Research Paper

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Econ. Environ. Geol. 2023; 56(1): 103-114

Published online February 28, 2023

https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.103

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Evaluation of Physical Properties and Material Characterization for Structural Frame at the Stained Glass Windows to Gongju Jeil Church of the Registered Cultural Heritage in Korea

Bo Young Park, Hye Ri Yang, Chan Hee Lee*

Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju 32588, Korea

Correspondence to : *chanlee@kongju.ac.kr

Received: January 26, 2023; Revised: February 22, 2023; Accepted: February 23, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

The Christian Museum of Gongju Jeil Church was first built in 1931 and was largely damaged during the Korean War, but the walls and chimneys have been preserved. This building has a high architectural values in that the chapel was reconstructed in 1956, and maintains its original form through repair of damaged parts rather than new construction. The stained glass windows were as installed in 1979 and has a great significance in the Dalle de Verre method using lump glass. However, some of the stained glass damaged partially, such as various cracks and splits, and vertical and horizontal cracks in the joint fillers of supporting the colored glass. As the structural materials of the stained glass window, an iron frame and cement mortar filled with it were used, and corrosion of iron, cracking of mortar and granular decomposition appear partially due to weathering. In the joint fillers, the content of Ca and S is very high, indicating that gypsum were used as admixtures, and the gypsums grow in a rhombohedral and forms a bundle, which is investigated to have undergone recrystallization. As a result of modeling the ultrasonic velocity at the joint fillers, the left and right windows at the entrance show relatively weak in the range of 800 to 1,600m/s, and the lower right corner of the altar window and the upper left corner of the center window were also 1,000 to 1,800m/s, showing relatively low physical properties. And gypsums produced during the neutralization of lime mortar were detected in the joint fillers and contaminants on the surface. Such salts may cause damage to the joint material due to freezing and thawing, so appropriate preventive conservation is required. Also, since various damage types are complexly appearing in stained glass window and joint filler, customized conservation treatment should be reviewed through clinical tests.

Keywords stained glass window, joint filler, cement mortar, ultrasonic velocity, preventive conservation

국가등록문화재 공주제일교회 스테인드글라스 구조재의 재질특성과 물성 평가

박보영 · 양혜리 · 이찬희*

국립공주대학교 문화재보존과학과

요 약

공주제일교회 기독교박물관은 1931년에 초축되었으며 한국전쟁으로 상당 부분 파손되었으나 벽체와 굴뚝 등이 보존되었다. 이 건물은 1956년 예배당을 재건하며 신축이 아닌 파손된 부분의 보수를 통해 원형을 유지하고 있다는 점에서 건축학적으로 높은 가치가 있다. 스테인드글라스는 1979년에 설치하였으며, 덩어리유리를 사용하는 달드베르(Dalle de Verre) 방식으로 큰 의미가 있다. 그러나 일부 스테인드글라스에서는 다양한 균열과 쪼개짐이 나타나고 색유리를 지지하는 줄눈에는 수직 및 수평균열이 확인되는 등 부분적인 손상을 입었다. 스테인드글라스의 구조재로는 철제 틀과 이를 충전한 시멘트 모르타르가 사용되었으며, 부분적으로 풍화작용에 따라 철제의 부식과 모르타르의 균열 및 입상분해가 나타난다. 줄눈재에서는 Ca과 S의 함량이 높아 석고를 혼화재로 사용하였음을 지시하며, 석고는 능형으로 성장하며 다발모양을 이루고 있는 것으로 보아 재결정작용을 거친 것으로 판단된다. 줄눈재의 초음파속도 모델링 결과, 입구 좌우창의 속도는 800~1,600㎧ 범위로 상대적으로 취약하며, 제단의 좌창 우측 하단과 중앙창 좌측 상단도 1,000~1,800㎧로 나타나 상대적으로 낮은 물성을 보였다. 또한 줄눈재와 표면오염물에서는 석회 모르타르의 중성화에서 생성되는 석고화합물이 검출되었다. 이와 같은 염류는 동결 및 융해작용에 따라 줄눈재의 손상을 일으킬 수 있어 적절한 예방보존이 필요하다. 스테인드글라스와 줄눈재에는 다양한 손상유형이 복합적으로 나타나고 있어 임상실험을 통해 맞춤형 보존처리를 검토해야 할 것이다.

주요어 스테인드글라스, 줄눈재, 시멘트 모르타르, 초음파속도, 예방보존

  • Material characteristics of joint filler for the stained glass window

  • Ultrasonic velocity of joint filler shows low physical property

  • Preventive conservation of joint filler due to freezing and thawing

스테인드글라스(stained glass)는 염색된 유리나 색유리 그림 또는 유리화로 알려진 유리공예의 일종이다. 또한 색유리를 이어 붙이거나 유리에 색을 칠하여 무늬나 그림을 나타낸 장식용 판유리를 뜻하기도 한다. 이는 회화의 한 분야로 색을 넣은 유리를 틀에 배치하고 형태를 구성하여, 주로 중세 이후 성당 또는 교회의 창과 천정에 설치하면서 종교건축의 예술로 발전하였다.

한국에 설치된 최초의 스테인드글라스는 1898년 프랑스 파리 외방전교회에 의해 건축된 서울 명동 주교좌성당이다. 이후 대구 계산동성당을 비롯한 여러 곳에 스테인드글라스가 설치되어 동시대 유럽 스테인드글라스의 특징적인 표현양식을 직접적으로 수용했다는 점에서 교회사 및 미술사적으로 중요한 의미와 가치가 있다(Jung, 2016). 그러나 이들은 한국인의 작품은 아니었다.

한국의 스테인드글라스 역사는 이남규로부터 시작된다. 오스트리아와 프랑스에서 유학하고 1971년에 귀국한 이남규는 1974년 서울 중림동 약현성당에 한국인 최초의 스테인드글라스를 제작하였다(Cho et al., 2016; Jung, 2010). 1979년에는 약현성당과 같은 기법을 활용한 성삼위 형상을 공주제일교회 제단 후면에 설치하였다. 이는 평면 유리가 아닌 덩어리유리를 사용하는 달드베르(Dalle de Verre; slab glass) 방식으로, 개신교회에 만든 첫 작품으로 큰 의미가 있다.

공주제일교회 스테인드글라스는 1979년 교회를 증축하면서 설치되는데, 지역의 교회로서는 기존에 없던 형식을 과감하게 도입하였다. 최근까지 알려진 기록에는 스테인드글라스가 설치되는 과정과 상황이 자세히 나타나 있지 않다. Park(2020)은 당시 교회의 담임목사와 이남규 작가의 가족에 대한 인터뷰를 통해 상세한 정황을 제시하였으나, 전체적인 구조와 도면 및 제작기술 등은 여전히 불분명하다.

공주제일교회는 미국 북감리교의 선교기지로 1903년 공주에서 제일 먼저 세워진 감리교회이다. 현재의 건물은 1931년에 건립되어 한국전쟁 때 상당 부분 파손되었지만, 보수과정에서 벽체와 굴뚝 등을 그대로 보존하는 등 원형이 잘 남아 있어 2011년 6월 20일 국가등록문화재로 지정되었다(Fig. 1A). 이는 교회뿐만 아니라 학교와 병원 및 유치원을 운영하며 사회계몽과 독립운동을 지원하는 근대화의 선구적 역할을 하였다(Lee et al., 2019).

Fig. 1. General views of Gongju Jeil Church. (A) External appearance of the church. (B) Interior chapel converted into the church museum. (C) Stained glass windows inside the chapel. (D) Stained glass windows to the left and right sides of the chapel entrance. (E) Outside view of the stained glass windows in the chapel. (F) Outside view of stained glass windows on the left and right sides to the entrance.

이 공주제일교회 건물은 최근 ‘공주기독교박물관’으로 리모델링하여 2018년 충청남도 사립박물관으로 등록되었다(Fig. 1B). 박물관에서 가장 두드러진 부분은 제대 후벽의 스테인드글라스로서 종교적 상징성과 장식의 기능을 공유하며 근대문화유산 보존이라는 범주에서 관심의 대상이 되었다(Fig. 1C~1F).

그러나 스테인드글라스는 부분적으로 다양한 균열과 쪼개짐이 나타나고 이를 지지하는 구조재 바탕의 줄눈에서도 수직 및 수평균열이 확인된다. 이 스테인드글라스의 전체적인 구성과 발색원소 및 강도 등 보존과학적 특징은 별도로 보고할 예정이다. 따라서 이 연구에서는 예배당 입구와 제대 후벽의 스테인드글라스를 지지하고 있는 구조재를 대상으로 재질특성 분석과 물성진단을 수행하였다. 이는 스테인드글라스의 안정적 보존을 위한 아주 중요한 과정으로, 연구결과는 근대문화재와 색유리 보존의 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

2.1. 연구대상

공주제일교회는 미국 감리교 선교사 맥길(William B. McGill)이 설립하였으며, 건물은 1931년 11월에 세워진 것으로 알려져 있다. 규모는 대지 1,064.5m2에 건축면적 272.72m2이며 연면적은 537.5m2이다(Lee et al., 2019). 건축형태는 붉은 벽돌에 지상 2층의 라멘조구조로 1층에는 석조의 반지하층이 있다(Fig. 1A).

이 건물의 초축은 1931년이지만 양식은 19세기 말의 한국 초기 교회양식을 따르고 있다. 1950년 한국전쟁 때 반지하층과 측면 벽체를 제외한 상당 부분이 파손되어, 1955년에서 1956년에 개축하고 1979년 다시 증축하였다(Lee et al., 2019). 현재는 공주기독교박물관으로 활용하고 있다(Fig. 1B).

건물은 공간을 하나로 통합한 강당형으로 정면에 중앙포치와 종탑이 있다. 포치 상부와 좌우측 외벽은 요철형태로 고대 성곽 같은 모습이며, 측면에는 9개의 아치형창과 지붕 위로 굴뚝이 솟아 있다. 개축 당시 종탑 모서리에 베이지색과 옥색 타일을 사용하여 콜라주 형식으로 장식하였는데 벽돌을 타일로 장식한 경우는 흔치 않다. 포치 좌우의 세로 창과 내부 제대 뒤로 세 개의 창에 장식한 스테인드글라스는 1979년 증축하면서 설치하였다. 반지하층의 개인 기도실은 로마시대 카타콤을 연상시킨다(Kim, 2018; Lee et al., 2019).

공주는 충청의 선교 중심지였고 공주제일교회는 선교의 거점이자 독립운동을 지원한 곳이다. 유관순 열사와 조병옥 선생이 공주 영명학교 재학 당시 이 교회를 다닌것으로도 유명하다. 한국전쟁으로 많은 부분이 파손되었지만 신축하지 않고 보수함으로써 건립 당시의 시대상을 유지하고 있다. 또한 종탑 일부의 타일 처리와 스테인드글라스 및 반지하실과 포치 공간 등은 건축학적으로 독특한 가치를 인정받고 있다.

