목재의 성질, 함수율, 부패조건, 섬유포화점
[목 재]
1. 개 요
비목조 건축의 비약적인 발전과 더불어, 각종 건설 재료의 출현 및 건축 양식의 변화에 큰 영향을 받아 목재건축에 대한 소비 구조는 구조재에서 가설재 및 수장재로 그 비중이 바뀌어 가고 있다. 그러나, 우리 나라의 여건으로 볼 때, 건축용 자재로서 목재의 비중은 계속 유지될 것이다.
목재에는 다음과 같은 특징이 있다. 특히, 단점에 대해서는 물리적, 화학적 방법으로 잘 보완하여 사용해야 한다.
가) 가볍고, 가공이. 쉬우며, 감촉이 좋다.
나)비중에 비하여 강도가 크다.
다) 열전도율과 열팽창률이 작다.
라)종류가 많고, 각각 외관이 다르며, 우아하다.
마) 산성 약품 및 염분에 강하다.
바) 착화점이 낮아 내화성이 작다.
사) 흡수성이 크며, 변형하기가 쉽다.
아) 습기가 많은 곳에서는 부식하기가 쉽다.
자) 충해나 풍화에 의해 내구성이 떨어진다.
2. 목재의 분류와 구조
가. 목재의 분류
⑴ 성장-+- 외장수: 일반적으로 말하는 목재
+- 내장수: 대나무, 야자수류
⑵ 외관-+- 침엽수: 삼나무, 소나무, 전나무류
+- 활엽수: 느티나무, 벚나무, 밤나무류
⑶ 재질-+-- 연 재 : 침엽수류(소나무, 삼나무)
+-- 경 재 : 활엽수류(떡갈나무, 참나무)
⑷ 용도-+- 구조 용재: 침엽수
+- 장식 용재: 활엽수
건축 재료로는 대개 외장수가 많이 사용된다. 외장수 중에서 침엽수에 속하는 목재는 일반적으로 목질이 무른 것이 많으므로 연 목재(soft wood)라 하고, 이와는 달리 활엽수의 목재 일반적으로 목질이 단단하므로 경목재(hardwood)라 한다. 그러나, 활엽수에서도 오동나무와 같이 침엽수보다 무른 나무도 있다.
나. 목재의 구조와 성분
(1) 나 이 테
줄기에는 해마다 새로운 세포가 생기는데, 세포가 생기는 계절에 따라 세포의 크기와 형태가 다르다. 봄, 여름에 생긴 세포는 코며, 세포막은 얇고 유연한데 이를 춘재라하고, 가을과 겨울철에 생긴 세포는 작으며, 세포막은 두껍고 견고하다. 이를 추재라한다.
춘재와 추재는 수심을 중심으로 하여 동심원을 나타나게 된다. 이와 같이 구분된 춘재와 추재의 1쌍의 나비를 합한 것을 나이테라 한다. 나이테는 수목의 성장 연수를 나타내는 동시에, 강도의 표준이 되기도 한다. 목재 중에는 침엽수와 같이 나이테가 확실하게 나타나는 것도 있고, 활엽수에 속하는 단풍나무, 버드나무, 나왕, 티크, 마호가니 등과 같이 확실하지 않은 것도 있다. 도한 연중 기후의 변화가 없는 열대 지방에서는 형성되지 않거나 명확하지 않다.
(2) 심재와 변재
수목의 횡단면을 보면 외부는 색깔이 연하고, 수심부에는 색깔이 진하다. 외부에 있는 연한 부분을 변재라 하고, 수심부를 심재라한다. 변재의 세포는 양분을 함유한 수액을 보내어 수목을 자라게 하거나 양분을 저장한다. 따라서 수분을 많이 함유하며, 제재 후에 부패하기 쉽다. 이에 대하여 심재는 변재에서 변화되어 세포는 고화되고, 수지, 색소, 광물질 등이 고결된 것으로서, 수목의 강도를 크게 하는 역할을 한다. 또 수분도 적고, 단단하므로 부패하지 않는데, 목재로서는 양질로 취급하고 있다.
(3) 흠
수목이 성장하는 도중이나 벌목, 운반, 제재, 건조를 하는 작업 중에 받는 영향으로서, 조직의 파괴, 변질 등의 여러 가지 흠이 생긴다. 갈라짐, 옹이, 상처, 껍질박이, 썩정이 등이 있다.
(4) 목재의 성분
목재의 원소조성은 대개 탄소 50%῀ 산소 44%῀ 수소 5%, 질소 1% 정도, 회분ㆍ 석회ㆍ칼슘ㆍ마그네슘ㆍ나트륨ㆍ망간ㆍ알루미늄ㆍ철 등이 미량으로 함유되어 있다. 목재의 주요 성분은 섬유소(cellulose)로서 목질 건조중량의 60% 정도이며 나머지 대부분 리그닌(lignin)으로 20∼30%정도이다. 그외 반셀룰로우스(hemi-cellulose), 탄닌(tannin), 수지(resin) 등이 포함되어 있다. 이들 성분에 있어서 침엽수는 리그닌을 맣이 함유하며 활엽수는 반셀룰로우스를 많이 함유하고 있다. 셀룰로우스는 세포막을 구성하여 골격을 형성하고 리그닌은 세포상호간의 충진물질이고, 반셀룰로우즈는 양자를 결합하는 물질이다.
3. 목재의 성질
가. 외형적 성질
목재는 색깔 광택, 향기 맛, 나무결(무늬)를 가지고 있다.
나. 물리적 성질
(1) 비중
목재의 비중은 동일 수종이라도 연륜(나이테), 밀도, 생육지, 수령 또는 심재와 변재에 따라서 다소 다르다. 목재의 실제 비중을 진비중이라 하며 이는 실질중량(g)/실질용적(㎤)을 말하고 수종에 관계없이 1.44∼1.56인데 일반적 으로 1,50이 통용된다. 기건비중이란 목재 성분중에서 수분을 공기중에서 제거한 상태의 비중을 말하며 구조 설계시 참고자료로 사용된다. 전건비중은 온도 100∼110℃에서 목재의 수분을 완전히 제거했을 때의 비중을 말한다. 목재의 비중(기건비중)은 수종에 따라 크게 차이가 나는데 오동나무는 0.3, 박달나무는 0.9이며, 추재는 춘재보다 비중이 크다. 목재의 비중이 클수록 목재의 강도는 증가한다.
(2) 목재의 함수율과 그영향
㈀ 함 수 율 - 목재중의 수분량을 말한다.
⑴ 전건 함수율: 100∼110℃에서 건조된 무수상태의 목재, 0%
⑵ 기건 함수율: 목재가 통상 대기의 온ㆍ습도와 평형을 이루고 있는 상태의 목 재, 12%∼18%
⑶ 섬유 포화점: 세포막 내부가 완전히 수분으로 포화되어 있고 세포내공과 공극 등에는 수분이 없는 상태를 말하고 23∼30%이다.
⑷ 생재 함수율: 벌채한 직후의 목재 함수율
㈁ 함수율에 의한 수축과 팽창
목 재는 수종, 추재와 춘재, 목재의 절단 방향에 따라 수축율과 팽창율이 다르다. 수축율의 크기는 접선방향〉방사선방향〉줄기방향〉순이다.
㈂ 함수율과 압축강도와의 관계
(라) 함수율과 열전도율의 관계 (마) 함수율과 전기저항, 유전율의 관계
4. 건조와 제재
가. 건 조
생 통나무를 기초말뚝으로 사용하는 경우를 제외하면, 목재는 사용하기 전에 반드시 건조시켜야 한다. 건조시키는 정도는 대체로 생나무의 { 1} over {3 } 이상이 경감될 때가지로 하지만, 구조 용재일 때는 함수율이 15%이하, 수장재 및 가구 용재일 때에는 10%까지 건조시키는 것이 바람직하다.
(1) 건조의 목적
㈎ 목재 수축에의 손상방지
㈏ 목재강도의 증가
㈐ 못, 나사의 지보력을 증가
㈑ 접착력 증가
㈒ 도장성의 개선
㈓ 전기절연성의 증가
㈔ 열절연성의 개선
㈕ 약제주입의 용이
㈖ 충해방지
㈗ 변색 및 부패방지
(2) 수액 제거법
목재는 수액을 제거해야 건조가 빠르다. 수액제거방법은 다음과 같다.
㈎ 원목을 현지에서 1년 이상 방치
㈏ 원목을 뗏목으로 하여 강물에 6개월간 방치
㈐ 목재를 열탕으로 삶기
(3) 자연 건조법
자연건조는 목재를 자연 건조장에 쌓아 놓고 자연의 대기조건에 노출시켜 말리는 것으로 주로 옥외 건조장에서 건조시킨다.
㈀ 자연 건조의 특징
① 특별한 건조장치가 필요 없기 때문에 시설과 작업비용이 적게 든다.
② 열에너지가 절약된다.
③ 작업이 비교적 간단하고 특수한 건조기술이 덜 요구된다.
④ 인공건조의 예비조건으로서 효과가 크다.
⑤ 자연건조는 건조시간이 길다.
⑥ 기건 함수율 이하로 건조할 수 없다.
⑦ 기후와 입지 등 자연조건의 영향을 많이 받는다
⑧ 넓은 장소가 필요하다.
㈁ 자연 건조장의 조건
① 재목을 쌓을 수 있는 충분한 부지가 있는 장소
② 통풍이 잘되고 햇볕이 잘드는 장소
③ 배수가 잘되는 곳
④ 평지나 완만한 경사지
⑤ 운반비를 절감할 수 있는 목재가공 공장 근처
(4) 인공 건조
목재의 인공건조는 건조한 실내에서 온도와 습도의 조절에 의하여 건조시키는 방법으로 단시간내에 사용목적에 따라 함수율까지 건조시킬 수 있는 등의 장점이 있으나 시설비용이 많이 든다. 1∼3개월간 자연 건조시킨 목재를 인공하는 것이 바람직하며 목재를 잘 쌓아 균질하게 건조가 되고 건조가 끝난 후 서서히 온도가 내려가도록 유의하는 것이 좋다. 인공건조방법에는 증기법, 열기법, 훈연법, 진공법, 고주파건조법 등이 있는데 증기법이 많이 쓰인다.
나. 목재의 제재
(1) 목재를 제재하는 요령
㉮ 취재율을 높일 것.
㉯ 건조수축을 고려하여 여유있게 제재할 것.
㉰ 목재용도에 따라 나무결과 무늬등을 고려할 것.
(2) 목재 제재품의 규격
목재는 원목과 제재목으로 구분되고, 원목은 통나무, 면각재가 있으며 제재목은 널재(판재), 오림목, 각재로 분류된다.
㉮ 널재류: 두께 75mm 미만이고 나비는 두께의 4배 이상이다. 널판, 좁은널판, 원판
㉯ 각재류: 두께 75mm미만이고 나비는 두께의 4배미만, 또는 두께와 나비가 75mm 이상. 각재(정각재, 평각재)와 오림목(단면이 60mm미만의 작은각재)
㉰ 1사이: 1치×1치×12자
5. 목재의 가공제품
가. 합 판
합판은 3매이상의 얇은 판을 1매마다 섬유방향이 직교하도록 접착제로 겹쳐서 붙여 만든것을 말하며, 이를 베니어 판 또는 베니어합판이라고도 한다. 단판의 겹친 매수는 3, 5, 7, 9매 등의 홀수로 되고 두께도 각각 다르다.
나. 합판의 제법
⑴ 합판 원목: 활엽수를 사용할수 있으나 라왕을 많이 사용.
⑵ 단판제법
⒜ 로터리 베니어 방법- 원본을 일정한 길이로 절단후 얇게 벗김.
⒝ 슬라이드베니어 방법-미리 일정한 크기의 각재로 만들어 칼날로 엷게 절단.
⒞ 소우드베니어 방법- 각재의 원목을 얇게 톱으로 자른 단판.
다. 합판의 특성
⑴ 판재에 비해 균질하며, 유리한 재료를 많이 얻을 수가 있다.
⑵ 잘 갈라지지 않으며, 방향에 따른 강도의 차가 적다.
⑶ 단판은 얇아서 건조가 빠르고, 뒤틀림과, 수축, 팽창을 방지할 수 있다.
⑷ 무늬가 좋은 판을 값싸가게 얻을 수 있다.
⑸ 나비가 큰 판을 얻을 수 있고, 쉽게 곡면판으로 만들 수가 있다.
⑹ 습기가 있는 곳에서는 부착된 단판이 떨어지는 경우가 있다.
라. 합판의 종류
⑴ 보통 합판 : 크기-3자×6자, 4자×8자, 두께- 3㎜, 4.5㎜, 6㎜, 9㎜, 12㎜
⑵ 특수합판 : 화장합판, 프린트합판, 도장합판, 방화합판, 방부합판 등
마. 집성 목재
두께 15∼50mm의 단판을 섬방향으로 평행되게 여러장 겹쳐서 접착한 것이다. 합판과 다른점은 판의 섬유방향을 평행으로 붙인 것과 홀수가 아니라도 된다는 점, 또 합판과 같은 얇은 판이 아니라, 보나 기둥에 사용할 수 있는 단면을 가진다는 점이 다르다. 집성목재의 특징은 다음과 같다.
⑴ 목재의 강도를 인공적으로 조절이 가능하다.
⑵ 응력에 따라 필요한 단면을 만들 수 있다.
⑶ 아치와 같은 굽은 용재를 만들 수 있다.
⑷ 길고 단면이 큰 부재를 간단히 만들 있다.
바. 인조 목재
인조 목재는 톱밥, 대팻밥, 나무 부스러기 등을 원료로 사용하며, 이것을 적당히 처리한 다음에 고열, 고압으로 원료가 가지고 있는 리그닌(lignin) 단백질을 이용하여 목재 섬유를 고착시켜 만든 견고한 판이다.
사. 섬유판
섬 유판은 목재, 짚, 종이 등의 식물성 섬유를 원료로 하여 여기에 접착제, 방부제 등을 첨가하여 제판한 것이며 종류에는 연질 섬유판, 반경질 섬유판, 경질 섬유판 등이 있는데 경질 섬유판의 특성은 다음과 같다.
⑴ 강도가 크고, 거의 일정하며, 넓은 면적의 판을 만들 수 있다.
⑵ 표면은 평활하고 경도가 크며, 내마멸성이 크다.
⑶ 가로, 세로의 신축이 거의 같으므로 비틀림이 작다.
⑷ 외부장식용으로 쓸 때에는 평활도와 광택이 줄어들고, 강도도 줄어든다.
아. 파티클 보드
식물성 섬유를 주원료로 하여, 접착제로 성형, 열압하여 제판한 비중 0.4이상의 판을 파티클 보드라 한다. 특징은 다음과 같다.
⑴ 강도에 방향성이 없고 큰 면적의 판을 만들 수 있다.
⑵ 두께는 비교적 자유로 선택할 수 있다.
⑶ 표면이 평활하고 경도가 크다.
⑷ 방충, 방부성이 크다.
⑸ 균질한 판을 대량으로 제조할 수 있다.
⑸ 가공성이 비교적 양호하다.
⑹ 못, 나사못의 지보력은 목재와 거의 같다.
자. 코펜하겐 리브판(copenhagen rib bord)
두께 50mm, 나비 100mm 정도의 긴 판에다 표면을 리브로 가공한 것으로 집회장, 강당, 영화관, 극장 등의 천장 또는 내벽에 붙여 음향 조절 효과를 내기도 하고 또한 장식효과도 있게 한다. 코펜하겐 리브를 목재루버라고도 하며 리브재 옆에 생기는 빈틈과 뒷면 띠장 부분의 공기층이 고음을 처리하게 되어 음향 효과가 좋다.
차. 코르크판
코르크 나무 수피의 탄력성 있는 부분을 원료로 하여 그 분말로 가열, 성형, 접착하여 판형으로 만든 것으로서 표면은 평형하고 약간 굳어지나 유공판이므로 탄성, 단열성, 흡음성 등이 있어 음악 감상실, 방송실 등의 천장 또는 안벽의 방음판으로 많이 사용한다.
6. 목재의 흠
(목재의 흠은 자라는 과정이나 벌목·운반·제재 작업 중에 생긴다.)
㉠ 옹이 : 나무의 줄기에서 가지가 뻗어 나간 곳에 생기는 결점으로, 줄기의 섬유 조직과 가지의 섬유 조직이 서로 달라 연결되지 않기 때문에 건조에 따라 옹이 부분이 빠지는 경우도 있으며, 경계면 부분의 강도가 저하된다.
옹이그림 -- http://www.webcai.pe.kr/2002s/4%C1%B6/fig1-3.jpg
㉡ 갈라짐 : 목재의 수분이 건조하면서 생기는 결점으로, 마구리가 갈라지는 것, 수심에서 바깥쪽으로 갈라지는 것, 나이테 방향으로 갈라지는 것 등이 있다.
갈라짐 그림 --- http://www.webcai.pe.kr/2002s/4%C1%B6/fig1-4.jpg
㉢ 지선 : 목재의 수지가 흘러나온 곳에 생기는 결점으로, 가공을 어렵게 하거나 가공 후 목재에 얼룩이 지게 한다.
㉣ 껍질박이 : 나무가 성장하는 동안 상처를 입었다가 아물면서 계속 성장한 부분의 껍질이 안으로 말려 들어간 형태의 결점으로, 껍질박이 부분은 강도가 크게 떨어진다.
㉤ 썩정이 : 벌목이나 운반 과정 중에 쇠갈고리에 의해 상처를 입어 썩거나 변색된 것으로, 부패균에 의해 섬유 조직이 분해되는 목재의 가장 큰 결점이다.
7. 목재의 섬유포화점
목재 중에 함유된 수분은 세포월공내에 생리수와 목질부 공극에 있는 자유수가 있다. 세포벽에 있으며 화학적으로 흡수하고 있는 흡착수가 있으며 보통 생재의 함수율은 수종과 벌채시기에 따라다르나 변재부에는 80~200% 정도, 심재부에는 40~100% 정도이다. 목재가 건조하면 1차적으로 자유수가 증발하고 결합수가 남고 계속 건조하면 결합수가 최종적으로 증발한다. 이때 양자의 한계점을 섬유포화점(Fiber Saturation Point)이라한다.
목재 내에 존재하는 수분은 세포내강과 같은 빈 공간에 물의 상태로 존재하는 자유수와 세포벽 내의 미세한 공극에 물분자의 상태로 존재하면서 목재의 성분과 수소결합 또는 극성결합을 이루고 있는 결합수로 나눌 수 있다.
자유수는 결합수에 비하여 이동이 원활하며 따라서 높은 함수율 상태에서 건조될 경우에 자유수가 먼저 증발된다.
목재의 함수율이 30% 정도에 이르면 목재 내의 자유수가 거의 다 증발되고 다음으로 세포벽 내의 결합수가 증발되기 시작한다.
자유수는 모두 없어지고 세포벽은 결합수로 포화된 상태의 함수율을 섬유포화점이라고 하며 이 섬유포화점이 목재의 성질 변화에 중요한 전환점이 된다.
