8 (1): 76~87    
    3. 1999 "황화수소 제거를 위한 칼슘계 고온 탈황제의 황화반응속도" 한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences 8 (1): 125~133    
    4. 2000 "황화수소 제거를 위한 망간계 탈황제의 물리적 특성과 황화반응 속도" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 22 (11): 2067~2076    
    5. 2000 "압축한 도시고형폐기물의 열분해 특성" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 22 (5): 907~918    
    6. 2000 "고온 석탄 가스 탈황을 위한 개선된 망간계 탈황제 개발" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 22 (2): 291~302    
    7. 2005 "경주권역으로의 대기오염물질 유입현황과 석조문화재에 미치는 영향" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences 31 (5): 349~359    
    8. 2006 "발생원에 근거한 울산지역의 대기중금속 분포특성 및 발암위해성 평가" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences 32 (5): 522~531    
    9. 2006 "$TiO_2$가 담지된 화강암의 인공풍화에 미치는 수분의 동결-융해의 평가와 물리적 성질" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (2): 183~190    
    10. 2006 "산업폐기물 소각플랜트의 작업환경개선" 한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society 7 (3): 431~439    
  • 유정근 (6)

  • 이형근 (23)

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