습기의 특성 및 건축재료와의 상호작용
습기는 대부분의 건축문제에 관련되어 있다. 나무의 부후, 건강에 좋지 않은 곰팡이, 버섯류 성장, 부식, 결빙에 따른 피해 등등, 이런 문제를 피하기 위해 습기와 재료의 특성 그리고 그 둘이 어떻게 작용하는 지에 대해 알아볼 필요가 있다.
건축 재료는 보통 유기재료와 무기재료로 나누거나 통기성 이나 비통기성 재료로 나누어 볼 수 있다. 많은 재료들이 통기성이며 통기성 재료들은 재료 자체내에 커다란 내부 빈공간을 가지고 있는 셈이다. 많은 내부공간을 가지고 있다는 것은 그만큼의 수분을 흡수하거나 통과시킬수 있다는 이야기이다.
물은 액체, 고체, 습기와 다른 물질에 흡수된 상태로 우리의 주변에 존재한다. 물 분자 한개의 크기는 0.3나노미터 정도로 자석처럼 움직이는 특징이 있다. 이 물분자 자석은 수증기 상태이든 액체상태이든 다른 재료들에 자석처럼 달라 붙는다.
예를 들면 물방울들이 나뭇잎에 붙어 있는 것처럼 액체상태의 물은 구멍이 많은 재료들에 빨려들어간다. 관이 적을 수록 빠는 힘이 강하다. 이를 모세관현상이라고 한다. 높은 나무의 꼭대기에 물이 올라가는 이유이다. 기름과 같은 물질들은 물을 밀어내는 성질이 있기 때문에 그런 재료의 표면에선 물방울이 형성된다.
습기와 접하는 많은 재료의 표면들은 물의 들러붙는 경향 때문에 물분자를 잡고 있게 되는게 이를 흡착이라고 한다. 이런 물질을 친수성이라고 하고 물을 밀어내는 물질을 소수성이라고 한다. 많은 건축재료들은 친수성이다. 공기중의 물분자들이 친수성물질의 내부공간으로 흡수가 되면 이 물질의 습도는 올라가게 된다. 이런 물질을 흡습성물질이라고 한다. 제습제는 특별히 강한 흡습성물질의 예이다.
물질이 최대한 수분을 흡수하게 되면, 더 많은 물이 그 재료의 공간이나 빈틈 등으로 모세관현상에 의해 빨려 들어가 저장이 된다. 예를들면 나무는 98% 습도에서 25~30%의 습기를 공기로부터 받아들인다. 하지만 최대한 모세관현상에 의해 빨아들인 물의 양까지 포함하면 함수율의 2~4배까지의 습기을 함유할 수 있다. 모세관까지 물이 차게되면 더이상 흡수는 일어나지 않는다. 이 단계를 지나게 되면 이 물질은 과도하게 젖었기 때문에 한계를 넘는 물들은 넘쳐 흐르게 된다. 아래 도표를 보면 상대습도에 따른 흡착과 흡습단계(A~C단계), 모세관현상(D) 단계의 수분의 양의 관계를 알 수 있을 것이다.
재료별 상대습도와 수분함유량의 상관관계 표이다. 수분측정기로 측정했을때 어느 정도의 수준이 상대습도 100%에 가까운 지를 알 수가 있다. 나무류는 20%가 넘는 습도일때인 반면 콘크리트는 5~6%, 스터코는 10% 선을 넘으면 과도하게 습도가 높은 상태이란 것을 알 수 있다.
습기를 머금을때 팽창되었던 재료들은 건조될때는 물분자간의 팽팽한 힘을 끊어주는 힘이 필요한데 이 힘은 재료의 수축과 크랙을 가져온다. 나무와 벽돌은 반대상황이다. 벽돌은 고온으로 만들어지므로 완전 건조된상태로 세상에 나온다. 벽돌이 수분을 흡수하면서 압축력이 생기는데 이 내부의 압축력이 벽돌의 안쪽을 팽창시킨다. 수분의 흡수와 건조는 많은 재료들에 팽창과 수축을 야기한다.
상대습도가 보통 80%이상으로 높아지면 수분의 연결력이 느슨해지면서 버섯균이 자라기시작한다. 부식도 일어나기 시작한다. 하지만, 위험한 수준의 부식과 곰팡이가 생기기 위해선 더 높은 습도와 흐르는 물정도의 수분이 필요하다.
시간, 온도, 그리고 상대 습도가 재료의 내구성에 미치는 가장 중요한 환경적인 변수들이다. 곰팡이는 상대습도가 수개월이상 80%이상이 되어야 생긴다. 부식과 부후는 더 높은 수준의 습도(90%)와 온도(15도씨이상)가 수개월간 지속되어야만 위험한 수준으로 진행될 수 있다. 이것이 바로 재료의 함수율이 아니라 재료부근의 상대습도가 관리되어야하는 이유이다.
결빙에 의한 피해나 분해(석고보드)는 재료가 모세관현상이 나타난 이후에나 생긴다(100%RH). 젖은 재료를 말리기 위해선 반드시 재료가 포함된 부근의 상대습도를 낮추어야만 한다. 이미 푹젖은 상태(RH100%)에선 배수만으로는 불충분하다. 건조가 필요하다. 모세관이나 흡수된 수분은 확산에 이은 증발로만 건조될 수 있다.