섬유포화점보다 높은 함수율 상태에서의 수분 이동은 주로 자유수에서 일어나기 때문에 세포벽에는 근본적으로 변화가 없다.
따라서 이 때의 함수율 변화는 목재의 강도, 수축 및 팽윤, 건조 결함의 발생 등과 같은 목재의 물리적 성질에는 거의 영향을 미치지 않는다.
그러나 섬유포화점 이하에서의 수분 변화는 결합수에서 발생하며 이는 바로 세포벽 내의 수분 변화에 따른 세포벽의 성질 변화로 연결되어 목재의 강도 및 물리적 성질에 변화를 초래하게 된다.
일 반적으로 목재의 함수율이 섬유포화점 이하에서 감소하면 목재의 강도는 증가되고 목재의 치수는 감소하게 된다.
섬유포화점 이하에서 함수율이 감소하면 목재의 치수가 감소하는데 목재의 방향에 따라서 수축율이 서로 다르기 때문에 치수의 감소 정도가 방향에 따라서 차이를 나타낸다.
이와 같이 방향에 따른 치수 변화량의 차이에 의하여 할열, 굽음, 뒤틀림 등의 여러 가지 건조결함이 발생되는 것이다(그림 6).
따라서 목재의 여러 가지 건조결함이 사용 중에 발생하는 것을 방지하기 위해서는 사용장소의 평형함수율에 근접하게 건조된 목재를 사용하여야 하며 사용 중에 목재의 함수율이 증가되지 않도록 철저한 관리를 하여야 한다.
아무리 건조된 목재를 사용하더라도 보관이나 사용 중에 수분에 노출되면 함수율이 증가되고 이 과다한 수분이 사용장소의 상대습도와 평형상태에 도달하기 위하여 건조되면서 여러가지 결함이 발생될 수 있기 때문이다.
목재가 건조되면 수축이방성으로 인하여 많은 결점들이 발생할 수 있는데 할열, 분할, 길이굽음, 측면굽음, 나비굽음, 뒤틀림 등이 여기에 속한다.
그 외에 옹이의 갈라짐, 옹이의 빠짐, 솟은 목리, 거친 목리 등의 결점도 발생할 수 있다.
이러한 결점들은 심한 할열이나 분할의 경우를 제외하고 기본적으로 목재의 강도나 강성에는 영향이 없지만 과도한 변형은 목재의 사용에 장애가 되며 구조물의 건축 후에 생기는 변형은 표면 마감재의 하자로 나타나기도 한다.
수분의 변화에 따라서 달라지는 목재의 성질에는 전기전도성과 열전도성도 포함된다.
목재는 건조할수록 奐袖換돛?및 열전도율이 감소하는 성질을 나타낸다.
따라서 낮은 전기 전도율 및 열전도율이 필요한 용도로 사용되는 목재의 경우에는 낮은 함수율 상태로 건조된 목재를 사용하고 사용 중에 목재의 함수율이 증가되지 않도록 주의를 기울여야 한다.
목재의 함수율은 썩음 또는 벌레에 의한 충해와도 매우 밀접한 관계를 가지고 있다.
일반적으로 목재의 함수율이 25∼50% 범위 내에서 부후균 및 벌레의 피해 가 가장 심하게 나타난다.
따라서 목재의 관리에서 이 범위의 함수율을 피하면 썩음 또는 충해를 예방할 수 있다.
저목장에서 물을 이용하여 목재를 저장하거나 또는 물이 없는 경우에는 계속해서 목재에 물을 뿌려주는 이유가 바로 목재의 함수율을 높게 유지하여 썩음 또는 충해를 예방하기 위한 것이다.
그러나 목재를 이용하는 경우에는 대기 중의 평형함수율이 12% 내외이기 때문에 높은 함수율의 목재를 사용하면 사용 중에 건조되어 썩음이나 충해가 발생하기에 적당한 함수율 조건이 되거나 또는 더욱 건조되어 건조결함이 발생하게 된다.
따 라서 목재를 함수율 19% 이하로 건조하여 사용하고 사용 중에도 함수율이 19%를 초과하지 않도록 주의하면 썩음이나 충해 등을 예방할 수 있으며 수축으로 인한 결함도 방지할 수 있을 것이다.
목재가 수분을 흡습 또는 방습하는 성질은 목재의 단점이 될 수도 있지만 이를 잘 활용하면 다른 어떠한 재료에서도 찾을 수 없는 장점이 되기도 한다.
예를 들면 실내에 많은 목재를 마감재로 사용하는 경우에 실내의 습도가 높으면 목재가 흡습하여 습도를 적당한 수준으로 유지하고 실내가 건조한 경우에는 방습하여 실내습도를 적당하게 유지시켜 준다.
이러한 목재의 조습성능은 쾌적한 주거환경의 측면에서 매우 큰 장점 중의 하나이며 목재를 실내마감재료로 선호하는 이유이기도 하다.
장상식 교수 제공
충남대학교 임산공학과
8. 건축 구조재로서의 목재의 특성
- 목재는 그 외관의 수려함과 구조적 특성, 가공성 때문에 인류발생 초기부터 현대에 이르기까지 중요한 건축 재료 로써 이용되어 왔다. 또한 목재는 자연재라고 하는 재료의 특성상 구조재로서 가질 수 있는 많은 장점과 함께 여 러 취약점을 갖고 있는 것이 사실이다. 따라서 목조건축의 근간이 되는 재료인 목재의 특성에 대해 명확히 인식 하고 있어야 한다.
1. 목재의 변형과 수분과의 관계
목재라는 건축재료는 역학적으로 불균질 재료로 취급된다. 벽돌, 콘크리트와는 달리 나무는 생물이기 때문에 획일적인 물리적 성질이 존재하지 않기 때문이다. 나무로 만든 목조건물은 하중을 받으면 휘어지거나 줄어 드는 변형이 있게된다. 시간이 지나면서 수분 함유량이 변화하여 뒤틀어지거나 갈라지는 자체 변형도 발생한다.
특히 소나무를 조종으로 하는 한국의 목재는 그 변형의 도가 더욱 심하다. 그러므로 목구조체의 완성 후에 일어 날 변형까지도 염두에 두고, 여유 있게 부재를 가공해야 한다.
그러나 문제는 변형이 일률적으로 일어나지 않는 다는 점이 있다. 변형에 대한 예측 불확실성은 완성 후에 정확한 수직이나 수평성을 보장하지 못한다.
따라서 목구조의 기법은 애초부터 불확실한 변형을 인정하는 범주에서 개발되어야 한다.
나무는 약 50%의 섬유질과 15～30%의 반섬유소, 15～30%의 리그닌, 그리고 5～30%의 기타 잔유물로 구성되는 데 리그닌은 섬유질과 섬유질로 구성된 세포들을 강력하게 접착해줌으로써 목재가 가지는 여러 가지 특성을 가능케 한다. 목재의 특성들 가운데 가장 중요한 것은 함수율이며, 함수율은 나무에 포함된 수분의 무게를 나타 내는 값으로 완전 건조한 목재 중량에 대해서 생목은 약 40～80%의 값을 보여준다. 함수율이 0～25% 정도가 되면 수분은 모두 세포벽 내에 있게 된다.
대개의 경우 25～32% 사이에 있게 되면 세포벽이 포화 상태에 이르게 되는데, 이때를 섬유포화점이라고 하고, 그 이상의 수분은 세포공 내에 자유수로 남게 된다. 목재는 섬유포화점이 될 때까지 주변환경과의 작용에서 수분을 흡수하거나 방출하게 되는데, 수분을 방출할 때 수축으로 인한 변형의 정도가 목재를 구조용재로 사용할 수 있는지 판단하는 기준이 된다.
일반적으로 목재가 건조 수축하게 될 때 섬유질 방향의 변형이 가장 크게 되고, 섬유질 직각방향으로의 변형, 재축방향으로의 변형이 가장 크게 되고, 섬유질 직각방향으로의 변형, 재축방향으로의 변형이 그 다음이 되는데 목재를 구조용재로 사용하기 위하여 평균
함수율을 낮추기 위한 건조방법이 사용되고 있다. 섬유포화점에서 평균함수율 19%까지 건조되면 목재는 두께 약 2.35%, 폭 약2.80% 정도로 수축하여 사용 전에 수축을 방지할 수 있다.
일 반적으로 건축용 목재의 함수율은 두 단계로 나눌 수 있다.
첫째, 함수율 19%이상의 자연목은 주로 짧은 재단에 대단면을 지나면서 창문 인방같이 하중을 비교적 덜 받는 부위에 사용된다. 이러한 자연목은 제재 시 공칭치수로 제재, 표면 마무리되어 자연 건조 후 표면건조목과 같은 치수를 지니게 된다.
둘째, 함수율 19%이하의 건조목은 대부분 구조용재로 사용되며 표면자연건조된 목재와 고온다습한 건조로에서 건조시킨 인공건조목으로 나뉜다. 인공 건조목의 경우 제재 후 먼저 공칭치수로 건조하고 표면 마무리를 하여 실제 치수로 만들게 된다. 통상 구조용재는 10～15% 사이로 건조되어 수축에 의한 변형을 예방하게 된다.
구조용재와는 달리 수장재, 창호재 같은 용도에 사용하는 목재는 약 8%이하의 함수율을 지니도록 건조되며 가공목재 혹은 공학목재와 방습 및 방부처리 목재는 그 이하의 함수율을 지니게 되어 구조용목재로 사용되고 있다. 함수율은 목재의 강도에도 결정적인 영향을 끼치게 되며 섬유포화점 이하에서는 함수율이 감소하면 강도는 증가하게 된다. 수분이 방출됨에 따라 세포벽의 강성이 증가하고 기밀하게 되어 강도의 증가에 영향을 끼치게 된다.
2. 목재의 취약점
다른 건축재료와 같이 목재 역시 강도 및 형상유지에 치명적인 파괴 요소가 있다. 부식, 화염, 해충, 풍화에 의한 퇴색, 그리고 화학적인 요소들이다.
첫 번째로 부식은 목재의 세포질에 배양되는 일종의 균류에 의해 발생한다. 이러한 균류의 생장은 적정습도, 공기, 온도 등 3가지 요소의 결합에 의해 가능하며, 이중 한가지 이상의 요인을 제거 혹은 억제하는 것으로 부식균의 생성을 방지할 수 있다. 이중 습기가 가장 중요한 요소로 작용하는데 함수율이 20%이하에서는
부식균의 생성이 완전히 중단되기 때문이다. 이것이 건축물에 건조목을 구조재로 사용하는 이유이다.
또한 시공 시에 목구조 부위의 밀폐공간에 통기구를 설치하는 이유는 바로 이러한 습기의 자연적 조절을 꾀하기 위함 이다. 또한 모든 수종의 세포구조는 세균의 생장을 가능케하는 공기를 함유하고 있는데 공기가 제거된다면 부식은 발생하지 않게 된다. 따라서 상수면 이하에 항상 침수된 기초나 파일 등이 수백년을 지탱하게 되는 것이다.
온도에 의한 작용구조에서는 균류의 활동이 약27℃에서 가장 활발한데 고온 건조로에서의 건조과정을 거칠 때 잔유세균이 모두 죽어버린다. 또한 목재의 구성상 심재가 변재보다 부식에 관한 저항성이 강한데 심재에 함유된 자연 유기물이 균류의 생성에 저항하기 때문이다.
두 번째로 화염에 의한 목재의 구조기능 상실은 목재가 가연성을 지니고 있다는 일반적인 통념 때문에 구조재로 의 사용을 기피하는 주된 이유이다. 그러나 목구조는 소방의 기본원리를 적용한 방화 시스템의 채용으로 경제적인 구조체를 구성할 수 있다. 소화의 원리는 가연성 물질의 제거, 구조적 안전성 확보, 화염진행의 방지 등으로 구분할 수 있는데 설계단계에서부터 방화처리 목재의 사용에 이르기까지 여러 단계에 걸친 방화에 관한 고려가 있을 수 있다.
목재가 조적이나 콘크리트보다 가연성 물질인 것은 사실이나 내장 석고보드의 사용, 스프링쿨러의 설비 등에 의한 공사비 증가와 비교해보면 목조주택이 더욱 경제적이라는 것을 알 수 있다.
또한 구조체의 연소시에도 안전성 확보 면에 있어서 목구조체에 탄소피막을 형성하여 구조적 안전성을 확보함으로써 피난의 가능성 이 높은 것이 사실이다.
3. 목재의 열성능과 음전달 성능
목재의 열적성능으로 열팽창 효과와 열전도 효과를 고려해야하는데 열팽창효과는 대규모 스팬을 갖는 구조물의 경우를 제외하고 크게 고려할 사항은 아니나 열전도 성능은 곧 목조건물의 단열성능과 직결된다.
가) 목재의 단열성능은 세포구조내의 수백만에 달하는 미세한 공극이 자연적인 단열재 역할을 하여 목조건축은 목재이외의 부분에 충진된 단열재와 더불어 훌륭한 단열외피를 구성하게 된다.
나) 목재의 열전도 성능은 상대밀도에 비례하여 고밀도 목재보다는 상대밀도가 낮은 목재가 더욱더 우수하게 된다. 또한 열전도 성능은 역시 함수율에 의하여 어느 정도 영향을 받게 되며, 잔유물의 구성, 옹이의 배열 그리고 나무결의 구성 등에 의해서도 약간의 변화를 보여준다.
다) 목재의 음전달성능은 주로 음의 진폭을 감소시키는 경향으로 작용한다. 미세하게 짜여진 세포들의 그물조직은 음에너지를 기공안에서 마찰과 점성저항, 기공주위의 세포벽의 진동을 통해 열에너지로 전환시켜 음의 진폭을 감소시키게 된다. 이러한 기공 내에서의 마찰저항에 의한 목재는 다른 어떤 구조재보다도 더 큰 음저항성을 지니게되어 음향설계가 이루어지는 공간에서 음조절용 리브재로 사용된다.
4. 목재의 강도
목재의 일반적인 강도는 나무결 방향이 나무결 직각 방향보다 훨씬 높아서 구조용 목재는 이러한 성질을 고려하여 배치한다. 따라서 생목은 풍압같은 외부의 횡압력에 매우 강한 저항성능을 보여주게 된다.
목재의 실질적인압축강도는 재하시에 수반되는 변형에 의해 정확히 측정되기는 어려우나 압축강도는 변형의 크기와 비례하여 증가되고 최대 하중 시 최대 압축강도를 보여준다.
나무결 의 직각방향의 압축강도는 재하되지 않는 부분의 섬유 질들이 재하부위의 섬유질들의 하중을 분산 부담하며, 국부하중의 지지에 유리하게 된다. 나무결 사각 방향의
압축 강도는 나무결 방향의 강도와 직각방향의 강도 사이에 있게 되는데 나무결 방향의 강도에서 일정한 계수를 곱한 값을 사용한다. 목재의 인장강도는 나무결 방향이 최대로 나타나고, 단면에서 옹이, 갈라짐, 공동 등이 있게 되면 인장강도가 급격히 저하되는 수가 있으므로 응력 집중에 의한 감소효과를 신중히 고려하여야 한다.
목재가 뛰어난 휨응력을 발휘하는 것은 단위 무게 당 탄성계수의 효율이 높기 때문이다. 재하 시 변형의 정도를 표시하는 탄성계수는 처짐의 산정에 사용되어 고정 하중에 의한 허용처짐 한도내에서 뛰어난 회복력을 보여준다.
목재는 나무결 직각방향의 전단응력이 매우 높기 때문에 보 단면 산정 시 전단력에 의한 응력 검토는 크게 고려 되지 않는다.
그러나 휨 하중은 중립축에서 나무결 방향으로의 전단을 일으키기 때문에 장축방향의 전단응력은 검토되어야 한다. 이 경우에도 목재의 공동, 옹이, 갈라짐 등에 의한 감소효과를 고려하여야 된다.
목재의 피로 강도는 우수한 탄성계수로 인하여 주기적인 하중에 강한 저항성을 지니게 된다. 이러한 피로 강도가 요구되는 곳에 목재를 구조재로 사용할 경우 적정 인장응력도의 40%를 피로 응력도로 간주하여 산정한다. 온도에 의해서
영향받는 목재의 온도효과를 볼 때 응결점 이하에서의 휨, 압축과 충격강도는 상온에서보다 높고, 고온에서는 그 반대의 현상이 일어나게 된다. 그러나 목재는 그 온도가 높든, 낮든 정온을 유지한다면 목재의 강도는 변함이 없게되어 혹한지의 기후와 혹서지의 기후에도 동일한 강도로 산정될 수 있다.
목재는 방부와 방염을 위한 화학 처리에 의해 강도의 저하가 발생하게 되는데 이 경우 화학처리에 의한 감소계수를 사용하여 산정하게 된다.
9. 목재의 물리적 성질
가. 비 중
비중은 함유수분, 수종, 목질부의 부위에 따라 다르다.
목재의 비중은 기본적으로 세포막과 충전물, 그리고 연륜으로 조밀상태, 목질부 내의 섬유질과 공극률에 의해서 결정된다.
1) 기건비중 - 목재의 성분 중 수분을 공기 중에서 제거한 상태의 비중
2) 절대건조비중 - 온도 100110 에서 목재의 수분을 완전히 제거했을 때의 비중
3) 진비중(실비중) - 공극을 제외한 부분의 비중(1.54정도)
공 극율 = (1-절대건조비중/1.45) 100(%)
4) 겉보기비중 - 공극을 포함한 세포막이 얇고 두꺼운 정도
나. 수 분
1) 목재 중에 포함된 수분
목재 중에 함유된 수분은 세포월공내에 생리수와 목질부 공극에 있는 자유수가 있다.
목 재가 증발하면 1차적으로 자유수가 증발하고 결합수가 남고 계속 건조하면 결합수가 최종적으로 증발한다. 이때 양자의 한계점을 섬유포화점(Fiber Saturation Point)이라 한다.
2) 목재의 함수 상태
공기중의 온도와 습도에 의해 일정 수준에서 건조가 정지된 상태의 것을 기건재라 하고, 함수율은 1218% 정도이다.
전건재는 목재를 100 의 건조기에 놓어두고 무게가 변하지 않는 상태에 도달했을 때로서 함수율은 0%이다.
목재의 함수율 = (W1-W2)/W2 100(%)
다. 수축팽창
함수율이 섬유포화점 이하가 되면 흡착수의 증발이 시작되며 세포벽의 건조상태가 발생되고 이때 목질부의 수축이 시작되며 목질부가 흡수나 흡수시에는 반대로 팽창된다
10. 목재의 구조
1.목재의 구조
(1)심재: 재질은 변재보다 단단하고 변형이 적으며 내구성이 있어 이용상의 가치가 크고 변재보다 신축이 작다.
(2)변재: 생활세포의 조직이 비교적 불안정하여 변형, 부패에 대한 저항이 적다.