2.2. 연구방법

공주제일교회 스테인드글라스는 부분적으로 손상을 입었고 구조재의 줄눈에서도 다양한 미세균열이 나타난다. 따라서 스테인드글라스를 지지하는 줄눈의 재료학적 특성과 물성을 비교하고자 과학적 분석법을 적용하였다. 또한 정량적인 자료 확보를 위해 일부 줄눈에서 탈락된 극미량 시료를 수습하여 실험과 분석을 병행하였다.

스테인드글라스의 구조적 지지대 역할을 하는 줄눈재의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 Dino-Lite사 AD7013 MZT 모델의 휴대용 실체현미경을 활용하였다. 이들의 화학조성 분석에는 휴대용 X-선 형광분석기(PXRF)를 이용하여 비파괴로 정밀분석을 실시하였다. 사용기기는 Innov-X System사의 Potable XRF Analyzer이다.

현장에서 수습한 줄눈 편은 조금씩 다른 육안적 특징을 보였으며, 이들의 미세조직과 구성원소를 검출하기 위해 Oxford사의 에너지 분산형 성분분석기(EDX Inca M/X)가 장착된 JEOL사 JSM 6335 모델의 주사전자현미경을 사용하였다. 또한 줄눈의 광물조성을 동정하고자 X-선 회절분석(Rigaku제 D/Max-IIB)을 수행하였다. 시료는 분말화하여 60℃에서 건조하였고, X-선은 CuKα에 가속전압과 전류는 40kV와 40mA로 설정하였다.

한편 줄눈의 물성을 진단하기 위해 스테인드글라스가 설치된 예배당 입구의 좌우창과 제단의 중앙과 좌우창에 대하여 초음파속도를 측정하였다. 사용한 초음파탐상기는 PROCEQ사의 Pundit Lab이며, 탐촉자는 CNS Farnell사의 UTREXTXRX(54 kHz)를 활용하였다. 또한 전문응용프로그램을 이용하여 각각의 좌표 값을 실측도에 도영해 지형도 방식의 시각적 2D 이미지로 제시하였다.

3.1. 구성 및 보존상태

최근 근대문화재 보존정책이 본격적으로 추진되면서 2000년대부터 국가등록문화재 제도를 도입하였다. 근대문화재의 원형보존에 대한 중요성이 대두되면서 재료와 유형에 따른 보존연구가 수행되고 있지만(Kim et al., 2012; Park et al., 2022), 전반적인 보존환경에 대한 검토는 부족한 상태이다. 이 연구의 대상도 손상정도와 보존방안에 대한 정밀 조사기록이 없어 안정적 보존을 위한 근본적인 대책이 필요한 상황이다.

공주제일교회는 다른 근대건축에 비해 처음부터 교회로 설립되어 현재까지 형태를 유지하며 보존된 건축물로서 문화재적 가치가 높은 것으로 평가되어 왔다. 이는 근대문화재 중에서도 보존상태가 양호한 편에 속하나 부분적으로는 다양한 손상이 나타난다. 특히 스테인드글라스의 구조재와 줄눈재에서 발생한 결함은 이를 구성하는 대부분 재료가 습기에 밀접한 영향을 받는 철재와 시멘트 등으로 구성되어 있기 때문으로 판단된다(Fig. 2).

Fig. 2. Conservation status of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Micro cracks. (B) Structural cracks. (C) Relatively wide cracks. (D, E) Chemical and physical weathered surface of the joint filler. (F) Internal iron frame exposed and rusted on the surface.

시멘트 모르타르를 사용한 줄눈과 스테인드글라스의 바탕재에서는 미세균열이 관찰되며(Fig. 2A), 구조상 균열로 발전할 수 있는 방사상균열도 산재한다(Fig. 2B). 이는 입구와 제단의 모든 창에서 나타난다. 균열 이외에도 부분적으로 시멘트의 들뜸 현상이 현저하며 곰팡이가 관찰된다(Fig. 2C). 줄눈의 주성분인 시멘트 모르타르에서는 부분적으로 물리화학적 풍화작용에 따라 발생한 불균질한 표면요철도 확인된다(Fig. 2D, 2E).

외벽의 바탕재에서는 균열이 심화되며 노출된 것으로 보이는 구조물 내부의 철제를 볼 수 있다. 이 철제구조는 수분 및 대기의 산화과정을 거치며 변색과 추가적인 손상을 야기할 수 있다(Fig. 2F). 이와 같은 재료의 물리화학적 손상은 기계적 취약대를 따라 균열 및 박락이 일어날 가능성을 지시하여 보존관리가 필요한 상황이다.

3.2. 산출상태 및 광물조성

공주제일교회 예배당 입구와 제단의 스테인드글라스는 지지대 및 줄창 역할을 하는 시멘트 모르타르 재질의 줄눈재로 채워져 있다. 이 줄눈에 대한 실체현미경 관찰 결과, 제단의 줄눈에 비해 입구의 줄눈에서 백색도가 높은 미정질의 석회질 기질이 주성분을 이루며, 부분적으로 1㎜ 이하의 휘석으로 보이는 세립질의 유색광물이 관찰되었다(Fig. 2D).

반면 제단 우측 줄눈재에서는 세립질의 석회질 기질에 반상조직을 보이며 0.5∼2.0㎜의 입자 크기를 갖는 백색의 백운석과 석영 등 무색광물이 반정으로 산출된다. 유색광물 반정은 0.1㎜ 내외로 무색광물에 비해 현저하게 작으며, 주로 판상의 형태로 나타나는 흑운모이다(Fig. 2E). 이 부분은 기질의 화학적 풍화에 따라 입상분해가 진행중이다.

따라서 예배당 입구 좌창의 줄눈재와 철심의 부식원소를 규명하기 위해 육안 및 실체현미경 관찰에서 비교적 풍화가 약하고 상대적으로 신선한 부위 5지점과 철심이 노출된 1지점에 대해 P-XRF 분석을 수행하였다. 이들의 분석위치는 Fig. 3과 같으며, 대표적인 화학조성은 Table 1Fig. 4에 제시하였다.

Table 1 Chemical compositions (ppm) by P-XRF analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 4

Analytical PointsSiAlFeCaKS
Joint FillerMT-1200,98929,4036,207300,2805,27331,193
MT-2178,03446,0175,637321,1379,10214,510
MT-3208,77740,7235,773264,98716,00630,190
MT-4238,42944,8325,165223,9128,50726,141
MT-5230,73716,4583,853267,57427,91413,430
Iron FrameMP-1127,47425,770233,833191,81834,36417,057


Fig. 3. Analytical points using P-XRF of joint filler for the stained glass window on the left side of the entrance in Gongju Jeil Church.

Fig. 4. Compositional variations showing the joint filler for the stained glass window on the left side of the entrance in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 3.

이 결과, 입구 좌창의 바탕층에서 특이한 원소는 확인되지 않았으나, 석영 및 장석과 같이 골재 역할을 하는 규산염 광물의 성분인 Si, Al, K 및 Fe이 비교적 높게 검출되었다(Table 1). 또한 주성분으로 Ca과 S이 최대 321,137ppm 및 31,193ppm으로 높은 것으로 보아 석고와 같은 혼화재가 사용되었음을 보여준다. 그러나 모든 지점에서 인공적인 유기합성재료 성분은 확인되지 않았다. MP-1에서는 Fe이 233,833ppm으로 다른 지점에 비해 월등히 높게 검출되어 부식이 진행 중임을 지시하였다(Table 1Fig. 4).

또한 입구와 제단의 스테인드글라스 줄눈재에 대한 재료학적 특성을 파악하기 위해 탈락된 극미량 시료를 수습하여 광물조성을 분석하였다. 분석시료와 수습 위치는 Table 2와 같다. 이들에 대한 X-선 회절분석 결과, 모든 줄눈재 시료에서 석영과 돌로마이트 및 방해석이 검출되었으며 부분적으로 운모, 장석, 휘석 및 각섬석을 미량 포함하고 있다(Fig. 5).

Table 2 Samples of X-ray diffraction analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church

No.MaterialsLocations
JDL-3Joint fillerOutside of left window in entrance
JDR-2Joint fillerInside of right window in entrance
JDB-2Joint fillerInside of center window in altar
JDGAggregatesInside of right window in altar


Fig. 5. X-ray diffraction analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Sample numbers are the same as those of Table 2. Q; quartz, Ca; calcite, Do; dolomite, Px; pyroxene, M; mica, Ho; hornblende, Af; alkali feldspar.

특히 입구 좌창의 외벽 줄눈재(JDL-3)에서는 두 종류의 휘석(augite, diopsite)이 동정되었다. 이를 근거로 할 때 원산지는 불분명하나 석회규산염암의 일부가 바탕재의 성분으로 활용되었을 가능성이 매우 높다. 또한 PXRF 분석에서 Ca과 S이 높게 검출되는 것으로 볼 때 부분적으로 석고 플라스터(gypsum plaster)를 혼용했을 가능성도 있어 보인다.

다른 두 시료(JDR-2, JDB-2)에서는 상당량의 돌로마이트와 방해석이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 검출된 비율과 피크의 크기는 유사하다. 이는 시멘트 모르타르의 내구성 향상을 위해 시멘트 외에 각종 혼화재를 사용하기도 하는데 보통 돌가루, 돌로마이트, 석고, 소석회 등 무기물계와 각종 합성수지를 혼용한다(Park and Jang, 1999). 따라서 줄눈재의 제작에는 시멘트 모르타르에 부분적으로 혼화재를 첨가한 것으로 해석할 수 있다. 또한 JDR-2에서는 운모와 각섬석이 검출되었고 JDB-2에서는 석영과 운모가 동정되었다. 바탕재(JDG)에서는 석영이 우세하게 나타나나 소량의 방해석과 돌로마이트 및 알칼리장석이 확인되었다. 따라서 예배당 입구와 제단 후벽 창의 줄눈재는 거의 동일한 재료를 사용하였으나 광물조성에 약간의 차이가 있는 것은 원료의 조성과 가열과정에 따른 광물상 변화 및 소성온도의 차이가 반영된 것으로 판단된다.

3.3. 미세조직 및 조성분석

스테인드글라스의 바탕재로 사용한 줄눈의 미세조직을 면밀하게 관찰하고 화학성분을 파악하기 위해 SEM-EDS로 분석하였다. 이 결과, 대부분의 바탕층은 Ca이 주성분인 방해석으로 나타났으며 부분적으로 석영과 장석류가 검출되었다. 그러나 미세조직과 조성은 이차적으로 성장한 것으로 판단되는 석고의 산출상태를 중심으로 기재하였다.

