‘Wood Central’이라는 목재 전문 매거진에는 ‘Super Wood’라는 신소재 목재에 대한 기사가 꾸준히 게재되고 있다. 이 자재는 강도 면에서 알루미늄보다 우수한 성능을 보인다고 알려져 있다. 이번 칼럼과 향후 몇 차례에 걸쳐 목구조 건축물에 사용되는 다양한 자재의 특성과 성능에 대해 살펴보고자 한다.

‘나무가 쇠보다 강하다’는 표현이 종종 사용된다. 일반적으로 금속은 높은 강도를 기반으로 구조 보강을 위한 주요 자재로 널리 활용되는데, 일례로 외장재 설치 디테일에서 금속 부재가 사용되며, PVC 창호의 처짐 방지를 위해 금속 보강재가 삽입되기도 한다. 특히 알루미늄은 높은 강도와 가벼운 무게로 인해 창호뿐 아니라 자전거 등 다양한 산업 제품에 활용되고 있다.

그러나 이와 같은 표현은 ‘무게 대비 강도’(specific strength)를 기준으로 할 때 타당하다. 동일한 무게의 목재와 철을 비교할 경우, 목재가 보다 큰 하중을 견딜 수 있다는 의미이다.

목재의 평균 인장강도를 100 MPa, 밀도를 600 kg/m³로, 철의 인장강도를 600 MPa, 밀도를 7,800 kg/m³로 가정할 경우, 무게 대비 인장강도는 목재가 약 0.167 MPa/kg/m³, 철이 약 0.077 MPa/kg/m³로 계산된다. 이를 통해 목재의 무게 대비 인장강도가 철보다 약 2.2배 높다는 사실을 확인할 수 있다. 유사한 방식으로 압축강도는 약 2.3배, 휨강도는 약 2.8배 수준으로 나타난다.

이처럼 목재가 금속보다 높은 무게 대비 강도를 보이는 이유는 그 구조적 특성에 기인한다고 하겠다. 목재는 ‘가도관(tracheid)’이라 불리는 스트로우 형태의 미세한 관이 집합된 구조를 이루고 있으며, 이를 흔히 벌집(honeycomb) 구조로 설명한다. 이러한 도관은 식물의 수분과 영양분을 운반하는 통로 역할을 하며, 중등 생물학 수업에서 다룬 바 있다.

일반적으로 도관 내 수분을 증발(건조)시키면 목재의 수축이나 변형이 감소하는 것으로 알려져 있다. 목재 건조 방식에는 전통적인 자연건조 외에도, 최근에는 고온의 열을 가해 도관 내 수분을 제거하고 미생물을 소멸시켜 구조적 안정성과 내구성을 향상시키는 인공건조 공법이 보편화되고 있다.

그렇다면, 이처럼 인위적으로 함수율을 조절하고 생물학적 저항성을 극대화한 소재를 여전히 ‘목재’라고 부를 수 있을까? 이는 목재의 본질과 기술적 진화 사이의 경계에 대한 흥미로운 질문을 던지게 한다.