1.서 론
현재 문화유산 중 조적식 건축문화재의 경우 전통소 재인 석회를 이용한 수리가 이루어져야 함에도 불구하 고 강도의 문제로 현대 기법인 시멘트나 혼화재료를 첨가하여 사용하고 있다. 과연 전통소재인 석회 모르 타르는 강도가 약하고 동파에 취약한 재료인지에 대한 고찰이 필요하다.
최근까지 이루어진 국내 연구들은 의궤에 기록된 18 ~19세기 조선시대 석회 모르타르의 배합방법에 대한 강도평가를 실시하였으며, 그 결과 조적용으로 사용하 기에는 초기강도가 약하여 강도증진 방안이 요구되었 다.1) 석회 모르타르의 강도증진을 위하여 배합비와 골 재의 종류, 49일간 양생기간에 따른 강도양상이 연구 되기도 하였으나 강도가 2MPa 이하로 나타나 다양한 배합비와 혼화재의 적용가능성 검토를 제시한 바 있 다.2) 석회 모르타르는 초기강도가 약한 대신에 기경성 을 갖고 있어 대기 중 CO2와 반응하여 매우 서서히 강 도가 증진된다. 그러나 조적용으로 적합한 강도에 도달 하기까지 많은 시간이 걸린다고 알려져 있으나, 1996~ 2005년에 진행된 국외 연구를 통하여 석회 모르타르의 탄산화 진행정도와 강도의 상관관계를 분석한 결과에 따르면 제작 후 양생기간이 180일 지나면 충분한 탄산 화가 진행되고 360일이 지나면 2.5MPa가 넘지 않는 강도로 수렴하는 경향이 나타났다.3) 그림 1
이와 같은 석회 모르타르의 강도는 조적용으로 사용 하기에는 안전상의 문제로 인하여 사용이 부적합하다. 콘크리트표준시방서(2009)에서는 콘크리트의 내동해성 이 강도, 함수율, 공극량 등에 따라 다르지만 일반적으 로 콘크리트가 초기 동해에 견디는 압축강도로 2.9MPa 을 제시하고 있다. 또한 심한 기상작용을 받는 콘크리 트에 대해서는 안전율을 고려하여 최소 5MPa 이상의 압축강도를 지니도록 권고하고 있다. 따라서 현재의 생 석회를 소화시킨 소석회를 사용하는 석회 모르타르의 경우 권고하고 있는 강도에 미치지 못하고 있는 실정 이다. 또한 문화재청 보고서(2013)에 따르면 문화재 수 리용 전통재료로써 석회의 경우 용도별 품질기준이 필 요함을 언급하고 있다.4)
석회 모르타르의 약한 강도를 보완하고자 고문헌상 의 배합비율과 혼화재인 다양한 유기물첨가제를 첨가 함으로써 물성변화를 확인해보았으나 건축재료로 이용 하기 위해서는 강도 향상과 수축변형 보완 등이 필요 함을 제시하였다.5)6) 아직까지 전통 석회에 대한 제작 기술은 명확하게 밝혀지지 않았다. 고문헌에 나타나는 배합비는 배합단위가 명확하지 않고 단위기준체계도 많이 다르기 때문에 정확한 배합방법을 도출하는 데 어려움이 있다. 또한 석회가 어떻게 생산되었는지와 어떻게 배합하였는지와 같은 시공 방법에 대한 자세한 기록을 찾을 수가 없으며 혼화재로 유기물을 첨가하였 더라도 현대 기술로는 유기물 존재 여부를 판단하기에 어려움이 있다.
석회 모르타르의 강도를 증진시킬 수 있는 방안으로 는 여러 방법이 있다. 첫째, 황토가 아닌 순도 높은 모 래를 사용하거나, 둘째, 모래의 입도 크기의 경우 큰 것과 작은 것을 고루 사용하여 강도를 향상시키거나, 셋째, 클링커와 포졸란 물질을 사용하는 방법이 있다. 그중 본 연구에서는 조선시대에 점토질을 함유한 석회 석을 고온으로 소성하였을 때 생성되는 클링커에 대한 적용 가능성을 검토해보고자 한다.
