물리적 처리에 따른 낙엽송 방부원주목의 표면할렬 방지효과 Surface Checking Reduction Effect of Preservative-treated Korean Larch Round-woods with Various Physical Treatments원문보기
본 연구에서는 국산 낙엽송 방부원주목을 대상으로 물리적 처리(인사이징, 배할, 열기건조)에 따른 표면할렬 방지효과와 장기 사용연한 확보 가능성을 실험적으로 검토하였다. 표면할렬이 목재 내 외부의 급격한 수분경사로 인해 발생하기 때문에 본 연구에서는 국내 최저 평형함수율 조건[온도($2^{\circ}C$), 습도(44.6%)]에서 시험편이 평형함수율(8.6%)에 도달할 때까지 실험을 진행하였다. 물리적 처리에 따른 표면할렬 방지효과를 검토한 결과, 무처리 시험편(Type C)의 경우, 모든 시험편에서 약제 침투 깊이보다 깊은 할렬이 발생하여 장기 내부후성을 확보할 수 없는 것으로 나타났다. 한편, 약제침투도 개선을 위해 사용하는 인사이징 처리만으로도 시험편의 80%에서 약제침투깊이보다 깊은 표면할렬을 방지하는 효과가 있었다. 그러나 국내에서 할렬을 방지하고자 사용하는 배할 처리는 인사이징 처리에 비하여 약제 침투깊이보다 깊은 표면할렬을 야기하였다.
본 연구에서는 국산 낙엽송 방부원주목을 대상으로 물리적 처리(인사이징, 배할, 열기건조)에 따른 표면할렬 방지효과와 장기 사용연한 확보 가능성을 실험적으로 검토하였다. 표면할렬이 목재 내 외부의 급격한 수분경사로 인해 발생하기 때문에 본 연구에서는 국내 최저 평형함수율 조건[온도($2^{\circ}C$), 습도(44.6%)]에서 시험편이 평형함수율(8.6%)에 도달할 때까지 실험을 진행하였다. 물리적 처리에 따른 표면할렬 방지효과를 검토한 결과, 무처리 시험편(Type C)의 경우, 모든 시험편에서 약제 침투 깊이보다 깊은 할렬이 발생하여 장기 내부후성을 확보할 수 없는 것으로 나타났다. 한편, 약제침투도 개선을 위해 사용하는 인사이징 처리만으로도 시험편의 80%에서 약제침투깊이보다 깊은 표면할렬을 방지하는 효과가 있었다. 그러나 국내에서 할렬을 방지하고자 사용하는 배할 처리는 인사이징 처리에 비하여 약제 침투깊이보다 깊은 표면할렬을 야기하였다.
In this study, the surface check reduction effect of preservative-treated Korean larch round-wood was investigated by applying three physical treatments, such as incising, kerfing, and kiln-drying. Moreover, the possibility of long-term service life was also checked by comparing the depth of surface...
In this study, the surface check reduction effect of preservative-treated Korean larch round-wood was investigated by applying three physical treatments, such as incising, kerfing, and kiln-drying. Moreover, the possibility of long-term service life was also checked by comparing the depth of surface check and the penetration depth of preservative. A rapid gradient of wood moisture content between surface and center causes a surface check. Thus, the effect of reducing surface check was carried out at the lowest equilibrium moisture content (EMC) condition, temperature ($2^{\circ}C$), humidity (44.6%), in outdoor locations in Korea until the test specimens reach to the 8.6% EMC. As a result, the preservative-treated specimens without incising, kerfing, kiln-drying (Type C) could not ensure the long-term service life due to a large surface check. Because the surface check depth of all specimens was deeper than the penetration depth of preservative. In case of the incising treated specimens (Type I), 80% of them, the depth of surface check was not deeper than the penetration depth of preservative. However, when a kerfing was additionally treated (Type B), a possibility of happening deeper surface check than penetration depth of preservative was increased rather than Type I.