(3)침엽수:구조용재로 사용
(4)활엽수:치장재, 구구재로 사용
(5)경목재는 대부분이 활엽수이고 연목재는 침엽수이따.
2. 목재의 강도
(1)섬유 평행방향이 섬유 직각방향보다 기본적으로 강도가 크다
(2)목재는 인장강도가 압축강도보다 일반적으로 크다
(3)목재의 방향에 따른 강도 순서
섬유방향 인장강도> 섬유 방향 휨강도>섬유방향 압축강도>섬유직각방향 압축강도
3. 목재의 건조 수축
(1)목재의 함수율이 섬유포화점 이하가 되면 증발수의 증발이 시작되며 세포벽의 건조가 생기고 목재는 수축하기 시작한다.
(2)판목 방향의 건조 수축률이 가장 크다
(3)목재의 건조법
가. 자연건조법-경비가 적게 들어 많은 목재를 일시에 건조시킬 수 있으나, 건조시간이 길며넓은 장소가 필요하고 변색, 부패 등 손상을 입기 쉽다.
나. 인공 건조법-단시간내 사용목적에 따라 함수율까지 건조시킬 수 있으나 시설비가 많이 든다.
4. 목재의 내구성
방부법-도포법, 주입법(상압 주입법 가압 주입법), 침지법, 표면탄화법, 생리적 주입법
방부제-유성 방부제, 수성방부제, 유용성 방부제
11. 목재의 구조와 성질
일반적인 물관부 구조와 세포 유형
그루터기나 줄기를 가로로 절단하면 중심부의 수(髓) 주위에 연 속적인 생장층이 나타나는데, 이들은 수피층에 의해 보호되며 수피와 목재 사이에는 관다발형성층이 있다. 측생분열조직(側生分裂組織) 은 육안으로는 뚜렷이 구별되지 않지만, 여기서 물관부나 체관부가 될 모든 세포를 생산한다. 온대지역에서는 목재의 나이테가 1년 에 하나씩 생기지만 다양한 환경조건에서는 그 이상이 만들어지기도 하며, 열대지역에서는 건기·우기에 의해 형성되거나 또는 기타 환경 요인에 의해서도 만들어진다. ① 춘재(春材)와 추재(秋材) : 춘재세포는 생장 초기에 부름켜에 의해 만들어지고 추재세포보다 밀도 가 낮은데, 이는 봄부터 초여름 사이에 더 잘 자라 세포가 넓고 세포벽이 얇기 때문이다. ② 변재(邊材)와 심재(心材) : 변재 는 광합성으로 만들어진 양분을 저장하고 물과, 물에 녹아 있는 무기염류를 나무 꼭대기로 통도시키는 물관부의 일부분이다. 그러나 나 무가 자라면서 변재를 형성하고 있는 세포는 원형질을 소실하게 되어 생활력을 상실하고 나무를 지지하는 기계적 기능만을 가지는 심재 로 변하게 된다. 대체로 심재는 변재보다 색이 진하며 많은 용도로 쓰이는데, 세포의 공극에 고무나 수지 등이 침전되어 곤충의 침입 이나 부패에 견딜 수 있으며 색감도 더 풍부하기 때문이다. ③ 세포형 목재의 기본적인 세포형으로는 헛물관[假導管], 물관[導 管] 요소, 섬유, 유조직 등이 있다. 물관부의 진화는 물관요소의 발달을 통해 운송 효율을 높이고 섬유의 발달을 통해 지지구조 를 증가시키는 두 방향으로 이루어져왔는데, 모두 헛물관에서 발달되었다. 유세포(柔細胞)는 목재에서 가장 단순한 세포형으로 길 이 0.1~0.2㎜이며, 벽돌 모양으로 되어 있다. 수지도(resin canal)와 고무도(gum duct)가 연결되어 있는 상피 세포는 유세포가 분화된 것이다.
구조적 변이와 결함
목재의 세포 조성 과 그 배열은 종에 따라 차이가 많이 나는데, 이는 목재의 외형과 성질에 영향을 미치며 목재를 식별하는 특징이 되기도 한다. 일반 적으로 소나무류나 가문비나무류와 같은 겉씨식물은 연재(軟材)로, 참나무류나 너도밤나무류와 같은 속씨식물은 경재(硬材)로 알려져 있 다. 해부학적으로 목재는 유공재(有孔材)와 무공재(無孔材)로 나누어진다. 이는 극히 소수의 예외를 제외하고는 수종(樹種)의 분류학 적 구분과 관련되어 있는데, 겉씨식물은 무공재이며 속씨식물은 유공재이다. 물관의 크기와 분포에 따라 환공재(環孔材)와 산공재(散孔 材)로 다시 나뉘는데, 참나무류·물푸레나무류 등의 환공재는 춘재에서 지름이 더 크지만, 자작나무류·단풍나무류 등의 산공재는 나이 테 전체에 균일하게 분포하는 동일한 크기의 물관을 가진다(그림 1-1, 그림1-2). 목재의 결함으로는 옹이, 선회목리(旋回木 理), 압축과 휨, 균열, 지대(脂袋) 등이 있다. 옹이는 새로운 목질층이 가지를 둘러싸 생긴 것이며, 선회목리는 세포요소가 나무 축과 상관 없이 나선상으로 배열된 것이다.
미세구조와 화학조성
세포벽은 결정체로 서 얇은 1차벽과 그보다 더 두꺼운 2차벽으로 구성되어 있다. 세포벽에서 볼 수 있는 가장 작은 단위는 원섬유이며, 미세섬유의 방 향과 굴곡은 다양하여 세포벽층을 뚜렷이 구별할 수 있게 해준다. 막공(膜孔)에는 2차벽이 없고, 1차벽은 원섬유가 아주 드물고 엉 성하게 배열되어 있으며 벽공막을 형성한다. 세포벽은 기본적으로 셀룰로오스로 이루어져 있다. 목재의 건중량에서 셀룰로오스와 다른 화 학적 성분이 차지하는 비율은 다음과 같다. ① 셀룰로오스 : 40~45％(겉씨식물·속씨식물·쌍떡잎식물 동일), ② 헤미셀룰로오 스 : 겉씨식물 20％, 속씨식물 15~35％, ③ 리그닌 : 겉씨식물 25~35％, 속씨식물 17~25％, ④ 펙틴 : 매우 소 량. 그밖에 목재의 함유물질로 고무·지방·송진·왁스·당(糖)·기름·녹말·알칼로이드·타닌 등이 있다.
밀 도와 비중
밀도는 목재의 무 게 또는 단위부피당 목재 질량이며, 비중은 수분의 밀도에 대한 목재 밀도의 비율이다. 미터법에서 밀도와 비중은 수적으로 동일하 다. 소나무의 비중은 0.47g/㎤, 상수리나무의 비중은 0.84g/㎤ , 미송의 비중은 0.45 g/㎤이다. 목재 추출물들의 양 은 3~30％ 사이에서 변하므로, 이 물질이 세포벽 내에 어느 정도 크기로 존재하느냐에 따라 밀도에 중요한 영향을 준다. 나무 는 흡습성이 있고 부피와 무게가 모두 수분에 크게 영향을 받으므로 밀도를 결정하기가 어렵다. 그러나 목재의 기계적인 성질의 대부분 이 밀도와 매우 관련이 깊기 때문에 목재의 성질을 결정하기 위해서는 무엇보다도 비중을 알아야 한다.
흡습성
목재는 흡습성(吸濕 性)이 있어 액체 상태의 수분뿐만 아니라 주변 대기로부터 증기의 흡수도 가능하다. 세포벽에 함유된 수분량은 목재 건중량 의 20~35％ 정도이다. 세포벽과 세포 공극이 완전히 포화되는 이론적인 점을 섬유포화점(纖維飽和點)이라 한다. 이 점을 넘으 면 수분은 공극으로 이동하고 모두 차면 목재는 최대함수량에 도달한 것이다. 몇몇 나무의 함수율은 매우 높아 발삼과 같이 매우 가벼 운 목재는 약 800％, 일부 소나무류는 250％, 너도밤나무류는 120％ 정도까지 수분을 함유한다. 그러나 생재(生材)가 대기 에 노출되면 함수율은 점차 감소하는데, 이때 온대지방의 경우 6~25％ 수준까지 목재의 수분함량이 떨어진다(표 참조). 제한적 인 대기조건과 상대습도가 최종 함수율을 결정한다. 수분은 모든 목재의 성질에 영향을 미치는데 흡습력은 통나무와 생재의 무게와 직 접 관련이 있으며, 이는 결국 수송비용에 영향을 미친다. 또한 흡습력은 부패 및 곤충에 대한 저항력, 건조, 보존처리, 펄프 제조 와 같은 공정에도 영향을 미치며 목재의 접착, 마무리와 기계적·열적·청각적 성질 모두 수분함량의 영향을 받는다.
수 축과 팽창
목재는 수분 이동으 로 인해 치수가 변하는 경우가 있다. 목재의 치수 변화는 수직면·방사면·직각면의 3방향에서 각기 다르게 일어나는데, 수축의 평균값 은 대략 각 절단면이 0.2％, 4％, 8％이다. 부피의 수축은 12％ 정도 일어난다(표). 세로면의 수축은 무시해도 좋을 만 큼 작은데, 이는 제재목이나 제재목으로 만든 생산물이 건축재로 이용할 수 있는 이유가 된다. 수축과 팽창으로 생기는 목재 치수 의 변화는 모양·측렬(側裂)·휨·표면경화(表面硬化)·벌집터짐·찌그러짐[落面] 등이다. 따라서 목재의 수축 또는 팽창은 목재의 이용 이라는 측면에서 큰 장애가 된다. 목재의 치수를 안정화하기 위해 몇 가지 방법이 사용되는데, 이는 세포벽에 수분을 대신할 송진 을 주입하거나, 물분자가 결합하는 지점을 제거하는 화학적 처리 등이다.
기계적 성질
목재의 기계적 성질이 나 강도는 모양이나 크기를 변화시키는 힘이 가해졌을 때 이에 저항하는 능력을 의미한다. 이러한 힘에 대한 저항력은 작용하는 힘 의 정도와 종류에 따라 좌우되며, 수분함량이나 밀도와 같은 목재의 다양한 특성에 따라서도 달라진다. 목재의 기계적 성질에는 인장강 도(引張强度), 압축강도, 전단강도(剪斷强度), 갈라진 틈(劈開), 경도(硬度), 정적휨, 충격휨 등이 있다. 각각의 시험을 통 해 하중을 받는 단위면적당 응력(應力)과 탄성계수, 파열계수, 인성(靭性)과 같은 여러 가지 강도 기준을 결정한다. 몇 가지 목재 의 기계적 성질에 대해서는 표에 정리했다. 일반적으로 수분함량이 감소하면 목재의 강도는 증가하며, 기온이 상승하면 떨어진다. 그러 나 가장 중요한 강도 감소요인은 옹이·압축·인장과 같은 목재의 결함이다. 결함은 제재목이나 다른 목재 생산물의 목시등급구분법(目視 等級區分法)을 정하는 기초가 된다.
열적 성질
목재는 열에 접촉하 면 치수가 변화하지만 이러한 변화는 수분함량에 의한 수축과 팽창의 정도에 비하면 극히 미미하다. 0℃ 이하의 온도에서는 표면에 결 함이 생기거나, 살아 있는 나무에서 바깥층과 내층이 서로 다르게 수축되므로 얼어서 틈이 발생한다. 또한 열전도율이 낮기 때문에 건 축자재로 쓰기가 좋은데, 수직축 쪽이 횡단면보다 대개 2~2.5배 크며, 밀도와 수분함수율이 커지면 따라서 증가한다. 목재는 온도 가 약 400℃ 되면 인화성 가스를 만들어 쉽게 불이 붙는다. 건재 1㎏의 열량은 4,000~5,000㎉이다. 이런 열적 성질 은 수종에 따라 밀도와 추출물의 종류가 다르므로 수종간에 차이가 있다.
전기적 성질 및 음향 성질
오븐에서 건조된 목재 는 뛰어난 절연체이다. 그러나 수분의 함량이 증가하면 전기전도도 역시 함께 증가하며, 포화점에 달한 목재는 물의 전기적 성질에 가 까워진다. 수분함량이 0에서 섬유포화점에 달할 만큼 증가하면 전기저항은 약 100만 배만큼 감소하는 반면, 섬유포화점에서 최대수분 함수율까지 증가하면 전기저항은 겨우 50배 정도만 감소한다.
목재의 전기저항은 수종이나 밀도의 차이에 의해 거의 영향을 받 지 않는다. 목재는 자체에서 소리를 만들어내거나, 다른 물체에서 나는 음파를 증폭하고 흡수하는 특성을 지니고 있기 때문에 악기 제 조 및 다른 음향적인 목적에 이용된다. 목재의 치수가 크거나 수분함량이 적을수록, 밀도가 높을수록, 그리고 탄성력이 클수록 더 높 은 음을 낸다. 일반적으로 목재는 음향 에너지의 극히 일부(3~5％)만을 흡수하나 빈 공간과 구멍이 있는 방음벽에서는 90％까 지 흡수하며, 부패와 같은 결점은 음향에 영향을 미친다.
목재의 채취
목재 채취는 우선 매 년 벌채량을 얼마로 할 것이며, 벌채방법은 어떤 것을 택할 것인가를 결정하는 경영계획의 수립에서 시작된다. 벌채방법에는 넓은 면적 의 개벌(皆伐)과, 개체목이나 소집단의 임목을 벌채하는 택벌(擇伐)이 있다. 벌채시기는 작업자 및 작업기계의 상태, 그리고 벌채 한 나무가 곤충·균 등에 의해 받게 될 수도 있는 손상가능성 등을 고려해서 정한다. 수확작업은 벌목·조재(造材)·가지치기·박피(剝 皮), 그리고 길가 및 야적장까지의 집재(集材) 작업을 포함한다. 벌목·조재 및 가지치기 작업은 대부분 기계톱을 사용한다. 박피 는 도끼, 스펏 또는 수압박피기 등을 이용하여 실시한다. 펄프재로 쓰일 목재를 채취하기 위해 콤바인 같은 특수장비가 개발되었는 데, 이는 나무를 자르고 가지를 치고 줄기를 절단하는 작업을 모두 수행하며, 때로는 가지를 포함한 나무 전체를 칩으로 만들기도 한 다. 집재는 트랙터 혹은 말·물소·코끼리 등의 동물을 이용한다. 미국 북서부에서는 80~100m 크기의 긴 나무를 삭도(索道) 를 이용해 운반하지만, 드문 예로 경사가 급하거나 침식이 많이 된 지역에서는 헬리콥터 또는 대형기구를 이용해 운반한다. 기계를 이 용해 채취작업을 하는 추세이기는 하지만 벌채량이 적거나 지리적인 여건이 나쁜 경우에는 값비싼 기계를 사용하기가 어려우며, 아직까지 는 많은 나라에서 인력 혹은 동물을 이용하고 있다.
목재의 용도
목재를 제대로 이용하 기 위해서는 건조나 보존처리 같은 1차적인 공정을 거쳐야 하며, 이러한 공정을 거쳐 통나무, 말뚝, 철도 침목(枕木)과 같이 직접 적으로 이용되거나, 더 많은 공정을 거쳐 최종 생산물이나 구조물을 만들게 된다.
원목(圓木)
통나무, 말뚝, 광산 의 갱목 등은 둥근 형태 그대로 사용한다. 통나무는 전신주 또는 건물이나 선착장의 기초를 마련하는 파일링에 이용되며, 말뚝은 고속 도로변 경계목 및 지주목으로 이용한다.
제재목(製材木)
목재를 제재하여 만드 는데, 치수가 큰 제재목은 중구조물(重構造物)에 적합하며 이를 소재(素材)라고 부른다. 또 하나의 중요한 생산물인 철도의 침목 은 제재 또는 옆치기로 만든다. 산림으로부터 운반되어온 원목은 강, 호수, 육상 야적장 등에 저장되었다가, 컨베이어를 통해 제재소 로 들어가며 기계에 의해 껍질이 벗겨지고, 길이가 너무 길면 중간을 자르게 된다. 운반대를 이용해 대할(大割) 톱으로 운반된다.
건 조
목재나 제재목을 다루 는 데 필수적인 준비작업의 하나이다. 적절한 건조(drying)는 수축과 팽창으로 인해 치수가 변하는 정도를 감소시켜주고 미생물로 부터 목재를 보호하며, 수송비용을 감소시켜준다. 또한 건조는 목재의 마무리작업이나 보존처리를 하기 위한 준비작업의 하나이며, 강도 를 증가시킨다. 공기 중이나 가마에 넣어 건조시키며 그밖에 다른 특수한 건조장치들을 이용하기도 한다. 공기건조장은 제재소와 가까 운 건조한 지역에 만들어야 하고 지표면에 식생 등이 없어야 한다. 공기건조에 의해 생재의 함수율이 20％ 정도로 변하기까 지 20~300일이 소요되며, 수종·장소·계절에 따라 다르다. 천연건조는 환풍기·태양열·예비건조실을 이용함으로써 그 속도를 증가시 킬 수 있다. 너도밤나무·개암나무 등은 공기건조하기 전에 증기를 쏘여 건조시간을 감소시키는데 이러한 과정은 목재의 색을 검게 하 여 가구로서 더욱 바람직하게 만든다.
가마 건조는 밀폐 된 건조실에서 이루어지는데 인공적으로 온도·상대습도·공기순환 등의 조건을 조절한다. 2.5㎝ 두께의 생목재의 수분함량을 6％까 지 감소시키는 데는 2~50일이 걸린다. 상대습도의 조절은 목재내에 존재하는 수분의 양을 일정하게 하여 뒤틀림과 같은 결함이 일어 나지 않도록 하는 것이다. 잘 건조시키기 위해서는 열원에서 제재목으로 열이 잘 전달되고 증기 상태의 수분이 잘 빠져나가도록 환풍 기 혹은 송풍장치를 이용해 공기를 순환시켜야 한다. 건조실은 대개 40~75℃ 정도를 유지하는데 이러한 온도는 해충을 죽이기에 충 분한 온도이다. 또한 목재는 몇 가지 특별한 방법에 의해 건조되기도 하는데, 솔벤트·증기·화학물질을 이용한 건조, 고온건조, 적외 선건조, 진공건조, 전기건조 등이 있다.
보존
목재는 곰팡이·해충· 불 등에 의해 품질이 저하될 수 있는데, 목재 손실의 가장 큰 원인은 부후(腐朽)이다. 목재는 곰팡이가 자라서 활동하기 적합한 조 건이 되면 부후가 일어난다. 함수율이 20％ 이하가 되면 곰팡이의 생육이 억제되는데, 이는 미생물이 이용할 만한 산소가 충분하 지 못하기 때문이다. 목재가 토양과 접촉하는 경우는 곰팡이의 서식에 매우 적합한 조건이 된다. 목재의 내구성은 화학약제의 주입으 로 크게 증가될 수 있는데 약제를 주입하는 방법에는 도포법(塗布法)·분무법·침지법(浸漬法)·온냉욕법·확산법 등이 있으며, 특히 압 력을 가해 주입하는 것이 효과적이다.