천연 수경성 석회(Natural Hydraulic Lime: NHL)의 경우 클링커의 포졸란 반응에 의하여 다양한 압축강도 구현이 가능하며, 유럽규격(BS EN 459-1)에서는 양생 기간 28일 기준 2~15MPa 범주의 압축강도로 구분되 어 규격화하고 있다. 장기적인 강도발현 특성을 지니 고 있는 천연 수경성 석회의 경우 점토질을 함유한 석 회석을 1200℃ 근처에서 소성하여 만들 수 있다. 국내 의 석회석광산에서 채취되는 석회석의 경우 대부분이 점토질을 함유한 저품위 석회석에 해당되며, 고문헌에 기록된 석회 제작기술에서 조선시대에 천연 수경성 석 회를 제작하였을 가능성을 확인할 수 있다.
천연 수경성 석회(NHL)의 경우 해외에서는 상용화 단계에 이르러 다양한 제품을 생산하고 있지만 국내 의 경우에는 관련 특허가 1~2편에 불과하며 이를 문 화재와 전통 석회에 관련하여 연구한 논문은 전무한 실정이다. 특히 해외에서는 기존의 문화재에 존재하는 석회 모르타르에 대한 분석을 실시한 후 물성이 유사 한 석회 모르타르를 제작하여 보존처리하고 있으며, 이때 대부분 천연 수경성 석회를 사용한다. 천연 수경 성 석회는 천연 석회석을 소성하여 다른 혼화재 첨가 없이 제작되며, 초기 경화성과 장기적 강도발현 특성 때문에 해외에서는 역사적 건축물 보수시 주로 사용 되고 있다.
따라서 본 연구에서는 소성실험을 바탕으로 고문헌 상의 석회석 종류와 혼합수비(W/L), 첨가물에 따른 모 르타르의 기초 물성평가와 양생기간에 따른 강도발현 양상을 확인해보고자 한다. 조선시대에 사용된 석회석 을 규명하여 조적용 석회 제작기술에 대한 근거자료를 마련해 보고자 한다.
2.고문헌에 나타난 석회석 선정기준
전통 석회의 제작을 위해서 사용되는 원료는 석회석 과 굴 껍질이 있다. 석회는 원료의 화학적 성분과 결 정구조에 따라서 품질과 강도에 큰 영향을 미친다. 조 선시대에는 전통 석회 제작기술에 대한 문헌기록들이 다양하게 나타난다. 의궤와 『조선왕조실록』에서는 축 성이나 담장공사, 능묘 등에 사용된 재료가 언급되어 있으며, 조선후기에는 『북학의(北學議)』, 『임원경제지 (林園經濟志)』에서 전통 석회의 제작방법이 상세히 기 록되어 있다. 특히 『북학의』와 『임원경제지』에서는 석 회 모르타르의 강도향상을 위하여 여러 첨가제의 적용 방법과 석회석의 소성방법, 골재의 선택방법 등에 대 하여 기록되어 있다. 그러나 고문헌상의 기록들을 현 대에 적용하기에는 여러 문제점이 존재한다. 과거 재 료에 대한 용어가 현대의 어떤 재료에 해당하는지가 불분명하며, 배합방법상에서 측량 단위가 다름에 따라 정확한 배합방법 도출의 한계점이 존재한다. 따라서 과거의 기록에서 전통 석회를 재현하기 위한 근거자료 를 마련하기 위해서는 항상 이러한 한계점들이 고려되 어야 한다.
