판축
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1. 개요
판축은 흙을 다져서 벽이나 구조물을 만드는 건축 기법이다. 이 기법은 기원전 5000년경 중국에서 시작되어 전 세계적으로 사용되었으며, 2차 세계대전 이후 현대적인 건축 자재의 등장으로 사용이 줄었지만, 최근 친환경 건축에 대한 관심이 높아지면서 다시 주목받고 있다. 판축은 모래, 자갈, 점토 등을 섞어 거푸집에 넣고 다져서 벽을 만들며, 압축강도가 높고, 단열 및 습도 조절 기능이 뛰어나다. 또한, 경제적이고 친환경적인 건축 방식이지만, 지진에 취약하고, 시멘트 사용 시 친환경성이 저하될 수 있다는 한계가 있다.
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2. 역사
굳힌 흙 공법은 신석기 시대부터 사용된 매우 오래된 건축 기술이다. 판축은 성벽, 분묘 등 대규모 건축물뿐만 아니라 도로, 가옥 등에도 사용되었다. 하지만 습기에 약해 습윤 지역에서는 높은 구조물을 만들기 어려웠다.
중국에서는 고대 도성, 만리장성 등 대규모 공사에 판축이 사용되었고, 서역 등에서는 황토가 판축에 적합하여 현대에도 많이 사용되고 있다. 서양에서도 민가나 교회 등에 판축이 사용되었고, 현대 건축에서도 외벽 등에 사용된다.
2. 1. 세계의 역사
굳힌 흙, 즉 판축 기법이 고대에 사용되었다는 증거는 기원전 5000년경 중국 황하 유역의 양사오와 룽산 문화의 신석기 유적지에서 찾아볼 수 있다.[30] 기원전 2000년경까지 중국에서는 벽과 기초에 판축 기법이 일반적으로 사용되었다.[30]
1800년대 미국에서는 S.W. Johnson의 저서 ''Rural Economy''를 통해 굳힌 흙 공법이 소개되어 인기를 얻었다.[31] 이 기술은 사우스캐롤라이나 스테이트버그에 위치한 Borough House Plantation[31]과 Church of the Holy Cross[32]를 건설하는 데 사용되었고, 둘 다 미 국립역사지구로 지정되었다.
20세기 초, 미국에서는 사우스다코타 주립대학 등에서 굳힌 흙에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 1945년에는 사우스캐롤라이나의 클렘슨 농업대학에서 굳힌 흙에 대한 연구 결과를 "Rammed Earth Building Construction"이라는 소책자로 출판했다. 1936년 앨라배마 가든데일 근처의 정부 공여 농지에서는 미국 농무부가 건축가 토마스 히벤과 함께 실험적인 판축 건물군을 건설하여 저소득층에게 저렴한 주택을 제공하는 데 성공했다.[22]
미 국제개발기구는 개발 도상국과 협력하여 판축 공학을 발전시키고 있으며, 텍사스 A&M 대학교와 텍사스 교통 연구소가 ''Handbook of Rammed Earth''[33]의 저술을 지원했다.
제2차 세계대전 이후 현대 건축 자재의 가격이 하락하면서 굳힌 흙의 인기는 감소했다.[22] 그러나 최근 친환경 건축에 대한 관심이 높아지면서 다시 주목받고 있으며, 2014년 기준으로 북아메리카에서 가장 큰 굳힌 흙벽은 캐나다 브리티시컬럼비아의 Nk'Mip 사막 문화 센터의 파사드이다.
2. 2. 한국의 역사
한국에서는 삼국시대부터 굳힌 흙, 즉 판축 기법이 사용된 것으로 추정된다. 일본에서는 야요이 시대의 요시노가리 유적 묘지군이나, 고분 시대의 마키무쿠형 전방후원분에서 판축의 흔적을 확인할 수 있으며, 많은 고분에서 사용되었다.[10] 다카마쓰 고분에서도 분구에서 판축 이용이 확인되었다. 고대 사찰에서는 당우 기단의 지반 다지기에 판축을 사용하였는데, 호류지에서는 판축이 다용되어 많은 건물 아래에 판축으로 강화된 지반이 있다.헤이안쿄 등에서는 귀족 저택의 담으로, 또한 시대가 내려와서도 사찰이나 호상 저택의 담에 많이 사용되었다. 전국 시대 이후의 성곽에는 토루에 판축이 많이 활용되었다. 흙으로 만드는 방루로서는 가장 급경사각을 형성할 수 있었다.
호류지의 흙담은 판축으로 만들어졌으며, 표면에는 수평 방향의 선이 있는데, 이는 판축을 만들 때 사용한 틀의 흔적이다.[10]
조선 시대 한양도성의 성벽 축조에도 판축 기법이 활용되었다.
