Effects of Salts and Acid Solutions on the Weathering of Granite

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.

화강암의 풍화에 미치는 염분과 산성용액의 영향

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.