In this study, the surface check reduction effect of preservative-treated Korean larch round-wood was investigated by applying three physical treatments, such as incising, kerfing, and kiln-drying. Moreover, the possibility of long-term service life was also checked by comparing the depth of surface check and the penetration depth of preservative. A rapid gradient of wood moisture content between surface and center causes a surface check. Thus, the effect of reducing surface check was carried out at the lowest equilibrium moisture content (EMC) condition, temperature ($2^{\circ}C$), humidity (44.6%), in outdoor locations in Korea until the test specimens reach to the 8.6% EMC. As a result, the preservative-treated specimens without incising, kerfing, kiln-drying (Type C) could not ensure the long-term service life due to a large surface check. Because the surface check depth of all specimens was deeper than the penetration depth of preservative. In case of the incising treated specimens (Type I), 80% of them, the depth of surface check was not deeper than the penetration depth of preservative. However, when a kerfing was additionally treated (Type B), a possibility of happening deeper surface check than penetration depth of preservative was increased rather than Type I.
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문제 정의
본 연구에서는 국산 낙엽송 방부원주목을 대상으로 물리적 처리에 따른 표면할렬 방지효과를 검토하였다. 그 결과, 약제침투도 개선을 위해 사용하는 인사이징 처리만으로도 시험편의 80%에서 약제침투깊이보다 깊은 표면할렬을 방지하는 효과가 있었다.
본 연구에서는 국산 낙엽송 방부원주목의 깊은 표면할렬을 방지하기 위한 기초연구로서 국내에서 주로 사용하는 방법(인사이징, 배할, 열기건조)을 대상으로 표면할렬 방지효과를 구명하였다.
특정 지역환경에서의 실험은 그 지역에 한정된 결과이므로 본 연구에서는 국내 전 지역에 적용될 수 있는 실험조건에서 표면할렬을 평가하고자 하였다. 그리고 국내에서 가장 가혹한 조건이 국내 전 지역에 적용할 수 있는 조건이라 가정하였다.
가설 설정
3. Criteria for evaluating the probability oflong-term service life. (a / b <1)
특정 지역환경에서의 실험은 그 지역에 한정된 결과이므로 본 연구에서는 국내 전 지역에 적용될 수 있는 실험조건에서 표면할렬을 평가하고자 하였다. 그리고 국내에서 가장 가혹한 조건이 국내 전 지역에 적용할 수 있는 조건이라 가정하였다. 목재가 국내 최저 평형함수율(equilibrium moisture content, EMC)조건에 노출될 때 목재 내외부의 수분경사가 가장 크고, 이 조건이 국내 전 지역에 적용할 수 있는 가장 가혹한 조건이라 가정하였다.
, 2008). 따라서 본 연구에서는 표면할렬이 목재 내외부의 급격한 수분경사로 인해 발생한다고 가정하였다.
그리고 국내에서 가장 가혹한 조건이 국내 전 지역에 적용할 수 있는 조건이라 가정하였다. 목재가 국내 최저 평형함수율(equilibrium moisture content, EMC)조건에 노출될 때 목재 내외부의 수분경사가 가장 크고, 이 조건이 국내 전 지역에 적용할 수 있는 가장 가혹한 조건이라 가정하였다. 실제로는 목재 표면에 일시적인 고온, 저습 조건이 형성되어 평형함수율이 더 낮아지는 경우가 있겠지만, 이는 지속적이지 않으므로 수분경사에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 가정하였다.
목재가 국내 최저 평형함수율(equilibrium moisture content, EMC)조건에 노출될 때 목재 내외부의 수분경사가 가장 크고, 이 조건이 국내 전 지역에 적용할 수 있는 가장 가혹한 조건이라 가정하였다. 실제로는 목재 표면에 일시적인 고온, 저습 조건이 형성되어 평형함수율이 더 낮아지는 경우가 있겠지만, 이는 지속적이지 않으므로 수분경사에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 전국 일평균 최저 평형함수율을 국내 최저 평형함수율로 설정하였다.