입구 좌창 외벽 줄눈재에서는 전체적으로 미세조직적 특성과 Ca 및 S의 함량으로 보아 석고가 성장한 것을 알 수 있다. 이는 시멘트 모르타르가 시간이 지나면서 Ca의 용출과 재결정의 반복으로 생성되는 화합물이기 때문이다(Fig. 6A, 6BTable 3). 이 결정들은 능형의 주상으로 성장하며 다발모양을 이루고 있어 전형적인 석고의 특징을 갖는다.

Table 3 Chemical compositions (wt.%) by SEM-EDS analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 6

Analytical PointsSiO2Al2O3FeOMgOCaONa2OK2OSO4CCl
Entrance Left Outside (JDL-3)120.973.291.071.0638.52-9.9117.148.04-
219.392.68--38.43-11.0618.469.97-
35.41---21.23-25.9747.38--
48.66---40.16-20.3730.81--
51.78--3.6561.14---33.44-
Entrance Right Inside (JDR-2)618.103.390.992.1239.232.128.205.4717.562.68
718.823.52-1.8458.021.185.585.963.131.92
811.59-62.53-1.81-1.990.9721.09-
99.212.0344.11-1.651.971.421.4238.15-
Altar Center (JDB-2)102.611.36--29.210.9315.2850.58--
11----79.96--20.03--
Alar Right (JDG)1294.54---1.55---2.60-
1392.32---4.08---3.59-
1447.95---33.23--4.5214.29-


Fig. 6. Microphotographs using scanning electron microscope of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Descriptions in each photographs are written in the text. Analytical points are the same as those of Table 3.

입구 우창 내측 줄눈재의 6번과 7번에서는 비정형의 기질 내부에서 1㎛ 정도의 능면상 석고가 성장하였으며(Fig. 6C, 6D), Ca과 S이 높게 검출되었다(Table 3). 그러나 8 및 9번은 유기물이 철산화물의 혼합체에 피복된 형태로 나타나며, C와 Fe 함량이 높아 수산화철의 하나인 침철석(FeOOH)에 의한 오염물로 보인다. 이는 구조재로 사용된 철심이 수분 및 줄눈재와 접촉반응을 일으켜 생성된 것으로 해석할 수 있다(Table 3).

한편 제단 중앙창 줄눈인 10 및 11번 지점에서는 Ca과 S이 주성분으로 검출되는 것으로 보아 대부분의 결정은 석고로 판단된다(Fig. 6ETable 3). 이들은 하등식물의 뿌리조직과 같은 유기물이 부착된 것을 볼 수 있으며 2㎛ 내외의 석고가 성장하며 혼재한다. 제단 우창 줄눈에서

는 석회질 기질의 바탕에 석영 입자가 관찰되며 부분적으로 Ca과 S의 함량이 높은 능면상 석고가 성장하는 등, 거의 공통적 특징이 나타난다(Fig. 6FTable 3).

또한 부분적으로 결정의 표면에서 탄소(C)가 검출되는 것으로 보아 유기물이 흡착되어 있었던 것으로 유추할 수 있다. 이는 대기환경에 노출되어 있었음을 말하며 대기오염물 중의 황(S)이 석고의 성장에 기여했을 가능성도 지시하는 것이다. 따라서 이차적으로 성장한 석고는 모르타르 혼화재 및 대기오염물이 모두 영향을 준 것으로 불 수 있다.

3.4. 초음파 물성분석

이 연구에서는 공주제일교회 입구와 제단 후벽의 스테인드글라스에 대한 구조재의 물성을 진단하기 위해 초음파탐상법을 적용하였다. 줄눈재의 효과적인 분석을 위해 스테인드글라스 영역과 구별하여 물성을 비교하였으나 색유리의 초음파속도는 제외하였다. 줄눈은 시멘트 모르타르가 주성분으로 초음파탐사의 적합한 측정대상에 해당하며, 측점은 15㎝ 간격으로 설정하였다. 위치별 측정 지점은 Fig. 7Table 4에 제시하였다.

Table 4 Analytical positions and points by ultrasonic velocity of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church

Analytical PositionsEntranceAltar
LeftRightLeftCenterRight
Points7857180224224


Fig. 7. Survey maps showing the frontal view for ultrasonic velocity measurements of the structural frames to joint filler and the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Stained glass structures at the back side of the altar. (B) Stained glass structures on the left and right sides of the chapel entrance. Analytical point numbers are the same as those of Table 4.

초음파속도는 연구대상의 특성을 반영하여 평면을 측정할 수 있는 반직접법을 적용하였다(Lee et al., 2009; Lee and Jo, 2017). 접촉매질은 미세한 조직을 갖는 표면을 보호하기 위해 Jo and Lee(2015)의 연구에 의해 입증된 바 있는 건조성 매질인 엘라스토머 커버를 사용하였다. 이는 탐촉자의 형태에 맞게 제작되어 탐촉자와 연구대상 표면의 직접적인 접촉을 방지할 수 있어 매질로 인한 잔류물질이 남지 않는다.

예배당 입구와 제단의 줄눈은 각 창에서 길이 방향으로 측정하여 전체 물성을 파악할 수 있도록 하였다. 먼저 입구 스테인드글라스 줄눈의 초음파속도는 좌창에서 951~3,333(평균 2,507)㎧를 보였으며, 우창은 202∼2,773(평균 1,852)㎧의 속도를 나타내, 우창의 줄눈이 상대적으로 현저하게 약한 물성을 지시하였다(Table 5).

Table 5 Summary on ultrasonic velocity of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church

LocationsUltrasonic Velocity (m/sec)
MinMaxMean
EntranceLeft9513,3332,507
Right2022,7731,852
AltarLeft1,4975,9382,795
Center1,2694,8692,581
Right1,1836,6672,543


제단의 줄눈은 세 개의 창에서 1,183~6,667㎧의 속도범위를 보이며 평균 2,629㎧로 나타났다. 이 중 좌창은 1,497~5,938(평균 2,795)㎧의 범위로, 중앙창은 1,269~4,869(평균 2,583)㎧로 우창에서는 1,183~6,667(평균 2,543)㎧로 측정되었다(Table 5). 이 중에서 바탕층 하부에 철제 틀이 받치고 있는 부분이 특히 높은 속도를 보인 것으로 판단되나, 정확한 내부구조는 알기 어려운 상태이다.

이를 실측도면에 평면으로 모델링하면, 제단 스테인드 글라스의 줄눈은 전체적으로 비교적 건전한 물성을 갖는다(Fig. 8A). 그러나 좌창의 우측 하단과 중앙창의 좌측상단에서는 1,000~1,800㎧의 낮은 초음파 속도를 보이고 있어 주의관찰이 필요한 부분이다. 한편 입구 스테인드글라스 줄눈의 초음파속도는 전반적으로 낮은 물성분포를 보였다(Fig. 8B). 특히 좌창 상단 중앙부와 우창의 전반에 걸쳐 상대적으로 낮은 800~1,600㎧의 속도로 비교적 취약한 상태를 지시하여 특별한 주의와 보존관리가 요구된다.

Fig. 8. Modelling maps showing the frontal view for ultrasonic velocity of the structural frames to joint filler and the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Stained glass structures at the back side of the altar. (B) Stained glass structures on the left and right sides of the chapel entrance. Summary data are the same as those of Table 5.

4.1. 문화유산적 의미

조선의 기독교 역사는 1885년에 시작되었으며 1903년에 공주스테이션이 성립되면서 지역에서는 신교육과 의료 및 개화의 장소로도 역할하게 되었다. 공주제일교회는 조선의 독립운동과 한국전쟁 등 역사의 굴곡을 함께했고, 여성과 유아에 대한 서양식 복지를 적극적으로 도입하여 근대적 사회운동의 효시를 이루었다.

당시의 공주제일교회 예배당은 국가등록문화재가 되어 공주기독교박물관으로 활용하고 있다. 이 건물의 보존에서 가장 중요한 원형은 벽체와 지하기도실 및 굴뚝으로, 두 개의 굴뚝 중 한 개가 유지되었고 전시를 위해 설치한 유리벽으로 내부를 확인할 수 있다. 또한 선교사의 발자취와 독립운동 및 함께한 인물들의 역사도 보존되어 있으며, 현재 공주제일교회 본당이 바로 옆에 있어 전체적인 보존과 관리가 매우 양호하다.

1931년에 지어진 공주제일교회는 서울 정동교회의 5차 시기 평면과 입면이 거의 동일함을 보고하였다. 첨탑이 없는 종탑을 갖추고 삼각형 박공으로 지붕을 이루고 있는 영국 튜더식 또는 빅토리안 양식의 한국 감리교 전통 교회의 모습으로 알려져 있다(Kim, 2018). 그러나 1956년에 재건축한 현재의 기독교박물관은 한국전쟁으로 파괴되었지만 초축의 모습을 유지하기 위해 평면 기능과 공간 및 건축의 주재료인 벽돌을 재사용하여 증축함으로써 교회건축의 진정성을 유지했다.

스테인드글라스는 20세기 이전까지 큰 변화 없이 역사와 전통을 가진 종교예술로 평가받아 왔으며, 20세기에 들어 회화양식과 건축에 적용되기 시작하였다. 한국의 스테인드글라스는 1898년 명동성당을 통해 수용되었고 천주교회를 중심으로 변천과 발전과정을 거듭하였다. 그러나 1970년대 중반 이남규에 의해 새롭게 개척되면서 현대 회화적 형식에 접목되어 독창적이고 토착화된 양식을 보여 주었다. 이남규는 국내 최초로 자체 제작한 달드베르를 이용하여 빛을 주제로 새로운 스테인드글라스를 구현하였다(Jung, 2010).

공주기독교박물관 스테인드글라스는 당시의 도식화된 양식을 벗어난 창조적 예술이 표현된 것으로 볼 수 있다. 이는 한국 종교건축에 스테인드글라스를 정착시켜 창의적 예술작품으로 끌어올리는 선구적 역할을 한 것으로 평가받고 있다. 따라서 공주기독교박물관의 스테인드글라스는 한국 스테인드글라스에 미친 영향과 작품성으로 보아 보존할 가치가 충분한 것으로 이해할 수 있다.

4.2. 재료 및 물성 평가

공주기독교박물관 입구의 좌우와 제단의 중앙과 좌우등 다섯 개의 창에는 스테인드글라스가 설치되어 있어 방문자들의 관심의 대상이다. 전체적으로 스테인드글라스의 보존상태는 비교적 건전하나, 이를 지지하고 있는 구조재에는 다양한 형태의 손상이 나타나 특별한 관리가 필요한 것으로 판단된다. 이 구조재는 철판을 이용한 틀과 스테인드글라스를 지지하는 바탕의 줄눈재로 구성하였다. 줄눈을 이루는 재료는 주로 시멘트 모르타르를 사용하였으며 석고와 소량의 골재화합물을 혼용한 것으로 이해할 수 있다.