2-1.조선시대 석회석
조선시대에는 석회를 제작하는 기법을 중국으로부터 전해 듣고 이를 나라 실정에 맞게 개선하여 사용한 것 으로 보인다. 단편적인 예로는 문종 원년에 통사(通事) 김퇴가 북경에 다녀와서 상소한 내용이 있으며, 이와 같은 기록에서 유추할 수 있는 사실은 백색의 석회석이 아닌 흑청석(黑靑石)을 3일간 소성하여 생석회(CaO)를 만들고 이에 물을 부어 소석회(Ca(OH)2)로 가공하는 기술이 있었음을 알 수 있다.7)
위의 김퇴의 상소문 기록에서도 알 수 있듯이 조선시 대에 중국의 석회 제작기술을 참고하였음을 알 수 있으 며, 『천공개물(天工開物)』에서도 석회석에 관한 내용이 저술되어 있다.8)『천공개물』에서는 석회석 선정 기준으 로 청색이 가장 좋으며 황백색 다음으로 선호하였다고 한다. 또한 석회석은 노천채광으로 채취하였으며 소성 의 중요성을 인지하고 있었음을 알 수 있다. 이 밖에 조선시대에 석회석에 대한 선정방법이 나타난 기록으로 는 『세종실록지리지』에서 석회의 원료로 암석(嵓石)과 흑청석(黑靑石)이 사용되었다는 기록이 있다.9)
『성종실록』에서는 석회석의 생산 위치와 석회의 제 작이 가능한 석회석인지를 판단하는 기준이 있었음을 알 수 있다.10)
조선시대에는 석회석 품질에 대한 기준이 있었으며 그에 관한 기록도 보인다. 박제가의 『북학의』 벽돌편 에서는 석회석을 시험하는 방법을 상세히 제시하고 있 다.11) 그 내용 중에서 석회석을 소성하고 3분의 1이 줄 었다는 사실로 알 수 있는 것은 석회석(CaCO3)이 생석 회(CaO)가 되면서 44%의 질량 감소가 발생되어야 하 지만 이보다 적게 질량이 감소한 이유는 순도가 낮은 불순물(점토질)이 약 10~20% 함유된 석회석을 사용하 였기 때문임을 알 수 있다.
이권영(2009) 연구자의 조선후기 석회 조달방식에 대한 조사결과를 보면 전체적으로 황해도·경기도의 석 회를 주로 사용한 것으로 보이며, 고품위 석회석은 강 원도에 위치한 ‘삼척·태백·정선지구’에 주로 분포되어 있는데 강원도 지역보다 황해도의 석회석을 선호한 것 을 보았을 때12) 점토질을 함유한 저품위 석회석을 품 질이 좋은 석회석으로 인지하고 있었음을 알 수 있다. 고문헌상에서 조선시대에는 흑석·흑청석·황백석의 석 회석이 사용되었으며, 각 석회석의 품질에 대한 기준 을 갖고 있었다. 또한 성곽 및 조적용으로 사용된 회 는 석회석을 이용하여 제작하였으며, 석회석 광산으로 주로 황해도의 금천(金川)산을 사용한 것으로 보아 주 요 채취광산이 있었고 저품위 석회석을 선호하였다는 것을 알 수 있다.
국내의 석회석은 점토질을 함유한 저품위 석회석이 대부분이고 백색도가 낮은 유백색 또는 청색을 띠고 있다. 저품위 석회석은 갱내채광인 고품위 석회석에 비 하여 노천채광으로 채광되며 상대적으로 채광이 용이 하기 때문에 조선시대에도 저품위 석회석을 사용하였 을 가능성이 높다.
3.석회석 소성실험 및 모르타르 실험
3-1.소성실험 방법
(1)출발 원료
석회를 제작하기 위하여 고문헌상에 나타나는 종류 별 석회석을 선정하였다. 석회석은 고문헌상에 기록된 청색, 흑색, 백색, 황색계열의 석회석을 선별하였다. 석 회석은 직경 150~200mm 크기로 파쇄된 석회석을 이 용하였다. 색상별 석회석의 XRF 분석을 통하여 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO의 상대적인 함량비를 측정하 였다. 각각의 성분 함량비를 통하여 수경성인자를 다 음과 같은 산출식을 통하여 도출해낼 수 있다. 표 1, 그림 2
(2)소성 방법
석회석의 소성은 전기 로(Elim Global, KK80) 를 이용하여 산화환경 에서 소성하였으며, 고 문헌상의 기록과 석회 가마터에서의 출토유물 을 토대로 최대 소성 온도를 1200℃로 산정 하였다. 승온 속도는 10℃/min으로 설정하였으며 최고 온도 유지시간은 48시간으로 유지시켰다. 냉각방법으 로는 공기 중 급랭하는 방법으로 달궈진 석회석을 냉 각시켰다.