베니어
베니어 생산 방법
일 정한 두께(대개 0.6~8㎜)로 목재를 얇게 깎아 만든 판이다. 주로 합판과 가구를 만드는 데 쓰이며 장난감·용기 등을 만드는 데 도 이용된다.
합판과 적층재
합판(合板)과 적층재 (積層材)는 집성재 산물로서 접착제를 이용하여 만든다. 합판이란 목재를 얇은 판, 즉 베니어로 만들어 섬유 방향이 서로 직각이 되 도록 쌓아 접착제로 접착시킨 판을 말한다. 원래 목재에 비해 많은 장점을 지니고 있는데, 그중 하나는 치수안정성이 더 크다는 점이 다. 균일한 강도, 할렬(割裂)에 대한 저항성, 패널 형태, 장식적 가치 등으로 인해 합판은 여러 가지 용도로 쓰이며, 곡선 형태 로 만들어 보트·가구 등에 쓰고 있다. 적층재는 제재판재 또는 소각재(小角材) 등의 부재(部材)를 서로 섬유 방향이 평행하 게 한 뒤 접착제로 집성 접착시킨 것으로 보, 기둥, 건물용 아치, 배의 용골(龍骨), 항공모함 갑판, 소해정(掃海艇), 헬리콥 터 프로펠러 등을 만드는 데 쓰인다. 집성재의 특징은 요구되는 치수대로 만들 수 있고, 목재의 결함부를 제거 또는 분산할 수 있으 며, 필요로 하는 강도로 만들 수 있다는 것이다. 또한 임의의 곡면재료도 만들 수 있으며, 가격이 싼 원료를 이용해 만들어 원가 를 낮출 수 있다.
파티클보드
목재 조각들을 모 아 접착제를 붙여 만든 것으로, 임지폐잔재(林地廢殘材)·공장폐재(工場廢材) 등 섬유질이 풍부한 것이 그 원료로 쓰인다. 파티클보 드 생산은 비교적 새로운 산업으로 1940년대 초기에 시작되어 급속하게 발전했는데, 잔재(殘材)를 이용할 수 있게 됨으로써 목재공 업 발달에 크게 공헌했다.
섬유판
목재 섬유를 이용 해 만든 판으로, 섬유판의 종류는 비중에 따라 연질(軟質)·반경질(半硬質)·경질 섬유판으로 나뉘며, 2차 가공방법에 의해 방부처리 섬유판·도장(塗裝)섬유판·유공(有孔)섬유판 및 곡면 보드로도 나뉜다. 연질 및 반경질 섬유판은 일반적으로 단열재·방한재 등 건축재 로 쓰이고 있으며, 경질섬유판은 건축·가구·전기용구·자동차·조선·차량 등에 쓰인다. 한편 2차 가공제품은 내장재·벽재(壁材)·마루 장·캐비닛 등으로 쓰이고 있다.
펄프와 종이
펄프는 생산과정에 따 라 기계 펄프, 반화학(半化學) 펄프, 화학 펄프의 3가지로 나뉜다. 기계적으로 처리해 만든 펄프의 수율(收率)은 95％ 이상이 며, 화학적으로 처리해 만든 펄프의 수율은 40~45％이다. 제지는 펄프의 해리(解離), 고지(古紙)의 탈묵(脫墨), 펄프의 고해 (叩解), 사이징, 충전물(充塡物)과 착색제 첨가 등의 공정을 거쳐 만들어진다.
기타 임산물
목재를 이용해 만 들 수 있는 임산물의 수는 거의 1만 가지 이상이다. 지금까지 언급한 것 외에도 기계적인 가공에 의해 농기구·항공기·술통·블라인 드·야구방망이·칠판·낚싯대·총대·파이프 등을 만든다. 화학적 처리에 의해서는 아세톤, 셀로판, 아세테이트셀룰로오스, 숯, 에탄 올, 메탄올, 폭약, 사진 필름, 타닌, 타르 등을 만든다. 앞으로 개발이 유망한 것은 고온에서 견딜 수 있는 탄소복합체, 합금보 다 더 강하고 가벼우며 견고하여 비행기를 만드는 데 쓰이는 흑연복합체, 그리고 영구적인 내화성이 있는 레이온 등이다. 선진국에서 는 연료로서 전기·기름·가스 등을 사용하고 있기 때문에 연료로써 목재의 이용은 점점 줄어들고 있다. 석유가 부족했던 시절에는 목재 를 난방, 에탄올의 생산 등에 이용했으며, 일부 국가는 아직도 취사 및 난방용 연료를 오직 목재에 의존하고 있다. 연료의 생산 은 수많은 사람들의 생존에 필수적인데도, 목재 부족 문제는 점점 더 심각해지는 형편이다. 한편 목재 외에도 나무의 부피에 서 10~15％를 차지하는 수피에 대한 관심이 높아져가고 있는데, 수피는 숯, 코르크 마개, 섬유판, 토양 개량, 타닌 및 다 른 화학물질의 재료로써 이용되고 있다.
12. 목재의 수분조절능력
목재의 횡단면상에서의 현미경적 구조를 보게 되면, 무수히 많은 다양한 공극구조로 이루어져 있슴을 알게 됩니다. 이 다양한 공극구조야말로 목재의 물리적 특성발현의 근본원인이 되고 있습니다. 또한, 공기중 수분의 흡습과 방습에 관여하는 화학구성물질의 비율이 수종에 따라 큰 차이가 없기 때문에, 일정한 온도와 상대습도 분위기속에서의 목재간 평형함수율에는 차이가 없으며, 이를 두고 일정조건 아래에서의 평형함수율은 수종특성이 존재하지 않는다고 이야기를 합니다.
우리들이 사용하는 목재는 평균함수율이 섬유포화점으로 알려진 약 28%이하의 조건에 있으며, 실제는 이보다 훨씬 낮은 약 10% 수준에서 활용되고 있으며, 그것도 실내위치에 따라서 약간씩의 차이를 보이고 있습니다. 1년간을 통틀어서 약 12%의 함수율이 평균값이라고 한다면, 여름철과 겨울철의 계절변화에 따라 목재의 함수율도 변화하게 됩니다. 이때 목재는 정해진 온습도조건하에서 공기중의 절대습도가 높아지게 되면, 잉여분의 습기를 흡습하게 되고, 반대로 건조하게 되면 흡습한 수분을 공기중으로 방습하게 됩니다. 이 성질을 두고 사람들은 목재를 흡방습성 재료라고 부르는 것입니다.
일반적으로 우리가 거주하는 실내공간 내에서는 열이나 습기의 발생원인이 존재하기 때문에 거주공간내의 온도와 습도가 시시각각으로 변화하고 있습니다. 즉, 온도변화와 습도변화에 따라 온도경사에 따른 열류발생과 수증기압경사에 따른 습기의 흐름이 발생하게 됩니다. 일상생활속에서 이 온도와 습도의 변화는 주기적으로 일어나고 있기 때문에, 열류와 습기는 내장재료의 일정두께까지만 이동하게 됩니다.
자연계에서 일어나는 자연현상은 싸인이나 코싸인과 같은 조화함수로 변동하기 때문에, 실내공기의 온도와 습도를 조절하여 평형함수율이 싸인곡선으로 변동하게 설정하면 실내공간에 놓인 목재의 평형함수율도 똑같은 경향으로 변동하게 될 것입니다. 이때 싸인곡선의 변동으로 설정된 평형함수율의 변동주기를 1일부터 다양한 시간으로 정한 다음, 각 주기별 수분이동이 일어나는 방향으로의 함수율을 실측하게 되면, 각 주기에 있어서 수분의 출입이 어디까지 일어나는지를 알 수가 있습니다. 즉, 이로부터 각 조건에 있어서 공기중의 목재에 의한 수분 조절양이 어느 정도인지를 추정할 수 있습니다. 이 경우에 온습도가 주기적으로 변화한 결과 표면의 함수율도 일정한 진폭으로 변화하지만, 함수율의 표면 변동진폭의 10% 수준이 되는 목재내 위치를 수분조절이 가능한 두께라고 정하여 실험한 결과가 있습니다.
온습 도가 변화하는 주기는 하루주기와 1년주기가 기본이며, 이외에도 이들 주기에 기단의 이동을 동반한 여름철 장마전선 등 몇일씩의 주기가 중첩되어 기후가 변화하고 있습니다. 실험결과, 하루변동에서는 목재 표면으로부터 3mm 두께밖에 되지 않지만, 장마전선이 정체되는 여름철에는 10∼16mm의 깊이까지 흡방습에 기여하는 것으로 알려져 있습니다.
참고로 박물관 수장고의 내벽두께는 2개월에서 4개월의 주기에 대응하도록 설계되어 있습니다. 반대로 집안에서 요리나 목욕같은 행위에 의해 일시적으로 발생하는 수증기는 주기가 극히 짧기 때문에 벽의 표층만이 대응하게 됩니다. 또한 가장 중요한 문제는 실내수증기량이 일정한 경우에는 습도가 주기적으로 변해도 별문제가 없지만, 어떤 원인으로 인해 습기양이 증가하는 경우에는 항상 일정한 습기량이 유지되도록 습기를 줄이는 노력이 필요합니다.
예를들면 결로방지를 위해 창문을 열어 습기의 유출을 도와주는 것과 같은 것이며, 목재는 식품용의 흡습제와 같이 사용후 버릴 수 없기 때문입니다.
13. 목재의 보존
국민대학교 임산공학과 교수 엄 영 근
목재보존이라는 것은 목재를 원래 상태 그대로, 즉 건전한 상태 그대로 유지하는 것이다. 목재가 변질되어 성능의 저하를 일으키는 현상을 목재의 열화라고 부른다. 목재를 열화시키는 것은 생물, 열, 기상 등이 그 주된 것이 되고 있다. 그 가운데 생물에 의한 열화로는 미생물에 의한 부후와 곤충이나 해양천공충에 등에 의한 갉아 먹힘(食害)이 있는데 보존에서 취급되고 있는 주요 부분이 되고 있다. 또한 열에 의한 열화는 거의가 화재에 의한 연소이다.
1. 목재의 부후
목재의 열화에 관여하는 미생물은 어떤 목재 성분을 주로 분해하느냐에 따라 셀룰로오스 분해균, 리그닌 분해균 등으로 분류된다. 또한 미생물을 그 종류나 목재 열화의 상태에 따라 분류한다면 목재부후균, 청변균, 연부후균, 곰팡이류, 해양균 등이 있다. 이 가운데 목재부후균과 청변균이 용재의 열화에 관여하는 가장 중요한 것으로 여겨지고 있다.
(1) 목재부후균
목재부후균은 목재의 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 모두 분해할 수 있다거나 또는 리그닌은 분해하지 않고서도 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 선택적으로 분해할 수 있는 힘 가운데 어느 쪽이든 지니고 있다. 그러나 그들의 생장에는 영양원 이외에도 적당한 공간, 온도, 산소, 수분이 필요해 진다. 죽은 세포의 집합체인 목재에는 세포내강이나 세포간극 등과 같은 빈 틈새(공극, 空隙)가 많기 때문에 부후균에게 있어서는 목재는 식량, 공기, 수분이 마련되어 있는 아주 좋은 주거 공간이 되고 있다. 목재의 세포벽에는 액체의 이동 통로 역할을 위한 벽공이라고 불리는 작은 구멍들이 많이 있는데 이것도 부후균의 균사에게는 이용하기에 좋은 출입구가 되고 있다.
공기와 수분은 목재 내부의 공극을 서로 빼앗고 빼앗기는 관계에 있기 때문에 건조로 인해 수분이 없어지게 되면 공극은 공기로 채워지게 되고 수분이 많아지게 되면 공기가 쫓겨나 산소 결핍 상태에 이르게 된다. 어느 쪽의 경우이든 부후균은 자랄 수가 없다. 목재 중의 수분은 결합수와 자유수의 형태로 존재한다. 부후균이 이용할 수 있는 것은 자유수뿐이므로 목재가 일정 함수율(25∼30% 이상)에 도달하지 못하게 되면 생장할 수가 없다. 일반적으로 대기 중에 놓여 있는 목재의 함수율은 약 12∼15% 정도에 이르게 되는데 이 상태에서는 목재와 부후균의 균사나 포자가 접촉한다 하더라도 흙탕물, 빗물, 급수관이나 배수관으로부터의 누수, 응축수 등의 침입이 없는 한 절대로 부후는 일어나지 않게 된다.
종래 발표된 목재부후균은 약 3,000종인데 그 가운데 확실한 것은 1,000종 이상에 이르는 것으로 알려져 있다. 목재를 부후시키는 균들은 자낭균문, 담자균문 및 불완전 균류뿐이다.
목재부후균의 분류는 그 균에 따라 부후된 목재, 즉 부후재의 상태에 따라 판단하여 백색부후균과 갈색부후균으로 크게 양분하는 것이 일반적이다. 갈색부후균은 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스를 거의 같은 비율로 분해한다. 리그닌은 어느 정도까지 저분자화 되어 산에 녹기 쉬운 상태가 되지만 완전히 분해되는 일은 드물다. 부후가 진행된 목재는 갈색을 나타내게 되고 건조하면 수축에 의해 가로, 세로로 균열(龜裂)이 발생하게 된다. 자연계에서는 침엽수재를 침입하는 경우가 많다. 갈색부후는 모두 담자균에 의해 일어나는 것으로 일본에서는 약 70종이 알려져 있는데 그 종수는 백색부후균보다도 훨씬 적어 둘 사이의 비율은 거의 1 : 9이다. 그러나 목조주택에 있어서는 토대나 기둥 등의 구조부재가 침엽수재로 이루어져 있기 때문에 건축물 부후균으로 한정하여 보면 압도적으로 갈색부후균이 많아지게 된다. 갈색부후균은 목재 세포벽의 골격에 해당하는 셀룰로오스 분자를 급속히 절단하기 때문에 부후의 초기부터 목재의 강도가 현저히 떨어지게 된다. 백색부후균은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 거의 같은 정도로 분해한다. 부후재는 색이 바래져 흰색 빛을 띠게 되고 갈색부후재와 같은 변형, 수축은 보여지지 않으나 부스러지기 쉬운 상태로 변하게 된다. 자연계에서는 활엽수재에 많이 발생하며 그 종류도 많다. 표고버섯, 팽나무버섯, 느타리버섯 등 식용 버섯의 대부분은 백색부후균에 속한다.
이 외에도 연부후균이 있는데 이 균은 갈색부후균과 마찬가지로 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 잘 분해하지만 리그닌 분해력도 다소 지니고 있다. 활엽수재를 침투하는 경향이 강하다. 이 균의 경우에는 목재 세포의 2차벽 중층내로 균사가 침입하여 셀룰로오스 마이크로피브릴의 배열을 따라 자랄 수 있기 때문에 공동(空洞, cavity)이라고 불려지는 속이 빈 줄 무늬가 형성되는 특징을 자주 나타내게 된다. 연부후균의 침해를 받게 되면 목재는 표층만이 짙어지면서 연해지는데 건조시 목재의 표층은 갈색부후균의 경우와 마찬가지로 균열이 발생하며 부서지기 쉬운 상태가 되지만 그 내부의 목재는 단단하며 건전한 상태를 유지하게 된다. 이러한 연부후는 목재가 매우 높은 수분 조건, 수중 침지 또는 습한 토양과의 접촉시 나타나게 된다.
임업적인 관점에서 본다면 특히 원목을 취급하는 경우에는 주로 수간의 어느 부분이 피해를 받느냐에 따라 판단하여 근주 부후, 수간 부후 등으로 분류하기도 하며 또는 심재 부후와 변재 부후로 분류하는 방법이 있는데 이러한 분류 방법이 실용적인 것으로 받아 들여지고 있다. 예를 들면, 그 부후균에 의한 부후는 근주 부후일테니까 상부까지는 올라가지 않을 것이라고 그리고 수간 부후이기 때문에 횡단면에서 관찰하는 경우에는 큰 것으로는 보이지는 않으나 부후 부분이 수간을 관통하고 있어 피해가 클 것이라고 더욱이 그 부후는 변재 부후이기 때문에 외관상으로는 매우 부후된 것처럼 보여도 심재에는 거의 영향이 없을 것이라고 판단하는 것이 가능해 진다.
목재부후균이 살아 있는 나무에 착생하는 경우 부후균의 종류에 따라서는 특정한 기주에 착생하는 일이 많다. 예를 들면 구부병은 사할린젓나무와 나한백에 착생한다. 또한 고사목이나 벌도목의 경우에도 특정 수종을 선호하여 착생하는 것이 있는데 예를 들면 표고버섯은 주로 참나무속에 착생한다. 이 외에 나무의 종류를 가리지 않고 어느 수종에나 착생하여도 부후력이 강한 것으로 구름버섯 등 있다.
(2) 부후재의 종류
부후재는 백색부후재와 갈색부후재로 크게 양분된다. 부후가 진행됨에 따라 리그닌의 함유율이 높아져 목재의 색이 갈색을 띠게 되는 것을 갈색부후재라고 부르며 그 이외의 것을 백색부후재라고 부른다. 백색부후재는 부후가 진행되어 매우 연화되더라도 세포의 형상을 유지하게 되지만 갈색부후재는 부스러지기 쉬운 상태가 되어 목재 특유의 방향성도 거의 없어지게 된다. 건축재에서 발생하기 쉬운 갈색부후의 목재를 파괴하고 그 파괴된 단면을 확대해 보게 되면 평탄한 횡단면과 함께 가로나 경사진 방향으로 절단선이 뻗어 나 있으면서 부서질 듯한 상태를 보이게 된다(그림 1).
그러나 부후재의 성분을 분석하여 보면 대충 3종류로 분류할 수가 있다. 즉 부후될수록 리그닌의 함량이 높아지는 갈색부후재와 반대로 부후될수록 리그닌이 감소되고 셀룰로오스의 함량이 높아지는 부후재 그리고 더욱이 부후가 어느 정도 진행되어도 리그닌과 셀룰로오스의 비율이 건전한 목재일 때의 비율과 큰 차이가 없는 것의 3종류가 있다. 이것은 각기 리그닌 잔존형 부후재, 셀룰로오스 잔존형 부후재 및 건전재 유사형 부후재로도 불려지고 있다
(3) 목재 부후의 기작과 부후재의 평가
목재부후균은 그 영양 기관인 균사를 이용하여 세포벽을 관통하므로써 목재 내부에 만연하게 되는데 몇 종류의 효소 활동을 통해 목재를 분해하고 소비하게 된다. 그렇기 때문에 목재의 주성분인 탄수화물과 리그닌은 정도의 차이는 있지만 어떠한 종류의 부후균에 의해서도 반드시 양쪽 모두 분해를 받게 되는 것이다. 이것이 목재의 중량감소로 나타나게 된다.