바탕의 줄눈에서 나타나는 손상은 주로 미세 및 방사상 균열과 내부 철심의 부식으로 인한 녹의 발생이다. 부분적으로는 모르타르와 철심 및 스테인드글라스 접촉부의 들뜸이 있으며 곰팡이도 산재한다. 또한 표면의 물리화학적 풍화작용에 따른 입상분해도 나타난다. 이와 같은 손상은 재료의 기계적 취약대를 따라 이차적인 균열 및 박락 등으로 확대되지 않도록 적절한 보존관리가 필요한 상태이다.

국내에서 스테인드글라스 구조재의 물성에 대한 연구와 평가는 약현성당의 사례가 유일하다(Cho et al., 2016). 이들의 초음파속도는 평균 2,053 m/s의 범위이나, 좌창상부와 중앙창 가운데에서 물성이 낮음을 보고하였다. 또한 약현성당의 색유리와 줄눈은 육안관찰로는 우창에서 집중적인 표면풍화가 나타나는 것과는 달리 좌창 및 중앙창을 중심으로 상당한 물리적 손상이 확인되었다. 따라서 색유리의 조성과 물성의 상관관계에 대한 연구를 통해 꾸준한 관리와 보수방안를 제안하였다.

공주기독교박물관 스테인드글라스의 구조재에서는 입구 좌창과 우창의 물성이 낮으며, 특히 우창이 취약한 것으로 나타났다(Fig. 8). 제단의 후벽을 구성한 세 개의 창은 비교적 건전한 물성분포를 보이나 부분적인 약선대도 제시하였다. 그러나 스테인드글라스 줄눈의 초음파속도는 절댓값의 강도로 평가하기는 어려우며 상대적으로 낮은 속도를 지시하는 약한 부분을 구별하여 전체적인 물성분포를 검토하는데 큰 의미가 있다. 이 줄눈은 스테인드글라스를 지지하는 바탕으로 일정한 강도를 유지할 수 있도록 관리해야 할 것이다.

4.3. 보존관리 검토

공주기독교박물관 건물은 1956년에 재건축한 것으로 1979년에 증개축을 통해 일부가 변화되었고, 2012에 역사관으로 리모델링하면서 일부 모습이 바뀌었다. 그러나 벽체와 지하기도실 및 제단 등 주요 구조부와 공간구성은 1930년대 초축되어 예배당으로 사용하던 시기와 거의 동일한 것으로 여겨진다.

스테인드글라스의 보존상태에 대한 검토를 위해 줄눈재를 중심으로 살펴보면, 모든 창의 줄눈에서 미세균열이 관찰된다. 또한 색유리와 접한 부분이 벌어지는 것으로 보아 유리 사이가 좁은 곳은 철선이 삽입되지 않은 것으로 판단된다. 색유리와 줄눈재가 완벽하게 결구되지 않은 상태에서 바람 등에 의한 움직임이 미세균열로 나타날 수 있다. 이는 스테인드글라스 전체에 미치는 구조적인 영향은 적으나, 여기에 물이 스며들 경우 이차적인 손상으로 진전될 가능성도 있다.

특히 입구의 좌창 외벽과 제단 우창에는 줄눈 속의 철선이 노출된 상태로 부식되어 있다(Fig. 9A). 이는 균열대로 물이 스며들어 철선 표면에 부피가 팽창하고 모르타르의 균열이 커지면서 철선이 노출된 것이다(Fig. 9B). 또한 모르타르의 들뜸과 스테인드글라스 창을 지지하는 벽돌에서는 백화현상이 빈번하게 발생한다(Fig. 9C).

Fig. 9. Representative damage statuses of structural frame and joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Exposure and rust in the stained glass window steel structure connected to the wall. (B) Iron frame exposed and rusted on the joint filler. (C) Efflorescence on the bricks of the stained glass window wall.

국내에서 스테인드글라스의 보존과 보수가 시작된 것은 2000년대 이후 근대건축물 보존 정책의 영향으로 보고 있다(Ko, 2013; Cho et al., 2016). 또한 다양한 기법과 표현이 나타나면서 스테인드글라스를 새롭게 보존하는 문제도 대두되었다(Jung, 2010). 그러나 스테인드글라스의 보존처리와 수리기술에 대해 구체적인 규정이나 지침은 없는 상태이다. 또한 사례연구도 다양하지 못할 뿐 아니라 보수공사에 대한 기록도 불충분하고 보존방법에 대한 연구도 거의 없다(Kim, 2001; 2005; Ko, 2013).

공주기독교박물관 스테인드글라스의 줄눈에도 다양한 손상이 있다. 이는 줄눈재로 사용한 석회혼합물이 장기간 대기와 반응하는 중성화 과정에서 발생하였을 가능성이 높다. 일반적으로 석회혼합물은 강알칼리에서 강도발현이 좋고 pH가 일정하면 장기간 보호할 수 있으나, 중성화되면 보호기능이 약화되어 철근의 부식과 부피팽창을 유발하며 손상도 촉진된다.

한편 연구대상 스테인드글라스와 같이 두꺼운 색유리를 보수하는 기술은 손상정도에 따라 여러 기법이 있다. 서양에서는 일찍부터 스테인드글라스의 보존과 보수에 대한 연구가 수행되었으며 다양한 매뉴얼과 가이드북이 제시되어 있다(Mills, 1987; Sloan, 1995). 국내에도 유리의 균열이나 파손정도에 따라 검증된 문화재보존처리용 재료를 활용한 보수기술이 알려져 있으며, 손상이 심한 유리를 녹여서 재생산하는 방법 등을 적용하여 보존처리할 수 있다(Ko, 2013; Cho et al., 2016).

근대에 제작되었던 스테인드글라스에 대한 관심과 존중의식이 확대되면서 최근 보존과 보수 및 정비의 시기를 맞이하고 있다. 교세 확장으로 1980년대 급증했던 종교건축과 스테인드글라스는 정밀한 연구를 통한 보존을 필요로 한다. 이제는 근대에 성립된 종교적 작품들도 교회사적 및 예술적 가치가 객관적으로 평가되어 무분별한 철거나 교체가 이뤄지지 않도록 관심을 기울여야 하며 전문가에 의한 체계적이고 올바른 보수가 이뤄져야 할 것이다.

1. 공주제일교회의 기독교박물관 건물은 1931년에 초축되었으며 1941년에는 적산으로 분류되어 통제되기도 했고, 한국전쟁으로 상당 부분 파손되었으나 벽체와 굴뚝 등이 보존되었다. 1953년에 예배당을 신축하며 파손 부분을 수리하자는 의견에 따라 1956년에 재건하였으며, 원형을 유지하고 있다는 점에서 건축학적으로 높은 가치가 있다.

2. 공주기독교박물관 스테인드글라스는 1979년에 설치하였으며, 덩어리유리를 사용하는 달드베르(Dalle de Verre) 방식으로 큰 의미가 있다. 그러나 스테인드글라스에는 일부 다양한 방향의 균열과 쪼개짐이 나타나고 색유리 사이를 지지하는 줄눈에서도 수직 및 수평균열이 확인되는 등 부분적인 손상을 입었다.

3. 스테인드글라스의 구조재로는 철제 틀과 이를 충전한 시멘트 모르타르가 사용되었으며, 표면에서는 부분적으로 물리화학적 풍화작용에 따라 철제의 부식과 모르타르의 구조상 균열 및 입상분해가 나타난다. 줄눈재에서는 Ca과 S이 높게 검출되어 석고를 혼화재로 사용하였음을 지시하며, 석고는 능형의 주상으로 성장하며 다발모양을 이루고 있는 것으로 보아 재결정작용을 거친 것으로 보인다.

4. 줄눈재의 초음파속도를 평면으로 모델링한 결과, 제단의 줄눈에서는 좌창의 우측 하단과 중앙창의 좌측 상단이 1,000~1,800㎧로 나타나 상대적으로 낮은 초음파속도를 보였다. 특히 예배당 입구 좌우창 줄눈의 속도는 800~1,600㎧ 범위이며, 좌창 상단 중앙부와 우창 중단 좌측은 물성이 취약하여 보존관리가 필요한 상태이다.

5. 스테인드글라스의 줄눈재와 표면오염물에서는 석회의 중성화 과정에서 생성되는 석고화합물이 검출되었다. 이와 같은 염류는 동결 및 융해작용에 따라 외벽 줄눈재의 손상을 일으킬 수 있으므로 적절한 예방보존이 필요하다. 또한 스테인드글라스와 줄눈재에서는 다양한 손상 유형들이 복합적으로 나타나고 있어 임상실험을 통해 맞춤형 보존처리를 검토해야 할 것이다.

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Article

Research Paper

Econ. Environ. Geol. 2023; 56(1): 103-114

Published online February 28, 2023 https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.103

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Evaluation of Physical Properties and Material Characterization for Structural Frame at the Stained Glass Windows to Gongju Jeil Church of the Registered Cultural Heritage in Korea

Bo Young Park, Hye Ri Yang, Chan Hee Lee*

Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju 32588, Korea

Correspondence to:*chanlee@kongju.ac.kr

Received: January 26, 2023; Revised: February 22, 2023; Accepted: February 23, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

The Christian Museum of Gongju Jeil Church was first built in 1931 and was largely damaged during the Korean War, but the walls and chimneys have been preserved. This building has a high architectural values in that the chapel was reconstructed in 1956, and maintains its original form through repair of damaged parts rather than new construction. The stained glass windows were as installed in 1979 and has a great significance in the Dalle de Verre method using lump glass. However, some of the stained glass damaged partially, such as various cracks and splits, and vertical and horizontal cracks in the joint fillers of supporting the colored glass. As the structural materials of the stained glass window, an iron frame and cement mortar filled with it were used, and corrosion of iron, cracking of mortar and granular decomposition appear partially due to weathering. In the joint fillers, the content of Ca and S is very high, indicating that gypsum were used as admixtures, and the gypsums grow in a rhombohedral and forms a bundle, which is investigated to have undergone recrystallization. As a result of modeling the ultrasonic velocity at the joint fillers, the left and right windows at the entrance show relatively weak in the range of 800 to 1,600m/s, and the lower right corner of the altar window and the upper left corner of the center window were also 1,000 to 1,800m/s, showing relatively low physical properties. And gypsums produced during the neutralization of lime mortar were detected in the joint fillers and contaminants on the surface. Such salts may cause damage to the joint material due to freezing and thawing, so appropriate preventive conservation is required. Also, since various damage types are complexly appearing in stained glass window and joint filler, customized conservation treatment should be reviewed through clinical tests.