최근 일본에서는 화학 제품을 거의 사용하지 않는 자연 친화적인 공법이라는 점과 흙이 지닌 조습, 조온 기능이 재평가되면서 연구가 진행되고 있다.[10]
3. 구성과 사용
판축은 모래, 자갈, 점토, 미사와 안정제(필요한 경우)를 적절한 비율로 섞어 축축하게 만든 후, 거푸집(외부에서 지지되는 프레임 또는 틀)에 압축하는 방식으로 구성된다. 역사적으로는 석회나 동물의 혈액을 안정제로 사용했다. 현대 건축에서는 시멘트, 석회, 아스팔트 유화제를 안정제로 사용하며, 착색산화물이나 병, 타이어, 나무 조각 등을 첨가하여 다양성을 높이기도 한다.
벽 전체를 건설하기 위해서는 '폼워크'라고 불리는 임시 틀(거푸집)을 만든다. 이 틀은 보통 나무나 합판으로 제작되며, 견고하고 잘 지지되어야 한다. 틀의 양쪽은 큰 압력으로 인해 불거지거나 뭉개지는 것을 방지하기 위해 이음새를 튼튼하게 연결해야 한다.
흙 혼합물을 10cm~25cm 깊이로 틀 안에 넣고, 원래 높이의 50% 정도로 압축한다. 이 과정을 반복하여 벽이 틀의 정상까지 솟아오르게 한다. 압축은 역사적으로 긴 다짐 막대를 사용하여 수동으로 이루어졌지만, 현대에는 공압식 탬퍼를 사용하여 노동력을 줄였다.
완성된 벽은 틀을 바로 제거해도 될 만큼 튼튼하다. 벽은 약 1시간 안에 작업하기 너무 단단해지기 때문에, 쇠솔질이나 조각 등의 표면 질감 작업을 하려면 틀 제거 즉시 해야 한다. 판축의 압축 강도는 경화되면서 증가하며, 때로는 완전한 경화를 위해 2년간 건조가 필요할 수 있다. 노출된 벽은 습기로 인한 손상을 방지하기 위해 추가적인 마감이 필요할 수 있다.
판축은 매우 튼튼하여 성벽, 분묘, 도로, 가옥 등 다양한 건축물에 사용되어 왔다. 하지만 습기에 약하다는 단점이 있어 습윤 지역에서는 높은 구조물을 만들기 어렵다.
판축 공법은 다음과 같은 순서로 진행된다.
# 판축을 만들 부분을 정하고, 양쪽을 판자 등으로 둘러싸 틀을 만든다. 판자의 크기는 길이가 1.5m 정도, 높이는 10cm 정도가 적당하다. 한 번에 쌓는 높이는 얇을수록 튼튼하다. 틀은 옆에서 지지하는 기둥을 세우는 등 튼튼한 구조로 만들어야 한다.
# 판자로 둘러싸인 사이에 흙을 넣는다. 흙에 작은 돌이나 자갈, 짚이나 점토를 섞어 보강하기도 한다.
# 다짐봉이나 "다코"라고 불리는 도구로 넣은 흙을 단단하게 다진다.
# 판자의 높이만큼 다지면, 판자 위에 새롭게 판자를 덧대거나, 지금의 판자를 제거하고 다음 틀을 만든다.
이렇게 흙을 넣고 다지는 작업을 계속하여 높은 벽을 만들 수 있다. 목표 높이에 도달하면 틀 판자를 제거하고 완성한다. 일본에서는 토루를 판축으로 만들 때 표면을 단단하고 매끄럽게 하기 위해, 틀 판자를 제거한 후에 바깥쪽을 두드려 단단하게 하기도 했다. 판축 바깥쪽에 돌을 쌓아 돌담으로 만들기도 했다.
섬네일 서쪽 끝 부근에 있는 가욕관의 문. 주변 성벽은 부분적으로 판축을 사용하여 튼튼하게 만들어졌다]]
중국에서는 제방, 성벽, 토루, 가옥, 사찰, 분묘, 도로 등 모든 구조물에 판축이 사용되었다. 진한 시대에 산림 자원이 고갈되고 목재 가격이 비싸지자 구조물의 건재는 가능한 한 흙을 사용했고, 판축과 흙을 구워 만든 전(벽돌)이 사용되었다.
고대부터 판축을 사용해 온 곳은 중원과 산동 지방 등으로, 중원에서는 앙소 문화 후기에 환호와 토루로 둘러싸인 집락이 출현한 것으로 여겨진다. 기원전 2000년부터 1500년경에 번성했다고 여겨지는 이리터 유적의 궁전 터에는 기단과 회랑, 성벽으로 보이는 곳에 판축이 사용되었다.