목재가 부후되면 강도가 저하되기 때문에 어떠한 형의 부후재라고 할지라도 구조용재로는 적당한 것이 되지 못한다. 특히 갈색부후에서는 초기단계에서부터 강도의 저하가 심한데 휨강도(曲强度)를 비교해 보면 원래의 목재 무게에 대한 5% 무게 감소만으로도 약 절반 정도까지의 강도 감소가 일어나게 된다. 또한 강도의 저하가 대단하지 않는 경우인 부후의 초기에 있어서는 변색이 일어나게 되므로 장식적 가치가 떨어지게 된다. 펄프 원목으로써의 부후재는 리그닌 잔존형의 것이 가장 펄프 수율이나 성질로의 영향이 가장 심하므로 바람직하지 않다.
(4) 목재의 청변균
변색균이 목재에 침입하게 되면 목재의 표면에 변색 현상이 일어나게 된다. 그러나 목재 조직을 파괴하여 강도를 저하시키는 정도까지는 침해하지 못한다. 청변이 목재의 강도적 성질을 저하시키지는 않으나 청변이 발생할 수 있는 조건하에서는 심각한 목재의 부후가 일어날 수도 있으므로 주의하여야 한다. 청변의 대표적인 것으로 들 수 있는 것이 소나무나 곰솔에 발생하게 되는 청변이다. 벌채 직후의 원목이나 제재목의 미건조재에 대한 피해가 가장 심하다.
2.목재의 방부와 방충
건전한 목재의 성질을 유지하는 가장 좋은 방법은 목재를 건조시키는 것이다. 넓은 의미로는 건조는 방부처리라고 말할 수 있으나 일반적인 개념으로써는 건조는 방부처리중에 포함되지 않는다. 목재방부라는 것은 목재가 부후되기 쉬운 수분, 온도 및 빛의 조건 아래에서 방부제를 사용하여 목재가 부후되는 것을 방지하는 것이다. 마찬가지로 방충도 벌레가 침해하기 쉬운 상태인 목재에 방부제를 주입하여 그 침해로부터 막아주는 것을 대개 말하게 된다.
(1) 목재의 내후성
균류, 특히 목재부후균의 침해에 대하여 목재가 본래 지니고 있는 저항성을 내후성(耐朽性)이라고 한다. 갈색부후균이나 백색부후균을 배양 용기내에서 순수 배양하고 각각의 균 위에 시험체를 놓아 부후시켜 부후에 따른 목재의 중량감소율을 측정하여 내후성을 결정하게 된다. 나한백, 편백, 느티나무, 밤나무 등은 내후성이 강한 부류에 해당된다. 나한백이나 편백의 목재가 잘 부후되지 않는 것은 목재중에 천연의 트로폴론(tropolone)인 히노키티올(hinokitiol)이 존재하기 때문에 내후성은 그 항균성에 기인하는 것으로 알려져 있다.
(2) 목재의 내충성
목재를 갉아 먹는 곤충은 여러 종류가 있으나 목조 건축물을 갉아 먹는 곤충으로써 첫 번째로 꼽을 수 있는 것은 흰개미이며 그 피해는 매우 현저하게 크다. 흰개미는 장내에 공생하고 있는 원생동물이나 세균의 도움으로 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스를 분해하게 된다. 내의성(耐蟻性)이 강한 것으로는 침엽수재의 경우 금송 등이 있으며 활엽수재의 경우 단단한 수종인 후박나무, 붉가시나무 등이 있으며 남양재로써는 티크(teak)가 유명하다.
또한 목재를 갉아 먹는 곤충 가운데에는 건조재를 선호하는 히라다나무좀이 있으며 최근 나왕(lauan)에 많이 발생하는 것으로 나왕벌레 등도 들 수가 있으며 그 외에 산림내에서 발생하는 하늘소 등도 원목의 예비 방충 대상이 된다.
한편 염수나 소금기 있는 물에 사용되는 목재는 해양 천공충류에 의한 피해를 역시 입을 수 있다. 해양 천공충류는 해안의 목구조물에 피해를 입히는 해충으로 목조선에 피해를 입혀 왔다는 사실을 역사를 통해 알 수가 있다. 콜롬부스(Columbus)나 쿡(Cook) 등과 같은 신대륙 발견 시대의 많은 항해자들의 항해 일지에는 나무배의 아래쪽이 배좀벌레조개에 의해 먹혀지고 폭풍우에 의해 침수되었다거나 난파되었다는 것이 기록되어 있을 정도로 천재지변에 못지 않게 배좀벌레조개가 선박의 밑바닥을 먹어 치우는 것에 대하여 두려워하고 있었음을 미루어 짐작할 수가 있다. 목재에 상당한 양의 피해를 입히게 되는 해양 천공충류는 연체동물문(Mollusca)과 절지동물문의 갑각강(Crustacea)으로 크게 2개의 무리로 분류할 수가 있다. 연체동물에 해당하는 천공충류로는 대합조개나 굴과 같은 조개류가 있는데 배좀벌레조개과(Teredinidae)와 석공조개과(Pholadidae)의 2개 과로 이들은 분류되고 있다. 배좀벌레조개과 가운데에서는 배좀벌레조개류(Teredo속 및 Bankia속)가 주로 목재천공충으로 불려지고 있다. 석공조개류(Martesia속)는 그 모양이 대합조개를 닮았는데 일반적으로 이들이 바위에 구멍을 뚫을 수 있는 석공조개(Pholad 또는 piddock)로 불려지고 있다. 절지동물문의 갑각강(Crutacea)의 해양 천공충류는 바다가재 및 게와 유연관계에 있다. 바다나무좀류(Limnoria속과 Sphaeroma속)가 이 무리에 속하게 되는데 이들이 목재를 천공하는 종류에 속하게 된다. 이들 바다나무좀류가 대개 바다 이(gribble)로 불려지고 있다. 이러한 해양천공충류의 침해에 대한 저항성을 지니는 목재로써는 그린허트(greenheart), 자라(jarrah), 아조베(azobe), 맨바크락(manbarklak) 등의 심재를 들 수가 있다.
배좀벌레조개는 목선이나 해양 구조물을 갉아 먹는다.바다의 흰개미(termite of the sea)라고 불려지는 이 배좀벌레조개는 연한 몸체의 한 끝에 있는 두 개의 작은 조가비에 의해 목재에 구멍을 뚫게 된다.
(3) 목재의 방부 및 방충제
약제처리는 부후균에게 독성이 있는 화합물을 목재 중으로 넣어 그들을 죽이는 방법이다. 방부제의 종류를 크게 나누어 본다면 무기화합물과 유기화합물로 구분할 수가 있다. 또한 용해성에 따라 나눈다면 수용성 방부제와 유용성 방부제로 크게 구분할 수가 있다. 무기화합물은 전부 수용성이며 유기화합물로는 수용성의 것과 유용성의 것이 있다.
무기계 방부제로는 동(Cu), 아연(Zn), 불소(F), 비소(As), 크롬(Cr)의 화합물이 있으며 그 대표적인 것이 동·크롬·비소계 방부방충제(CCA)인데 동 화합물의 방부성, 비소 화합물의 방충성을 크롬 화합물을 정착제로 하여 목재중에 고정시키게 된다. 또한 불화소다(NaF)와 유기화합물을 혼합한 방부제로 월만염(Wolman salt)이 있으며 그 대표적인 것이 불화소다와 디니트로페놀(dinitrophenol) 등의 혼합물인 PF제(페놀류 + 무기 불화물)이다.
유기계 방부제로는 페놀류, 크로르나프탈린류, 나프텐산 금속염, 유기수은 화합물, 유기주석 화합물 등이 있으며 그 대표적인 것이 페놀에 5개의 염소가 붙어 있는 펜타크로르페놀(pentachlorophenol, PCP)이다. 또한 유기주석으로써는 PCP보다 높은 방부성을 지니는 트리부틸틴옥사이드(tributyltin oxide, TBTO)가 많이 이용되고 있다. 이 외에 유기성의 유상 방부제로써 크레오소트유(creosote oil)가 있는데 이것은 예로부터 널리 이용되어 왔다.
최근에는 약제의 방부방충성 효과 이외에 독성, 냄새, 착색, 가연성, 취급의 용이성 등이 중요시됨에 따라 독성이 우려시 되는 PCP, 유기수은, DDT, γ·BHC 등은 일본에서 농약으로써의 사용이 금지되고 있으며 수용성의 약제가 많이 이용되는 경향이 있다. 유럽에서는 CCA, PCP, TBTO 등이 많이 이용되고 있다.
방부제로 그리고 방충제로 동시에 생물에 대해 독성을 갖는 약제의 방부 및 방충 효과에 관하여는 현재까지 상세히 연구, 검토되어 왔으나 걱정스럽게도 사람과 가축에 대한 독성 문제에 관하여는 최근까지 관심이 매우 낮았었다. 예를 들면 크레오소트유(creosote oil)나 CCA(무기 동, 크롬, 비소 화합물의 혼합제)는 오늘날에도 세계적으로 널리 이용되고 있는데 두 가지 약제 모두 방부 성능이 뛰어나고 효력 지속성도 높지만 크레오소트유의 경우에는 악취나 피부병이 그리고 CCA의 경우에는 처리 목재를 소각, 폐기할 때 유해 물질이 발생하는 등의 문제점이 있다. 따라서 처리공장에 있어서 작업원의 안정성과 폐액에 의한 토양이나 하천의 오염을 통한 독성 문제, 방부처리 목재의 가공자나 이용자의 안전성 등에 관하여는 자료가 매우 부족한 편이므로 이에 대책이 시급하게 요구되고 있다.
앞으로는 새롭게 개발되는 약제는 어느 것이나 사람이나 짐승에게 독성이 낮은 화합물이어야 하며 처리 작업시에도 안전성이 있어야 하기 때문에 이러한 관점에서 연구가 다양하게 이루어져야 한다. 또한 이제부터는 처리에서부터 수명이 다된 약제로 처리된 목재를 폐기하게 될 때까지 전체 과정(cycle)에 걸쳐 약제 처리의 환경에 대한 안전성 확보가 점점 강하게 요구될 것으로 여겨진다. 시대를 불문하고 처리에 의해 얻어진 이익(사적, 공적 자산의 보존이나 삼림자원의 장기 유효이용)이 처리에 따른 불이익(환경, 안전, 건강에 좋지 않은 영향)보다 무척 크지 않으면 안될 것이다.
한편, 그 자체로는 독성이 없는 안전한 화합물을 이용하여 목재 분해효소가 작용할 수 없도록 목재의 구조를 변화시키게 되는 화학가공은 생산 비용이 많이 들기 때문에 아직까지 그리 실용화되어 있지 않다. 그러나 '생산→사용→폐기' 과정에 있어 안전성이 높다는 큰 장점이 있으며 화학가공은 내후성능(耐朽性能, 부후에 저항하는 성능) 이외에도 여러 가지 기능을 갖춘 새로운 목질재료를 제조할 수 있는 기술로써 계속 발전시켜 가야 할 것이다.
4) 목재의 방부 및 방충처리
공간, 온도, 수분, 공기(산소), 양분 등 목재부후균이나 흰개미 등의 생육에 필요한 조건을 제어해 주므로써 목재에 방부 및 방충성을 부여해 줄 수가 있다. 그러나 다공성(多孔性) 물질인 목재의 공극을 다른 물질로 막아 '공간'을 없앤다는 것은 곤란한 일이다. 할 수 있다고 해도 목재가 지나치게 무거워 지거나 부서지기 쉬운 상태로 변화되거나 하기 때문에 실용적인 면에서 의미가 없다. '온도'를 저온이나 고온으로 한다거나 공기의 공급을 중단하게 되면 부후균은 생장할 수 없게 되지만 목재는 우리 주변 환경 속에서 사용되기 때문에 이것 역시 불가능하다. 남아 있는 것으로는 목재 중의 '수분' 조정과 '영양'이 되고 있는 목재를 비영양화해 주는 것뿐이다. 따라서 목재를 방부제나 방충제로 처리한다던가 또는 목재에 여러 가지 화학가공을 가하여 그들의 공격을 막고 목재를 오래 보존시키지 않으면 안 된다.
원목 등에 붙어 있는 수피는 부후균이나 곤충에 의한 피해를 입지 않도록 그리고 보존제가 충분히 침투할 수 있도록 만들어 주기 위하여 되도록 빨리 박피해 줄 필요가 있다. 두께가 얇은 내수피 층조차도 보존제의 침투를 방해할 수가 있으며 보존제 처리시 원목 등에 붙어 있던 수피 조각들은 대개 시간의 경과에 따라 탈락되어 미처리된 부분을 노출시키게 되므로 이를 통해 목재 부재 내부로 부후가 진행될 수 있다. 비가압법을 통한 보존제의 처리시 특히 박피 공정이 중요하다. 가압법에 의해 보존제를 강제 주입하거나 또는 생재의 섬유방향으로 확산을 통해 보존제를 처리하는 경우에는 굳이 박피할 필요는 없다.
부후나 변색 방지를 위하여 그리고 보존제 침투성 증가를 위해 처리 이전에 목재를 건조해 줄 필요가 있다. 생재상태에서 확산법 등을 통해 수용성 보존제를 처리하는 일부 경우를 제외하고는 대개 목재를 기건상태가 되도록 건조해 주는데 이는 목재의 함수율이 최대 20∼25%, 즉 섬유포화점 이하가 되도록 조정해 주므로써 세포내강에 존재하는 자유수나 세포벽에 과다하게 존재하는 결합수가 보존제의 침투를 방해하지 않도록 만들어 주기 위한 것이다. 또한 보존제 처리 이전에 목재를 건조해 주게 되면 할렬의 발생에 따라 침투성이 커지게 되고 처리후의 할렬 발생 및 이에 따른 미처리 부분의 노출 위험성이 줄어들게 된다.
목재를 방부제나 방충제로 처리하여 보존성을 부여하기 위하여는 약제를 이용하여 가압, 도포, 분무, 침지, 확산 등으로 처리하는 방법이 있다. 처리량이 가장 많은 가압법은 목재를 밀폐된 약액 주입관에 넣고 약제를 주입하는 방법이다. 약제는 전주, 토대, 컨테이너용 목재의 경우 수용성의 PF제, CCA 그리고 침목의 전부와 전주의 일부에는 유성의 크레오소트유가 이용되고 있다.
가압처리로는 전배기-약액 가압-후배기를 실시하는 Bethell법, 공기 가압-약액 가압-후배기를 실시하는 Ruping법, 전배기를 하지 않고 약액 가압-후배기를 실시하는 Lowry법의 3가지로 나누어지며(그림 3) 원목의 성질, 용도 등에 따라 주입이 곤란한 수종(표 1)이나 다량으로 주입할 필요가 있는 방부처리로는 Bethell법을 이용하는 등 적당한 방법을 선택하여야 한다. 또한 나무 기둥의 횡단면을 통해 낙차 또는 콤프레서(compressor)에 의해 가압 주입하는 방법이 있다. 이 방법에 이용되는 약제는 황산동 용액인데 1∼2 kg/cm2의 낮은 압력으로 처리하기 때문에 원목은 벌목 직후의 수피가 붙어 있는 원목으로써 살아 있을 때와 마찬가지의 통도성을 지니고 있는 것이 아니면 안 된다.
양호
나한백, 남부소나무(Southern pine), 세쿼이아(Redwood), 라디아타소나무(Radiata pine)
켐파스(Kempas), 고무나무(Rubbertree), 물푸레나무
약간 양호
소나무, 삼나무, 솔송나무, 테다소나무(Taeda pine), 미국솔송나무(Western hemlock)
황메란티(Yellow meranti), 자작나무, 들메나무
곤란
가문비 나무, 사할린젓나무, 편백, 서부젓나무(Western fir), 시트카가문비나무(Sitka spruce)
너도밤나무, 느티나무, 카퍼(Kapur)
매우 곤란
미송(Douglas-fir), 미국측백나무(Western redcedar), 일본잎갈나무
백참나무(White oak), 밤나무, 물참나무, 적나왕(Red lauan), 자라(Jarrah
그 자체로는 살균성이나 살충성이 없는 화합물을 목재에 여러 가지 화학가공을 통해 처리해 주는 방법도 있다. 목재의 세포벽 성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌에는 산소와 수소로 구성되는 수산기가 많이 존재하는데 수산기는 물분자를 흡착하기 쉽기 때문에 팽창과 수축에 의한 목재 뒤틀림의 원인이 되고 있을 뿐만 아니라 화학 반응성이 풍부해 목재를 분해하는 부후균이나 흰개미의 효소와도 친화성이 높다. 따라서 독성이 없거나 낮은 안전한 화합물을 이용하여 이들의 구조를 변화시켜 주므로써 목재에 방부 및 방충성을 부여해 줄 수가 있는데 그 몇 가지 예를 들어 보면 다음과 같다.
아세틸화 목재는 무수 초산과의 반응에 의해 수산기(-OH)를 아세틸기(-COCH3)로 대체하는 것을 일컫는다. 아세틸기는 물분자를 흡착하지 않으며 화학 반응성도 낮기 때문에 처리 목재의 치수안정성이 좋아지게 되고 내후성이나 내의성도 향상된다. 치수안정성은 흡수나 건조에 따른 재료의 팽창과 수축이 어느 정도 억제되는가를 나타내게 되는 잣대로써 ASE(antiswelling or antishrink efficiency, 항팽윤 또는 항수축 효능: 0∼100%)로 표시되고 있다. 이 수치가 높을수록 처리 효과가 좋아지는데 100%라는 것은 전혀 치수 변화가 일어나지 않는 것을 나타내게 되는 것이지만 실용적으로는 ASE 60∼70%를 목표로 하고 있다. 목재는 비중이 작음에도 불구하고 강한 재료라는 것이 장점의 하나가 되고 있으므로 처리에 의한 무게의 증가율과 얻어진 성능과의 관계도 평가의 대상이 되고 있다. 아세틸화 목재의 경우 무게 증가율 20∼25%에서 ASE는 60∼70%를 나타내게 되며 거의 부후도 일어나지 않게 된다. 일본의 온난한 지역에 서식하며 공격성이 강한 집흰개미(Coptomes formosanus)에 의한 피해는 이 정도의 수준에서도 완전히 저지할 수는 없지만 일본흰개미(Reticulitermes speratus)에 대하여는 15% 정도의 무게 증가율로 피해를 막을 수 있게 된다. 흰개미는 장내에 공생하고 있는 원생동물이나 세균의 도움으로 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스를 분해하게 된다. 흰개미에게 먹이를 주지 않으면 차츰 쇠약해져 죽게 되는데 아세틸화한 목재를 주는 경우에도 비슷한 경과를 보이게 된다. 아세틸화 목재는 장내에 들어가도 원생동물이 그것을 분해할 수 없어 양분으로 흡수될 수 없기 때문에 먹이로 인식되지 않아 흰개미는 먹는 활동을 중지하게 되고 기아 상태에 놓이게 된다.