(2)로 항온항습기의 EMC와 시험편의 MC를 각각 계산하였다. 표면할렬 측정용 시험편(Fig. 1의 A)의 평형함수율 예측을 위해 Fig. 1의 B에서 측정한 초기함수율을 표면할렬 측정용 시험편의 초기함수율과 같다고 가정하였다. 시험편이 평형함수율에 도달할 때까지 발생하는 표면할렬의 크기를 측정하였다.
국산 낙엽송 원주목(지름: 100 mm, 길이: 1,200mm)의 물리적 처리에 따른 표면할렬 방지효과를 검토하고자 물리적 처리가 다른 4종류의 시험편을 준비하였다(Table 1). Type C는 대조시험편으로 가압방부[Alkaline Copper Quaternary (ACQ)-2호, 처리조건: 전배기 50분(700 mmHg), 가압 300분(18 kg/m3),후배기 30분(600 mmHg)] 처리를 하였다. Type I는 가압방부 전에 인사이징 처리를 하였고, Type B는 가압방부 전에 인사이징과 배할 처리를 하였다.
1의 A)을 항온항습기 안에 잔적하였다. 그리고 1일(24시간) 간격으로 시험편의 무게를 측정하여 시험편의 함수율(moisture content, MC)을 산출하고 표면할렬(길이: L, 깊이: D, 폭: W)을 측정하였다. Hailwood-Horrobin 방정식 Eq.
모든 시험편은 방부 처리 후 자연양생(3주)하였고, Type DB는 type B와 동일하게 제작된 시험편을 대상으로 열기건조(FPL T5-A1, 목표함수율: 7%)를 진행하였다. 모든 시험편에서 900 mm (Fig. 1의 A)는 항온항습기 안에 잔적하여 함수율과 표면할렬을 측정하였고, 10 mm (Fig. 1의 B)는 초기함수율 측정을 위해 전건하였다.
인사이징 칼날의 깊이는 10 mm, 인사이징 밀도는 3,100/m2이었다. 배할 관련 규격(NIFoS notification No. 2006-6, 2006)에서는 배할의 깊이를 단면 반지름의 1/2까지로 규정하고 있는 바, 본 연구에서는 반지름 50 mm의 시편에 깊이 20 mm로 배할 처리를 하였다. 모든 시험편은 방부 처리 후 자연양생(3주)하였고, Type DB는 type B와 동일하게 제작된 시험편을 대상으로 열기건조(FPL T5-A1, 목표함수율: 7%)를 진행하였다.
본 연구에 사용된 시험편의 침윤도⋅흡수량 확인 및 측정부위에 따른 침윤도와 흡수량의 차이를 확인하고자 600 mm 길이의 원주목(∅100)과 규격재(38 × 89 mm)를 각각 3개씩 추가하여 방부 처리하였다(Table 2).
실제로는 목재 표면에 일시적인 고온, 저습 조건이 형성되어 평형함수율이 더 낮아지는 경우가 있겠지만, 이는 지속적이지 않으므로 수분경사에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 전국 일평균 최저 평형함수율을 국내 최저 평형함수율로 설정하였다.
시험편이 국내 기후 조건에 노출되었을 때, 물리적 처리에 따른 표면할렬 발생경향을 실험적으로 검토하고자 항온항습기의 온⋅습도를 국내 최저 평형함수율조건〔30년간(1981-2010) 전국 일평균 최저 평형함수율 8.6%〔(강릉, 12/28); 온도(2℃), 습도(44.6%)〕으로 설정하고, 시험편(Fig. 1의 A)을 항온항습기 안에 잔적하였다.
시험편이 평형함수율에 도달한 후 정색반응을 통해 약체침투깊이보다 깊은 표면할렬의 발생 여부를 확인하였다. 표면할렬의 깊이가 가장 깊은 부분에서 단면을 절단하여 정색 반응한 결과, 무처리 시험편(Type C)은 모든 시험편에서 약제침투깊이 보다 깊은 표면할렬이 발생하였다(Table 3).
1의 B에서 측정한 초기함수율을 표면할렬 측정용 시험편의 초기함수율과 같다고 가정하였다. 시험편이 평형함수율에 도달할 때까지 발생하는 표면할렬의 크기를 측정하였다. 표면할렬 측정용 시험편이 평형함수율에 도달하면, 양쪽 마구리에서 30 cm 떨어진 부위(Fig.
