The aim of this study is to evaluate the possibility of damage to cultural assets resulting from vibrations generated by construction vehicle traffic. The cultural heritage's natural vibration frequency was determined to be 150Hz by measurement. The damping ratios were calculated as 4.7% using the logarithmic decrement approach and 4.3% using the half-power method. The vibration measurements obtained during vehicle operation indicated that, despite an increase in vehicle velocity of up to 15 km/h, the vibrations remained below the detectable level of 0.13 mm/sec. When the road is curved and the terrain is sloped, a suitable speed for vehicle operation was found to be around 17 km/h, at which point vibrations were seen. The highest recorded vibration amplitude at this velocity was 0.217 mm/sec, which remains below the stringent regulation limit of 2 mm/sec. Thus, it can be concluded that there is no actual harm caused by vibrations.

석조문화재의 풍화훼손도를 평가하기 위해 초음파속도를 이용하는 방법은 현장적용 및 풍화도 평가가 용이하여 널리 사용되고 있다. 이 방법은 풍화가 진행되면 초음파 속도가 감소하는 특성을 이용해 신선암과 풍화암의 초음파속도 차이를 이용하여 풍화등급을 산정한다. 그러나 풍화등급 산정에서 신선암의 초음파속도를 암석의 산출지역과 관계없이 고정값(5,000 m/s)으로 사용하기 때문에 우리나라와 같이 동일한 암종에서도 다양한 속도가 나타나는 경우 많은 문제가 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 석조문화재를 구성하는 대표 암종에 대하여 20종의 시편과 60개의 코어시료를 획득해 신선암의 초음파속도를 측정하여 데이터베이스(DB)를 구축하고 이를 보고하였다. 이 결과, 동일한 암종인 화강암 내에서도 초음파속도가 3,118에서 5,380 m/s까지 다양하게 나타나며 이를 무시하고 고정값을 사용할 경우 풍화등급 산정에 많은 오차를 발생시킬 수 있음을 확인하였다. 다음으로 측정 오차에 대한 보정을 위해, 현장측정에서 사용하는 두 가지 방법(직접법과 간접법)에 의해 속도를 측정하고 지역별 암종에 따른 보정계수를 산출하였는데 그 범위는 1.31에서 1.76까지 다양하게 나타났다. 그 외 측정온도, 장비운영자에 따른 초음파속도의 차이를 확인한 결과 그 차이가 오차범위 내에 있어 풍화도 평가에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 마지막으로 본 연구에서 얻어진 초음파속도 DB와 측정보정계수를 실제 석조문화재인 봉황리 마애불상군에 적용한 결과, 풍화지수는 0.3으로 기존의 방법보다 0.1 정도 낮게 평가되었으며 풍화등급 또한 기존의 방법이 "상당히 풍화"로 판별하는 것에 비해 "중간정도의 풍화"로 차이가 나타났다. 동일한 문화재를 대상으로 한 다른 연구결과에서 중간정도의 풍화등급을 제시하고 있어 본 연구의 결과가 보다 정확한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제시한 방법은 보다 정확한 풍화지수의 산정과 그에 따른 보존대책을 수립하는데 기여할 것으로 기대된다.

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.

석조문화재의 산성안개에 의한 손상을 예측하기 위하여 경주남산화강암, 응회암과 대리암에 pH4.0과 pH5.6의 인공안개를 적용하였다. 풍화된 경주남산화강암은 신선한 암에 비해 산성안개에 의한 무게감소가 더 크다. 응회암은 산성안개시험 매 회당 약 0.005 %의 무게감소율로 시험 대상 암석 중 가장 크게 변하였다. 응회암과 풍화된 화강암은 산성안개 보다는 산성비에 의한 무게감소가 더 크게 발생할 것이며, 대리암은 산성강우의 상태와 상관없이 무게감소가 나타날 것으로 예측되었다. 산성안개와 반응한 후 풍화암의 공극률과 흡수율이 월등히 증가한 결과를 보여, 풍화암이 신선한 암보다 산성안개에 취약할 것으로 예상된다. 대리암의 흡수율은 시험 후 약 50% 증가하였다. 암석의 색상이 시험 후 황색 쪽으로 약간 변화되었으며, 신선한 암보다는 풍화된 화강암에서 그 경향이 더 크다. 대리암은 산성안개와 반응 후 백색도가 증가하였다. 산성안개가 적용된 암석에서 검출되는 다량의 양이온은 반응에 의해 분해된 구성광물에서 기인한다.