(3)수화 방법
각각의 소성시료들에 대하여 수화반응을 시켰다. 소성 에 의해 생성된 CaO를 Ca(OH)2로 전환시키기 위해서는 수화공정을 거쳐야 한다. 수화반응시 Sample :Water = 1 : 4, 교반속도는 300rpm을 기준으로 하였으며 샘플을 증 류수에 넣은 후 10분 동안 정치시킨 뒤 30분 동안 교반 하여 수화시켰다. 수화과정을 거친 시료는 여과 후 건 조기에서 (105±5)℃에서 24시간 동안 건조하였다. 수화 공정은 석회 모르타르 제작에 앞서 중요한 공정으로 고문헌상의 기록에서도 소성한 석회석을 공기 중에서 며칠간 습을 먹게 하거나 급히 사용하는 경우에는 물 을 첨가하여 사용하였다는 기록이 있다. 수화공정을 거 치지 않은 석회를 바로 사용할 경우 수화열에 의하여 팽창하거나 수분량 조절의 어려움으로 인하여 균열이 발생할 수 있다.
3-2.모르타르 실험 방법
(1)석회석 종류와 첨가물에 따른 모르타르 물성평가
석회 모르타르의 제작에 사용된 석회는 종류별 석회 석을 소성하고 수화반응시킨 소석회를 이용하였다. 골 재로는 ISO 표준모래를 사용하였으며 혼합수의 양은 W/L 비 0.8로 고정하여 제작하였다. 결합재와 골재의 배합비는 「BS EN 459-2: 2010」 에 준해 석회 : 잔골재(+ 천연포졸란) = 1 : 3으로 하였다. 제작된 시험체는 20℃, RH 60%인 항온항습실에서 7일·28일·56일·84일의 양생 기간을 거쳐 장기적인 강도 양상을 파악하기 위하여 시험체의 압축강도를 측정을 하였으며 각각 시료에 대 한 XRD 분석, SEM-EDS 분석, TG-DTA 시차열중량 분석을 실시하였다. 표 2
(2)천연 수경성 석회의 W/L 비에 따른 강도평가
Cementation Index 분석에 따라 NHL 5에 속하는 화 학적 성분조성을 지닌 흑색 석회석에 대하여 혼합수 (W/L)량에 따른 강도평가를 실시하였다. 제작에 사용된 석회는 1200℃에서 소성한 흑색 석회석을 공기 중에서 냉각시킨 후 수화반응을 거친 소석회를 사용하였으며, 골재로는 ISO 표준모래를 사용하였다. W/L 비는 소석 회의 양에 따른 혼합수의 비율로 각각 50·60·70·80%로 정하였으며, 제작된 시험체는 20℃, RH 60%인 항온항 습실에서 28일의 양생기간을 거친 시험체의 압축강도를 측정을 하였다. 표 3
3-3.모르타르 분석방법
(1)압축강도 측정
압축강도 시험은 50×50×50mm 크기의 큐빅 모양 시 험체를 하중용 가압판 상·하부에 대고 800±50N/s의 하 중속도로 가한 후, 최대하중을 단면적으로 나누어 3개 의 평균값을 구하였다. 압축강도 시험은 「KS L 5105 (수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 실험방법)」 에 의 거하여 압축강도 시험기로 측정하였다.
(2)X선 회절분석
X선 회절 분석법은 시료가 어떠한 성분으로 구성되 어 있는지 모르는 상태에서도 이 시료에 X선을 조사 시켜서 나타나는 회절패턴(Diffraction Pattern)을 이미 알고 있는 시료데이터에서 얻어진 회절패턴과 서로 비 교하여 그 성분을 알아낼 수 있다. 본 연구에서는 제 작된 시편의 소성온도에 따른 광물조성변화를 분석하 기 위해 X선 회절분석기(Rigaku Corporation D/MAX 2200/PC)를 이용하였다.
