수축률 | 나무는 결마다 다르게 줄어듭니다

나무는 마르면서 줄고, 물을 먹으면 다시 늡니다. 그런데 어느 방향으로 재느냐에 따라 줄어드는 양이 꽤 다릅니다. 같은 나무라도 널결로 켠 판은 곧은결로 켠 판보다 폭이 두 배 가까이 더 줄어드는데, 창호에서 판이 휘고 울거미가 틀어지는 일도 대개 여기서 시작됩니다.

그래서 국산재와 수입재의 수축률을 결 방향별로 모아 보았습니다. 표를 읽는 데 필요한 말을 먼저 풀어 두고, 표 다음에는 현장에서 실제로 쓰는 계산을 붙였습니다.

표에 나오는 말

기건비중과 전건비중 나무가 공기 중에서 자연스럽게 마른 상태(기건, 함수율 약 12~15%)일 때 같은 부피의 물과 견준 무게가 기건비중입니다. 물을 1로 놓으니, 소나무 0.47이면 1㎥에 약 470kg인 셈입니다. 공방에서 다루는 나무와 가까운 상태라 문짝 무게를 어림할 때 이 값을 씁니다(부피 × 비중). 완전히 말려서(함수율 0%) 잰 값은 전건비중이라 하는데, 숫자가 조금 작게 나옵니다. 국산재 표에는 둘 다 실었습니다. 대체로 비중이 클수록 단단하고 강하지만 깎기는 힘들고, 수축도 커지는 편입니다.

방사방향 수축률 (곧은결) 고갱이에서 껍질 쪽으로, 나이테를 가로지르는 방향으로 줄어드는 비율입니다. 곧은결 판은 폭이 이 방향이라, 판 폭이 얼마나 줄지는 이 숫자를 보면 됩니다. 나이테를 가로로 묶어 주는 방사조직이 버티고 있어서 접선방향보다는 덜 줄어듭니다.

접선방향 수축률 (널결) 나이테를 따라 둘레 방향으로 줄어드는 비율입니다. 널결 판은 폭이 이 방향이라 곧은결 판보다 많이 줄고, 세 방향 가운데 가장 큽니다.

섬유방향 수축률 (길이) 나무 길이 방향입니다. 세 방향의 비는 대략 접선 100 : 방사 60 : 섬유 4쯤 됩니다. 국산 소나무로 보면 9.11 : 4.88 : 0.31이니 100 : 54 : 3.4로, 대체로 이 비례에 들어옵니다. 길이 방향은 아래에 따로 한 절을 두었습니다.

전수축률 표의 수축률은 모두 전수축률입니다. 갓 벤 나무(생재)가 완전히 마를 때(함수율 0%)까지 줄어드는 양을 생재 치수에 대한 %로 적은 값이지요. 실제 창호재는 0%까지 마르지 않으니 이만큼 다 줄지는 않고, 실제로 얼마나 움직이는지는 아래 「현장 계산」처럼 함수율이 바뀐 만큼 나눠서 봅니다. 함수율 15%쯤까지만 말린 상태를 기준으로 한 기건수축률을 쓰는 자료도 있습니다.

부피 수축률 (수입재 표) 세 방향을 합쳐 부피가 줄어드는 비율입니다. 나무 전체가 얼마나 움직이는 재질인지 한눈에 볼 때 씁니다.

접선/방사 (국산재 표에 덧붙인 값) 널결 수축률을 곧은결 수축률로 나눈 값으로, 원자료에는 없고 제가 계산해 넣었습니다. 이 값이 클수록 마를 때 판이 고르게 줄지 않아서 비틀리거나 겉(木表) 쪽으로 휘기 쉽습니다. 저는 2가 넘으면 결 방향을 특히 가려 써야 하는 나무로 봅니다.

팽윤(팽창) 수축의 반대로, 마른 나무가 물을 먹어 늘어나는 것입니다. 마른 치수를 기준으로 재서 숫자가 조금 다르긴 한데 크기는 거의 같아서, 수축률 표로 팽창도 어림할 수 있습니다.

국산재

임업연구원 연구자료 제95호(1994). 경기도 산림환경연구소 「목재의 성질과 용도」 표 1-1-1, 산림조합중앙회 『산림경영지도원 임용전형 학습모듈 — 임산가공』(2022) 18쪽에서 재인용. 전건비중과 섬유방향은 학습모듈에 실린 8개 수종만 있습니다. 접선/방사는 필자 계산.

수입재

USDA Forest Products Laboratory, Wood Handbook(2021) 4장 표 4-3·4-4.

곧은결 판과 널결 판은 이렇게 다르다

같은 나무라도 어떻게 켜느냐에 따라 판의 성질이 달라집니다. 국내 교재는 이렇게 정리해 두었습니다.

산림조합중앙회, 학습모듈 「임산가공」(2022) 15쪽.