석조문화재 보수물질로서의 적용을 위해 무기질 바인더를 시험하였다. 순수 무기질 바인더와 첨가제를 배합한 3종을 시편으로 제작하였고 거창화강석에 무기질 바인더 시편들을 부착시켜 무기질 바인더가 암석에 미치는 영향을 분석하였다. 무기질 바인더와 반응시킬 pH 4.0과 pH 5.6 수용액을 국내 강우의 산성도와 함유이온을 토대로 제조하였다. pH 8.0 약알칼리수와 pH 6.85 탈이온수를 준비하여 산성수의 대조군으로 적용하였다. 물반응 후 무기질 바인더 시편의 무게 감소는 시편의 종류에 따라서는 컸지만 물의 산성도와 상관성은 적었다. 순수 무기질 시편의 압축강도가 가장 컸으나 물반응 후 감소율이 가장 크다. 큰 흡수율은(6.72-12.44kg/m2˙t1/2) 무기질 바인더로부터 용출된 이온 함량과 상관성이 크다. 모든 액성의 수용액이 무기질 바인더와 반응 후 pH 9.0-10.0로 변화하였으며, 수용액에서는 무기질 바인더에서 용해된 Mg2+와 K+이 다량 검출되었다. 용해된 이온들은 수용액 내 음이온들과 결합하여 높은 용해도를 지닌 MgSO4˙nH2O 및 KNO3와 같은 백색염을 형성하였다. 암석강화제와 발수제를 처리한 무기질 바인더 시편에서는 이온량이 급격하게 감소하였다.

탄산염질 암석으로 건조된 석조문화재의 산성비에 따른 손상을 예측하기 위하여 백운암질 대리암 시편에 pH 4.0, pH 5.6 및 pH 6.85 인공강우와 인공풍화시험을 적용하였다. 모든 산성도의 강우는 대리암과 반응 후 중성부근으로 변화하였다. 대리암과 반응한 후 모든 산성도의 강우에서 Ca2+과 Mg2+의 함량이 두 배 이상 증가하였으며 탈이온수에서의 이온함량도 산성수에서와 유사하다. pH 4.0 강우와 반응한 대리암 시편의 무게가 시험 매회 0.00037 kg/m2 감소할 것으로 예측되며, 이는 한계산성비 pH 5.6에 비해 약 1.4배, 중성강우에 비해 약 3.1배, 그리고 인공풍화시험만 거친 시편에 비해서는 3.7배 큰 값이다. 일축압축강도는 pH 4.0 강우에서 시험 매회 0.2468 kg/cm2가 감소되며 강우에 접하지 않았을 때보다 2배 크다. pH 5.6과 pH 6.85 강우에서는 강도감소율이 각각 0.1791, 0.1280 kg/cm2로 도출되어 강우의 산성도가 강할수록 대리암의 강도는 약화됨이 예측되었다. 강우에 의해 대리암으로부터 이탈된 광물은 백운석과 소량의 방해석이다.

경주지역 석조문화재 구성암석으로 사용된 경주남산화강암과 석영안산암질 응회암의 산성비에 따른 손상을 예측하기 위하여 인공강우와 인공풍화시험을 적용하였다. pH 4.0 강우는 반응초기에 화강암시편의 표변에 노출된 신선한 광물 입자와 가수분해반응에 의하여 중화되나, 곧 초기산성도로 돌아갔다. 반면 pH 5.6 강우는 경주남산화강암과 반응 시 오랜 시간 동안 중성을 유지하였는데, 약한 산성도로 인하여 암석의 구성 광물이 천천히 지속적으로 가수분해되어 나타나는 결과로 보인다. 풍화된 경주남산화강암과 반응한 산성비의 산성도는 pH 5.6 강우의 경우 선선한 암석에 비해 더 오랫동안 중성을 유지하였다. 응회암과 반응한 산성비는 전체적으로는 화강암과 유사한 경향을 보이나, pH 4.0 강우의 산성도가 낮아지는 시점이 화강암에 비해 늦다. 이는 응회암과 화강암의 조직과 구성광물성분이 다르기 때문이며, 미립 내지 유리질 석기가 많은 응회암이 화강암에 비해 강우와 반응하는 성분이 더 많아서 이러한 차이를 나타낸다. 무게감소율과 강도감소율을 예측한 결과, 신선한 경주남산화강암 보다 응회암이 같은 조건의 환경에서 2배 가까이 감소하였다.

경주남산화강암과 보수물질인 시멘트몰탈에 다양한 산성도를 지닌 인공강우을 적용한 후 변화되는 양상을 통해 경주지역 석조문화재의 산성비에 의한 손상을 예측하였다. 2005년 경주지역 강우의 산성도가 pH 4.93~6.39로 측정되어, 이를 토대로 pH 4.0, pH 5.6, pH 8.0의 인공강우를 제작하여 시편에 적용하였으며, 인공풍화시험을 병행하여 시험을 가속화하였다. 경주남산화강암과 반응한 pH 5.6와 pH 8.0 강우는 중성으로 변화하였으며, 강우적용 시험 후 시편의 무게는 감소하였다. 경주남산화강암의 수용성 이온성분이 인공강우 적용 후 시험전에 비해 높게 검출되었으며, 이는 구성광물의 용해에서 주로 기인된 것으로 보인다. 강우에 의해 이탈된 광물성분은 주로 석영, 정장석과 사장석으로 산성비에 의해 바탕의 석기부위가 용해되고, 이로 인해 광물입자들이 이탈하는 것으로 보인다. 석조문화재 보수물질인 시멘트몰탈은 산성비뿐만 아니라 알칼리성 강우에 의해서도 수용성 이온성분으로 용해되었다.