(3)미세구조 관찰 및 분석
석회 모르타르의 분석을 위해 시료를 채취하여 현미 경 관찰 및 성분분석을 실시하였다. 석회 모르타르의 결정상 종류에 따른 미세구조의 차이와 탄산화에 따른 결정의 성장정도를 관찰하여 제작방법을 분석해보고자 하였다. 석회 모르타르 시료를 초음파세척기에서 수회 증류수를 교체하며 이물질을 제거하고 열풍건조기에서 건조한 후 주사전자현미경(JSM-5510, JEOL)에 부착된 에너지 분산형 분석기(INCA, Olympus)를 이용하여 분 석을 실시하였다.
(4)시차열중량분석
석회 모르타르의 탄산화 정도와 결정구조를 분석하 기 위해 시차열분석을 실시하였으며, 분석기기는 시차 열분석기(TG 1820/Rigaku사)를 이용하였다. 시료는 최 대한 오염이 되지 않도록 분말로 준비하였으며, 샘플팬 (sample pan)은 알루미나(Al2O3)를 사용하였다. 분석 조 건은 20~1000℃ 사이에서 20℃/min의 승온(昇溫) 속도 를 적용하였고, 이를 토대로 분석을 수행하였다.
4.조선시대 석회 모르타르 제작 및 평가결과
4-1.소성실험 결과
색상별 석회석에 대한 XRF 성분분석을 실시하였다. 흑색 석회석(LS-D)은 C.I.가 0.77로 가장 높은 수경성 을 지닐 것으로 보이며 NHL 5의 범주에 속하는 것으 로 나타났다. 그 밖의 백색, 황색, 청색 석회석은 C.I. 가 0.3보다 낮게 나타나 수경성을 띠지 않을 것으로 판단되며 각각 백색, 청색, 황백색 석회석은 CaO 함량 48% 이상의 고품위 석회석으로 구별되었다. 흑색 석 회석의 경우 CaO 함량 43.4%로 저품위 석회석에 속하 며 점토질인 이산화규소(SiO2)의 함량이 12.5%로 높게 나타났다. 표 4
색상별 석회석의 XRD 분석결과, 청색 석회석(LS-B) 과 흑색 석회석(LS-D)에서 석영(quartz) 피크가 높게 나타나 점토질을 함유한 것으로 보이며, 대부분 석회석 (calcite, CaCO3)으로 이루어진 것을 확인할 수 있었다.
색상별 석회석에 대한 시차열중량분석을 통한 광물 상 분석을 실시한 결과, 600℃ 이상에서 CaCO3의 분해 에 의한 무게손실이 공통적으로 나타났으며, 흑색 석회 석(LS-D)의 경우 석영의 광물상 변화에 의한 발열반 응이 관찰되었다. 그림 3, 그림 4, 그림 5, 그림 6, 그림 7
4-2.수화반응 결과
색상별 석회석을 소성한 후 공기 중 급랭한 석회석 에 대하여 Sample : Water = 1 : 4로 물에 침지시킨 후 더 이상 수화열이 발생하지 않을 때 건조기에서 105℃ 로 건조시켰다. 수화반응 전과 후 색상 차이가 발생하 였으며 전체적으로 수화반응 후 백색도가 증가하였다. 수화반응이 완료된 시료에 대하여 소석회의 생성 여부 를 판단하기 위해서 XRD 분석을 통해 광물상을 분석 하였다. 흑색 석회석과 청색 석회석의 소석회에서 클 링커-belite(C2S)가 생성된 것을 확인할 수 있었다. 흑 색 석회석의 소석회(HL-D)가 천연 수경석 석회(NHL) 제조용 저품위 석회석으로 적합할 것으로 판단된다.
