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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 약 300년 정도 사용된 후 교체된 봉정사 대웅전의 장여 및 마루판재에대하여 해부학적, 물리적, 기계적, 화학적인 변화를 조사하였다. 오래된 목재의 물성 변화를지속적으로 관찰 또는 분석하기는 어렵지만, 300년이라는 시간의 경과에 대한 소나무 재의 물성 변화를 관찰하여 고목 재의 물성 변화를 개략적으로 조사할 수 있었다.
가설 설정
- 3.고 목재와 건전재의 화학 조성분 차이는 냉 .온수 추출물 및 1% NaOH 추출물, 리그닌의 경우 고목재에서 많은 양이 추출되었다.
제안 방법
- 고 목재 및 건전재의 세포벽 열화, 세포 내강의 침적 물질 유무 등을 조사하기 위하여, 0.5x0.5x 0.5cm 블록 시편을 제조하여 활주식 마이크로톰으로 두께 20-30㎛로 절편을 제작하여 영구프레파라트를 제작하였다. 제조된 시편을 광학현미경과 SEM(Scanning Electronic Microscope) 으로 3단면을 관찰하였다.
- 고 목재에서 부후의 영향을 평가하기 위하여 초음파 전달속도를 측정하는 장비(PUNDIT)을이용하여 초음파 비파괴 시험을 수행하였다. 초음파의 속도는 길이 방향과 방사 방향, 접선 방향에서 측정하였으며, 그 결과는 Table 3에 나타냈다.
- 고목 재와 건전재의 시험편으로부터 3x3x 48cm 무결점 시편을 제작하여 표준임업실시요령에 의거하여 휨강도, 압축강도, 전단강도 시험을 수행하였다. 그 결과는 Table 2와 같았다.
- 고목 재와 건전재의 횡단면을 광학현미경을 이용하여 200배의 배율로 관찰하였다. 고목재의 경우에는 방사단면 및 횡단면에서 만재부위의 가도관 내강에 수 지성 물질이 응고되어 침적되어 있는 현상을 관찰할 수 있었으나, 건전재의 경우에는 응고되어 있는 수 지성 물질을 발견할 수 없었다.
- 공시재료로부터 표준임업시험실시요령에 의거하여휨강도 압축강도 전단 강도 시험을 수행하였다. 또한 부후 정도에 의한 비파괴 탄성계수의 변이를 조사하기 위하여 초음파 전달속도를 측정하는 비파괴 시험기(PUNDIT)로 시험을 실시하였다.
- 공시재료로부터 표준임업시험실시요령에 의거하여휨강도 압축강도 전단 강도 시험을 수행하였다. 또한 부후 정도에 의한 비파괴 탄성계수의 변이를 조사하기 위하여 초음파 전달속도를 측정하는 비파괴 시험기(PUNDIT)로 시험을 실시하였다.
- 약 300년 정도 경과한 소나무 고목 재를 다양한 분석을 통해 부후의 진행 정도와 이에 의한 물리적 기계적 화학적 특성을 분석하였다. 이로부터 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
- 냉 . 온수 추출물, 알콜벤젠 추출물, 1% NaOH 추출물 등 추출물질의 양과 리그닌 및 전 섬유소의 양을 측정하여 비교하였다.
- 5cm 블록 시편을 제조하여 활주식 마이크로톰으로 두께 20-30㎛로 절편을 제작하여 영구프레파라트를 제작하였다. 제조된 시편을 광학현미경과 SEM(Scanning Electronic Microscope) 으로 3단면을 관찰하였다. 평균연륜폭과 만재율은 루페로 측정하였다.
대상 데이터
- 고 목재 및 건전재의 기계적 특성을 조사하기 위하여, 3×3x48cm의 정 목제 재를 채취하였다. 공시재료로부터 표준임업시험실시요령에 의거하여휨강도 압축강도 전단 강도 시험을 수행하였다.
- 하였다. 또고목 재와의와의 물성 비교를 위한 대조 목재로 이용한 건전재는 강원도 삼척 국유림관리소에서 분양받은 소나무 원목 (흉고지름 30cm) 을 공시재료로 하였다.
- 봉정사 대웅전의 수리를 위하여 해체된 소나무(R>i"s densiflord) 장여 및마루판 재의의 부재를 공시재료로 하였다. 또고목 재와의와의 물성 비교를 위한 대조 목재로 이용한 건전재는 강원도 삼척 국유림관리소에서 분양받은 소나무 원목 (흉고지름 30cm) 을 공시재료로 하였다.
이론/모형
- 제조된 시편을 광학현미경과 SEM(Scanning Electronic Microscope) 으로 3단면을 관찰하였다. 평균연륜폭과 만재율은 루페로 측정하였다.
성능/효과
- 1. 소나무 재는 오랜 기간 사용하므로 인해 만재 부위에 수지의 응고 현상을 관찰할 수 있었다. 또한 열화에 의한 비중의 감소, 가도관의 미세할렬이 발생하였으며, 가도관 미세할렬은 S2충마이크로휘브릴 경사각과 동일한 각도를 갖는 것으로 판단되었다.
- 2.휨 강도, 압축 강도 및 전단 강도는 모두 35-27 %가량 감소하였으며, 초음파 비파괴시험에 의한 동적 탄성계수는 목재의 사용 기간이 길어짐에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 목재의 열화는 비중과 동적탄성계수의 측정으로 확인할 수 있었다.
- 그 결과는 Table 2와 같았다. 각 강도는 고목 재가 건전재에 비하여 상당히 작은 값을 나타냈으며, 건전재에 비하여 35%-27% 가량의 강도감소가 있었다. 특히 휨강도와 압축강도의 감소율이 전단 강도보다 크게 나타났다.
