중국 대족석각 보존에 고대 로마 콘크리트 기술 적용
새로운 그라우팅grouting 재료가 석굴 침식을 막는다
by 천예홍Chen Yehong, 중국과학기술대학교University of Science and Technology of China
중국과학기술대학교University of Science and Technology of China (USTC) 마 샤오Ma Xiao 교수가 이끄는 연구팀이 고대 로마의 콘크리트 기법에서 영감을 받아 석굴grotto 보존을 위한 저렴하고 내구성이 뛰어난 새로운 규산칼슘 수화물 기반 그라우팅 재료[highly durable calcium-silicate-hydrate-based grouting material]를 개발했다.
이 연구는 Advanced Science에 게재되었다.
암석 유물은 인류 역사의 중요한 기록 보관소 역할을 한다.
둔황Dunhuang 막고굴Mogao Caves과 대족석각大足石刻Dazu Rock Carvings 베이산 석굴北山石刻Beishan Grottoes과 같은 중국 석굴 사원grotto temples은 건축, 조각, 벽화 예술을 통합하여 중국 문명의 거대한 보물을 만들어냈다.
그러나 오랜 기간 자연 침식natural erosion으로 많은 석굴이 벽 균열 all cracking이나 누수water infiltration와 같은 다양한 손상에 취약해졌다.
중국 남부에서는 덥고 습한 기후로 균열을 통해 물이 스며드는 현상water seepage through cracks이 심화해 동굴의 구조적 안정성이 손상될 뿐만 아니라 표면 풍화surface weathering, 소금 결정화salt crystallization, 생물학적 침식biological erosion을 포함한 복합적인 악화 현상이 발생한다.
동굴 내 누수 문제 해결에 핵심 과제 중 하나는 그라우팅 재료grouting materials를 사용하여 균열을 메우는 것이다. [이 그라우팅 재료에 대한 적절한 번역어가 지금 당장 생각나지 않는다. 보강재?]
이상적인 그라우팅 재료는 적절한 기계적 강도, 우수한 투습성, 그리고 높은 내구성을 가져야 한다.
유기 수지나 시멘트 기반 화합물과 같은 기존 재료는 불충분한 호환성이나 2차 손상 위험으로 문화재 보존의 특수한 요구를 충족하지 못하는 경우가 많다.
연구진은 이상적인 그라우팅 재료를 찾기 위해 실험과 분자 동역학 시뮬레이션을 병행하여 대족석각의 베이산 사암에서 칼슘-규산염-수화물calcium–silicate–hydrate (C-S-H)이 주요 광물(석영quartz, 조장석albite, 방해석calcite 등)과 어떻게 상호작용하는지 조사했다.
연구진은 계면 접착interfacial adhesion에서 수소 결합hydrogen bonding의 중요한 역할과 기계적 맞물림과 화학적 결합의 시너지 효과를 밝혀냄으로써 재료 최적화를 위한 이론적 근거를 제공했다.
이러한 발견을 바탕으로 연구팀은 실온에서 네트워크 구조의 C-S-H 겔을 합성했다.
Ca/Si 비율, 물-결합재 비율, 결합재-골재 비율, 폴리카르복실레이트계 감수제 투여량polycarboxylate superplasticizer dosage 등의 매개변수를 최적화함으로써 그라우팅 재료의 전반적인 성능을 크게 향상시켰다.
이 최적화된 제형formulation은 이제 대족석각의 누수 문제를 해결하는 데 이상적인 후보로 자리매김했다.
재료 설계, 합성, 특성 분석 및 계면 분석을 포함하는 통합적인 방법을 통해 본 연구는 보호 재료에 대한 목표 연구 프레임워크를 개발하고 석굴 사원 및 기타 석조 문화 유산의 보존을 위한 패러다임을 확립했다.
More information: Mengjun Jia et al, From Ancient Techniques to Modern Solutions: In Situ Synthesis of C–S–H for Sandstone Conservation, Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202503333
Journal information: Advanced Science
Provided by University of Science and Technology of China
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미륵사 석탑, 그리고 석굴암 같은 문화재 현장을 횡행하는 유령 중 하나가 일제가 시멘트로 한국문화재를 망쳤다는 신화다.
나는 언제나 이런 말을 했다. 시멘트 공구리를 문화재 현장에 적극 도입해야 한다고 말이다.
우리 선조들은 시멘트 공구리를 몰라서 못 썼을 뿐, 그네들이 이 기술을 알았더래면 진즉에 사용했을 것이다.
21세기에 왜 이런 기술을 팽개친단 말인가?
전통기법, 원형 고수라는 이름으로 옛날 기술대로 문화재를 보수하고 복원해?
왜?
다 썩어 문드러지는데 왜 그런 방식을 고수한단 말인가?
성벽이며 건물기초 같은 데서는 적극적으로 시멘트 공구리 쳐야 한다. 철근도 박아야 한다.
검은 고양이건 흰 고양이건 쥐만 잡으면 된다.