수화반응시킨 소석회에 대한 시차열중량분석을 통한 광물상 분석을 실시한 결과, 600℃ 이상에서 CaCO3의 분 해에 의한 미량의 무게손실과 흡열반응이 공통적으로 나 타났으나 대부분 500℃ 부근에서 감도가 높은 흡열피크 가 관찰되어 대부분 소석회로 이루어진 것을 알 수 있다. 그림 8, 그림 9, 그림 10, 그림 11, 그림 12, 그림 13
4-3.모르타르 실험 결과
(1)석회석 종류와 첨가제에 따른 모르타르 물성평가
색상별 석회석의 소성실험을 통하여 제작된 소석회 로 모르타르를 제작하여 압축강도를 평가하였다. 압축 강도 측정은 양생기간 7일·28일·56일·84일을 기준으로 진행되었으며, 압축강도는 3.07MPa로 LS-C(황백색 석 회석)이 가장 높았다. 전체적으로 양생기간이 증가할 수록 강도가 증가되는 장기강도 발현 경향이 나타났으 며 특히, 클링커 C2S를 함유한 천연 수경성 석회인 LS-D(흑색 석회석)와 LS-B(청색 석회석)의 경우 강 도가 양생 84일부터 높은 폭으로 강도가 증가하였다. LS-A와 LS-C의 경우 양생기간이 늘어날수록 강도의 증가폭이 줄어들면서 수렴하는 경향이 나타났다.
제품화된 프랑스 S사 천연 수경성 석회의 경우, 본 연 구와 동일한 배합비로 제작하였을 때 양생기간에 따라 NHL 2는 7일 0.47MPa, 28일 1.25MPa, 6개월 2.88MPa, 12개월 2.90MPa, 24개월 2.75MPa의 강도가 나타난다. NHL 3.5 또한 압축강도가 각각 0.53MPa, 1.34MPa, 3.94MPa, 3.9MPa, 3.97MPa로 나타나며, NHL 5의 경 우 0.88MPa, 1.5MPa, 5.31MPa, 6.5MPa, 7.8MPa로 나 타난다.13) 천연 수경성 석회의 경우 장기강도 발현이 이루어지기 때문에 양생 초기에는 6MPa 이하의 낮은 강도로 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서 제작된 천연 수경성 석회(LS-D)의 경우 장기간의 강도증진이 이루 어질 것으로 추정된다.
고문헌상에 기록된 천연포졸란인 소성기와 부스러기 를 배합비 1(LS-D, Hydrated lime) : 2(Aggregate) : 1 (Traditional rooftile powder)의 중량비로 배합한 후 항온항습실에서 기건양생 28일 후의 압축강도를 측정 하여 비교분석한 결과, 골재를 표준사를 이용한 시험 체보다 소성기와 부스러기를 사용한 시험체가 12% 더 높은 압축강도 수치가 나타났다. 그림 14, 그림 15
네 종류의 석회 모르타르에 대한 미세구조 관찰을 위하여 주사전자현미경 관찰을 실시하였다. 시료 모두 공극이 많고 치밀하지 못한 상태로 관찰되었으며, 구 상의 탄산칼슘이 곳곳에 관찰되며 탄산화가 진행 중인 것으로 관찰되었다. 모르타르 LS-A, LS-B, LS-C는 그물망조직과 침상의 조직이 관찰되지 않아 C-S-H 수화물질이 형성되지 않는 것으로 관찰되었으며 모르 타르 LS-D의 경우 일부에서 그물망조직이 관찰되었 으나 발달정도가 약하였다. 그림 16, 그림 17, 그림 18, 그림 19
(2)천연 수경성 석회의 W/L 비에 따른 강도평가
천연 수경성 석회(LS-D)에 대한 석회 대비 혼합수 비에 따른 강도평가 실시하였다. 천연 수경성 석회 모르 타르의 혼합수비(W/L) 50%, 60%, 70%, 80%로 조절하 여 압축강도를 측정하였다. 혼합수비(W/L) 50%, 60%인 LD-A와 LD-B는 점도가 약하여 시공성이 불량하였다. 혼합수비(W/L) 70%와 80%인 LD-C와 LD-D는 압축강 도가 약 0.74~0.79MPa로 비슷한 수치로 나타났다. 혼합 수량이 증가할수록 압축강도가 증가하였으나 80% 이상 부터는 강도가 약해지는 경향이 나타났다. 흑색 석회석 으로 제작한 천연 수경성 석회는 시공성과 강도를 고려 하면 70~80%의 혼합수비가 적합할 것으로 사료된다. 그림 20
5.고찰 및 결론
본 연구에서는 고문헌 조사를 통하여 조선시대 석회 의 제작기술을 연구하고, 이를 바탕으로 조선시대 조 적용 석회를 재현하기 위한 석회석 소성실험과 모르타 르 제작평가를 하였으며, 연구결과는 다음과 같다.