수산기의 사이를 포름알데하이드(formaldehyde)로 연결하여 목재 성분의 분자 사이가 넓어지지 않도록 고정해 버리는 처리가 포르말화이다. 포름알데하이드는 비교적 작은 분자이므로 약간의 무게 증가 수준에서도 치수안정성이 높아지고 부후나 흰개미에도 강해 지게 된다.
석탄산수지에 의한 복합화의 경우 목재에 석탄산수지의 수용액을 주입하고 가열하면 수지끼리 결합되어 물에 녹지 않는 커다란 분자로 바뀌어 수산기 사이를 메워 주기 때문에 목재의 팽창이나 수축이 억제된다. 석탄산수지에는 분자량이 다른 여러 가지 종류가 있다. 접착제로써 사용되는 분자량 1,000 정도의 수지를 주입하면 치수안정성은 거의 향상되지 않고 부후나 흰개미의 피해도 막을 수 없게 되지만 200∼400 정도의 분자량이 낮은 수지를 이용하게 되면 양호한 성능을 얻을 수가 있다. 이것은 이들 사이로의 침투성 차이에 의한 것으로써 분자량이 큰 수지는 세포벽 내부로 침투할 수 없고 내강이나 세포의 간극(틈새)에 침착되어 경화되지만 분자량이 작은 수지는 세포벽 내부로 충분히 침투해서 경화되기 때문에 그렇다.
무기질 복합화의 원리는 물을 충분히 흡수시킨 목재를 차례로 두 종류의 무기물 수용액에 담그고 음이온과 양이온의 반응에 의해 물에 녹지 않는 안정된 성분을 목재 내부에 생성, 침착시키는 것이다. 무기물의 조성에는 여러 종류가 있지만 바륨 이온과 인산 이온의 반응에 따른 인산바륨염(barium phosphate salt)과의 복합화에 의해 우수한 내화성과 부후나 흰개미에 대한 저항성이 얻어진다. 그러나 치수안정성은 별로 높아지지 않는다. 이 무기물 침착에 의해 무게를 약 2배 정도 증가시킨 복합화된 목재는 준불연 재료로써 인정되고 있다. 부후나 흰개미에 대해서는 10% 정도의 무게 증가율로도 충분한 억제 효과가 있다.
3. 목재의 열분해
목재를 용기내에서 공기를 차단하고 가열하면 수분이 증발하여 건조되고 더욱 가열하게 되면 180℃ 부근부터 연기를 내면서 검게 변하기 시작하는데 계속적인 가열에 의해 연기가 나지 않게 되고 검은 잔류물, 즉 목탄(숯, charcoal)이 남게 된다. 연기는 냉각시키면 가스와 액체로 분리되며 이 액체를 가만히 나두게 되면 상하의 2층으로 분리되는데 상층의 적흑색 수용액을 목초액(pyroligneous liquor) 그리고 하층의 걸쭉걸쭉한 검은 기름을 목타르(wood tar)라고 부른다.
완전히 건조된 목재를 가열하여 온도를 30분간에 200℃로 상승시켜 200℃에서 15분간 유지하고 그 후 15분간에 300℃로 상승시켜 300℃에서 15분간 유지시킨다. 이와 같이 하여 온도를 1100℃까지 상승시켰을 때 가스의 발생량을 측정해 보면 그림 4와 같다. 가스의 발생은 180℃ 부근에서 시작되는데 불을 가까이 갖다 대면 인화는 되지만 불꽃은 지속되지 않는다. 그러나 250∼290℃에서는 인화되면 불꽃은 지속된다. 더욱이 350∼450℃가 되면 온도가 급격하게 상승되어 자연 착화된다. 가스 발생의 경과를 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 메탄가스(CH4), 메탄 이외의 탄화수소(CmHn), 수소(H2)를 관점으로 본다면 그림 5와 같다.
목재 성분중에서는 헤미셀룰로오스가 가장 분해되기 쉬워 200∼260℃에서 분해되며 다음으로 셀룰로오스가 240∼350℃ 그리고 리그닌이 가장 분해되기 어려워 280∼500℃에서 분해된다.
목재가 연소되는 경우는 보통 우선 목재가 가열에 의해 분해되고 그 때 발생하는 가연성 가스가 연소되는 것이다. 주된 가연성 가스는 일산화탄소, 메탄가스 및 수소이며 불꽃을 내며 타기 때문에 이 현상을 불꽃 연소라고 부르는데 이 때 유리된 탄소가 빛을 내기 때문에 빛나게 되는 것이다. 그러나 공기가 불충분하다면 탄소는 검은 색의 그을음으로써 방출된다. 또한 불꽃이 소멸된 다음 남게 되는 탄화물이 불꽃을 내지 않으면서 계속 타는 현상을 표면연소라고 부른다. 목재는 비중이 작을수록 열분해되기 쉬워진다. 따라서 발화(착화, ignition)에는 비중이 높은 목재일수록 오랜 시간이 걸린다.
목재의 연소성, 즉 발화 및 연소(burning, combustion) 속도는 수종, 함수율, 온도, 크기 및 구조물의 종류에 따라 달라지게 된다. 수종에 따른 경우 추출물(주로 수지)의 양이 가장 큰 영향을 미친다. 목재의 조직 구조 역시 중요한 인자가 되고 있는데 도관에 타일로시스(tylosis)가 발달되어 있지 않은 활엽수재의 경우처럼 긴 개구성의 통로를 지니는 수종의 목재일수록 연소성이 양호해 진다. 침엽수재의 가도관은 길이가 짧고 끝이 막혀 있기 때문에 연소성에 나쁜 영향을 미치게 된다. 목재의 횡방향에 비하여 축방향의 연소는 그 속도가 2배 정도 더 빠른 편이다. 목재내에 존재하는 수분은 발화와 연소의 진행을 어렵게 만들어 주는 원인으로 작용하게 된다. 재온이 상승함에 따라 목재의 연소성은 더 양호해 지는데 일반적으로 250℃ 부근에서는 발화에 화염원이 필요하지만 500℃ 이상이 되면 톱밥이나 목재 삭편의 큰 더미 내부에서의 경우처럼 외부로부터의 가열 열원 없이도 스스로 발화하게 되는 것으로 알려져 있다. 목재의 크기가 작아질수록 그리고 공기의 흐름이 양호한 구조물일수록 발화 및 연소가 더 쉬워진다.
목재의 열전도율은 금속에 비하여 낮기 때문에 외부로부터 가열되는 경우 표면으로부터 서서히 열분해(그림 6)되어 강도가 단계적으로 저하되지만 철이나 알루미늄은 급격히 저하된다. 화재 때 철골 구조물이 엿가락처럼 휘어지는 것은 이러한 이유 때문이다. 목조 주택이라고 하면 불에 약하다고 자주 말하게 되는데 그것은 목재가 유기물이므로 조건만 갖추어지면 불꽃을 내며 타게 되기 때문에 그럴 것이다. 목재는 가열되면 분해되어 가연성 가스가 발생되고 그것이 연소되는데 더욱이 그 열로 주위의 목재가 가열, 분해되어 연소가 계속 이루어지게 된다. 그러나 목재는 비중이 낮아 열이 잘 전달되지 않고 연소는 표면으로부터 점점 안쪽으로 향해 진행되는데 내부에서는 산소가 부족하여 더욱 열전도율이 낮은 탄화층이 형성된다. 목재는 금속재료보다 화재에 강하다고 말할 수 있다. 그것은 금속재료는 열에 의해 연화되어 버리는데 반해 목재는 표면으로부터의 탄화 속도가 비교적 느려 1분에 0.6 mm 정도로 30분 경과해도 18 mm 정도, 즉 목재의 양측으로부터 보아도 36 mm 정도의 두께 감소만 일어나기 때문에 목재가 충분히 크고 두꺼우면 목재의 강도는 급격하게 줄어들지 않게 된다. 늘 이야기 되고 있는 목조 주택의 큰 화재 피해는 큰 단면의 목재를 사용하면 상당히 막을 수 있다는 이야기이다.
4. 목재의 내화처리
생활환경에 가연성 물질, 특히 목재를 다량으로 사용하는 경우에는 화재가 많으며 화재의 발생시 사고는 불에 타 죽는 것보다 질식에 의한 사망이 많다. 그 원인은 유독 가스와 산소의 결핍에 의한 것이다. 유독 가스에 관하여는 발생하는 절대량과 발생 속도가 문제가 된다. 최근처럼 합판 등과 같은 얇은 목재를 다량 사용하고 있는 건물에서는 화재시 단시간에 불의 세력이 강해지며 한 번에 다량으로 일산화탄소와 같은 유독 가스가 발생하게 된다. 또한 새로운 형태의 건자재나 도료, 의류 등에 다량으로 사용되고 있는 합성고분자는 화재시 다량의 연기를 발생하여 정신적인 쇼크를 불러 일으키게 되며 또한 포스겐(COCl2), 청산(HCN) 등의 맹독성 가스를 발생하는 것도 있기 때문에 밀폐된 가옥의 구조와 함께 화재에 있어서 인사사고가 많은 원인이 되고 있다.
목재의 내화 방법에는 2가지가 있다. 첫 번째는 내화제(방화제, 난연제 또는 방염제라고 부름)를 목재에 주입하여 목재가 가열된 경우 불꽃이 일어나지 않으면서 탄화되도록 하는 방법이며 두 번째는 발포성 내화도료를 도포하여 목재의 가열된 부분의 도막이 해면상으로 부풀어 오르게 하여 화염에 대한 차단층을 만들어 주므로써 도막 내부에 있는 목재로의 열 전달을 방해하는 방법이다.
내화약제로써는 인산수소2암모늄[(NH4)2HPO4], o-붕산(H3BO3), 황산암모늄[(NH4)2SO4] 등이 이용되고 있다. 이들 약제의 내화작용은 매우 복잡한 화학반응에 의해 이루어지게 된다. 일반적으로 내화약제는 발화점보다 낮은 온도에서 작용하기 시작한다. 이들 약제는 연소 초기단계에 발생하는 가연성 가스를 희석시켜 주므로써 연소과정을 지연시키게 된다. 이런 과정중에 목재의 외층에 형성된 탄화층이 목재 내부로의 계속적인 열 전달 및 목재 내부로부터의 계속적인 가연성 가스 방출에 대한 차단층 역할을 하게 된다.
내화도료는 요소, 티오요소(thiourea), 멜라민 등의 아미노계 합성수지에 인산계 화합물을 첨가한 발포성 내화도료와 붕사 등을 첨가한 비발포성 내화도료가 있다. 장식용 목적으로 사용되고 있는 대부분의 일반 도료는 일상적인 두께의 도막으로 도장만 된다면 그 자체가 목제품의 연소성을 약간 저하시켜 줄 수가 있다. 그러나 화재로부터 목제품을 효과적으로 보호해 주기 위한 목적으로 내화성을 지니는 도료가 개발되어 시판되고 있다. 내화도료는 대개 표면 연소성이 낮은 특징을 지니고 있다. 도막층이 불에 노출됨에 따라 밀도가 낮은 막으로 팽창(발포 등을 일으키게 됨)하게 되고 그 아래에 있는 목재를 열로부터 차단시켜 주는 차단층 역할을 나타내게 되므로써 결국 연소를 지연시키게 된다. 내화도료에 포함되어 있는 또 다른 성분들이 화재에 의해 방출되어 나오는 가연성 증기의 연소를 억제해 주게 된다. 이러한 도료에는 휘발성의 가연성 가스의 형성보다는 탄화층과 수분으로 목재 표면이 분해되도록 조장해 주는 화학물질이 함유되어 있는 경우도 있다. 대부분의 내화도료는 내장용으로 제조되고 있다. 내화도료의 내구성을 향상시켜 주기 위하여 내화도료 위에 일반 페인트를 도장해 주는 경우도 있다.
합판의 내화 경우에는 표면도장에 의하지만 얇은 표판을 붙여 주는 접착층에 내화제를 첨가해 주므로써 이 층에 의한 발포, 단열작용을 이용하는 방안도 있다
14. 건조와 수축
통나무 건축에서만 발생하는 문제로 셋트링(Settling, 침하현상)이 있다. 통나무집을 만드는 기술중 많은 부분이 셋트링과 직,간접적으로 관련을 가지고 있다. 통나무집 작업을 할 때에는 항상 셋트링을 염두에 두고 작업을 해야만이 하자를 최대한 줄일 수 있다. 셋트링은 건조되지 않은 생재를 사용하는 곳에서는 어디에서나 일어나는 문제이다.
셋트링이 일어나는 원인은 통나무의 건조 수축과 통나무 무게로 인한 압축이다. 수축과 압축이 셋트링에 미치는 영향은 반반 정돛甄? 통나무는 건조되면서 수축되는데 이 때문에 침하가 일어난다. 통나무 벽체의 경우 건조가 진행되면서 벽체가 전체적으로 낮아진다. 그래서 통나무집을 작업할 때는 항상 셋트링을 염두에 두고 작업을 하지 않으면 중대한 하자의 원인이 된다. 벽체 전체와 개구부, 계단, 칸막이 벽, 붙박이 장, 이 모든 것이 셋트링과 관계를 가지고 있다. 셋트링을 완벽하게 이해하고 있어야 통나무 작업을 원할하고 정확하게 진행시킬 수 있다.
통나무의 건조 수축은 나무가 가지고 있는 조직의 성질로 자연스럽게 일어나는 물리적 현상이다. 모든 수축은 나무 내부에서 일어나는 수분의 변동으로 비롯된다. 나무 내부의 수분은 세포벽 속에 존재하는 결합수(흡착수)와 세포 사이와 세포내 공간에 액상상태로 있는 자유수가 있다. 자유수는 나무 세포와는 관계없이 물분자 상호간의 응집력으로 존재하고 결합수는 세포와 결합되어 존재하는 수분이다. 목재 중에 존재하는 수분의 양은 함수률로 나타낸다. 생재가 마를 때는 자유수가 먼저 빠져 나간다. 세포벽 속의 결합수는 그대로 있고 자유수가 모두 증발되었을 때의 함수율을 섬유포화점이라 부른다. 섬유포화점의 함수율은 보통 30% 전후이다. 함수율이 섬유포화점 이상인 나무를 생재라고 부른다. 섬유포화점 이상에서는 함수율이 변해도 물리적 성질이 그다지 변하지 않는다. 건조가 계속 진행되어 함수율이 섬유포화점 이하로 내려가 세포벽의 분자에 결합되어 있는 결합수가 감소하면 목재는 수축하기 시작한다. 결합수의 감소는 통나무 내부의 수분이 대기의 습도와 같아질 때까지 진행된다. 대기와 습도가 같아지면 결합수의 감소가 정지하고 목재의 수축도 정지한다. 이 때의 함수율을 평형함수율 또는 기건함수율이라 한다. 평형함수율은 대기의 온도와 습도에 따라 변하기 때문에 지역과 장소, 기후와 계절에 따라 달라진다. 우리나라의 평형함수율은 평균적으로 14.2%정도이다. 따라서 목재의 수축은 섬유포화점에서 시작해서 평형함수율에서 멈춘다.
함수율의 변화에 의한 목재의 수축율은 목재의 비중이 클수록 크다. 일반적으로 목재 비중이 클수록 강도와 탄성계수, 수축율이 증가하고 건조속도가 느리고 건조결함이 발생하기 쉽다.
..[수종]....[기건비중(함 수율15%)].[응력].[압축강도].[전달력]..전건 수축률]....[균 수축률]
선방향,방사방향,접서방향,방사방향향
다 글라스 퍼.........0.53....................780.........420.........80....7.8........5.0........0.23........0.14
햄록..................0.46....................745 405 90 7.9 5.0 0.23 0.13
스푸르스............0.14....................600 305 75 7.5 4.3 0.19 0.12
라디에타파 인......0.49....................700.........700.........90............................0.25........0.14
나무 의 줄기 방향을 섬유방향이라 하고 나무의 중심에서 껍질쪽으로 향한 지름방향을 방사방향이라 부르고 나이테의 방향을 접선방향이라 한다. 각 방향에 따라 수축율이 달라지는데 완전 건조되었을 때(전건 상태), 섬유방향의 수축율은 0.1∼0.3%로 매우 적지만 방사방향의 수축율은 4% 정도이고 접선방향은 8% 정도다. 방사방향으로 일어나는 4%의 수축율로 인해 통나무벽체의 높이가 낮아지고 접선방향 수축율 8%로 인해 통나무가 갈라지게 된다.
통나무집은 인공적으로 난방과 냉방을 하기 때문에 대기 중의 평형함수율 보다보 함수율이 낮아진다. 보통의 경우는 8%정도의 함수율이 된다. 함수율이 1% 감소할 때의 수축율을 평균수축율이라 한다. 통나무의 셋트링과 관계 있는 방사방향의 평균수축율은 4/30인 약 0.13%이다. 따라서 자연상태에서의 수축율은 나무가 수축하기 시작하는 섬유포화점 30%에서 수축이 정지하는 평형함수율 8%까지의 변화율 22%에 대한 수축율로 0.13*22인 약 3%이다. 여기에 전체 무게로 인한 압축분을 더한 것이 셋트링폭이 된다.
이상의 과정은 통나무가 수축하는 물리적인 과정을 설명한 것으로 실제 셋트링 스페이스폭을 구할 때는 다음과 같은 공식에 대입시키면 된다.
셋트링에 관계되는 높이*0.06+2cm(안전을 위한 수치다)
셋트링폭을 실제 셋트링되는 양보다 많이 보는 것은 아무 문제가 없지만 적게 산정했을 경우에는 치명적인 하자를 유발시킬 수 있다. 셋트링 폭을 계산할 때 셋트링에 관계되는 높이는 벽체의 경우는 벽체 전체 높이이고 개구부의 경우는 개구부의 높이이다.
Ⅰ. 건축재료
건축재료(building materials)란 건축물을 구성하는 데 필요한 재료의 총칭이며, 재료란 물건을 만드는데 필요한 원료이다.
건축재료를 광의의 개념으로 보면 '건축물에 직접적으로 사용되는 재료 외에 간접적으로 사용되는 가설공사용의 자재, 건축설비 및 장치에 이용되는 기구의 재료도 포함된다.
고대에는 주로 천연재료를 그대로 사용하였으나 과학기술의 발달로 인공재료가 개발되고 그 인공재료는 과거의 무기질 재료 위주에서 점차로 유기질 재료로까지 확대되고 있다.
건축재료는 기상작용과 주변 환경의 영향을 많이 받기 때문에 건축물의 설계ㆍ시공시 재료에 관한 지식이 매우 중요하며 재료의 기본적인 성질을 충분히 파악하여 적재적소에 사용해야할 것이다.
건축재료의 생산형태도 종래의 건축현장 작업에 의존에서 이제는 가급적 공장에서 가공하고 건축물의 구성재를 제작하고 현장에서 이것을 조립하는 방식이 촉진되어가고 있는 추세이다.