우리나라 석조문화재의 대부분이 특별한 보호시설 없이 옥외에 있어 물리적 및 화학적, 생물학적 풍화로 인하여 원래의 모습과 재질이 크게 손상되어 있다. 그러므로 이런 석조문화재의 내구성 증진을 위해 보존처리제를 이용하여 보존 복원되고 있으나 보존처리제를 이용한 보존효과에 대한 실증적이고 공학적인 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 경주남산 화강암을 대상으로 에틸실리 케이트 계열의 수지를 이용한 처리효과를 정량적으로 분석하고자 했으며, 에틸실리케이트 함량이 다른 제품들을 처리한 후 물리적 성질 및 표면 색상을 비교 분석하였다. 실험 결과, 보존처리제 처리 후 흡수율과 공극률은 감소하였으며, 탄성파 속도와 일축압축강도, 탄성계수, 인장강도, 프아송비는 증가하였다. 또한 에틸실리케이트의 함량에 따른 물성은 전반적으로 에틸실리케이트 함량이 높은 제품에서 더 좋은 결과 값이 나타났다. 이는 에틸실리케이트가 암석 내부 공극을 채우는 효과 때문으로 확인되었다. 암석의 표면색상은 수지 처리 후 변화하였고, 에틸실리케이트 함량에 따른 변화는 함량이 높은 제품에서 더 크게 나타났다.

석조문화재 주변의 환경적인 요인은 다양한 형태의 손상을 불러일으킨다. 본 연구에서는 여러 환경 요인 중에서 지면에 조성된 조립사질 토양이 석조문화재의 손상에 끼치는 영향을 불국사 다보탑을 중심으로 살펴보았다. 복잡한 구조를 지닌 불국사다보탑의 주변 지면에는 조립사질토양이 조성되어 있고, 주변은 회랑으로 둘러싸여 있다. 경주의 거센 바람과 수많은 관람객으로 인하여 지면의 토양이 부유되어 복잡한 석탑의 부재 사이에 침착되고 있다. 조립사질토양이 석탑의 손상에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 조립사질 토양과 석탑 주변에 떨어진 풍화편을 채취하여 X-선 회절분석, 편광현미경 및 전자현미경으로 광물조성과 조직을 관찰하였으며, IC와 ICP-AES를 이용하여 수용성 염성분을 분석하였다. 조립사질토양과 풍화편에서는 스멕타이트 뿐만 아니라, 일라이트, 카올리나이트가 검출되었는데, 이들은 수분과 접촉시 팽창을 하여 암석에 압력을 가중시킨다. 풍화편과 조립사질 토양에서는 또한 NaCl 염이 검출되었는데, 이 염은 점토광물에 나트륨이온을 제공하여서, 또는 상대습도 평형을 떨어뜨려서 점토광물의 팽창을 증진시킨다. 분석결과는 조립사질토양이 풍화된 석조문화재의 사이트환경으로는 적절치 못함을 보여준다.

광물의 용해속도는 기후에 따라 지역적인 차이는 있으나, 일반적으로 화강암을 구성하는 광물중 장석류의 풍화속도가 다른 광물에 비해 비교적 빠르기 때문에 파손 정도는 장석의 안정성에 지배된다. 지구화학적 반응 모델링 결과, 강우에 의해서 화강암이 변질되는데 걸리는 시간은 다른 변수를 고려하지 않고 pH만을 고려한 pH=4.5인 산성수내에서의 변질속도와 비교할 때 일반적인 빗물(pH=5.7)보다 약 2.3배 더 빠른 것으로 계산되었다. 이러한 결과는 화강암질 석조문화재의 보존에 있어서 pH가 중요한 요소로 작용할 수 있음을 의미한다. 석조문화재의 풍화를 억제하기 위해서는 암석의 풍화특성이 우선적으로 규명되어야 하며, 가수분해, 산 반응 등의 화학적 풍화작용은 물과의 접촉에 의해 이루어지므로 물을 차단하기 위하여 발수코팅, 오일코팅 또는 건조환경을 조성하는 방안을 고려해야 할 것이다. 세척제와 생물방제를 이용할 시는 빗물이나 화강암과의 장기적 반응을 고려하여 중성화작용과 환원성 환경이 형성될 수 있는 재질의 선택이 매우 중요하다.