건축 자재: 목재의 성질 및 보존 방법과 건조 방법

목재는 역학적으로 강하면서 무게가 가볍기 때문에 여러 건축 재료 중 이상적인 재료로 여겨집니다. 그뿐만 아니라 흡음 성능이 좋고 충격과 진동의 흡수성이 크며, 수종이 다양해 색채와 무늬가 우아해서 건축재료로 많이 사용됩니다. 이번 포스팅에서는 이러한 목재의 성질과 이를 보존하는 방법, 그리고 건조하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

 

목재의 특징

목재의 비중은 1.54입니다. 일반적으로 비중이 클수록 목재의 강도가 증가하고 건조 수축이 큽니다. 즉, 침엽수보다 활엽수가 비중이 크고 경목임을 알 수 있습니다.

목재의 강도는 섬유 포화점 이하일 경우 함수율이 낮을수록 큽니다. 전건재의 강도가 생나무의 강도에 비해 약 3배 정도 큰 이유도 이 때문입니다. 하지만 섬유 포화점 이상인 구간에서는 강도의 변화가 없습니다. 섬유 포화점 이상에서는 수축과 팽창 역시 생기지 않지만, 섬유 포화점 이하에서는 함수율에 비례해서 수축하는 특징이 있습니다. 목재의 강도 크기는 섬유 방향에 평행한 강도가 직각 방향일 경우보다 더 큽니다. 섬유에 평행한 압축강도를 100으로 보았을 때 인장 강도는 200, 휨강도 150, 압축강도는 100, 전단강도는 18로 나타낼 수 있습니다. 한편 침엽수보다는 활엽수가, 변재보다는 심재가 강도가 큽니다. 그리고 목재의 강도는 균일하지 않기 때문에 허용 강도 값은 최대 강도의 1/7에서 1/8 사이로 두어야 합니다. 특히 목재의 옹이, 썩음, 갈라짐 등은 강도 저하에 큰 영향을 끼칩니다. 목재는 비강도가 높은 재료인데, 여기서 비강도란 강도를 비중으로 나눈 값을 의미합니다. 비강도의 크기를 비교해보자면 소나무(1,180) > 알루미늄(550) > 연강(510) > 비닐(360~450) > 유리(160~240) > 콘크리트(80) 순입니다. 비강도 값이 클수록 좋은 재료라고 할 수 있는데, 목재는 비강도 값이 가장 높은 것을 알 수 있습니다.

 

 

보존법

목재를 방부하는 방법의 하나는 주입법입니다. '주입법'은 방부제를 목재에 주입하는 것으로써, 가압 주입법, 생리적 주입법, 상압 주입법 등이 있습니다. 또 다른 방법으로는 방부제를 칠하거나 니스, 아스팔트 콜타르, 유성페인트 등을 칠하는 '도포법'이 있습니다. 이 외에도 목재 표면의 3~4mm를 태워서 탄화 부분은 흡수성을 증가시키고 수분을 제거하는 '표면 탄화법'과 물이나 방부액에 목재를 담가 산소의 공급을 차단하는 '침지법' 등이 있습니다.

방화 법으로는 인산과 탄산나트륨, 붕산, 황산암모늄 등 방화제를 주입하는 방법, 모르타르나 금속판을 피복시키거나 불연성 도료를 도포하는 방법, 단면을 증가시키는 방법 등이 있습니다. 목재의 방부제 중 PCP(Pentachlore phenol)는 가장 많이 쓰이는 것으로 석유 등의 용제로 녹여서 사용합니다. 무색이고 방부력이 제일 우수하며 위에 페인트를 칠할 수 있다는 것이 장점입니다. 조금 더 값이 싸지만 내습성도 있고 방부력이 우수한 크레오소트(Creosote)라는 방부제도 있습니다. 크레오소트는 냄새가 좋지 않기 때문에 실내에서는 사용이 어렵지만, 침투성이 좋기 때문에 목재에 깊게 주입할 수 있다는 장점이 있습니다. 다만, 용액의 색이 흑갈색이므로 미관을 고려하지 않아도 되는 외부(토대, 도리, 기둥 등)에만 사용됩니다. 마지막으로는 코울 타르(Coal tar)라는 방부제가 있는데, 코울 타르의 경우 방부력이 약하고 상온에서 침투가 잘 안되기 때문에 도포용으로만 쓰입니다. 또한 용액이 흑색이기 때문에 가설재에만 사용하는 등 사용 장소에 제한이 있습니다. 

 

 

건조법

건조가 잘 된 목재는 부패균이 생기는 것을 막을 수 있고, 수축이나 변형, 균열이 일어나지 않습니다. 강도가 커지기 때문에 가공하기도 용이하다는 성질이 있습니다. 이를 위해 목재를 건조하는 법은 크게 세 가지로 구분할 수 있습니다. 첫 번째로는 '수액 제거법'입니다. 수액 제거법에는 원목을 1년 이상 방치해서 자연적으로 건조하는 '수액 건조법', 원목을 열탕으로 삶아서 빨리 수액을 제거하는 방법인 '자비 법', 목재를 물에 담가 수액을 제거하는 '수침 법'이 있습니다. 두 번째로는 '자연 건조법'입니다. 자연 건조법은 단어 그대로 목재를 옥외나 옥내에 쌓아 비와 직사광선을 막고 통풍만을 이용해 건조하는 방법입니다. 두께가 3cm이면 활엽수는 약 1년, 침엽수는 약 6개월 정도 소요됩니다. 재질의 변질이 적고 건조비가 적게 든다는 장점이 있으나, 변형이 생기기 쉽고 건조시간이 길다는 것이 단점입니다. 마지막으로는 '인공 건조법'입니다. 인공 건조법은 변형이 적고 건조가 빠르긴 하지만 가공비와 시설비가 많이 들기 때문에 가격이 비쌉니다. 인공 건조법에는 건조실 내의 공기를 가열시키며 건조하는 '열기법', 건조실을 증기로 가열해 건조하는 '증기법', 원통형의 탱크 안에 목재를 넣고 밀폐하여 고온·저압 상태로 목재의 수분을 없애는 '진공법'이 있습니다. 이 중 가장 많이 사용되는 것은 증기법입니다.