Keywords stained glass window, joint filler, cement mortar, ultrasonic velocity, preventive conservation

국가등록문화재 공주제일교회 스테인드글라스 구조재의 재질특성과 물성 평가

박보영 · 양혜리 · 이찬희*

국립공주대학교 문화재보존과학과

Received: January 26, 2023; Revised: February 22, 2023; Accepted: February 23, 2023

요 약

공주제일교회 기독교박물관은 1931년에 초축되었으며 한국전쟁으로 상당 부분 파손되었으나 벽체와 굴뚝 등이 보존되었다. 이 건물은 1956년 예배당을 재건하며 신축이 아닌 파손된 부분의 보수를 통해 원형을 유지하고 있다는 점에서 건축학적으로 높은 가치가 있다. 스테인드글라스는 1979년에 설치하였으며, 덩어리유리를 사용하는 달드베르(Dalle de Verre) 방식으로 큰 의미가 있다. 그러나 일부 스테인드글라스에서는 다양한 균열과 쪼개짐이 나타나고 색유리를 지지하는 줄눈에는 수직 및 수평균열이 확인되는 등 부분적인 손상을 입었다. 스테인드글라스의 구조재로는 철제 틀과 이를 충전한 시멘트 모르타르가 사용되었으며, 부분적으로 풍화작용에 따라 철제의 부식과 모르타르의 균열 및 입상분해가 나타난다. 줄눈재에서는 Ca과 S의 함량이 높아 석고를 혼화재로 사용하였음을 지시하며, 석고는 능형으로 성장하며 다발모양을 이루고 있는 것으로 보아 재결정작용을 거친 것으로 판단된다. 줄눈재의 초음파속도 모델링 결과, 입구 좌우창의 속도는 800~1,600㎧ 범위로 상대적으로 취약하며, 제단의 좌창 우측 하단과 중앙창 좌측 상단도 1,000~1,800㎧로 나타나 상대적으로 낮은 물성을 보였다. 또한 줄눈재와 표면오염물에서는 석회 모르타르의 중성화에서 생성되는 석고화합물이 검출되었다. 이와 같은 염류는 동결 및 융해작용에 따라 줄눈재의 손상을 일으킬 수 있어 적절한 예방보존이 필요하다. 스테인드글라스와 줄눈재에는 다양한 손상유형이 복합적으로 나타나고 있어 임상실험을 통해 맞춤형 보존처리를 검토해야 할 것이다.

주요어 스테인드글라스, 줄눈재, 시멘트 모르타르, 초음파속도, 예방보존

Research Highlights

  • Material characteristics of joint filler for the stained glass window

  • Ultrasonic velocity of joint filler shows low physical property

  • Preventive conservation of joint filler due to freezing and thawing

1. 서 언

스테인드글라스(stained glass)는 염색된 유리나 색유리 그림 또는 유리화로 알려진 유리공예의 일종이다. 또한 색유리를 이어 붙이거나 유리에 색을 칠하여 무늬나 그림을 나타낸 장식용 판유리를 뜻하기도 한다. 이는 회화의 한 분야로 색을 넣은 유리를 틀에 배치하고 형태를 구성하여, 주로 중세 이후 성당 또는 교회의 창과 천정에 설치하면서 종교건축의 예술로 발전하였다.

한국에 설치된 최초의 스테인드글라스는 1898년 프랑스 파리 외방전교회에 의해 건축된 서울 명동 주교좌성당이다. 이후 대구 계산동성당을 비롯한 여러 곳에 스테인드글라스가 설치되어 동시대 유럽 스테인드글라스의 특징적인 표현양식을 직접적으로 수용했다는 점에서 교회사 및 미술사적으로 중요한 의미와 가치가 있다(Jung, 2016). 그러나 이들은 한국인의 작품은 아니었다.

한국의 스테인드글라스 역사는 이남규로부터 시작된다. 오스트리아와 프랑스에서 유학하고 1971년에 귀국한 이남규는 1974년 서울 중림동 약현성당에 한국인 최초의 스테인드글라스를 제작하였다(Cho et al., 2016; Jung, 2010). 1979년에는 약현성당과 같은 기법을 활용한 성삼위 형상을 공주제일교회 제단 후면에 설치하였다. 이는 평면 유리가 아닌 덩어리유리를 사용하는 달드베르(Dalle de Verre; slab glass) 방식으로, 개신교회에 만든 첫 작품으로 큰 의미가 있다.

공주제일교회 스테인드글라스는 1979년 교회를 증축하면서 설치되는데, 지역의 교회로서는 기존에 없던 형식을 과감하게 도입하였다. 최근까지 알려진 기록에는 스테인드글라스가 설치되는 과정과 상황이 자세히 나타나 있지 않다. Park(2020)은 당시 교회의 담임목사와 이남규 작가의 가족에 대한 인터뷰를 통해 상세한 정황을 제시하였으나, 전체적인 구조와 도면 및 제작기술 등은 여전히 불분명하다.

공주제일교회는 미국 북감리교의 선교기지로 1903년 공주에서 제일 먼저 세워진 감리교회이다. 현재의 건물은 1931년에 건립되어 한국전쟁 때 상당 부분 파손되었지만, 보수과정에서 벽체와 굴뚝 등을 그대로 보존하는 등 원형이 잘 남아 있어 2011년 6월 20일 국가등록문화재로 지정되었다(Fig. 1A). 이는 교회뿐만 아니라 학교와 병원 및 유치원을 운영하며 사회계몽과 독립운동을 지원하는 근대화의 선구적 역할을 하였다(Lee et al., 2019).

Figure 1. General views of Gongju Jeil Church. (A) External appearance of the church. (B) Interior chapel converted into the church museum. (C) Stained glass windows inside the chapel. (D) Stained glass windows to the left and right sides of the chapel entrance. (E) Outside view of the stained glass windows in the chapel. (F) Outside view of stained glass windows on the left and right sides to the entrance.

이 공주제일교회 건물은 최근 ‘공주기독교박물관’으로 리모델링하여 2018년 충청남도 사립박물관으로 등록되었다(Fig. 1B). 박물관에서 가장 두드러진 부분은 제대 후벽의 스테인드글라스로서 종교적 상징성과 장식의 기능을 공유하며 근대문화유산 보존이라는 범주에서 관심의 대상이 되었다(Fig. 1C~1F).

그러나 스테인드글라스는 부분적으로 다양한 균열과 쪼개짐이 나타나고 이를 지지하는 구조재 바탕의 줄눈에서도 수직 및 수평균열이 확인된다. 이 스테인드글라스의 전체적인 구성과 발색원소 및 강도 등 보존과학적 특징은 별도로 보고할 예정이다. 따라서 이 연구에서는 예배당 입구와 제대 후벽의 스테인드글라스를 지지하고 있는 구조재를 대상으로 재질특성 분석과 물성진단을 수행하였다. 이는 스테인드글라스의 안정적 보존을 위한 아주 중요한 과정으로, 연구결과는 근대문화재와 색유리 보존의 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

2. 연구대상 및 방법

2.1. 연구대상

공주제일교회는 미국 감리교 선교사 맥길(William B. McGill)이 설립하였으며, 건물은 1931년 11월에 세워진 것으로 알려져 있다. 규모는 대지 1,064.5m2에 건축면적 272.72m2이며 연면적은 537.5m2이다(Lee et al., 2019). 건축형태는 붉은 벽돌에 지상 2층의 라멘조구조로 1층에는 석조의 반지하층이 있다(Fig. 1A).

이 건물의 초축은 1931년이지만 양식은 19세기 말의 한국 초기 교회양식을 따르고 있다. 1950년 한국전쟁 때 반지하층과 측면 벽체를 제외한 상당 부분이 파손되어, 1955년에서 1956년에 개축하고 1979년 다시 증축하였다(Lee et al., 2019). 현재는 공주기독교박물관으로 활용하고 있다(Fig. 1B).

건물은 공간을 하나로 통합한 강당형으로 정면에 중앙포치와 종탑이 있다. 포치 상부와 좌우측 외벽은 요철형태로 고대 성곽 같은 모습이며, 측면에는 9개의 아치형창과 지붕 위로 굴뚝이 솟아 있다. 개축 당시 종탑 모서리에 베이지색과 옥색 타일을 사용하여 콜라주 형식으로 장식하였는데 벽돌을 타일로 장식한 경우는 흔치 않다. 포치 좌우의 세로 창과 내부 제대 뒤로 세 개의 창에 장식한 스테인드글라스는 1979년 증축하면서 설치하였다. 반지하층의 개인 기도실은 로마시대 카타콤을 연상시킨다(Kim, 2018; Lee et al., 2019).

공주는 충청의 선교 중심지였고 공주제일교회는 선교의 거점이자 독립운동을 지원한 곳이다. 유관순 열사와 조병옥 선생이 공주 영명학교 재학 당시 이 교회를 다닌것으로도 유명하다. 한국전쟁으로 많은 부분이 파손되었지만 신축하지 않고 보수함으로써 건립 당시의 시대상을 유지하고 있다. 또한 종탑 일부의 타일 처리와 스테인드글라스 및 반지하실과 포치 공간 등은 건축학적으로 독특한 가치를 인정받고 있다.

2.2. 연구방법

공주제일교회 스테인드글라스는 부분적으로 손상을 입었고 구조재의 줄눈에서도 다양한 미세균열이 나타난다. 따라서 스테인드글라스를 지지하는 줄눈의 재료학적 특성과 물성을 비교하고자 과학적 분석법을 적용하였다. 또한 정량적인 자료 확보를 위해 일부 줄눈에서 탈락된 극미량 시료를 수습하여 실험과 분석을 병행하였다.

스테인드글라스의 구조적 지지대 역할을 하는 줄눈재의 광물학적 및 조직적 특징을 관찰하기 위해 Dino-Lite사 AD7013 MZT 모델의 휴대용 실체현미경을 활용하였다. 이들의 화학조성 분석에는 휴대용 X-선 형광분석기(PXRF)를 이용하여 비파괴로 정밀분석을 실시하였다. 사용기기는 Innov-X System사의 Potable XRF Analyzer이다.

현장에서 수습한 줄눈 편은 조금씩 다른 육안적 특징을 보였으며, 이들의 미세조직과 구성원소를 검출하기 위해 Oxford사의 에너지 분산형 성분분석기(EDX Inca M/X)가 장착된 JEOL사 JSM 6335 모델의 주사전자현미경을 사용하였다. 또한 줄눈의 광물조성을 동정하고자 X-선 회절분석(Rigaku제 D/Max-IIB)을 수행하였다. 시료는 분말화하여 60℃에서 건조하였고, X-선은 CuKα에 가속전압과 전류는 40kV와 40mA로 설정하였다.

한편 줄눈의 물성을 진단하기 위해 스테인드글라스가 설치된 예배당 입구의 좌우창과 제단의 중앙과 좌우창에 대하여 초음파속도를 측정하였다. 사용한 초음파탐상기는 PROCEQ사의 Pundit Lab이며, 탐촉자는 CNS Farnell사의 UTREXTXRX(54 kHz)를 활용하였다. 또한 전문응용프로그램을 이용하여 각각의 좌표 값을 실측도에 도영해 지형도 방식의 시각적 2D 이미지로 제시하였다.

