건축석: 용도, 천연 층리, 가공, 열화, 보존 및 인조석

건축석 개요

이 글에서는 1. 석재 용도, 2. 천연 층리, 3. 가공, 4. 열화, 5. 열화 지연, 6. 보존, 7. 인조석에 대해 다룹니다.

1. 석재 용도

석재는 고대부터 건축 시공에 사용되었으며, 우리나라 고대 사원과 요새 대부분이 석재로 건립되었습니다. 아그라 타지마할, 델리 레드포트, 자마 마스지드, 국회의사당, 중앙청, 대통령궁 등 전국 곳곳 주요 건축물이 석재 건축 자재 기여의 훌륭한 사례입니다. 현재도 시멘트 콘크리트와 벽돌 기본 자재로 쓰입니다.

석재 주요 용도:

1. 구조재: 기초, 벽, 기둥, 인방, 아치, 지붕, 바닥, 방습층 등
2. 외장재(Face-work): 웅장한 외관 연출. 벽체는 벽돌, 면처리만 원하는 색상 석재로 마감 → 복합 조적
3. 포장재: 주거, 상업, 산업용 건물 바닥 마감. 도로, 보도 포장에도 사용
4. 기초 재료: 석재 파쇄해 시멘트 콘크리트, 도로 마룸, 석회질 시멘트, 인조석, 중공 블록 등 기초 재료 생산
5. 기타: 철도 자갈, 고로 플럭스, 교량/교각/버트먼트/옹벽/등대/댐 등 블록

그러나 석재가 건축 자재로서 인기 점차 잃고 있는 이유는:

• 석재 가공이 지루, 노동집약적, 시간 소모적
• 원하는 강도/품질 석재를 평야지역 특히 적정 가격 구하기 어려움
• 대안인 철근콘크리트(RCC)와 강철이 더 강하고, 덜 부피 크고, 더 내구적, 현대 고층/중요 건물에 더 적합
• 석조 구조물은 RCC나 강구조처럼 합리적 설계 어려움

2. 석재 천연 층리(Natural Bed of Stones)

(1) 정의

건축석은 암석에서 얻습니다. 암석에는 석재가 쉽게 쪼개지는 뚜렷한 분할면이 있는데, 이를 석재 천연 층리라 하며 퇴적암이 원래 퇴적된 면/층을 나타냅니다. 천연 층리가 반드시 수평일 필요는 없습니다.

퇴적암은 층리면 따라 천연 층리 관찰/파악 용이. 화성암은 천연 층리 의미 적고 파악도 어려움.

(2) 중요성

석조 조적에서 일반 원칙: 모든 퇴적암 천연 층리 방향이 압력 방향에 수직 또는 거의 수직되게 배치. 이렇게 하면 석조물 최대 강도 확보.

천연 층리 방향은 물 부어 층 방향 관찰하거나 확대경으로 파악 가능. 숙련공은 정 끌 저항감으로 천연 층리 방향 쉽게 파악. 석재는 천연 층리 따라 쉽게 쪼개짐.

천연 층리 관련 석재 배치 원칙:

• 아치: 천연 층리 방사상 배치(그림 2-1). 아치 추력이 천연 층리 수직 방향 작용
• 코니스, 스트링 코스 등: 부분 비지지 상태 → 천연 층리 수직 배치. 모서리 돌은 예외. 가능하면 천연 층리 없는 석재 사용 권장
• 벽: 천연 층리 수평 방향 배치(그림 2-1)

3. 석재 가공(Dressing of Stones)

채석 후 석재 적정 크기/면으로 절단. 이를 석재 가공이라 하며 목적:

• 석조물 원하는 외관 확보
• 채석장 운반 용이/경제적
• 석조 공사 요건 충족
• 채석장 근처 숙련공 활용 등

작업 장소 따라 채석장 가공(quarry dressing)과 현장 가공(site dressing) 두 유형.

채석장 가공 이점:

• 채석장서 저렴 인력 확보
• 용도별 석재 선별 가능
• 불규칙/거친 부분 제거 → 중량 감소, 운반 용이
• 천연 층리 면 부각 가능
• 갓 채석한 석재 채석장 수분(quarry sap) 함유 → 비교적 부드러워 가공 용이

석재 가공으로 얻는 마감 종류:

1. 도끼 마감(Axed Finish): 화강암 등 경질석 도끼로 가공
2. 보스티드/드러브드 마감(Boasted or Droved Finish): 보스터(보스터: 날폭 약 60mm 끌)로 불연속 평행 자국 남김(수평/경사/수직)
3. 끌 드로프트 마진(Chisel-Draughted Margins): 균일 이음매 위해 마진 설치(각진/피치드/면취)
4. 원형 마감(Circular Finish): 기둥 등 원형/원주 면 가공
5. 드래그드/콤드 마감(Dragged or Combed Finish): 빗살(드래그/콤) 문질러 표면 가공. 연질석만 적합
6. 홈 마감(Furrowed Finish): 가장자리 20mm 폭 침하, 중앙 15mm 돌출, 10mm 폭 수직/수평 홈 형성. 퀸(quoin) 부각용
7. 몰드 마감(Moulded Finish): 원하는 형상 성형으로 외관 개선. 수작업/기계 가능
8. 해머 드레스트 마감(Hammer-Dressed Finish): 월러 해머(Waller's hammer)로 대략 정방형/직사각형 가공. 날카로운 모서리 없고 비교적 평탄해 조적 적합
9. 평면 마감(Plain Finish): 톱이나 끌로 대략 평활 면
10. 연마 마감(Polished Finish): 대리석, 화강암 등 수작업/기계 연마
11. 펀치 머신(Punched Machine): 펀치로 오목부 형성 → 연속 요철 면
12. 레티큘레이티드 마감(Reticulated Finish): 망사형 외관(그림 2-15). 가장자리 20mm 마진, 내부 불규칙 침하(깊이 5mm), 10mm 마진, 뾰족 도구로 콕마크 외관
13. 러브드 마감(Rubbed Finish): 석재 조각으로 문지르거나 기계 도움. 물과 모래 자유 사용 가속
14. 스캐블링 마감(Scabbling Finish): 스캐블링 해머로 돌출부 제거 → 거친 가공
15. 툴드 마감(Tooled Finish): 끌로 연속 평행 자국(수평/경사/수직) 남김
16. 셀프페이스드/록페이스드/쿼리페이스드 마감(Self-Faced or Rock-Faced or Quarry-Faced Finish): 채석장서 이미 평활 면 가진 석재 바로 사용
17. 싱크 마감(Sunk Finish): 원레벨 아래 넓은 홈, 면취, 경사면 등으로 침하
18. 버미큘레이티드 마감(Vermiculated Finish): 레티큘레이티드 유사하나 침하 더 곡선적 → 벌레먹은 외관

석재 열화(Deterioration of Stones)

노출된 석재 면은 다양한 대기 및 열화 요인 작용받음.

석재 부식 원인:

1. 반복 습윤/건조
2. 동결
3. 대기 불순물
4. 생물
5. 화학 물질 이동
6. 모르타르 성질
7. 빗물
8. 온도 변화
9. 식물 생육
10. 풍

(1) 반복 습윤/건조

비, 서리, 이슬 등 기관으로 석재 습윤 → 햇빛 건조. 이런 반복 노출 석재 빨리 마모.

(2) 동결

고지대/한랭지 대기 수분 석재 기공 침착. 어는점서 동결 팽창 → 석재 파열.

(3) 대기 불순물

대기 중 산성/훈증 등 불순물 공업지역 우세. 탄산칼슘 작용해 석재 열화.

(4) 생물

벌레, 박테리아 등 생물 석재 작용해 열화. 구멍 뚫어 약화. 유기산 분비로 석재 광물 부식.

(5) 화학 물질 이동

석회암/사암 등 다른 석재 동일 구조물 인접 사용 시 한 석재 대기 작용 생성 화학물질이 다른 석재 이동해 열화 유발. 예: 사암 아래 석회암 배치 시 빗물 타고 내려온 화학물질 사암 부식. 입상 석회암과 마그네슘 석회암 함께 쓰면 입상 석회암이 마그네슘 황산염 흡수해 열화.

(6) 모르타르 성질

석조 조적 결합재 모르타르 성질이 석재 구성 성분과 화학 반응 → 석재 분해 유도 가능.

(7) 빗물

빗물 작용 이중적: 물리적/화학적. 빗물 적심 → 햇빛 건조 → 반복 습윤/건조 → 석재 분해(물리적). 빗물 대기 중 CO₂, H₂S 등 흡수 → 산성화 → 석재 악영향(화학적).

(8) 온도 변화

온도 상승 → 석재 팽창, 하강 → 수축. 빈번한 온도 변동 → 내부 응력 → 석재 열화 용이.

(9) 식물 생육

덩굴/수목 석재 표면 생육, 뿌리 이음새 침투. 뿌리 수분 유인→석재 표면 습윤 유지. 동시 팽창 시도 → 석재 부식 가속.

(10) 풍

바람 미세 먼지 입자 고속 충돌 → 석재 마모. 바람 빗물 기공 강제 유입 → 동결 팽창 파열.

