- 가격과 성능면에서 구조용 직교집성판(CLT)을 능가하는 엔지니어링우드 -

기후 변화는 온실 가스 배출의 주요 기여자인 건축 환경 및 건축 부문에 대하여 해결사로써의 중심적인 역할을 하도록 압력을 가하고 있다. 그리하여 건축분야에서는 목재를 대량으로 사용하는 새로운 목질 재료 ‘매스팀버, Mass Timber’ 제조 기술의 개발과 이들 구조용 목질재료를 대규모로 사용하여 중층 및 고층 건물을 건설하여 탄소 배출량을 줄이고자 노력하고 있다.

목재를 대량으로 사용하는 매스팀버 목조 건물은 사람에게 심신안정 등 건강상 장점을 증대시킬 뿐 아니라 빠르게 증가하는 세계 도시 인구 요구를 충족시키면서 보다 지속 가능한 미래로 가는 통로가 될 수 있다.

매스팀버 건축은 벽, 바닥, 지붕 건축을 위해 주로 공장에서 프리패브로 제작한 대형 목구조 패널을 사용한다. 매스팀버는 이미 검증된 수행 능력과 안정성을 가진 목재제품을 사용해 사용자들에게 폭 넓고 다양한 기회를 제공하고 있다. 매스팀버는 제조 방식에 따라 그 종류가 나뉜다.

대표적인 매스팀버는 못접합 구조용 집성판(Nail Laminated Timber, NLT), 목다보접합 구조용 집성판(Dowel Laminated Timber, DLT), 글루램 구조용 집성판(Glue Laminated Timber, GLT) 및 구조용 직교 집성판(Cross Laminated Timber, CLT)이 있다. 이에 더하여 소위 “구조용 초후물합판(超厚物合板, Mass Plywood Panels, 매스합판패널, MPP)”이 2018년 미국에서 새롭게 출시되어 주목받고 있다(그림 1). 이번 호에서는 Mass Timber의 대표 주자인 구조용 직교적층판(CLT)의 대체품으로 북미에서 새롭게 등장한 대단면·대면적의 새로운 목질재료인 구조용 초후물합판(超厚物合板, MPP)에 대해 소개하고자 한다. 일본에서도 일본농림규격(JAS) 제정을 위한 연구가 2019년부터 진행 중이다. 새로운 목질계 건축자재인 MPP가 사양길에 접어든 국내 합판 산업의 위기를 극복하고 다시 부활할 수 있는 새로운 도전과 희망이 될 수 있기를 기대한다.

구조용 초후물합판(Mass Ply wood Panels, MPP)

MPP는 미국 오레곤 주립대학교 임업대학 첨단목제품연구소(Advanced Wood Products Laboratory, AWP)에서 새롭게 개발한 구조용 목질재료이다. 동 대학 Arijit Sinha 교수는 Freres Lumber사가 MPP를 시장에 출시할 수 있도록 기초 실험을 이끌었다. MPP에 대한 광범위한 테스트는 AWP연구소 내에서 계속되고 있다.

Freres Lumber사는 미국 오리건주 리옹에 있는 100년 기업이다. 1922년 규격 제재목 생산을 시작한 후 회사는 약 60년 전에 목재 단판으로 사업을 전환했으며 1998년에는 합판 공장을 인수했다. 2019년 세계 최초의 베니어 기반 MPP에 대한 미국 및 캐나다 특허를 획득하였고, 이 패널을 사용하여 최대 18층 높이까지 건축할 수 있는 화재 승인을 받았다. 미국과 캐나다의 특허가 호주와 뉴질랜드에서 이미 부여된 특허에 추가되어 MPP를 전 세계적으로 사용할 수 있는 또 다른 단계로 확산되게 할 것이다.