눈여겨볼 건 두께 쪽입니다. 곧은결 판은 폭은 덜 줄지만 두께가 더 줍니다. 판의 두께 방향이 곧 접선방향이 되기 때문인데, 일본 홋카이도 임산시험장이 물참나무 마루판 원판을 켜서 잰 결과도 똑같았습니다. 폭은 널결 판이 7.0~8.2%, 곧은결 판이 2.4~3.8% 줄었고, 두께는 거꾸로 널결 판이 2.9~5.1%, 곧은결 판이 5.9~7.3% 줄었다고 합니다. 폭 방향으로 휘는 것(幅反り)은 널결 판이 곧은결 판의 두 배가 넘었다고 하고요.

창호로 옮겨 보면, 궁창널이나 판문처럼 폭이 넓은 판은 곧은결로 켜야 덜 벌어지고 덜 휩니다. 대신 곧은결 판을 홈에 끼울 때는 두께가 조금 더 빠질 걸 생각해 두는 편이 좋겠습니다.

섬유방향 수축률

길이 방향 수축은 국내 자료와 미국 자료의 숫자가 꽤 다릅니다.

국산재는 위 표에서 보듯 수종마다 값이 있습니다. 침엽수는 삼나무 0.14%에서 잣나무 0.38%까지, 활엽수는 상수리나무 0.49%에서 신갈나무 1.04%까지입니다. 반면 미국 Wood Handbook은 "대부분의 수종이 0.1~0.2%"라고 하고 수종별 값은 따로 싣지 않습니다. 국산 소나무와 잣나무는 미국 자료의 두 배쯤 되는 셈입니다. 시험편을 어디서 떼어 냈는지, 고갱이 가까운 재가 얼마나 섞였는지 같은 시험 조건이 달라서 생긴 차이일 수 있는데, 원자료를 보지 못해서 그 까닭까지는 확인하지 못했습니다. 우리 나무로 일한다면 국산재 값을 기준으로 잡는 편이 안전해 보입니다.

어느 쪽이든 길이 방향이 크게 움직이는 경우는 따로 있습니다.

Wood Handbook(2021) 4장; 한국목재신문(2012).

1. 고갱이 가까이에서 켠 재: 나무 중심의 어린나무 부분은 길이로도 많이 줄어듭니다. 국내 교재도 고갱이 부근은 옹이와 미숙재가 많아 강도가 약하니 단면이 큰 제품이나 낮은 등급 제품으로 돌리라고 적고 있습니다.
2. 이상재: 기울거나 휘어 자란 나무는 한쪽에 이상재가 생깁니다. 침엽수(소나무·잣나무·삼나무 등)는 기운 쪽의 아래, 비탈에서 자랐다면 비탈 아래쪽 면에 압축이상재가 생기지요. 1904년 일본 목수 교본 『日本家屋構造』가 나무의 "등 쪽에 あて가 많다"고 적었는데, 그 あて가 바로 압축이상재입니다. 이 책은 비탈 아래쪽 면을 등이라 부르니, 목수의 경험칙과 목재과학이 같은 자리를 가리키고 있는 셈입니다.
3. 엇결재: 결이 길이 방향과 어긋나게 켠 재는 길이 방향으로도 더 움직입니다.

현장 계산

함수율이 1% 바뀔 때 줄어드는 양은 대략 전수축률을 28로 나눈 값으로 어림합니다. 섬유포화점을 28~30%로 잡은 계산이라 딱 맞는 값은 아니지만, 감을 잡기에는 충분합니다.

판 폭 — 소나무 판 폭 300mm가 함수율 15%에서 8%로(7%p) 마를 때

1. 널결: 9.11 ÷ 28 × 7 = 약 2.3% → 약 6.8mm 줄어듭니다.
2. 곧은결: 4.88 ÷ 28 × 7 = 약 1.2% → 약 3.7mm 줄어듭니다.

곧은결로 켜면 움직임이 절반 남짓으로 줄어듭니다. 접선/방사 값이 큰 삼나무(3.1), 오동(3.2), 잣나무(2.6)는 결 방향에 따른 차이가 더 벌어져서, 마르면서 판이 겉 쪽으로 휘기도 쉽습니다.

부재 길이 — 선대 길이 1,800mm, 같은 조건일 때

1. 소나무 0.31%: 0.31 ÷ 28 × 7 = 약 0.08% → 약 1.4mm
2. 잣나무 0.38%: 0.38 ÷ 28 × 7 = 약 0.10% → 약 1.7mm
3. 이상재 2%: 2 ÷ 28 × 7 = 0.5% → 약 9mm

정상재라면 2mm가 채 안 되지만, 이상재가 섞이면 선대 하나가 9mm 가까이 줄 수 있습니다. 울거미 한쪽 선대만 그러면 문짝이 비틀리지요. 휜 나무나 고갱이 가까운 재를 선대나 막이처럼 긴 부재에 쓰지 말라는 현장의 말이 이 숫자로 설명이 됩니다.

켤 때 얼마나 더 두고 켜나 — 마르고 대패질하면서 줄어들 몫은 처음부터 더해서 켭니다. 국내 교재에 실린 사례는 이렇습니다.

산림조합중앙회, 학습모듈 「임산가공」(2022) 17쪽에서 일부 발췌.

얇은 재는 10% 안팎, 두꺼운 재는 8%쯤 더 두고 켜는 셈입니다. 창호재를 제재소에 주문할 때 기준으로 삼을 만합니다.