석재 열화 지연(Retardation of Decay of Stones)

풍화 작용에 의한 석재 부식 지연 예방책:

1. 치밀한 규질석: 중요 건물 외장엔 치밀 결정질 조직 치밀 규질석만 사용. 실리카 결합 사암 사용, 개방 조직 석회암/석회질 사암 공업도시 외장 사용 회피
2. 외부 마감: 일반 건물 시공 시 포인팅/미장 등 외부 마감 실시
3. 이음매: 석조 이음매 완전 충전 → 공동/공극 없는 견고 구조
4. 천연 층리: 석재 천연 층리 대로 배치
5. 석재 품질: 마감/연마/가공 잘된 석재 우선
6. 양생석: 갓 채석 석재 채석장 수분 함유→부식 가속 → 충분한 시간 노출 양생 후 배치
7. 석재 크기: 대형 석재 최대한 사용 → 이음매 최소화(약점/습기 침투 경로)
8. 물세척: 노출 석면 청결 유지 → 정기 물세척

석재 보존(Preservation of Stones)

열등 품질 건축석 부식 어느 정도 방지 위해 보존제 도포.

이상적 보존제 특성:

• 수분 침투 차단
• 혐오 색상 발생 안 함
• 대기 작용 저항 충분 경화
• 석재 표면 쉬운 침투
• 경제적
• 비부식성/무해
• 건조 후 장기간 효과 지속
• 도포 용이

단일 보존제가 모든 석재에 적합하지 않음 유의. 보존제 선택 신중해야 함. 석재 화학 조성, 구조물 내 위치 고려해 특정 보존제 추천. 각 케이스 면밀 검토 후 최종 선택.

일반적 석재 보존제:

1. 콜타르(Coal Tar): 보존 효과 있으나 색상 혐오감, 태양열 흡수 → 미관 해침 → 일반적 미채택
2. 아마씨유(Linseed Oil): 생아마씨유/삶은아마씨유 사용. 생아마씨유 원색 유지하나 빈번 갱신 필요(보통 연 1회). 삶은아마씨유 오래가나 표면 어둡게 변함
3. 페인트(Paint): 석재 표면 도포로 보존. 원색 변경. 깊은 침투 필요시 압력 도포
4. 파라핀(Paraffin): 단독 사용 또는 납사 녹여 도포. 원색 변경
5. 명반-비누 용액(Solution of Alum and Soap): 명반 0.75N, 연성비누 0.50N 물 1리터 용해. 석재 표면 도포시 보존제 역할
6. 중탄산 바륨 용액(Solution of Baryta): 수산화바륨 Ba(OH)₂ 용액 도포. 석재 부식 주원인 황산칼슘 CaSO₄일 때 사용. 반응: Ba(OH)₂ + CaSO₄ = BaSO₄ + Ca(OH)₂. 황산바륨 난용성·대기 영향 최소. 수산화칼슘 대기 CO₂ 흡수→탄산칼슘 CaCO₃ 생성→석재 강도 증진

인조석(Artificial Stones)

주조석(cast stones) 또는 재구성석(reconstructed stones)이라고도 함.

(1) 인조석 제조 절차

일반적 인조석 제조 절차:

1. 천연석 6mm 미만 크기로 파쇄
2. 석분 제거
3. 3~6mm 석재 1.5부, 3mm 미만 석재 1.5부, 시멘트 1부(부피비) 혼합
4. 희망 색상 안료 첨가(시멘트 중량 15% 초과 금지)
5. 필요량 물 가해 철저 혼합
6. 특수 제작 몰드 이송
7. 경화 대기, 표면 습윤 유지 → 블록 형태 인조석 완성
8. 필요시 연마
9. 백시멘트 사용해 연한 색조 생산 가능

(2) 인조석 형태

인조석 다양한 형태:

• 시멘트 콘크리트: 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 물 혼합. 현장타설/프리캐스트 가능. 현재 널리 사용. 강철 결합 시 철근콘크리트(RCC)
• 모자이크 타일: 상부 대리석 칩 함유 프리캐스트 콘크리트 타일. 다양한 색상, 현재 널리 채택
• 테라초(Terrazzo): 대리석 칩과 시멘트 혼합. 욕실, 주택, 사원 등 사용

(3) 인조석 장점

인조석 장점:

• 공동(cavities) 형성 가능 → 배관, 전선 관통용
• 주조 시 홈(grooves) 형성 가능 → 각종 부속 고정용
• 건축 요건 맞춰 원하는 형상 주조 가능
• 단일 피스 제작 가능 → 인방, 보 등 대형 석재 수급 곤란 해소
• 천연석보다 강하게 제작 가능
• 소형 석재 수익적 소비 → 저렴/경제적
• 비, 서리 등 대기 작용 열화/분해 저항 동등 이상
• 천연석보다 내구성 우수
• 천연 층리 없음 → 천연 층리 관련 예방조치 불필요