1.1 건축재료의 분류
가. 생산방식에 의한 분류
(1) 천연재료 : 목재, 석재 , 골재, 점토 등
(2) 인공재료 : 콘크리트 및 제품, 금속제품, 요업제품, 석유화학제품 등
나. 화학적 조성에 의한 분류
(1) 무기재료
㈀ 금속재료 : 철강, 알루미늄 등
㈁ 비금속재료 : 석재, 시멘트 등
(2) 유기재료
㈀ 천연재료 : 목재, 아스팔트, 섬유류 등
㈁ 합성수지 : 플라스틱, 도료, 접착제 등
다. 용도에 의한 분류
(1) 구조 재료
건축물의 뼈대를 구성하는 재료로서, 강도가 우선적으로 필요한 것을 말하며, 목재, 석재, 콘크리트, 금속재료 등이다.
(2) 수장 재료
구조 재료에 첨가하거나 건축물을 완성시키는 재료로서, 지붕 재료, 외장 재료, 내장 재료, 유리 채광 재료, 창호 재료, 도장 재료, 방화 및 내화재료 등이다.
(3) 설비 재료
건축물에 첨가하여 건축물의 사용 능률을 보완하거나 향상시키기 위한 재료로서, 엘리베이터, 에스컬레이터, 위생 설비, 냉난방 설비 등에 사용되는 것이다.
(4) 기타 재료
장식재료, 접착재료, 가구재료, 코킹제, 혼화제, 실링제 등
라. 기능에 의한 분류
방수 및 방습재료, 방화 및 내화재료, 음향재료, 보온 및 보냉 재료, 방부 및 방충재료, 표면보호재료, 접합재료 등
마. 부위에 의한 분류
구조 재료, 지붕 재료, 외벽 재료 , 내벽 재료, 천장 재료, 바닥 재료 등
2. 건축재료에 요구되는 일반적 성질
㈎ 사용목적에 알맞은 품질을 가질 것.
① 역학적 성질 : 탄성, 소성, 강도, 강성, 인성, 허용 응력도 등
② 물리적 성질 : 비중, 경도, 피로, 열, 음, 광, 수분에 대한 성질
③ 화학적 성질 : 내약품성, 부식성, 용해성, 방화성, 내구성, 충해성
㈏ 사용환경에 알맞은 내구성 및 보존성을 가질 것.
㈐ 대량생산 및 공급이 가능할 것.
㈑ 운반ㆍ취급 및 가공이 용이 할 것.
㈒ 가격이 저렴할 것.
2. 목재의 일반사항
2.1.1 목재의 일반적인 특성
목재의 특징은 무수히 많지만, 그 중에서 건축용 재료로 사용하는 경우에 목재의 특징으로는 다음과 같은 내용을 들 수 있다,
① 목재는 섬유질 재료이다
목재는 나무가 살아있는 동안에 형성된 세포 섬유들로 이루어져 있다 이러한 섬유의 배열에 따라서 여러 가지 목재의 특징인 성질들이 나타나게 된다.
② 목재는 복잡한 화학구성을 갖는 재료이다
목재를 구성하는 주요성분으로는 셀툴로오즈, 리그닌, 헤미셀룰로오즈 등을 들 수 있으며 그 외에 미량성분으로서 여러 가지 추출물들이 함유되어 있다 이와 같이 목재가 복잡하고 다양한 화학물질로 구성되어 있기 때문에 목재로부터 낡은 화학물질들이 추출되어 인간생활에 이용되고 있으며 목재의 삼림욕 효과도 이들 추출물로부터 나타나는 것이다.
③ 목재는 다양한 성질을 가지고 있는 재료이다
목재는 수종별로 다른 성을 나타내고 등일 수종 내에서도 지역과 개체에 따라서 성질이 다르고 동일 개체 내에서도 주위에 따라서 그리고 더 미세하게 보면 세포에 따라서도 다른 성질을 나타낸다. 따라서 목재를 다른 재료로 가공하지 않아도 다양한 목재들 중에서 잘 선택하면 인간생활에 필요한 다양한 용도에 적합한 재료를 찾을 수 있다.
④ 목재는 가공이 쉬운 재료이다
나무를 인간생활에 이용하기 위해서는 필요한 형태, 치수 및 성능을 갖도록 목재를 가공하여야 한다. 목재는 적은 비용, 에너지, 시간 및 장비를 가지고 원하는 제품으로 가공할 수가 있다. 예를 들어서 목수는 못 망치, 톱만 있으면 목조주택을 건축할 수가 있다. 그 외에 목재 자체의 성질을 완전히 바꾸고 필요한 성능을 얻기 위하여 목재를 근본적으로 바꾸기가 쉽다. 예를 들면 넓은 재료를 얻기 위하여 합판이나, OSB, PB, MDF 등의 각종 판상재료를 제조할 수 있으며 보다 높은 강도에 보다 큰 치수를 얻기 위하여 집성재, LVL, PSL 등의 공학목재틀 제조할 수 있다. 근래에는 l형 장선이나 트러스 등과 같은 공학목재들이 제조되고 있으며 보다 광범위한 용도에 알맞는 새로운 공학목재들이 계속 연구 개발되고 있다. 구조체를 구성하기 위해서는 목재 구조부재와 구조부재 사이를 연결하여야 하며, 이 접합부의 구성에서 부재를 가공하여 끼워 맞춘 맞춤접합부 또는 여러 가지모양의 철물을 이용한 철물접합부가 사용될 수 있다. 이러한 구조부재 사이의 접합부 구성도 목재의 가공이 쉽다는 특징을 이용한 예라고 할 수 있다.
⑤ 목재는 이방성 재료이다.
목재는 섬유의 배열과 세포벽 내의 마이크로피브릴의 배열에 따라서 섬유방향, 방사방향 및 접선방향 등의 세 개의 주축에 대하여 서로 다튼 성질을 나타내는 직교이방성의 재료이다. 이러한 이방성의 특성은 섬유방향이 다른 방향에 비하여 매우 높은 강도를 지닌다는 특성을 나타내므로 이를 이용하여 구조체 내에서 발생하는 응력이 목재의 섬유방향으로 작용하도록 구조를 설계하면 작은 치수의 부재로 높은 외력을 지지할 수 있는 매우 효율적인 구조의 건축이 가능하다.
⑥ 목재는 흡습성 재료이다
목재를 구성하는 주된 성분인 셀룰로오즈에는 많은 양의 수산기들이 노출되어 있으며 이 수산기들이 물분자와 수소결합을 이루어 수분의 흡습이 이루어진다. 이러한 목재의 흡습 또는 방습의 특성을 잘 이용하면 실내의 상대습도를 가장 쾌적한 상태로 유지시켜 주는 조습효과를 얻을 수 있다.
⑦ 목재는 점탄성 재료이다
점탄성 재료의 특징은 탄성한계를 벗어나서도 비록 변형은 많이 증가되지만 상당한 크기의 응력을 견딜 수 있다는 것이다. 따라서 목조건축물은 비례한도 내에서의 응력에 대한 설계보다는 최대강도에 근거한 설계를 함으로써 보다 효율적인 구조의 건축이 가능해진다. 그리고 시간에 따른 변형의 증가, 진동의 흡수 성능, 반복하중 하에서의 저항 성능 등 여러 가지 측면에서 목재의 점탄성 특성을 활용한 설계가 가능하다.
⑧ 목재는 풍부하며 재생산이 가능한 재료이다.
천연자원 중에서 나무만큼 전 세계에 골고루 분포하는 자원은 없다. 나무는 극히 일부 지역을 제외하고는 전 지구상에 골고루 분포하며 재생산이 가능한 자원이라는 특성을 갖는다.
⑨ 목재는 아름다운 재료이다.
목재의 자연적인 무늬결과 색상은 어떠한 인위적인 무늬와 색상으로도 모방할 수 없다. 만은 장식 재료들의 목재의 무늬결과 색상을 모방하고 있는 것도 이 때문이다. 목재의 무늬결과 색상은 단순히 눈에 보이는 자체만의 아름다움이 아니고 세포의 구성에 따르는 미세한 섬유조직에 의한 빛의 반사특성과 세월의 흐름을 나타내는 연륜(나이테)의 의미와 이에 따른 심리적인 효과, 부드러운 색상의 변이와 깊이 그리고 피부와 접촉시의 촉감 등이 종합적으로 작용한 결과로 느끼게 되는 아름다움이다.
⑩ 목재는 타는 재료이다.
목재주택에 대하여 막연히 화재의 위험성을 가지는 일반 수요자들이 많으나 그것은 오해이다. 목재는 온도가 상승하면 250˚C 정도에서 가스가 발생하며 이 가스에 불이 붙어서 불꽃이 일게 되는데 이 때의 온도가 400˚C 정도에 해당한다. 따라서 목재가 타기 위해서는 목재의 온도를 이 수준까지 올려줄 수 있는 조건이 되어야 하기 때문에 곧바로 목재에서 시작되는 경우는 거의 없다고 할 수 있다. 또한 집성재 등의 대형 목구조에서는 목재의 탄화속도를 감안하여 심한 화재 속에서도 구조물이 최소한 30분은 안전하게 견딜 수 있도록 구조적으로 요구되는 치수보다 30mm 이상 더 큰 치수를 사용하고 있다. 경골목구조에서는 실내의 밀폐공간 개념에 의하여 실내공기 속의 산소가 모두 소모되고 외부로부터 새로운 산소가 공급되지 않으면 화재는 발생한 공간에만 국한되고 다른 공간으로 전파도지 않으며 결국 거기서 소진된다는 개념이 적용된다. 이외에도 재료를 폐기할 경우 목재의 타는 성질은 오히려 매우 유리한 조건이 될 수 있다. 왜냐하면 목재는 쉽게 태울 수 있으며 태울 때에 유독가스의 발생이 적고 또한 에너지를 회수할 수 있기 때문이다.
⑪ 목재는 썩는 재료이다.
목재는 적당한 온도 및 습도 조건하에서 썩기 때문에 목재의 사용을 기피하는 경우도 있다. 그러나 목재의 썩는 성질은 양분, 온도, 습도 및 공기의 네 가지 조건이 충족되어야만 가능하다. 따라서 이 중에서 하나라도 차단한다면 목재의 썩음을 방지할 수가 있다.
⑫ 목재는 가벼우면서도 강한 재료이다.
일반적으로 목재의 강도는 철이나 콘크리트에 비하여 약하다고 알려져 있다. 그러나 이것은 비중의 차이를 고려하지 않고 강도 자체만으로 비교한 경우이다. 목재, 철 및 콘크리트의 비강도는 각각 12.0MPa, 11.0MPa 및 3.0MPa 정도로서 목재가 철이나 콘크리트에 비하여 가벼우면서도 강한 재료임을 알 수 있다.
2.1.2 목재의 구조와 성분
목재는 횡단면상 수피(樹皮), 목질부(木質部),수심(樹心) 등 3부분으로 크게 구성되어 있다.
1) 수심
나무의 중심을 의미한다.
2) 수피
껍질 부분에 해당한다. 수분과 영양을 섭취하는 부분으로 오래된 나무일수록 껍질이 두껍다.
3) 나 이 테(annual ring)
줄기에는 해마다 새로운 세포가 생기는데, 세포가 생기는 계절에 따라 세포의 크기와 형태가 다르다. 봄, 여름에 생긴 세포는 코며, 세포막은 얇고 유연한데 이를 춘재라하고, 가을과 겨울철에 생긴 세포는 작으며, 세포막은 두껍고 견고하다. 이를 추재라한다. 춘재와 추재는 수심을 중심으로 하여 동심원을 나타나게 된다. 이와 같이 구분된 춘재와 추재의 1쌍의 나비를 합한 것을 나이테라 한다. 나이테는 수목의 성장 연수를 나타내는 동시에, 강도의 표준이 되기도 한다. 목재 중에는 침엽수와 같이 나이테가 확실하게 나타나는 것도 있고, 활엽수에 속하는 단풍나무, 버드나무, 나왕, 티크, 마호가니 등과 같이 확실하지 않은 것도 있다. 도한 연중 기후의 변화가 없는 열대 지방에서는 형성되지 않거나 명확하지 않다.
4) 심재와 변재
수목의 횡단면을 보면 외부는 색깔이 연하고, 수심부에는 색깔이 진하다. 외부에 있는 연한 부분을 변재라 하고, 수심부를 심재라한다. 변재의 세포는 양분을 함유한 수액을 보내어 수목을 자라게 하거나 양분을 저장한다. 따라서 수분을 많이 함유하며, 제재 후에 부패하기 쉽다. 이에 대하여 심재는 변재에서 변화되어 세포는 고화되고, 수지, 색소, 광물질 등이 고결된 것으로서, 수목의 강도를 크게 하는 역할을 한다. 또 수분도 적고, 단단하므로 부패하지 않는데, 목재로서는 양질로 취급하고 있다.
5) 흠
수목이 성장하는 도중이나 벌목, 운반, 제재, 건조를 하는 작업 중에 받는 영향으로서, 조직의 파괴, 변질 등의 여러 가지 흠이 생긴다. 갈라짐, 옹이, 상처, 껍질박이, 썩정이 등이 있다.
6) 목재의 성분
목재의 원소조성은 대개 탄소 50%῀ 산소 44%῀ 수소 5%, 질소 1% 정도, 회분ㆍ 석회ㆍ칼슘ㆍ마그네슘ㆍ나트륨ㆍ망간ㆍ알루미늄ㆍ철 등이 미량으로 함유되어 있다. 목재의 주요 성분은 섬유소(cellulose)로서 목질 건조중량의 60% 정도이며 나머지 대부분 리그닌(lignin)으로 20∼30%정도이다. 그 외에 반 셀룰로우스(hemi-cellulose), 탄닌(tannin), 수지(resin) 등이 포함되어 있다. 이들 성분에 있어서 침엽수는 리그닌을 맣이 함유하며 활엽수는 반 셀룰로우스를 많이 함유하고 있다. 셀룰로우스는 세포막을 구성하여 골격을 형성하고 리그닌은 세포상호간의 충진물질이고, 반 셀룰로우즈는 양자를 결합하는 물질이다.
2.1.3 목재의 용도에 따른 분류
1) 구조용재
건축에서 뼈대의 역할을 하는 것으로 기본적으로 강도와 내구성을 필요로 한다. 목재의 단점 중에 하나인 수축팽창이 작고, 내부식성이 큰 것이 좋다.
2) 치장용재
건축공사의 마무리 공사에 주로 사용되는 것으로 수장용재라고도 한다. 강도와 내구성도 중요하지만 재료 자체가 마감이 되므로 목재의 색상과 무니결이 아름답고 쉽게 마모되지 않는 것이 사용된다.
2.1.4 건조에 따른 분류
목재의 건조 시 고려해야 할 점은 목재를 사용할 장소의 평형 함수율까지 건조하여 사용하여야 한다는 것이다. 일반적으로 활엽수는 침엽수보다 건조가 어렵다. 목재를 건조할 때에는 수종에 따라서도 건조 특성이 다르므로 건조와 관련된 목재의 성질에 따라 적절한 건조방법을 적용해야 한다. 건조목재는 원목에 비하여 접착성, 도장성, 강도개선 및 내부후성이 개선되므로 목재의 건조는 건축자재로서의 기능성을 개선하기 위한 과정이라 할 수 있다.
1)자연 건조(自然乾燥)
대기의 온도, 수분 및 바람을 이용하여 자연 그대로 건조시키는 방법이다. 작업이 비교적 간단하고, 시설비가 적게 들며, 특수한 기술이 요구되지 않는다. 예비건조 과정으로 인공적인 건조방법의 선행과정이기도 하다. 그러나 계절, 기후와 입지조건 등 자연조건에 따라 건조상태와 기간 등이 다르며, 비교적 건조소요시간이 길다.
2) 인공 건조(人工乾燥)
건조실의 온도, 습도 및 풍속 등의 건조조건을 인공적으로 조절하면서 건조하는 방법으로 건조시간을 조절할 수 있고, 낮은 함수율까지 건조할 수 있다. 계절, 기후와 입지조건 등 자연조건에 영향을 받지 않는다. 그러나 인공으로 열기 등을 이용하므로 건조실, 건조설비의 설치비와 유지비가 높다.
2.1.5 목재의 취재 방법에 따른 분류
목재의 취재 방법에 따라 수축과 변형율, 목재의 문양 및 용도가 달라진다.
1) 정목(quater sawn)
"곧은 결재“라고도 한다. 톱과 나이테가 직각이 된 상태에서 중심을 향하여 켠 것으로 나무결이 세로로 평행하여 완성면이 아름답다. 건조하여도 탄성에 의한 휘어짐이나 갈라짐 등의 변형이 적고 마모율도 적어 이상적이고 바람직한 목재이다. 폭은 넓은 판재가 나오지 않고 버리는 부분이 많으므로 가격이 다소 높다.
2) 판목(flat sawn)
“널 결재”라고도 한다. 중심을 향하여 직각으로 켠 것으로 나이테의 방향을 무시하고 자른 것을 통칭한다. 나무결이 물결모양 같이 곡선으로 나타난다. 나이테에 따라 강도가 달라 곧은결재에 비하여 갈라짐, 틀어짐 등의 변형이 발생한다.
2.1.6 목재의 물리적 성질
1) 비중(Specific gravity)
목재의 비중은 어떤 함수율 조건에 있어서 목재의 부피와 동일한 양의 물이 나타내는 무게에 대한 목재의 전건무게 비율로 정의되기 때문에 임의의 함수율일 때의
◆ 목재 비중 = (목재의 전건무게/임의의 함수율일 때의 목재 부피)/(순수한 물의 밀도)'로 표시된다.
◆ 목재 비중 = 목재의 전건무게/임의의 함수율일 때의 목재 부피'로 간단히 표시할 수가 있다.
따라서 섬유포화점 이하에서는 수분(결합수)이 많아짐에 따라 팽창이 일어나기 때문에 전건상태에서 섬유포화점(fiber saturation point)에 이를 때까지 비중은 점차 작아지게 되나 섬유포화점 이상부터는 수분(자유수) 증가에 따른 팽창이 더 이상 일어나지 않기 때문에 비중은 가장 작으면서도 일정해지게 되는데 섬유포화점 이상에서 나타내는 이러한 일정한 비중을 기본비중이라고 부르고 있다.
결국 기본비중은 생재상태의 목재 비중을 나타내기 때문에 생재비중과 동일한 의미를 지니게 된다. 비중은 기계가공성, 수축 및 팽창, 뒤틀림에 영향을 미치며, 일반적으로 비중이 클수록 수축이 커지고, 기계가공성이 떨어지며 뒤틀림의 양도 많아지는 대신 강도는 향상된다. 즉 하중이 큰 목재일수록 강도가 크기 때문에 하중이 중요한 역할을 차지하는 경우 비중이 높은 수종을 선택 것이 좋다.
목재의 비중은 수종마다 다르다. 활엽수와 침엽수를 비교할 때, 대체적으로 칩엽수가 연재(softwood, 비중 =0.3 ~0.5)에 해당되며, 활엽수가 경재(hardwood, 비중= 0.5 ~0.9)에 해당한다.