인사이징 처리할 때 시험편의 함수율은 30∼60%이었고, 인사이징 기기(ACT-IM-3030, Ace Chem Tech Co., Ltd)를 사용하여 인사이징 처리를 하였다.
3). 정색반응 후 표면할렬 측정용 시험편 모두를 전건하고 전건무게를 적용하여 모든 시험편의 실제 함수율을 계산하였다. 정색시약은 크롬아즈롤S 0.
정색반응 후 표면할렬 측정용 시험편 모두를 전건하고 전건무게를 적용하여 모든 시험편의 실제 함수율을 계산하였다. 정색시약은 크롬아즈롤S 0.5 g과 초산나트륨 5.0 g을 물 800 mℓ를 넣고 300 mℓ로 희석한 것을 사용하였고, 시험편의 횡단면에 정색시약을 도포한 후 농청색으로 정색(color reaction)된 부분을 침윤부위로 판단하였다(NIFoS notification No. 2016-2, 2016).
시험편이 평형함수율에 도달할 때까지 발생하는 표면할렬의 크기를 측정하였다. 표면할렬 측정용 시험편이 평형함수율에 도달하면, 양쪽 마구리에서 30 cm 떨어진 부위(Fig. 2)에서 할렬 깊이가 최대인 단면에 정색시약을 발라 약제침투깊이보다 깊은 할렬의 발생여부를 판단하였다(Fig. 3). 정색반응 후 표면할렬 측정용 시험편 모두를 전건하고 전건무게를 적용하여 모든 시험편의 실제 함수율을 계산하였다.
대상 데이터
국산 낙엽송 원주목(지름: 100 mm, 길이: 1,200mm)의 물리적 처리에 따른 표면할렬 방지효과를 검토하고자 물리적 처리가 다른 4종류의 시험편을 준비하였다(Table 1). Type C는 대조시험편으로 가압방부[Alkaline Copper Quaternary (ACQ)-2호, 처리조건: 전배기 50분(700 mmHg), 가압 300분(18 kg/m3),후배기 30분(600 mmHg)] 처리를 하였다.
2006-6, 2006)에서는 배할의 깊이를 단면 반지름의 1/2까지로 규정하고 있는 바, 본 연구에서는 반지름 50 mm의 시편에 깊이 20 mm로 배할 처리를 하였다. 모든 시험편은 방부 처리 후 자연양생(3주)하였고, Type DB는 type B와 동일하게 제작된 시험편을 대상으로 열기건조(FPL T5-A1, 목표함수율: 7%)를 진행하였다. 모든 시험편에서 900 mm (Fig.
이론/모형
본 연구에 사용된 시험편의 침윤도⋅흡수량 확인 및 측정부위에 따른 침윤도와 흡수량의 차이를 확인하고자 600 mm 길이의 원주목(∅100)과 규격재(38 × 89 mm)를 각각 3개씩 추가하여 방부 처리하였다(Table 2). 목재제품 표준시험법(Kofpi, 2012)에 준하여 시험편의 침윤도와 흡수량(Cu, DDAC)을 측정하였다.
그리고 국내에서 표면할렬을 방지하고자 사용하는 배할 처리가 오히려 약제침투깊이보다 깊은 할렬을 야기하고 있음을 보여준다. 본 연구에서는 시험편당 1개의 배할 처리(20 mm)를 하였고, 이는 토목용 방부목재 규격(NIFoS notification No. 2006-6)에 준한 것이다. Helsing와 Graham(1976)는 방부 처리된 Douglas-fir pole을 대상으로 여러 배할 조건에 따른 표면할렬 방지효과를 검토한 결과, 배할을 pole의 중심 또는 그 이상으로 깊게 할 때 표면할렬 방지효과를 기대할 수 있음을 보고한 바 있다.
