많은 전문가들은 숭례문 복원에 이용된 목재에서 갈라짐, 뒤틀림 등의 결함이 발생한 원인을 건조가 잘 못 되었기 때문이라고 지적하고 있다. 또 어떤 전문가는 건조시간이 부족했기 때문이라고 지적하기도 한다.
그렇다면 전문가들이 지적하는 것처럼 올바른 건조법과 적당한 건조시간만 지켜지면 문제가 발생하지 않았을까? 목재를 이용함에 있어서 적당한 건조는 가장 기본적인 일임에 틀림없다. 그러나 대형부재는 건조도 매우 어렵고, 값비싼 목재를 장기간 보관한다는 것은 현실적으로 쉽지 않은 일이다.
건조보다 더 중요시 되는 부분이 목재의 선택이다. 기둥이나 보로 적합한 목재, 결함이 적게 발생할 수 있는 목재를 선택하는 것은 매우 중요한 문제다.
그렇다면 숭례문 기둥이나 보 같은 대형목재 부재로 적합한 목재는 어떤 목재일까?
첫째, 편심이 적은 목재다
목재에 편심이 발생하는 원인은 나무의 수간이 경사지게 자라거나 바람의 영향이다. 가지가 수간을 중심으로 불균형을 이룰 때, 응력재가 형성되며 급속한 생장에 의해서 발달되는 경우도 있다. 침엽수재에는 경사지의 아랫부분에 압축응력재가, 활엽수재는 경사지의 윗부분에 인장응력재가 형성된다.
특히, 소나무와 같은 침엽수재에 형성되는 압축응력재는 많은 결점을 가지게 된다. 침엽수재 구성세포의 90%이상을 차지하고 있는 가도관의 길이가 정상재보다 30%정도 짧고, 수축율도 매우 크다. 또한 밀도는 10~20%정도 높지만(심지어 40%까지) 정상재와 비슷한 강도를 보이거나 낮다.
동일 밀도를 기준으로 압축응력재가 정상재보다 강도적 성질이 열등하다. 무게에 대한 강도의 비율, 즉 비강도가 낮음으로 압축이상재는 구조용 부재로 부적합하다. 이러한 현상은 압축응력재 가도관 형태를 전자현미경으로 관찰해보면 명확히 알 수 있다. 육안으로 관찰하면 만재율과 밀도가 높아 강도가 강할 것 같지만, 이미 가도관이 생장하면서 대부분이 갈라져 있다. 이러한 목재는 건조에 특별히 주의하지 않으면 결함을 막을 수 없다. 따라서 이러한 편심이 심한 목재는 중요 부재로 사용을 피해야 한다.
둘째, 균일한 연륜 폭을 가진 목재다
연륜은 형성층의 활동에 의해 분열된 세포가 생장초기에는 크기가 크고, 벽이 얇은 세포로 형성되지만, 생장말기에는 점차 크기가 작고, 벽이 두꺼운 세포로 형성되게 된다. 한 생장기에 형성된 환상의 층을 생장륜이라 한다. 난대 및 온대지역에서 1년이 한생장기일 때 형성된 생장륜을 연륜이라 한다.
나무는 일반적으로 성장초기 약 20여년까지는 연륜 폭이 넓고, 그 이후부터 점차 연륜 폭도 줄어들며 일정한 연륜폭을 가진다. 목재에서도 일반적으로 20년을 전후하여 미성숙재와 성숙재로 구분된다. 나무의 생장 초기는 세포의 길이가 매년 급격하게 신장하는 시기로서 목재의 물리적 성질이 불안정하다.
이 시기에 형성된 수심 가까운 부분의 목재를 미성숙재라고 한다. 이 미성숙재 부분은 침엽수재의 경우 연륜수로 보면 대개 수심에서부터 15~20년륜 이내이다. 일반적으로 미성숙재는 성숙재에 비해 나이테 폭이 훨씬 넓고, 만재율도 적을 뿐만 아니라 비중도 낮고, 가도관의 길이가 짧으며 수축성이 커 뒤틀리기 쉬운 결점을 많이 가지고 있다.
미성숙재는 나이가 어린 나무에서는 거의 대부분을 차지하지만, 수령이 증가할수록 성숙재의 비율이 높아진다. 따라서 중요 부재는 미성숙재의 비율이 낮고 연륜폭이 균일한 목재를 선택하는 것이 중요하다.
셋째, 목리(섬유방향)가 통직한 목재다
목리(나무결)는 재면상에 나타나는 축방향 구성요소 즉, 가도관, 도관, 섬유 등의 배향성을 말한다. 축방향 구성요소의 배열이 수간축 또는 제재목의 장축에 평행할 때, ‘통직목리’라 하고 그 외는 총칭하여 ‘교주목리’라 한다.
따라서 본래 통직목리의 목재라 할지라도 제재를 잘못하면 교주목리가 만들어 질 수 있다. 이런 목재는 강도가 떨어지고, 뒤틀림 등이 발생하여 물리적 성질이 떨어지기 때문에 불량재로 취급받는다.
특히, 목조문화재와 같은 대형부재에 이런 목재를 사용하면 건조과정에서 뒤틀림, 수축 등으로 인해 접합부에 이상이 발생할 수 있다. 나무의 수피를 벗기면 목리의 경사인 섬유의 방향을 쉽게 볼 수 있다. 따라서 가능한 수간 축과 목리가 평행한 목재를 선택하는 것이 중요하다.
넷째, 윤할이 없는 목재이다
윤할은 접선방향으로 생장륜을 따라 할렬이 발생하는 것을 말하며 짧은 것(cup shake)부터 수심 전체를 둘러싸고 있는 것도 발생하는 경우가 있다. 윤할은 조ㆍ만재의 차이나 연륜폭의 차이와 같은 구조의 불균일, 수간의 생장응력, 바람에 의한 흔들림 등으로 수간 내 응력으로 발생한다.
이러한 결함은 생재 상태에서는 명확히 나타나지 않고, 건조과정에서 크게 나타나는 경우를 종종 볼 수 있다. 특히, 나무가 직접적으로 큰 바람을 맞는 지역에서 자랄 때 나타나는 경우가 많다. 이러한 결함은 제재원목으로서의 가치가 떨어질 뿐만 아니라 향후 크게 갈라지는 원인이 되기도 한다.
수간에서의 응력재 형성
연륜폭이 균일한 목재와 불균일한 목재
A B C
목재의 목리경사와 윤할
