목재가 갖는 다양한 성질과 특징

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소나무는 제재했을 때 수지 냄새를 풍기며 미국 서부산 붉은 삼나무(western red cedar)는 향기로운 냄새를 풍긴다. 반면 퀸즈랜드(queensland)산 호두나무는 불쾌한 냄새가 난다. 특수한 향기는 균의 감염된 결과로 나타나는 것이다. 페르시아산 참나무는 맥주통으로 사용되었고 히말라야산 삼나무는 담배통으로 사용되어 담배의 향을 증가 시켰다. 휘발성 식물류는 곤충 즉 옷 좀나방을 쫓는다. 옷장으로 녹나무와 삼나무로 만든 것을 사용하는데 이들 목재는 식물유를 발산하여 흰개미를 쫓는다.
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습한 지하실의 경우에는 상대습도가 높아 수분 응축이 일어나기 쉽고, 목재 표면에 곰팡이 서식을 용이하게 하며, 생활공간에서는 난방에 의해 상대습도가 낮아지므로 목재의 평형 함수율이 낮아져 목재에 큰 수축이 일어나게 된다.

반대로 상대습도가 높은 경우에는 목재의 함수율이 증가하여 목재의 팽창을 가져온다. 이러한 목재의 수분 변동은 생활공간에서 중요한 역할을 한다. 즉 목재는 여름에 습도가 올라가면 수분을 흡수하고 건조한 겨울에는 수분을 발산하여 주택내부의 습도를 조절한다.

예를 들어 설명하면 한 채의 목조주택을 지을 경우 약 4.5톤 정도의 목재가 필요한데 1월과 7월의 함수율 차이를 10%로 가정하면 약 4백50kg의 물이 습도를 조절하게 되는 것이다. 이것이 목조주택을 선호하게 하는 이유의 하나이다.

지붕공간(다락 포함)은 상대습도 및 함수율이 지하실 보다 더 크게 변하지만 단열 및 환기장치를 하여 다른 공간에 영향을 미치지 않도록 조치하여야 한다.

목재의 함수율

목재는 함수율의 증가에 따라 팽창하기도 하고, 함수율의 감소와 함께 수축하기도 한다. 함수율의 정확한 조절은 목재의 정확한 치수가 요구될 때 매우 중요하다.

목재의 수축은 목재의 세포벽에 존재하는 결합수의 감소에 따라 세포벽 두께가 감소하므로 발생한다. 세포 내강의 자유수(Free water)가 없어지고 세포벽에는 모든 결합수가 남아 있는 상태를 섬유 포화점이라고 하는데, 건조를 하더라도 이 섬유포화점에 도달하기까지는 목재의 수축은 일어나지 않는다.

섬유 포화점은 일반적으로 함수율 30%를 기준으로 삼는다. 예를 들어 함수율이 15%라면 총 수축율의 1/2 정도가 일어나며 함수율 6%에서는 총 수축율의 24/30(4/5)가 수축하게 된다. 이는 감소된 수분의 체적과 거의 같다.(목재의 수축율: 접선방향>방사방향>섬유방향)

결합수의 양이 감소함에 따라서 목재의 강도는 증가하는데 이는 함수율의 감소가 세포벽의 경화와 목질의 양을 증가시켰기 때문이다. 목재 도장의 경우, 함수율은 크게 영향을 미치지 않지만 유성 페인트의 경우는 표면에 자유수가 없어야 한다.

도막(피복)은 목재가 수축할 때 크랙을 만든다. 함수율의 감소는 열전도성을 감소시켜 단열 효과를 증가시키고 함수율을 20% 이하로 감소시키면 부후균이나 곤충으로부터 목재를 보호할 수 있다.

목재의 밀도는 목재의 강도와 관계가 깊다. 밀도가 큰 목재가 일반적으로 강하다. 하지만 강도와 내구성 그리고 사용처의 적합성에 따라 적절히 처리된 목재를 사용하는 것이 보통이다. 그 이유는 밀도가 높다고 하는 것은 무게가 많이 나가기 때문이다.

예를 들어 배의 상갑판은 강도와 내구성이 중요하지 과도한 무게를 요구하지 않는다. 또한 모형 비행기 제작에는 가벼운 목재가 이용되고 포장재는 가볍고 강도가 높은 목재가 이용된다.

목재의 색깔

일반적으로 목재의 변재 색깔은 엷은 크림색이나 담황색이고 어떤 목재는 거의 흰색이다. 그러나 공기에 노출되면 어느 정도 어두운 색으로 바뀐다. 심재는 훨씬 짙은 색깔로 나타나며 미송의 경우는 붉은 갈색이다.

검은 색깔은 변재의 세포가 죽어 탄닌이라는 성분이 생성되어 일어난다. 목재의 표면이 빛이나 공기에 노출되면 변색이 일어나는데 이를 방지하기 위해 니스 등으로 투명도료를 칠한다.