성능/효과
본 연구에서는 국산 낙엽송 방부원주목을 대상으로 물리적 처리에 따른 표면할렬 방지효과를 검토하였다. 그 결과, 약제침투도 개선을 위해 사용하는 인사이징 처리만으로도 시험편의 80%에서 약제침투깊이보다 깊은 표면할렬을 방지하는 효과가 있었다. 그러나 국내에서 할렬을 방지하고자 사용하는 배할 처리는 오히려 약제침투깊이보다 깊은 표면할렬을 야기하였다.
시험편의 침윤도와 흡수량을 측정한 결과(Table 2), I-38 × 89만이 H4기준 침윤도 적합기준(80% 이상), 흡수량(5.2 kg/m3)을 만족하는 것으로 나타났다.
이는 약제 미침투 부위가 외부에 노출되고, 부후균 및 충해의 침투로 인해 장기간의 사용연한을 확보할 수 없음을 의미한다. 인사이징 처리(Type I)와 열기건조(Type DB)를 한 시험편에서 약제침투깊이보다 깊은 할렬이 발생할 가능성이 각각 20%, 배할 처리(Type B)를 할 경우는 50%였다. 이는 약제침투도 개선을 위해 사용하는 인사이징 처리만으로도 시험편의 80%에서 약제침투깊이보다 깊은 표면할렬을 방지하는 효과가 있었음을 의미한다.
5 a). 특히, 시험편의 함수율이 감소함에 따라 표면할렬 깊이는 길어졌고(Fig. 6), 시험편의 함수율과 표면할렬의 깊이는 강한 상관관계를 보였다(Fig. 7).
후속연구
Helsing와 Graham(1976)는 방부 처리된 Douglas-fir pole을 대상으로 여러 배할 조건에 따른 표면할렬 방지효과를 검토한 결과, 배할을 pole의 중심 또는 그 이상으로 깊게 할 때 표면할렬 방지효과를 기대할 수 있음을 보고한 바 있다. 따라서 국산 낙엽송 또한 배할 처리를 통해 방부원주목의 장기 내구성을 확보하기 위해서는 배할의 깊이와 배할 개수에 대한 추가적인 연구가 요구된다.
즉, 방부 처리로 인한 수분이동의 제약으로 건조결함이 발생했을 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 FPL T5-A1의 건조스케줄에 따라 건조를 하였지만, 향후 국산 낙엽송 원주목에 표면할렬을 야기하지 않는 건조스케줄이 개발된다면, 방부 처리목재의 장기 내부 후성 및 사용연한을 기대할 수 있을 것이다.
이는 방부 처리효과가 무의미해지고 장기 사용연한을 기대하기 어렵다는 것을 의미한다. 본 연구를 토대로 국산재의 사용연한을 객관적으로 확보하기 위한 다양한 연구가 진행되고 방부 처리의 실효성이 더욱 높아지길 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실제 환경에서 장기간 야외노출실험을 수행하여 통계적으로 사용연한을 예측하는 방법의 단점은 무엇인가?
, 2005)하는 것이 보편적인 방법이다. 그러나 이러한 연구결과는 해당 실험 환경에 한정된다는 한계와 더불어 시간의 제약이 크다는 단점이 있다. 이에 Pang et al.
해외에서 방부 처리 목재의 사용연한을 구분해서 제공하는 이유는 무엇인가?
해외에서는 사용자의 편의 및 목재 성능의 직관적인 이해를 도모하기 위해 방부 처리 목재의 사용연한(desired service life)을 15년, 30년, 60년으로 구분하여 제공하고 있다(BS 8417, 2011). 국내에도 방부처리 규정이 있지만 방부 처리 목재의 사용연한에 대한 연구는 아직 미비하다.
구조용 재료의 사용연한이 중요한 요소인 이유는 무엇인가?
구조용 재료의 사용연한은 재료를 선정함에 있어서 그 재료의 구조적 성능과 함께 중요하게 고려된다. 왜냐하면, 재료의 사용연한은 구조시스템의 유지보수 및 경제성과 직접적인 연관이 있기 때문이다. 대개 토목에서 적용하는 재료의 사용연한은 30년 이상이다.
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