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수피(樹皮): 수액이 많은 표피부분
수심(髓心): 원목의 중심부로 무른 부분
연륜(年輪)(나이테): 수심을 중심으로한 동심원 모양의 층
심재(心材): 수심 주위의 단단한 조직 부위
변재(邊材): 수피 근처의 무른 조직 부위
수선(髓線): 연륜에 수직한 반경방향의 선
목구면(木口面, 橫斷面; cross section): 수간((樹幹)의 축에 수직한 단면
정목면(柾目面, 徑斷面; radial section): 수간의 축에 평행한 단면으로서 수심을 통하지 않는 단면
판목면(板目面, 切線斷面; tangental section): 수간의 축에 평행한 단면
판목재 및 정목재의 제재방법의 예를 보여 준다
[2] 목재의 변형과 건조
목재의 수축은 수종(樹鍾), 수령(樹齡) 및 벌채시기 등에 따라 다르고 목재의 방향에 따라서도 다르다. 수축률은 일반적으로 섬유방향, 반지름방향, 연륜방향의 순으로 증가하며, 아래 그림은 방향에 따른 상대적인 수축 정도를 변형으로 보여 준다.
목재의 균열은 아래 그림과 같이 A: 심할(心割; heart shake), B 및 D: 성할(星割; star shake), C: 윤할(輪割; ring shake), E: 전상할(電狀割; upset shake), F: 측할(側割; side shake)의 형태가 있으며, A, B, C, F는 보통 기후에서, D는 엄동에서, E는 운반중 충격에 의하여 생긴다.
목재를 건조시키는 목적은
수분을 증발시킨 목재의 무게에 대한 목재에 함유된 수분의 중량비를 함수율(含水率)이라 하며, 다음과 같이 표시한다.
목재의 건조에는 자연건조법과 인공건조법이 있고, 자연건조법에는 통풍이 잘되는 곳에 적치(積置)하는 야적법(野積法)과 통풍을 원할하게 하면서 목재의 변형을 억제하기 위하여 아래그림과 같은 가옥적법(家屋積法)이 있다. 자연건조법을 채택하면 건조비용이 저렴하고 목재의 질은 좋으나 건조에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
인공건조법은 건조 시간은 단축되나 목재의 질이 다소 떨어지는 단점이 있다. 자연건조법에서 목재를 적치하는 가옥적법 중 평적법(平積法)은 인공건조법에서도 이용될 수 있다. 건조를 위한 전과정 중에서 한 과정이라도 인공적인 과정이 있으면 인공건조법이라 칭하기로 하여 다음과 같이 분류한다.
(1) 열기건조법(熱氣乾燥法; hot air seasoning):
건조실 내의 공기를 70 °C 정도로 가열하여 송풍기로 열풍을 목재 사이에 보내어 건조하는 방법이며, 열원은 일반적으로 boiler의 폐기를 이용한다. 건조속도가 너무 크면 목재가 파열 되거나 변형하므로 초기에는 서서히 건조하는 것이 좋으며, 특히 경질 재료의 건조에는 더욱 주의를 요한다.
(2) 침재건조법(浸材乾燥法; water seasoning):
원목을 2주간 정도 수침(水浸)시켜 수액(樹液)과 수분을 치환시킨 후 환기가 잘되는 곳에서 건조하는 방법으로서, 자연건조법에 비하여 건조가 빠르고 목재의 균열을 방지할 수 있으나 강도와 탄성이 감소하고, 해수(海水)에 침지할 경우에는 건조 후 흡습성이 큰 것이 결점이다.
(3) 자재건조법(煮材乾燥法; boiling water seasoning):
목재를 용기에 넣고 수증기로 내부의 수액(樹液)을 빼내고 건조하는 방법이며, 증기압은 1.5 ~ 3.0 kg/cm2 정도이고, 두께 2.5 cm에 약 1시간의 비율로 증기를 주입한다. 이 방법은 조작과 설비가 간단하고 살균 및 살충 효과가 있으며, 수축 및 변형이 적고 건조가 빠르나 강도가 다소 떨어지고 변색이 되는 결점이 있다.
(4) 진공건조법(眞空乾燥法; vacuum seasoning):
진공 상태에서 gas 및 전기의 열원에 의한 가열로 건조하는 방법으로서, 건조는 빠르나 비용이 많이 든다.
(5) 훈재건조법(燻材乾燥法; smoking seasoning):
배기 gas 및 연소 gas를 목재 적치실에 보내어 건조하는 방법이다.
(6) 전기건조법(電氣乾燥法; electric heat seasoning):
공기 중에서 전기저항열 또는 고주파열에 의한 건조법으로서, 온도 조절이 용이하나 건조비가 많이 든다.
(7) 약제건조법(藥劑乾燥法; chemical seasoning):
KC , 산성백토, H2SO4 등과 같이 흡습성이 큰 건조제를 목재와 함께 건조실에 넣고 건조하는 방법으로서 소량의 건조에 이용된다.
[3] 목재의 방부
목재가 부패하는 것은 주로 균에 의한 것으로서, 분비되는 효소에 의하여 섬유질이 용해되어 목질(木質)이 저하한다.