3. 결과 및 해석

3.1. 구성 및 보존상태

최근 근대문화재 보존정책이 본격적으로 추진되면서 2000년대부터 국가등록문화재 제도를 도입하였다. 근대문화재의 원형보존에 대한 중요성이 대두되면서 재료와 유형에 따른 보존연구가 수행되고 있지만(Kim et al., 2012; Park et al., 2022), 전반적인 보존환경에 대한 검토는 부족한 상태이다. 이 연구의 대상도 손상정도와 보존방안에 대한 정밀 조사기록이 없어 안정적 보존을 위한 근본적인 대책이 필요한 상황이다.

공주제일교회는 다른 근대건축에 비해 처음부터 교회로 설립되어 현재까지 형태를 유지하며 보존된 건축물로서 문화재적 가치가 높은 것으로 평가되어 왔다. 이는 근대문화재 중에서도 보존상태가 양호한 편에 속하나 부분적으로는 다양한 손상이 나타난다. 특히 스테인드글라스의 구조재와 줄눈재에서 발생한 결함은 이를 구성하는 대부분 재료가 습기에 밀접한 영향을 받는 철재와 시멘트 등으로 구성되어 있기 때문으로 판단된다(Fig. 2).

Figure 2. Conservation status of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Micro cracks. (B) Structural cracks. (C) Relatively wide cracks. (D, E) Chemical and physical weathered surface of the joint filler. (F) Internal iron frame exposed and rusted on the surface.

시멘트 모르타르를 사용한 줄눈과 스테인드글라스의 바탕재에서는 미세균열이 관찰되며(Fig. 2A), 구조상 균열로 발전할 수 있는 방사상균열도 산재한다(Fig. 2B). 이는 입구와 제단의 모든 창에서 나타난다. 균열 이외에도 부분적으로 시멘트의 들뜸 현상이 현저하며 곰팡이가 관찰된다(Fig. 2C). 줄눈의 주성분인 시멘트 모르타르에서는 부분적으로 물리화학적 풍화작용에 따라 발생한 불균질한 표면요철도 확인된다(Fig. 2D, 2E).

외벽의 바탕재에서는 균열이 심화되며 노출된 것으로 보이는 구조물 내부의 철제를 볼 수 있다. 이 철제구조는 수분 및 대기의 산화과정을 거치며 변색과 추가적인 손상을 야기할 수 있다(Fig. 2F). 이와 같은 재료의 물리화학적 손상은 기계적 취약대를 따라 균열 및 박락이 일어날 가능성을 지시하여 보존관리가 필요한 상황이다.

3.2. 산출상태 및 광물조성

공주제일교회 예배당 입구와 제단의 스테인드글라스는 지지대 및 줄창 역할을 하는 시멘트 모르타르 재질의 줄눈재로 채워져 있다. 이 줄눈에 대한 실체현미경 관찰 결과, 제단의 줄눈에 비해 입구의 줄눈에서 백색도가 높은 미정질의 석회질 기질이 주성분을 이루며, 부분적으로 1㎜ 이하의 휘석으로 보이는 세립질의 유색광물이 관찰되었다(Fig. 2D).

반면 제단 우측 줄눈재에서는 세립질의 석회질 기질에 반상조직을 보이며 0.5∼2.0㎜의 입자 크기를 갖는 백색의 백운석과 석영 등 무색광물이 반정으로 산출된다. 유색광물 반정은 0.1㎜ 내외로 무색광물에 비해 현저하게 작으며, 주로 판상의 형태로 나타나는 흑운모이다(Fig. 2E). 이 부분은 기질의 화학적 풍화에 따라 입상분해가 진행중이다.

따라서 예배당 입구 좌창의 줄눈재와 철심의 부식원소를 규명하기 위해 육안 및 실체현미경 관찰에서 비교적 풍화가 약하고 상대적으로 신선한 부위 5지점과 철심이 노출된 1지점에 대해 P-XRF 분석을 수행하였다. 이들의 분석위치는 Fig. 3과 같으며, 대표적인 화학조성은 Table 1Fig. 4에 제시하였다.

Table 1 . Chemical compositions (ppm) by P-XRF analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 4.

Analytical PointsSiAlFeCaKS
Joint FillerMT-1200,98929,4036,207300,2805,27331,193
MT-2178,03446,0175,637321,1379,10214,510
MT-3208,77740,7235,773264,98716,00630,190
MT-4238,42944,8325,165223,9128,50726,141
MT-5230,73716,4583,853267,57427,91413,430
Iron FrameMP-1127,47425,770233,833191,81834,36417,057


Figure 3. Analytical points using P-XRF of joint filler for the stained glass window on the left side of the entrance in Gongju Jeil Church.

Figure 4. Compositional variations showing the joint filler for the stained glass window on the left side of the entrance in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 3.

이 결과, 입구 좌창의 바탕층에서 특이한 원소는 확인되지 않았으나, 석영 및 장석과 같이 골재 역할을 하는 규산염 광물의 성분인 Si, Al, K 및 Fe이 비교적 높게 검출되었다(Table 1). 또한 주성분으로 Ca과 S이 최대 321,137ppm 및 31,193ppm으로 높은 것으로 보아 석고와 같은 혼화재가 사용되었음을 보여준다. 그러나 모든 지점에서 인공적인 유기합성재료 성분은 확인되지 않았다. MP-1에서는 Fe이 233,833ppm으로 다른 지점에 비해 월등히 높게 검출되어 부식이 진행 중임을 지시하였다(Table 1Fig. 4).

또한 입구와 제단의 스테인드글라스 줄눈재에 대한 재료학적 특성을 파악하기 위해 탈락된 극미량 시료를 수습하여 광물조성을 분석하였다. 분석시료와 수습 위치는 Table 2와 같다. 이들에 대한 X-선 회절분석 결과, 모든 줄눈재 시료에서 석영과 돌로마이트 및 방해석이 검출되었으며 부분적으로 운모, 장석, 휘석 및 각섬석을 미량 포함하고 있다(Fig. 5).

Table 2 . Samples of X-ray diffraction analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church.

No.MaterialsLocations
JDL-3Joint fillerOutside of left window in entrance
JDR-2Joint fillerInside of right window in entrance
JDB-2Joint fillerInside of center window in altar
JDGAggregatesInside of right window in altar


Figure 5. X-ray diffraction analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Sample numbers are the same as those of Table 2. Q; quartz, Ca; calcite, Do; dolomite, Px; pyroxene, M; mica, Ho; hornblende, Af; alkali feldspar.

특히 입구 좌창의 외벽 줄눈재(JDL-3)에서는 두 종류의 휘석(augite, diopsite)이 동정되었다. 이를 근거로 할 때 원산지는 불분명하나 석회규산염암의 일부가 바탕재의 성분으로 활용되었을 가능성이 매우 높다. 또한 PXRF 분석에서 Ca과 S이 높게 검출되는 것으로 볼 때 부분적으로 석고 플라스터(gypsum plaster)를 혼용했을 가능성도 있어 보인다.

다른 두 시료(JDR-2, JDB-2)에서는 상당량의 돌로마이트와 방해석이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 검출된 비율과 피크의 크기는 유사하다. 이는 시멘트 모르타르의 내구성 향상을 위해 시멘트 외에 각종 혼화재를 사용하기도 하는데 보통 돌가루, 돌로마이트, 석고, 소석회 등 무기물계와 각종 합성수지를 혼용한다(Park and Jang, 1999). 따라서 줄눈재의 제작에는 시멘트 모르타르에 부분적으로 혼화재를 첨가한 것으로 해석할 수 있다. 또한 JDR-2에서는 운모와 각섬석이 검출되었고 JDB-2에서는 석영과 운모가 동정되었다. 바탕재(JDG)에서는 석영이 우세하게 나타나나 소량의 방해석과 돌로마이트 및 알칼리장석이 확인되었다. 따라서 예배당 입구와 제단 후벽 창의 줄눈재는 거의 동일한 재료를 사용하였으나 광물조성에 약간의 차이가 있는 것은 원료의 조성과 가열과정에 따른 광물상 변화 및 소성온도의 차이가 반영된 것으로 판단된다.

3.3. 미세조직 및 조성분석

스테인드글라스의 바탕재로 사용한 줄눈의 미세조직을 면밀하게 관찰하고 화학성분을 파악하기 위해 SEM-EDS로 분석하였다. 이 결과, 대부분의 바탕층은 Ca이 주성분인 방해석으로 나타났으며 부분적으로 석영과 장석류가 검출되었다. 그러나 미세조직과 조성은 이차적으로 성장한 것으로 판단되는 석고의 산출상태를 중심으로 기재하였다.

입구 좌창 외벽 줄눈재에서는 전체적으로 미세조직적 특성과 Ca 및 S의 함량으로 보아 석고가 성장한 것을 알 수 있다. 이는 시멘트 모르타르가 시간이 지나면서 Ca의 용출과 재결정의 반복으로 생성되는 화합물이기 때문이다(Fig. 6A, 6BTable 3). 이 결정들은 능형의 주상으로 성장하며 다발모양을 이루고 있어 전형적인 석고의 특징을 갖는다.

Table 3 . Chemical compositions (wt.%) by SEM-EDS analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 6.

Analytical PointsSiO2Al2O3FeOMgOCaONa2OK2OSO4CCl
Entrance Left Outside (JDL-3)120.973.291.071.0638.52-9.9117.148.04-
219.392.68--38.43-11.0618.469.97-
35.41---21.23-25.9747.38--
48.66---40.16-20.3730.81--
51.78--3.6561.14---33.44-
Entrance Right Inside (JDR-2)618.103.390.992.1239.232.128.205.4717.562.68
718.823.52-1.8458.021.185.585.963.131.92
811.59-62.53-1.81-1.990.9721.09-
99.212.0344.11-1.651.971.421.4238.15-
Altar Center (JDB-2)102.611.36--29.210.9315.2850.58--
11----79.96--20.03--
Alar Right (JDG)1294.54---1.55---2.60-
1392.32---4.08---3.59-
1447.95---33.23--4.5214.29-


Figure 6. Microphotographs using scanning electron microscope of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Descriptions in each photographs are written in the text. Analytical points are the same as those of Table 3.

입구 우창 내측 줄눈재의 6번과 7번에서는 비정형의 기질 내부에서 1㎛ 정도의 능면상 석고가 성장하였으며(Fig. 6C, 6D), Ca과 S이 높게 검출되었다(Table 3). 그러나 8 및 9번은 유기물이 철산화물의 혼합체에 피복된 형태로 나타나며, C와 Fe 함량이 높아 수산화철의 하나인 침철석(FeOOH)에 의한 오염물로 보인다. 이는 구조재로 사용된 철심이 수분 및 줄눈재와 접촉반응을 일으켜 생성된 것으로 해석할 수 있다(Table 3).