조선시대에는 석회석에 대한 선별기준과 적정 소성 온도 기준이 있었으며, 다양한 첨가물과 배합방법을 통하여 강도를 개선하고자 하였음을 알 수 있다. 특히 석회석의 경우 흑색과 청색 석회석을 선호하였는데, 이는 국내 저품위 석회석의 색상과 유사하다. 국내 석 회석은 점토질을 함유한 저품위 석회석이 대부분이고 노천채광 방식으로 채광이 용이하므로 조선시대에 저 품위 석회석을 사용하였을 가능성이 있다.
고문헌상에 나타나는 석회석 선별기준에 따라 국내 의 색상별 석회석을 고온에서 소성하여 모르타르를 제 작하고 이를 평가하였다. 1200℃의 고온에서 소성된 석회석들 중 황색과 흑색 석회석의 경우 수화반응을 거친 소석회에서 장기적 강도발현 특성을 지닌 클링커 C2S가 생성되는 것을 확인할 수 있었다. 초기강도는 고품위 석회석에 속하는 백색 석회석과 황색 석회석을 이용한 모르타르가 높게 나타났으나 양생기간이 길어 질수록 압축강도의 증가폭이 감소하고, 3MPa의 강도 로 수렴하는 일반적인 소석회 모르타르의 강도발현 경 향이 나타났다. 이에 반해 천연 수경성 석회(NHL 5) 기준에 속하는 흑색과 청색 석회석을 이용한 모르타르 는 지속적으로 강도가 증가하는 경향이 나타났으며, 장기간 양생시 높은 강도가 발현될 것으로 추정된다. 84일간의 양생기간으로 장기적 강도발현 특성을 규명 하기에는 어려움이 있으나 클링커 C2S가 생성되어 있 고 강도 증가양상이 유럽의 천연 수경성 석회의 강도 증가 양상과 유사하기 때문에 점진적으로 강도가 증가 할 것으로 판단된다.
국내의 흑색 석회석을 이용하여 제작한 모르타르는 천연 수경성 석회(NHL 5) 기준에 적합한 성분조성비 를 지니고 있었으며, 고온소성시 클링커 C2S가 생성되 어 장기강도 발현 가능성이 확인되었다. 흑색 석회석 으로 제작한 석회의 경우 혼합수 비율(W/L%)이 70~ 80%일 때 강도가 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있 었으며, 첨가물로 고문헌에 기록된 천연포졸란인 소성 기와 가루를 첨가한 결과 12%의 강도 향상 효과를 확 인할 수 있었다. 고문헌에 기록되어 있는 혼화재는 매 우 다양하며 석회 모르타르에 첨가되었을 경우 강도 향상, 방수 기능, 작업성 향상 등 다양한 기능이 향상 될 수 있다. 하지만 이러한 혼화재의 특성들은 원료인 석회의 제작공정에 따라 크게 좌우되기 때문에 우선적 으로 원료에 대한 연구가 선행되어야 할 것이다.
본 연구에서는 조선시대의 석회석 선정기준과 소성 방법을 바탕으로 강도가 요구되는 조적용 석회의 복원 방안에 대한 기초연구를 진행하였다. 아직까지 문화재 에 사용되는 석회 모르타르는 기준이 명확하지 않으며 조적용으로는 강도가 부족하다. 석회의 원료에 대한 과학적 분석 연구는 기초단계에 있으며, 문화재의 복 원을 위한 재료의 진정성을 확보하기 위해서는 전통 석회의 제작기법에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 야 할 것이다.