부패를 방지하기 위해서 온도, 수분, 산소를 부패균의 활동 조건 이하로 유지하여야 한다.
균의 활동 조건은 다음과 같다.
적극적인 방부법으로는 다음 방법을 채택할 수 있다.
(1) 도포법(塗布法):
목재의 표면에 paint나 creosote oil을 도포 또는 주입하는 방법이다.
(2) 침투법(浸透法):
염화아연, 승홍, 황산동 등의 수용액, 혹은 creosote에 목재를 수시간 내지 수일간 침지하는 방법으로서
가열하면 더욱 깊게 침투된다.
(3) 자비법(煮沸法):
방부제를 끓여서 부분적으로 침입시키는 방법이다.
(4) 충전법(充塡法):
목재에 구멍을 뚫고 방부제를 넣는 방법이다.
[4] 목재의 접합
목재의 방부법
1. 개요
① 목재의 부패원인은 적당한 온도(20~40℃)․습도(90% 이상)․공기 및 양분이 적절한 상태에서 부패균에 의해 lignin과
cellulose가 용해되는 것이다.
② 방부처리는 이러한 부패균에 대하여 양분을 부적당하게 처리하는 방법으로서, 방부제를 목재 표면에 도포하는 방법과
목재중에 주입하는 방법이 있다.
2. 방부제의 요구 성능
① 목재에 침투가 잘 되어야 한다.
② 목재에 접촉되는 금속이나 인체에 피해가 없어야 한다.
③ 화학적 작용에 의해 목재을 변색시키지 않아야 한다.
④ 방부제 시공 후 목재에 유해한 냄새가 나지 않아야 한다.
3. 방부제의 종류
1) 유성(油性):creosote, coaltar, asphalt, 유성 paint
2) 수용성(水溶性):황산염용액(1%), 염화아연용액(4%), 염화제2수은용액(1%), 불화소다용액(2%)
4. 목재 방부법
1) 도포법(塗布法)
목재를 충분히 건조시킨 다음 균열이나 이음부 등에 솔 등으로 방부제를 도포하는 방법으로 가장 일반적인 방법이다.
2) 주입법(注入法)
방부제 용액 중에 목재를 침지하는 상압주입법(常壓注入法)과 압력용기 속에 목재를 넣어 7~12기압의 고압하에서
방부제를 주입하는 가압주입법(加壓注入法)이 있다.
3) 침지법(浸漬法)
방부제 용액 중에 목재를 몇 시간 또는 며칠 동안 침지하는 것으로써, 용액을 가열하면 15mm 정도까지 침투한다.
4) 표면탄화법
① 목재의 표면을 두께 3~10mm 정도 태워서 탄화시키는 방법이다.
② 가격이 싸고 간편하지만 효과의 지속성이 부족하다.
5) 생리주입법
① 벌목 전 나무뿌리에 약액을 주입하여 수간(樹幹)에 이행시키는 방법이다.
② 별로 효과가 없다.
목재의 내화공법
1. 개요
① 목재는 다른 건축재료에 비해 경량으로 강도가 크고, 열전도율이 낮을 뿐 아니라 가공이 쉬운 장점을 가지고 있으나,
연소하기 쉬운 큰 결점을 가지고 있다.
② 화재시에는 가연성 가스가 발생하고 일시에 불꽃이 확대되기 때문에, 이것을 막아 온도상승을 억제하는 내화공법이
필요하다.
2. 목재의 연소
① 목재를 가열하게 되면 수분이 증발하고, 열분해하여 CO H ․ 2 등의 가연가스가 발생한다.
② 약 240°C에서 가연가스에 불꽃을 근접하게 되면 가연가스에 인화된다(인화점).
③ 약 260°C에서 목재자체에 착화한다(착화점).
④ 약 450°C에서는 불꽃이 없어도 연소가 가능하다(발화점).
⑤ 260°C에서도 장시간 가열하면 자연 발화되는데 이 온도를 화재위험온도라 한다.
⑥ 수종에 따라 차이가 있으며, 밀도가 큰 수종일수록 착화하기 어렵다.
3. 내화공법
1) 난연처리
① 인산암모늄 10%액 또는 인산암모늄과 붕산 5%의 혼합액을 주입한다.
② 화재시 방화약제가 열분해되어 불연성 가스를 발생하므로 방화효과를 가진다.
③ 가연성 가스 발생을 억제하고 인화를 어렵게 하는 효과가 있다.
2) 표면처리
① 목재 표면에 모르타르․금속판․플라스틱으로 피복한다.
② 방화 페인트를 도포한다.(연소시 산소를 차단하여 방화를 어렵게 한다.)
3) 대단면화
① 목재의 대단면은 화재시 온도상승하기 어렵다.
② 착화시 표면으로부터 1~2cm의 정도 탄산층이 형성되어 차열효과를 낸다.
③ 단면손실에 의한 강도저하 비율이 작아 안전하다.
④ 난연처리한 대단면 집성재(15×30cm 이상)로 대규모 구조물 시공이 가능하다.