한편 제단 중앙창 줄눈인 10 및 11번 지점에서는 Ca과 S이 주성분으로 검출되는 것으로 보아 대부분의 결정은 석고로 판단된다(Fig. 6ETable 3). 이들은 하등식물의 뿌리조직과 같은 유기물이 부착된 것을 볼 수 있으며 2㎛ 내외의 석고가 성장하며 혼재한다. 제단 우창 줄눈에서

는 석회질 기질의 바탕에 석영 입자가 관찰되며 부분적으로 Ca과 S의 함량이 높은 능면상 석고가 성장하는 등, 거의 공통적 특징이 나타난다(Fig. 6FTable 3).

또한 부분적으로 결정의 표면에서 탄소(C)가 검출되는 것으로 보아 유기물이 흡착되어 있었던 것으로 유추할 수 있다. 이는 대기환경에 노출되어 있었음을 말하며 대기오염물 중의 황(S)이 석고의 성장에 기여했을 가능성도 지시하는 것이다. 따라서 이차적으로 성장한 석고는 모르타르 혼화재 및 대기오염물이 모두 영향을 준 것으로 불 수 있다.

3.4. 초음파 물성분석

이 연구에서는 공주제일교회 입구와 제단 후벽의 스테인드글라스에 대한 구조재의 물성을 진단하기 위해 초음파탐상법을 적용하였다. 줄눈재의 효과적인 분석을 위해 스테인드글라스 영역과 구별하여 물성을 비교하였으나 색유리의 초음파속도는 제외하였다. 줄눈은 시멘트 모르타르가 주성분으로 초음파탐사의 적합한 측정대상에 해당하며, 측점은 15㎝ 간격으로 설정하였다. 위치별 측정 지점은 Fig. 7Table 4에 제시하였다.

Table 4 . Analytical positions and points by ultrasonic velocity of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church.

Analytical PositionsEntranceAltar
LeftRightLeftCenterRight
Points7857180224224


Figure 7. Survey maps showing the frontal view for ultrasonic velocity measurements of the structural frames to joint filler and the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Stained glass structures at the back side of the altar. (B) Stained glass structures on the left and right sides of the chapel entrance. Analytical point numbers are the same as those of Table 4.

초음파속도는 연구대상의 특성을 반영하여 평면을 측정할 수 있는 반직접법을 적용하였다(Lee et al., 2009; Lee and Jo, 2017). 접촉매질은 미세한 조직을 갖는 표면을 보호하기 위해 Jo and Lee(2015)의 연구에 의해 입증된 바 있는 건조성 매질인 엘라스토머 커버를 사용하였다. 이는 탐촉자의 형태에 맞게 제작되어 탐촉자와 연구대상 표면의 직접적인 접촉을 방지할 수 있어 매질로 인한 잔류물질이 남지 않는다.

예배당 입구와 제단의 줄눈은 각 창에서 길이 방향으로 측정하여 전체 물성을 파악할 수 있도록 하였다. 먼저 입구 스테인드글라스 줄눈의 초음파속도는 좌창에서 951~3,333(평균 2,507)㎧를 보였으며, 우창은 202∼2,773(평균 1,852)㎧의 속도를 나타내, 우창의 줄눈이 상대적으로 현저하게 약한 물성을 지시하였다(Table 5).

Table 5 . Summary on ultrasonic velocity of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church.

LocationsUltrasonic Velocity (m/sec)
MinMaxMean
EntranceLeft9513,3332,507
Right2022,7731,852
AltarLeft1,4975,9382,795
Center1,2694,8692,581
Right1,1836,6672,543


제단의 줄눈은 세 개의 창에서 1,183~6,667㎧의 속도범위를 보이며 평균 2,629㎧로 나타났다. 이 중 좌창은 1,497~5,938(평균 2,795)㎧의 범위로, 중앙창은 1,269~4,869(평균 2,583)㎧로 우창에서는 1,183~6,667(평균 2,543)㎧로 측정되었다(Table 5). 이 중에서 바탕층 하부에 철제 틀이 받치고 있는 부분이 특히 높은 속도를 보인 것으로 판단되나, 정확한 내부구조는 알기 어려운 상태이다.

이를 실측도면에 평면으로 모델링하면, 제단 스테인드 글라스의 줄눈은 전체적으로 비교적 건전한 물성을 갖는다(Fig. 8A). 그러나 좌창의 우측 하단과 중앙창의 좌측상단에서는 1,000~1,800㎧의 낮은 초음파 속도를 보이고 있어 주의관찰이 필요한 부분이다. 한편 입구 스테인드글라스 줄눈의 초음파속도는 전반적으로 낮은 물성분포를 보였다(Fig. 8B). 특히 좌창 상단 중앙부와 우창의 전반에 걸쳐 상대적으로 낮은 800~1,600㎧의 속도로 비교적 취약한 상태를 지시하여 특별한 주의와 보존관리가 요구된다.

Figure 8. Modelling maps showing the frontal view for ultrasonic velocity of the structural frames to joint filler and the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Stained glass structures at the back side of the altar. (B) Stained glass structures on the left and right sides of the chapel entrance. Summary data are the same as those of Table 5.

4. 보존과학적 고찰

4.1. 문화유산적 의미

조선의 기독교 역사는 1885년에 시작되었으며 1903년에 공주스테이션이 성립되면서 지역에서는 신교육과 의료 및 개화의 장소로도 역할하게 되었다. 공주제일교회는 조선의 독립운동과 한국전쟁 등 역사의 굴곡을 함께했고, 여성과 유아에 대한 서양식 복지를 적극적으로 도입하여 근대적 사회운동의 효시를 이루었다.

당시의 공주제일교회 예배당은 국가등록문화재가 되어 공주기독교박물관으로 활용하고 있다. 이 건물의 보존에서 가장 중요한 원형은 벽체와 지하기도실 및 굴뚝으로, 두 개의 굴뚝 중 한 개가 유지되었고 전시를 위해 설치한 유리벽으로 내부를 확인할 수 있다. 또한 선교사의 발자취와 독립운동 및 함께한 인물들의 역사도 보존되어 있으며, 현재 공주제일교회 본당이 바로 옆에 있어 전체적인 보존과 관리가 매우 양호하다.

1931년에 지어진 공주제일교회는 서울 정동교회의 5차 시기 평면과 입면이 거의 동일함을 보고하였다. 첨탑이 없는 종탑을 갖추고 삼각형 박공으로 지붕을 이루고 있는 영국 튜더식 또는 빅토리안 양식의 한국 감리교 전통 교회의 모습으로 알려져 있다(Kim, 2018). 그러나 1956년에 재건축한 현재의 기독교박물관은 한국전쟁으로 파괴되었지만 초축의 모습을 유지하기 위해 평면 기능과 공간 및 건축의 주재료인 벽돌을 재사용하여 증축함으로써 교회건축의 진정성을 유지했다.

스테인드글라스는 20세기 이전까지 큰 변화 없이 역사와 전통을 가진 종교예술로 평가받아 왔으며, 20세기에 들어 회화양식과 건축에 적용되기 시작하였다. 한국의 스테인드글라스는 1898년 명동성당을 통해 수용되었고 천주교회를 중심으로 변천과 발전과정을 거듭하였다. 그러나 1970년대 중반 이남규에 의해 새롭게 개척되면서 현대 회화적 형식에 접목되어 독창적이고 토착화된 양식을 보여 주었다. 이남규는 국내 최초로 자체 제작한 달드베르를 이용하여 빛을 주제로 새로운 스테인드글라스를 구현하였다(Jung, 2010).

공주기독교박물관 스테인드글라스는 당시의 도식화된 양식을 벗어난 창조적 예술이 표현된 것으로 볼 수 있다. 이는 한국 종교건축에 스테인드글라스를 정착시켜 창의적 예술작품으로 끌어올리는 선구적 역할을 한 것으로 평가받고 있다. 따라서 공주기독교박물관의 스테인드글라스는 한국 스테인드글라스에 미친 영향과 작품성으로 보아 보존할 가치가 충분한 것으로 이해할 수 있다.

4.2. 재료 및 물성 평가

공주기독교박물관 입구의 좌우와 제단의 중앙과 좌우등 다섯 개의 창에는 스테인드글라스가 설치되어 있어 방문자들의 관심의 대상이다. 전체적으로 스테인드글라스의 보존상태는 비교적 건전하나, 이를 지지하고 있는 구조재에는 다양한 형태의 손상이 나타나 특별한 관리가 필요한 것으로 판단된다. 이 구조재는 철판을 이용한 틀과 스테인드글라스를 지지하는 바탕의 줄눈재로 구성하였다. 줄눈을 이루는 재료는 주로 시멘트 모르타르를 사용하였으며 석고와 소량의 골재화합물을 혼용한 것으로 이해할 수 있다.

바탕의 줄눈에서 나타나는 손상은 주로 미세 및 방사상 균열과 내부 철심의 부식으로 인한 녹의 발생이다. 부분적으로는 모르타르와 철심 및 스테인드글라스 접촉부의 들뜸이 있으며 곰팡이도 산재한다. 또한 표면의 물리화학적 풍화작용에 따른 입상분해도 나타난다. 이와 같은 손상은 재료의 기계적 취약대를 따라 이차적인 균열 및 박락 등으로 확대되지 않도록 적절한 보존관리가 필요한 상태이다.

국내에서 스테인드글라스 구조재의 물성에 대한 연구와 평가는 약현성당의 사례가 유일하다(Cho et al., 2016). 이들의 초음파속도는 평균 2,053 m/s의 범위이나, 좌창상부와 중앙창 가운데에서 물성이 낮음을 보고하였다. 또한 약현성당의 색유리와 줄눈은 육안관찰로는 우창에서 집중적인 표면풍화가 나타나는 것과는 달리 좌창 및 중앙창을 중심으로 상당한 물리적 손상이 확인되었다. 따라서 색유리의 조성과 물성의 상관관계에 대한 연구를 통해 꾸준한 관리와 보수방안를 제안하였다.

공주기독교박물관 스테인드글라스의 구조재에서는 입구 좌창과 우창의 물성이 낮으며, 특히 우창이 취약한 것으로 나타났다(Fig. 8). 제단의 후벽을 구성한 세 개의 창은 비교적 건전한 물성분포를 보이나 부분적인 약선대도 제시하였다. 그러나 스테인드글라스 줄눈의 초음파속도는 절댓값의 강도로 평가하기는 어려우며 상대적으로 낮은 속도를 지시하는 약한 부분을 구별하여 전체적인 물성분포를 검토하는데 큰 의미가 있다. 이 줄눈은 스테인드글라스를 지지하는 바탕으로 일정한 강도를 유지할 수 있도록 관리해야 할 것이다.

4.3. 보존관리 검토

공주기독교박물관 건물은 1956년에 재건축한 것으로 1979년에 증개축을 통해 일부가 변화되었고, 2012에 역사관으로 리모델링하면서 일부 모습이 바뀌었다. 그러나 벽체와 지하기도실 및 제단 등 주요 구조부와 공간구성은 1930년대 초축되어 예배당으로 사용하던 시기와 거의 동일한 것으로 여겨진다.