구조용 매스합판럼버(Mass Plywood Lumbers, MPL)

MPP는 넓은 패널 형상으로 벽이나 바닥용으로 사용되는 데 반해 기둥 및 보로 사용하기 위해서 매스합판럼버(Mass Ply Lumber, MPL)가 개발되었다. MPL은 ANSI(미국국가표준협회)/APA(미국합판 및 공학목재협회) PRG 320 인증 제품으로 목재 기반 글루램(glulam) 제품 또는 이러한 응용 분야에서 전통적으로 사용되는 대경목을 대체할 수 있는 일종의 목재 빔(wood beam)이다. 북미에서는 MPP와 MPL의 두 제품을 합쳐 일반적으로 매스 플라이(Mass Ply)라고 부른다. 매스플라이가 대체 건축자재로 점점 더 많이 승인되고 있는 이유는 매스플라이가 기존 건축자재보다 더 강하고 신뢰할 수 있으며 비용이 적게 드는 제품이라는 증거를 기반으로 한다. 매스플라이는 건축가에게 오늘날 시장에 나와 있는 다른 어떤 매스팀버 제품보다 적은 목재를 사용하면서 설계에 있어 많은 새로운 옵션을 제공한다.

Mass Ply용 목재 원료

MPP는 더글러스 퍼(Pseudot suga menziesii, Douglas-fir, Oregon pine, 더글러스 전나무, 美松) 베니어판으로 구성되어 직교 접착되고 압착하여 만들어진 합판을 더욱 두껍고 넓고 길게 만든 제품이다. 우리나라에서 더글라스 퍼를 미송 또는 오레곤 파인이라 부르는 이유는 미국서부 오레곤주에 많이 자라고 있기 때문에 붙여진 별명이다. 더글라스 퍼는 소나무과에는 속하지만 소나무속은 아니고 개솔송(Pseudotsuga)속이다. 이 나무는 대단히 크게 자라는 나무로서 수고 50m, 흉고지름 200㎝에 이르는 것이 많으며 수간은 매우 통직하고 원주형이며 상록침엽수 교목이다. 변재는 폭이 좁고 거의 백색에 가깝다.

심재는 주황색이 도는 적색이며 심재와 변재의 구분이 확실히 된다. 목리는 통직하고 나무결은 약간 거칠다. 소나무의 송진 냄새와는 다른 특이한 향이 난다. 기건비중은 0.48~0.55 정도로 가공성이 좋고 내구성도 있다. 그러나 접착성, 도장성은 약간 불량한 편이다. MPP의 겉모양은 합판과 비슷하고 생산 방식은 구조용 직교적층판(CLT)과 유사한 대형 초후물합판(超厚物合板) 패널이다. 공학적으로 생산된 단판(veneer)을 합판 생산 방식이 아닌 구조재 생산 방식으로 만들며 CLT처럼 벽, 바닥, 지붕, 조형물과 같은 모든 대량 목재 응용 분야에 대한 요구 사항을 충족할 수 있는 유연성을 갖추고 있다.

Mass Ply용 접착제

MPP는 ANSI/APA PRG 320(성능 등급 CLT 표준)의 기준을 충족하여 CLT 패널로 인증되었다. 국제빌딩코드(IBC)에서도 인정하고 있고 18층 목조 빌딩에 대한 허가를 득한 상태이다. PRG-320 표준은 Glulam 생산, 검사, 테스트 및 인증에 대한 국가공인표준인 ANSI 405에 따라 CLT에 여러 유형의 접착제를 사용할 수 있도록 허용한다. 여기에는 폴리우레탄(PUR), 멜라민-포름알데히드(MF), 레조르시놀-포름알데히드(RF), 페놀-레조르시놀-포름알데히드(PRF) 및 멜라민-우레아-포름알데히드(MUF)가 포함된다. PUR 접착제는 북미에서 CLT 생산에 가장 일반적으로 사용되는 접착제이다. 전 세계에서 제조되는 CLT의 약 80%는 PUR을 사용하여 접착된다.

마찬가지로 MPP는 합판 시트(층재)를 함께 접착하고 압착하여 제조된다. 합판 제조에는 일반적으로 열경화성 페놀-포름알데히드(PF) 또는 멜라민-우레아-포름알데히드(MUF) 접착제를 사용하여 베니어 층의 결합을 가속화한다. CLT에서와 같이 합판 시트(층재, 2.54cm)의 두께로 인해 여러 층의 합판을 표면끼리 그리로 마구리면끼리 함께 접착하기 위해 상온 경화형 PUR 접착제가 사용된다.