- 초음파의 속도는 길이 방향과 방사 방향, 접선 방향에서 측정하였으며, 그 결과는 Table 3에 나타냈다. 고목재는 건전재에 비하여 길이방향의 경우 초음파 전달속도가 늦었으며, 방사방향과 접선 방향에서는 빠르게 나타났다. 그러나 시험편의 비중을 반영하여 계산한 동적탄성계수의 경우, 길이방향과 접선 방향에서는 고목재가 작은 값을 나타내었으며, 방사 방향에서는 큰 값을 나타내었다.
- 광학현미경에 의해 가도관 벽을 관찰한 결과 고목 재의 경우 가도관 벽에 미세한 할렬이 무수히 존재함을 알 수 있었다. 이 미세한 할렬은 일정한 방향으로 진행하고 있으며, S2층 마이크로휘브릴 경사각과 같은 각도로 측정되었다.
- 길이방향의 경우에는 측정거리가 약 48cm여서 초음파 전달속도 측정의 오차를 어느 정도 줄일 수 있었으나, 방사방향과 접선 방향의 경우에는 측정거리가 3cm에 불과하여 정확성이 떨어질 수 있었다. 길이 방향 시험에서 동적 탄성계수는 고목재가 건전재에 비하여 38.8% 적게 나타났다. 이는 고목 재의 부후를 동적 탄성계수로 분석할 수 있음을 나타낸다.
- 이러한 결과로부터 목재가 부후하면서 밀도의 감소가 발생하는 동시에 탄성계수가 적어지는 결과로 분석되었다. 따라서 동적 탄성계수의 측정 즉 비파괴 시험에 의하여 목재의 부후 정도를 판단하는 것이 가능할 것이라는 결론을 내릴 수 있었다.
- 마이크로휘브릴 경사각의 측정 방법은 벽공구 경사각에 의한 측정법, 급속 건조법, 동결 및 급속 건조법, 압축에 의한 방법과 요오드 결정 침착법 등이 있으나 측정이 어려워 많이 활용되지 않는다. 따라서 본 실험에서와 같은 소나무 재의 경우 목재의 열화에 의한 미세할렬의 각도 측정으로부터 S2층 마이크로휘브릴 경사각의 측정이 가능할 것으로 판단되었다.
- 목재의 열화는 비중과 동적탄성계수의 측정으로 확인할 수 있었다. 또한 길이 방향 동적 탄성계수의 측정으로부터 기계적 성능의 예측이 가능하였다.
- 소나무 재는 오랜 기간 사용하므로 인해 만재 부위에 수지의 응고 현상을 관찰할 수 있었다. 또한 열화에 의한 비중의 감소, 가도관의 미세할렬이 발생하였으며, 가도관 미세할렬은 S2충마이크로휘브릴 경사각과 동일한 각도를 갖는 것으로 판단되었다.
- 벤젠 추출물의 경우에는 건전재가 높았으며, 이는 재중에 함유되어 있는 테르펜류가 장시간동안 유지하여오면서 휘산되어 건전재보다 적은 것으로 판단되었다. 또한 전 섬유소와 리그닌의 함량변화는 목재의 열화에 기인한 것으로 사료되나 큰 변화는 없는 것으로 판단되었으며, 목재부후를 판정할 수 있는 1% NaOH 추출에 있어서도 고목 재가 많이 추출되어 부후가 진행되고 있음을 알 수 있었다.
- 고목 재의 경우 회분, 냉. 및온수 추출물 및 1% NaOH 추출물의 양이 많았으며, 이 는 목재가 열화되어 이들 추출물의 함량이 증가된 것으로 판단되었다. 알콜 .
- 알콜 . 벤젠 추출물의 경우에는 건전재가 높았으며, 이는 재중에 함유되어 있는 테르펜류가 장시간동안 유지하여오면서 휘산되어 건전재보다 적은 것으로 판단되었다. 또한 전 섬유소와 리그닌의 함량변화는 목재의 열화에 기인한 것으로 사료되나 큰 변화는 없는 것으로 판단되었으며, 목재부후를 판정할 수 있는 1% NaOH 추출에 있어서도 고목 재가 많이 추출되어 부후가 진행되고 있음을 알 수 있었다.
- 이는 고목 재의 부후를 동적 탄성계수로 분석할 수 있음을 나타낸다. 즉 비파괴시험의 결과 목재의 사용 기간이 길어질수록 동적 탄성계수는 감소하는 경향을 보여주었다.
- Table 1과 같았다. 지붕 구조용으로 사용된 서까래 및 보의 경우에는 지붕에 의해 외부의 수분에 직접 노출되지 않고 있으며, 적절한 통풍에 의해 평 형 함수율에 이르고 있는 조건이었으며, 건전재의 경우에는 인공건조에 의해 조절된 함수율이었다.
후속연구
- 고목재의 경우에는 방사단면 및 횡단면에서 만재부위의 가도관 내강에 수 지성 물질이 응고되어 침적되어 있는 현상을 관찰할 수 있었으나, 건전재의 경우에는 응고되어 있는 수 지성 물질을 발견할 수 없었다. 소나무재의 사용 기간이 길어짐에 따라 세포 내강에 응고되어 있는 수 지성 물질의 결정화 및 침적 현상에 의한 물성 변화가 예상되며 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
- 오래된 목재의 물성 변화를지속적으로 관찰 또는 분석하기는 어렵지만, 300년이라는 시간의 경과에 대한 소나무 재의 물성 변화를 관찰하여 고목 재의 물성 변화를 개략적으로 조사할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 고건축은 물론 목조건축물의 내구성 증진 또는 물성의 변화에 따른 건축물 수명 예측의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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