스테인드글라스의 보존상태에 대한 검토를 위해 줄눈재를 중심으로 살펴보면, 모든 창의 줄눈에서 미세균열이 관찰된다. 또한 색유리와 접한 부분이 벌어지는 것으로 보아 유리 사이가 좁은 곳은 철선이 삽입되지 않은 것으로 판단된다. 색유리와 줄눈재가 완벽하게 결구되지 않은 상태에서 바람 등에 의한 움직임이 미세균열로 나타날 수 있다. 이는 스테인드글라스 전체에 미치는 구조적인 영향은 적으나, 여기에 물이 스며들 경우 이차적인 손상으로 진전될 가능성도 있다.

특히 입구의 좌창 외벽과 제단 우창에는 줄눈 속의 철선이 노출된 상태로 부식되어 있다(Fig. 9A). 이는 균열대로 물이 스며들어 철선 표면에 부피가 팽창하고 모르타르의 균열이 커지면서 철선이 노출된 것이다(Fig. 9B). 또한 모르타르의 들뜸과 스테인드글라스 창을 지지하는 벽돌에서는 백화현상이 빈번하게 발생한다(Fig. 9C).

Figure 9. Representative damage statuses of structural frame and joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Exposure and rust in the stained glass window steel structure connected to the wall. (B) Iron frame exposed and rusted on the joint filler. (C) Efflorescence on the bricks of the stained glass window wall.

국내에서 스테인드글라스의 보존과 보수가 시작된 것은 2000년대 이후 근대건축물 보존 정책의 영향으로 보고 있다(Ko, 2013; Cho et al., 2016). 또한 다양한 기법과 표현이 나타나면서 스테인드글라스를 새롭게 보존하는 문제도 대두되었다(Jung, 2010). 그러나 스테인드글라스의 보존처리와 수리기술에 대해 구체적인 규정이나 지침은 없는 상태이다. 또한 사례연구도 다양하지 못할 뿐 아니라 보수공사에 대한 기록도 불충분하고 보존방법에 대한 연구도 거의 없다(Kim, 2001; 2005; Ko, 2013).

공주기독교박물관 스테인드글라스의 줄눈에도 다양한 손상이 있다. 이는 줄눈재로 사용한 석회혼합물이 장기간 대기와 반응하는 중성화 과정에서 발생하였을 가능성이 높다. 일반적으로 석회혼합물은 강알칼리에서 강도발현이 좋고 pH가 일정하면 장기간 보호할 수 있으나, 중성화되면 보호기능이 약화되어 철근의 부식과 부피팽창을 유발하며 손상도 촉진된다.

한편 연구대상 스테인드글라스와 같이 두꺼운 색유리를 보수하는 기술은 손상정도에 따라 여러 기법이 있다. 서양에서는 일찍부터 스테인드글라스의 보존과 보수에 대한 연구가 수행되었으며 다양한 매뉴얼과 가이드북이 제시되어 있다(Mills, 1987; Sloan, 1995). 국내에도 유리의 균열이나 파손정도에 따라 검증된 문화재보존처리용 재료를 활용한 보수기술이 알려져 있으며, 손상이 심한 유리를 녹여서 재생산하는 방법 등을 적용하여 보존처리할 수 있다(Ko, 2013; Cho et al., 2016).

근대에 제작되었던 스테인드글라스에 대한 관심과 존중의식이 확대되면서 최근 보존과 보수 및 정비의 시기를 맞이하고 있다. 교세 확장으로 1980년대 급증했던 종교건축과 스테인드글라스는 정밀한 연구를 통한 보존을 필요로 한다. 이제는 근대에 성립된 종교적 작품들도 교회사적 및 예술적 가치가 객관적으로 평가되어 무분별한 철거나 교체가 이뤄지지 않도록 관심을 기울여야 하며 전문가에 의한 체계적이고 올바른 보수가 이뤄져야 할 것이다.

5. 결 언

1. 공주제일교회의 기독교박물관 건물은 1931년에 초축되었으며 1941년에는 적산으로 분류되어 통제되기도 했고, 한국전쟁으로 상당 부분 파손되었으나 벽체와 굴뚝 등이 보존되었다. 1953년에 예배당을 신축하며 파손 부분을 수리하자는 의견에 따라 1956년에 재건하였으며, 원형을 유지하고 있다는 점에서 건축학적으로 높은 가치가 있다.

2. 공주기독교박물관 스테인드글라스는 1979년에 설치하였으며, 덩어리유리를 사용하는 달드베르(Dalle de Verre) 방식으로 큰 의미가 있다. 그러나 스테인드글라스에는 일부 다양한 방향의 균열과 쪼개짐이 나타나고 색유리 사이를 지지하는 줄눈에서도 수직 및 수평균열이 확인되는 등 부분적인 손상을 입었다.

3. 스테인드글라스의 구조재로는 철제 틀과 이를 충전한 시멘트 모르타르가 사용되었으며, 표면에서는 부분적으로 물리화학적 풍화작용에 따라 철제의 부식과 모르타르의 구조상 균열 및 입상분해가 나타난다. 줄눈재에서는 Ca과 S이 높게 검출되어 석고를 혼화재로 사용하였음을 지시하며, 석고는 능형의 주상으로 성장하며 다발모양을 이루고 있는 것으로 보아 재결정작용을 거친 것으로 보인다.

4. 줄눈재의 초음파속도를 평면으로 모델링한 결과, 제단의 줄눈에서는 좌창의 우측 하단과 중앙창의 좌측 상단이 1,000~1,800㎧로 나타나 상대적으로 낮은 초음파속도를 보였다. 특히 예배당 입구 좌우창 줄눈의 속도는 800~1,600㎧ 범위이며, 좌창 상단 중앙부와 우창 중단 좌측은 물성이 취약하여 보존관리가 필요한 상태이다.

5. 스테인드글라스의 줄눈재와 표면오염물에서는 석회의 중성화 과정에서 생성되는 석고화합물이 검출되었다. 이와 같은 염류는 동결 및 융해작용에 따라 외벽 줄눈재의 손상을 일으킬 수 있으므로 적절한 예방보존이 필요하다. 또한 스테인드글라스와 줄눈재에서는 다양한 손상 유형들이 복합적으로 나타나고 있어 임상실험을 통해 맞춤형 보존처리를 검토해야 할 것이다.

Fig 1.

Figure 1.General views of Gongju Jeil Church. (A) External appearance of the church. (B) Interior chapel converted into the church museum. (C) Stained glass windows inside the chapel. (D) Stained glass windows to the left and right sides of the chapel entrance. (E) Outside view of the stained glass windows in the chapel. (F) Outside view of stained glass windows on the left and right sides to the entrance.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 103-114https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.103

Fig 2.

Figure 2.Conservation status of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Micro cracks. (B) Structural cracks. (C) Relatively wide cracks. (D, E) Chemical and physical weathered surface of the joint filler. (F) Internal iron frame exposed and rusted on the surface.
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Fig 3.

Figure 3.Analytical points using P-XRF of joint filler for the stained glass window on the left side of the entrance in Gongju Jeil Church.
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Fig 4.

Figure 4.Compositional variations showing the joint filler for the stained glass window on the left side of the entrance in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 3.
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Fig 5.

Figure 5.X-ray diffraction analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Sample numbers are the same as those of Table 2. Q; quartz, Ca; calcite, Do; dolomite, Px; pyroxene, M; mica, Ho; hornblende, Af; alkali feldspar.
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Fig 6.

Figure 6.Microphotographs using scanning electron microscope of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Descriptions in each photographs are written in the text. Analytical points are the same as those of Table 3.
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Fig 7.

Figure 7.Survey maps showing the frontal view for ultrasonic velocity measurements of the structural frames to joint filler and the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Stained glass structures at the back side of the altar. (B) Stained glass structures on the left and right sides of the chapel entrance. Analytical point numbers are the same as those of Table 4.
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Fig 8.

Figure 8.Modelling maps showing the frontal view for ultrasonic velocity of the structural frames to joint filler and the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Stained glass structures at the back side of the altar. (B) Stained glass structures on the left and right sides of the chapel entrance. Summary data are the same as those of Table 5.
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Fig 9.

Figure 9.Representative damage statuses of structural frame and joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. (A) Exposure and rust in the stained glass window steel structure connected to the wall. (B) Iron frame exposed and rusted on the joint filler. (C) Efflorescence on the bricks of the stained glass window wall.
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Table 1 . Chemical compositions (ppm) by P-XRF analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 4.

Analytical PointsSiAlFeCaKS
Joint FillerMT-1200,98929,4036,207300,2805,27331,193
MT-2178,03446,0175,637321,1379,10214,510
MT-3208,77740,7235,773264,98716,00630,190
MT-4238,42944,8325,165223,9128,50726,141
MT-5230,73716,4583,853267,57427,91413,430
Iron FrameMP-1127,47425,770233,833191,81834,36417,057

Table 2 . Samples of X-ray diffraction analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church.

No.MaterialsLocations
JDL-3Joint fillerOutside of left window in entrance
JDR-2Joint fillerInside of right window in entrance
JDB-2Joint fillerInside of center window in altar
JDGAggregatesInside of right window in altar

Table 3 . Chemical compositions (wt.%) by SEM-EDS analysis of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church. Analytical points are the same as those of Figure 6.

Analytical PointsSiO2Al2O3FeOMgOCaONa2OK2OSO4CCl
Entrance Left Outside (JDL-3)120.973.291.071.0638.52-9.9117.148.04-
219.392.68--38.43-11.0618.469.97-
35.41---21.23-25.9747.38--
48.66---40.16-20.3730.81--
51.78--3.6561.14---33.44-
Entrance Right Inside (JDR-2)618.103.390.992.1239.232.128.205.4717.562.68
718.823.52-1.8458.021.185.585.963.131.92
811.59-62.53-1.81-1.990.9721.09-
99.212.0344.11-1.651.971.421.4238.15-
Altar Center (JDB-2)102.611.36--29.210.9315.2850.58--
11----79.96--20.03--
Alar Right (JDG)1294.54---1.55---2.60-
1392.32---4.08---3.59-
1447.95---33.23--4.5214.29-

Table 4 . Analytical positions and points by ultrasonic velocity of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church.

Analytical PositionsEntranceAltar
LeftRightLeftCenterRight
Points7857180224224

Table 5 . Summary on ultrasonic velocity of joint filler for the stained glass window in Gongju Jeil Church.

LocationsUltrasonic Velocity (m/sec)
MinMaxMean
EntranceLeft9513,3332,507
Right2022,7731,852
AltarLeft1,4975,9382,795
Center1,2694,8692,581
Right1,1836,6672,543

References

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Apr 30, 2024 Vol.57 No.2, pp. 107~280

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Economic and Environmental Geology

pISSN 1225-7281
eISSN 2288-7962
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