비정상적인 색채는 초기 부후의 징조이다. 이는 검은 연필로 그린 것처럼 좁고 검은 선으로 나타난다. 소나무 변재에 있어서 푸른빛을 띠는 회색으로의 탈색은 곰팡이 배양이 원인이다.
참나무에 있어서 푸른색을 띠는 검정색 얼룩은 목재의 탄닌 성분과 철분 사이에 화학적 반응이 일어나 생기는 것이다. 활엽수의 탈색은 곰팡이 균의 감염 결과로 청변이라 불리운다. 때때로 곰팡이 균에 의해 탈색된 나무는 상감세공 등과 같은 용도로 이용되기도 한다.

전건 목재의 경우 세포 내에 많은 공기를 갖고 있으므로 전도성은 매우 작다. 하지만 생재의 경우에는 세포 내에 전도성 물질인 물이 많이 들어 있기 때문에 이와 반대이다. 열 전도성이 작은 목재는 단열재로서 우수한 기능을 발휘한다. 밀도가 작은 가벼운 목재가 단열 특성이 우수하다.

목재의 열전도성

목재의 열 전도성이 다른 물질에 비해 낮다고 하는 것은 열을 천천히 흐르게 한다는 말과 같다. 은으로 만든 찻주전자에서 주전자와 손잡이 사이에 흑단을 사용하는 것이 한 예이다. 목재는 열을 차단하는 특성이 있으므로 콘크리트 건물에 비하여 여름에는 2℃정도 낮고, 겨울에는 4℃정도가 높다는 결과 보고가 있다. 철골조가 화재시 쉽게 붕괴되는 것과는 달리 대경재를 사용한 목구조는 오랜 시간을 버틸 수 있다.

4인치 두께의 미송 목재와 같은 단열 효과를 얻기 위한 콘크리트의 벽 두께는 얼마나 될까?
우선 목재의 열저항 값을 구해보면, R=4인치/0.8로 열저항 값은 5.0이 된다. 따라서 콘크리트가 5.0의 열저항 값을 갖기 위해서는 5.0=두께/12라는 식이 성립되고, 이 식에서 콘크리트의 두께를 구할 수 있다. 두께=5×12=60인치이다. 목재의 단열 성능을 확인할 수 있는 비교 예이다.

목재의 전기적 성질

목재의 전기 저항은 수종, 구조, 밀도, 온도 및 수분에 의해 영향을 받지만 이 중 수분의 영향이 가장 크다. 전건 목재는 전기적으로 매우 좋은 전기 절연체이지만 함수율이 섬유 포화점(약 30%)으로 증가하면 전기저항은 급격히 떨어진다.

목재는 전건 상태나 낮은 함수율에서는 절연물질이다. 지금은 거의 사용되고 있지 않지만, 크레오소트로 방부처리 된 전봇대는 목재의 우수한 전기 절연성을 이용한 사례이며, 전기 누전에 의한 감전 사고를 최소화시켜 줄 수 있는 건축 재료가 되고 있다.

목재의 음향적 특성

목재는 음파에 진동하는 공명 물질로 유쾌한 음을 내는 많은 종류의 악기에 사용되지만 주택의 경우에는 소음의 조절 때문에 중요하다.
주택의 생활 공간에 있어서 소리의 반사로 인한 문제는 천장과 벽에 흡음 물질을 사용하여 줄일 수 있다. 소리 투과의 조절은 벽, 칸막이 벽, 천장을 통한 소음의 통과를 막아줌으로써 해결될 수 있다.

단열 물질은 가볍기 때문에 소음의 흡수와 소리의 통과를 차단하는 데에는 효과적이지 않다.
따라서 벽체와 천장을 구성하는 데 있어서 충분한 무게의 재료를 혼합하여 사용하여야 한다. 또한 목재를 견고하게 고정시키면 음파를 흡수하기 위해서 진동하거나 반향(echo)하지 않으므로 소음을 줄일 수 있다.

목재의 향기와 맛

소나무는 제재했을 때 수지 냄새를 풍기며 미국 서부산 붉은 삼나무(western red cedar)는 향기로운 냄새를 풍긴다. 반면 퀸즈랜드(queensland)산 호두나무는 불쾌한 냄새가 난다. 특수한 향기는 균의 감염된 결과로 나타나는 것이다. 페르시아산 참나무는 맥주통으로 사용되었고 히말라야산 삼나무는 담배통으로 사용되어 담배의 향을 증가시켰다.

휘발성 식물류는 곤충 즉 옷 좀나방을 쫓는다. 옷장으로 녹나무와 삼나무로 만든 것을 사용하는데 이들 목재는 식물유를 발산하여 흰개미를 쫓는다.

목재의 맛은 일반적으로 바람직하지 않다. 하지만 카나다산 단풍나무의 당밀(시럽)은 즐겁게 애용되고 있으며 사포딜라 프럼은 씹는 껌으로 애용되었다.

웨스턴 레드 시다는 모든 삼나무류 중에서 가장 많은 수종으로 생장이 더디고 장수한다. 수지가 전혀 없으며 미국에서 내부후성이 가장 큰 수종의 하나로 옥외나 외장용으로 선호되는 수종이다.

좁은 변재는 거의 순백색이나 심재는 진한 적갈색에서 옅은 황색까지 변이 한다. 침엽수재중 가장 가볍고 외기에 노출되더라도 별 문제가 발생하지 않는다.田

■ 글 김준기(목조주택전문가 02-915-9400)

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