전건재(全乾材)의 비중은 목재의 공극율에 따라 달라지게 된다.
즉, 목재 가운데 공극을 제외한 실질(實質)만의 비중인 진비중은 1.50 정도인데 이 값은 침엽수재나 활엽수재별 또는 수종에 따라 좌우되지 않고 일정하므로 수분이 존재하지 않는 전건재의 경우 공극율에 의해 비중이 달라지게 되는 것이다.
2)목재의 팽윤과 수축
목재중의 결합수 증감은 셀룰로오스 결정영역 사이의 간격을 변화시키게 된다. 이것에 의해 세포벽의 부피가 커지거나 작아지게 되고 그 결과 목재 전체의 팽윤과 수축 현상이 일어나게 된다. 목재의 수축은 건조에 따른 뒤틀림이나 할렬 또는 각종 가공처리에 있어서의 내부응력 발생 등 목재가공이나 이용상 장해의 원인이 되고 있다. 수축율은 생재 시의 치수에 대한 수축된 치수의 비율로 그리고 팽윤율은 전건시의 치수에 대한 팽윤된 치수의 비율로 나타내게 된다.
목재의 수축 및 팽윤은 방향에 따라 차이가 나타나는데 접선방향: 방사방향: 섬유방향 = 100 : 60 : 4 정도이다. 섬유방향의 수축율이 매우 작은 이유는 세포벽 가운데 가장 많은 부피를 차지하고 있는 중층(S2층)의 마이크로피브릴(microfibril)이 세포의 길이 방향으로 거의 평행하게 배열되어 있기 때문에 그렇다. 방사방향의 수축 및 팽윤이 접선방향의 것보다 작은 이유는 방사조직에 의한 수축 및 팽윤 억제 효과에 의한 것으로 여겨지고 있다. 즉, 접선방향과는 달리 방사단면에 있어서는 방사조직이 축방향 세포를 가로지르는 띠 모양으로 배열되어 있고 이 방사조직을 구성하는 세포는 그 마이크로피브릴 배향이 세포의 길이 방향, 즉 나무의 줄기에 대해 직각인 방향으로 누워있기 때문에 수축 및 팽윤을 억제하게 되는 것으로 받아들여 지고 있다. 춘재와 추재의 비중 차이가 또 다른 원인이 되는 것으로 여겨지고 있다. 일반적으로 추재는 춘재보다 비중이 높기 때문에 더 큰 수축과 팽윤을 일으키게 되므로 추재에 붙어 있는 춘재 역시 추재의 수축 및 팽윤을 따르게 된다.
결국 연륜은 접선방향으로 배열되어 있기 때문에 결국 접선방향의 수축 및 팽윤이 방사방향의 것보다 커지게 되는데 이러한 설명은 춘재와 추재 사이의 비중 차이가 큰 목재에 특히 적용될 수가 있다. 또한 세포벽의 두께는 방사벽의 것이 더 두껍고 또한 방사조직의 존재로 인하여 접선방향으로의 세포벽이 더 많아지게 되므로 방사방향보다는 접선방향의 수축 및 팽윤이 커지는 원인으로 작용하게 된다. 그리고 목재의 비중이 높을수록 수축과 팽윤이 커지는데 이는 고비중의 목재일수록 실질의 양이 많아지기 때문, 즉 세포벽의 두께가 두꺼워지기 때문이다.
고비중의 목재일수록 그들의 세포벽에 많은 양의 수분이 포함될 수 있기 때문에 비중과 수축 및 팽윤 사이의 관계는 함수율과 수축 및 팽윤 사이의 관계와 밀접한 연관성이 있다.
그리고 목재의 수축 및 팽윤 이방성 계수(T/R율: 방사방향에 대한 접선방향의 수축 및 팽윤율 비)는 비중의 증가에 따라 작아지게 되는데 이는 비중이 높은 목재일수록 방사방향과 접선방향 사이의 수축 및 팽윤 차이가 작아짐을 의미하게 된다.
목재내의 추출물 함유량이 많을수록 수축 및 팽윤이 작아지게 되는데 이러한 이유로 인해 심재가 변재보다 수축 및 팽윤이 작은 특성을 나타내게 되는 것이다.
또한 리그닌의 양이 많아질수록 수축 및 팽윤이 작아지게 되는데 동일 비중의 목재인 경우 활엽수재가 침엽수재보다 더 큰 수축을 나타내게 되는 이유는 침엽수재에 비해 활엽수재의 리그닌의 양이 더 적기 때문에 그런 것이다
방부 및 방염처리 목재
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목재는 적절한 표면보호와 내구성을 얻기 위해 방부 및 방부처리를 하여 부후 및 곤충의 침해, 화재 등으로부터 보호되어야 할 필요가 있다. 토양과 접하는 곳에 사용되는 목재의 경우 방부처리를 통해 목재의 내구성을 10배정도 증가시킬수 있다. 목재는 적절한 표면보호와 내용년수를 위해 특수한 방부처리를 필요로 하게 되는 실외용으로 목재가 많이 사용되고 있다. 이러한 환경조건에 사용될 목재는 부후, 곤충의 침해 및 화재 등으로부터 보호되어야 할 필요가 있다. 토양과의 접촉면에 쓰이는 목재나 실외에 노출되는 갑판(deck), 울타리, 가구, 지붕 및 해양구조물에 쓰이는 목재를 그 대표적인 예로 들 수가 있다. 아래의 표에서는 방부제로 적절히 처리한 목재를 토양과의 접촉면에 사용하게 되면 내구성이 없는 목재에 비하여 내용년수가 손쉽게 10배 이상 연장될 수 있음을 보여주고 있다
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1. 방부처리 목재
공업규격이 나 최신의 연방 규정에 의거한 일반적인 가압법으로 처리해 준 목재를 규격이 정하는 바대로 적절히 설치하고 사용만 한다면 오랫동안 보호기능을 발휘하게 될 것이다.
붓칠, 분무, 침지법 등과 같은 비가압법으로 처리한 경우 대개 방부제가 목재의 표층에만 소량 침투하여 외층에만 얇은 보호층을 형성하게 되므로 결국 토양이나 물과 접촉하는 장소에서의 사용시에는 오래 견디지 못하게 될 것이다. 그러나 표면에만 방부제가 처리되어 있는 목재는 외장용 목공제품, 울타리 및 비늘판과 같이 부후의 위험성이 적은 지상부에서 사용할 때에는 유용한 효과를 발휘하게 될 것이다.
1) 방부제의 종류
오늘날 일반적으로 사용되고 있는 방부제는 다음과 같이 세 가지로 나뉜다.
수용성 방부제 : 주거용, 상업용, 수상용, 농업용, 옥외용, 산업용 등 가장 광범위하게 사용되는 종류이다.
유용성 방부제 : 펜타 클로르 페놀계의 방부제로 산업용과 전주같은 곳에 사용된다.
크 레오소트계 방부제 : 크레오소트나 크레오소트와 콜타르의 혼합물에 의한 방부제로 철도 침목, 전주, 파일 등에 사용된다.
대 부분의 주거용 상업용 및 수상 건축물의 경우 수용성 방부제가 사용된다.
이러한 방부제들은 청결하고 무취이고 도장이 가능하다. 또한 충진제 없이 내부 외부 모든 곳에서의 사용이 가능하다. 가장 일반적인 수용성 방부제로 CCA라 표기되는 크롬화 동 비산염(Chromated Copper Arsenate)이 사용된다. 이밖에 ACA, ACC, CZC 등의 방부제가 주로 사용된다.
현재까지 보고된 바로는 이러한 방부처리 목재는 수명에 있어서도 일반 각재보다 더욱 오래 지속하는 것으로 나타났다. 이와 같은 방부처리 목재는 주로 외부에 사용되는 기초, 발코니, 담장, 옥외 조경물 등 다양한 곳에 사용되고 있다.
유 용성 및 크레오소트계 방부제
유상 방부제 및 비휘발성 기름에 혼합되어 있는 유기용매 용액으로 처리된 목재는 표면에 기름 성분이 남게되어 짙은 색을 띠게 된다. 크레오소트 용액은 강한 냄새를 풍기게 된다. 이러한 종류의 방부제는 부후, 곤충의 침해 또는 해양 천공충류의 침해가 우려되는 곳 및 긴 내용년수가 필요로 하는 곳에 주로 사용되고 있다. 예를 들면 철도 침목, 교량건설, 전주, 말뚝 등이 여기에 해당되는데 사람들과의 직접적인 접촉이 예상되는 곳에는 사용하지 않는 것이 바람직하다.
수 용성 방부제
수용성 방부제로 처리된 목재는 목재 소매상에서 일반적으로 시판되고 있으므로 구입해 사용할 수가 있다. 이들은 대개 깨끗하고 바로 페인트 도장을 할 수 있는 표면상태(특히 CCA로 가압처리한 제품)를 나타내고 있는데 녹색이나 갈색조의 외관을 지니는 것이 특징으로 되어 있다. 수용성 방부제는 처리공정 중에 목재와 반응하여 물에 녹지 않는 형태로 바뀌게 된다. 크롬을 지니는 수용성 방부제는 자외선에 의한 목재의 열화를 방지할 수 있는 기능을 지니고 있으므로 풍화과정에 영향을 미치는 매우 중요한 인자로 작용하게 된다. 수용성 방부제를 구입하여 사용할 때에는 용도, 처리법, 쓰다 남은 약제의 처분 등 반드시 소비자가 지켜야할 때에는 용도, 처리법, 쓰다 남은 약제의 처분 등 반드시 소비자가 지켜야 할 준수사항을 숙지해 두어야 한다.
2) 방부목재 사용시 연결철물
방부처리 목재를 사용할 경우 그 접합을 위한 철물을 선택할 때 신중히 고려해야 한다.
방 부처리 목재는 수 십 년을 지속할 수 있어 연결철물은 그 만큼 혹은 그보다 오랜 내구성을 지녀야 한다. 일반적인 탄소강 못과 연결철물은 습기에 접하면 쉽게 부식되어 그 기능을 상실한다. 따라서, 방부처리 목재를 시공할 경우 못과 철물은 아연도금 되거나, 스테인레스 스틸제라야 한다. 또한 장선받이쇠, 앵커볼트 같은 연결 철물도 아연도금 되어야 한다. 오랜 시간동안 내구성을 발휘해야 하는 구조체에 방부 처리목재를 사용할 경우 스테인레스 스틸이나 실리콘 도장 청동제 연결철물을 사용하도록 권장하고 있다. 또한 데크의 널재를 장선에 부착하거나, 펜스, 혹은 못을 사용하는 것이 외관상 좋지 않는 곳에는 방부처리 목재용 접착제를 사용하는 것이 좋다.
3) 방부처리 목재의 도장 방부처리 목재는 일반적인 제재목과 마찬가지로 스테인 혹은 유색도료로 도장될 수 있다. 도장되기 전의 방부처리 목재는 반드시 건조되어야 한다. 데크, 발코니, 난간과 같은 수평 부재는 직사광선에 과다하게 노출되므로 퇴색이나 풍화를 방지하기 위해 적절하게 도장처리 되어야 한다. 양질의 투명 스테인은 목재내부로 침잠하여 효과적으로 도장될 수 있다. 이러한 도료는 도막이 벗겨지거나 갈라지지 않는 우수한 것이어야 한다. 이러한 스테인은 투명하기 때문에 방부제의 녹색을 그대로 보여줄 수 있다. 만약 목재를 현장에서 방부처리할 경우 재건조해야 하고, 그렇지 않으면 스테인 도장을 하기 위해 약 두 달간의 건조기간이 요구된다. 방부 목재의 효과적인 도장은 아크릴계 라텍스 도료로 2회 이상 도장하도록 권장되고 있다. 도막 방수제를 사용할 경우 공사가 완료된 이후 목재의 표면을 마감 상태로 처리한 후 시공하도록 권장되고 있다.
4) 건축법에서의 방부 처리 목재의 사용규정
가압 방부처리 목재는 모든 건축법에서 그 사용을 규정하고 있고 중간 검사 등에 있어서 확인되고 있다. 일반적으로 건축법에서는 방부 처리목재 혹은 천연적인 내구성의 목재의 사용을 다음과 같이 규정하고 있다. 지반면에서 18인치(45cm) 이내의 목재 장선 혹은 장선이 없는 바닥판은 방부처리 목재이어야 한다. 마루밑 지반면에서 12인치(30cm) 이내의 마루보는 방부처리 목재이어야 한다. 지면에 직접 접하는 콘크리트 혹은 조적조 기초에 접하는 토대, 받침목 등은 방부처리 목재이어야 한다. 통풍이 되지 않는 밀폐된 공간 혹은 매몰되는 곳에 방부처리 목재가 사용될 경우 건축법에서는 함수율이 19% 이하 이어야 한다고 규정하고 있다.
5) 방부처리 목재의 품질관리
이러한 방부처리 목재의 균일한 품질관리를 위해 미국 방부목재협회는 방부처리목재의 기준과 그 품질 절차를 규정하는 기준을 작성 시행하고 있다. 주로 방부제의 잔류량 검사에 의해 방부 처리목재의 성능시험을 행하고 있다.
2. 방염처리 목재
일반적인 방부제 처리 이외에도 가압법으로 목재에 내화약제(Fire Retardant)를 처리하는 경우가 있다. 이들 약제의 내화작용은 매우 복잡한 화학반응에 의해 이루어지게 된다.
일반적으로 내화약제는 비연소성 가스와 수증기를 발생하게 되는 발화점보다 낮은 온도에서 작용하기 시작한다. 이들 약제는 연소 초기단계에 발생하는 가연성 가스를 희석시켜 줌으로써 연소과정을 지연시키게 된다. 이런 과정 중에 목재의 외층에 형성된 탄화층이 목재 내부로의 계속적인 열전달 및 목재 내부로부터의 계속적인 가연성 가스 방출에 대한 차단층 역할을 하게 된다. 목재는 여러 종류의 내화약제로 처리해 줄 수가 있다.
내장용과 외장용 내화약제 사이에는 본질적으로 상당한 차이가 있다. 일부 내장용 내화약제는 수분을 쉽게 흡수할 수 있으므로 도막을 형성하는 마감재료가 목재의 표면에 양호하게 부착하지 못하도록 방해 할 수가 있다.
내화처리 된 약제가 도막의 표면으로 흘러나와 결정을 형성하는 유백화(乳白化, blooming) 현상 역시 발생할 소지가 있다. 내장용으로 내화처리 된 목재를 결코 외장으로 사용해서는 안 된다.
일반적으로 외장용 목재의 내화처리에는 내장용과 다른 종류의 내화약제가 사용되고 있다. 외장용 내화처리 약제는 대개 일반적인 방법으로도 페인트 도장이 가능한 내수성의 건조한 표면을 나타내게 된다. 내화처리 된 목재는 처리 후 함수율 19%까지 인공건조해 주어야 한다.
이러한 건조 과정 중에 목재는 다소 암색화되며 건조시 목재를 잔적하기 위하여 사용한 잔목과의 접촉 부위에 현저한 재색차이를 드러내는 잔목자국이 남는 경우도 자주 있게 된다.
이와 같은 잔목 자국은 실외에 노출시켜도 사라지지 않으며 투명 착색제나 옅은 안료계 착색제를 처리해 주어도 감추어지지 않게 된다. 목재가 나타내는 목리나 재색이 내화약제 처리 후 실제 사용시에도 매우 중요시되는 경우에는 이를 해결할 수 있는 대책법이 있다. 이러한 대책법으로는 내화약제 처리 및 건조후의 목재면을 대패로 깍아주어 간단히 해결하는 방법이 있다. 이와 같이 대패질을 실시해 주게 되면 한층 더 깨끗하고 밝고 평활한 재면을 얻을 수 있게 된다.
일부 업체들은 목재나 합판의 건조시 한층 건너마다 잔목을 사용하므로써 결국 한쪽 면에는 잔목자국이 없는 제품을 생산하고 있으므로 잔목자국이 없는 면을 눈에 보이는 쪽에 사용하면 되는 경우도 있다.
내화약제로 가장 많이 처리되는 대표적인 목재로는 미국 남부소나무와 미송을 들 수가 있다. 이들 2종류의 목재는 다른 일부 수종의 목재와 마찬가지로 대개 페인트나 불투명 착색제에 대하여 양호한 부착성을 나타내지 못하기 때문에 추천된 도장 공정을 반드시 준수하여 도장해 주어야 한다.
미국 서부산 솔송나무(western hemlock)나 폰데로사 소나무도 내화약제로 처리하여 사용하고 있는데 미국 남부소나무나 미송보다도 페인트 등을 받아들일 수 있는 도장성이 어느 정도 더 양호한 것으로 알려져 있다.
내화도료는 공장에서만 도장할 수 있는 것으로 규정되어 있기 때문에 일반 소비자들은 직접 도장할 수 없게 되어있다.
3. 흰개미로부터의 보호조치
흰개미에 대한 보호조치를 취할 수 있는 가장 좋은 시기는 건물의 설계와 시공중이다. 가장 먼저 할 일은 그루터기 등의 모든 목재 부스러기와 시공전후에 건축현장의 토양에서 거푸집을 모두 제거하는 것이다. 계단은 가능한 한 주택 밑의 토양이 건조하게 유지하여 설치한다.
기초부위는 지하서식 흰개미가 침투하지 못하도록 시공되어야 하며, 토양 위의 건물 내의 목재의 숨겨진 균열을 통하여 기어올라오는 것을 예방하여야 한다. 철근 콘크리트가 최고의 기초이지만, 단위 시공벽이나 피어에 적어도 10cm의 철근 콘크리트로 덮어씌우는 것도 좋다. 주택의 구조부재는 토양과 접촉하여서는 안 된다.
지하서식 흰개미로부터 보호하는 최상의 방법은 기초 근처의 토양이나 전면슬래브 기초 아래의 토양에 흰개미 방제약제를 뿌리는 것이다. 벽의 연장이나 장식울타리, 대문 등 2차 적인 부속시설에 사용되는 목재는 좋은 방부제로 가압처리 하여야 한다. 건조재 서식 흰개미 출현지역에서, 피해를 예방하기 위해 다음 방법을 사용한다.
모든 목재, 특히 중고품은 사용 전에 신중히 검사하여 피해 입은 목재는 버린다. 모든 문, 창(특히 다락의 창), 환기용 개폐구는 20메시 이상의 금속망으로 막아주어야 한다.
건축용재에 대한 침입을 예방하기 위하여 방부처리재를 사용할 수 있다. 가정용 페인트로 코팅하면 옥외 목제품을 보호할 수 있다. 옥외 목재부재의 모든 할렬과 균열, 접합부는 페인트칠하기 전에 플라스틱 목재나 회반죽으로 채워야 한다. 기초등급 레드우드의 심재는, 특히 페인트를 칠하게 되면 대부분의 미국산 주요 수종보다 흰개미의 공격에 강하다.
출처 - http://cafe.naver.com/withusdesign/209
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