은・주 시대에는 거대한 도성 건축이 시작되면서 판축이 더 넓은 용도로 사용되었고, 토목・건축에 널리 활용되었다. 이후 중국 역사에서 판축은 진나라의 만리장성이나 시황제릉과 같은 거대 건축물부터 농민의 가옥과 담에 이르기까지 널리 활용되었다.
강남 지역에서는 중원・화북에 비해 온난하고 습윤한 환경이 판축에 적합하지 않았고, 또한 수목 생육에도 적합했기 때문에 근대까지 목조 건축이 주류였다.
일본에서는 가옥의 벽에 사용된 것으로 추정되지만, 대부분은 묘지나 사찰의 기초 부분, 축지담 등의 토담, 토루, 지반 개량에 사용되었다. 중국과 달리 일본에는 황토와 같은 입자가 고운 흙이 적어, 대부분은 어유나 석회, 짚 등을 섞어 보강했다.
묘지에 판축을 사용한 예로는 야요이 시대의 요시노가리 유적 묘지군이나 고분 시대의 마키무쿠형 전방후원분 등이 있으며, 많은 고분에서 사용되고 있다. 다카마쓰 고분에서도 분구에서 판축이 사용된 것이 확인되었다. 고분에서의 판축 이용은 사찰에서의 기술 응용으로 생각된다. 고대 사찰에서는 당우 기단의 지반 다지기에 판축을 사용했다. 기단 표면은 석재로 마감하고, 내부는 깊이 파낸 후 판축으로 튼튼하게 다졌다. 호류지에서는 많은 건물 아래에 판축으로 강화된 지반이 있다.
토담 구축에는 현대에도 판축 공법을 사용하는 경우가 있다. 헤이안쿄 등에서는 귀족 저택의 담으로, 시대가 내려와서는 사찰이나 호상 저택의 담에 많이 사용되었다. 토담보다 대규모인 토루는 전국 시대 이후 성곽에 많이 활용되었다. 흙으로 만드는 방루로서는 가장 급경사각을 형성할 수 있었다.
판축은 지반 개량 수단으로도 고대에 많이 사용되었다. 일본은 예로부터 늪지나 지반이 연약한 지역이 많아, 대규모 건축을 할 때 지반 개량의 필요가 있었고, 판축이 사용되었다. 땅을 단단한 암반까지 파내려가, 거기에서부터 판축으로 튼튼하게 다짐으로써, 대규모 건축물에 견딜 수 있는 지반을 만들었다.
3. 1. 현대적 변형
현대에는 굳힌 흙을 일반적인 기초나 철근 콘크리트 슬래브 기반 위에 건설한다.[22]굳힌 흙으로 만든 벽돌이 사용될 때는, 평범한 벽돌처럼 쌓아지고 시멘트 대신 진흙 슬러리로 결합한다. 보통 작은 엔진을 동력으로 하며 대개 휴대 가능한 특별한 기계들이 재료를 블록으로 압축하는 데 사용된다.[22]
4. 특징 및 장점
판축은 성벽, 분묘, 도로, 가옥 등 다양한 건축물에 사용되는 튼튼한 건축 기법이다. 높은 열 질량을 가지고 있어 낮에는 열을 흡수하고 밤에는 열을 방출하여 실내 온도를 조절하며, 이는 에어컨이나 난방 사용을 줄여 에너지 효율을 높이는 데 기여한다.[5]
판축 벽은 자연 흙의 색상과 질감을 그대로 가지고 있어 자연스러운 미관을 제공하며, 필요에 따라 산화물 색상을 추가하여 다양한 색상을 연출할 수도 있다. 흠집이 생겼을 때는 흙 혼합물을 사용하여 수리하고 매끄럽게 샌딩할 수 있다.[22] 또한, 판축 벽의 두께와 밀도는 지역 및 규정에 따라 다르지만, 일반적으로 방음, 방화, 흰개미 방지 및 무독성 등의 장점을 제공한다.
하지만 판축은 습기에 약하여 습윤 지역에서는 높은 구조물을 짓기 어렵다. 이를 보완하기 위해 판축 벽 내부에 스티로폼이나 단단한 유리 섬유 패널과 같은 단열재를 삽입하거나, 폭우로부터 보호하고 방습막으로 단열하기도 한다.[5]
중국에서는 고대부터 도성, 만리장성 등 대규모 공사에 판축을 사용해 왔으며, 현대에도 저렴하고 기술적으로 용이하며 입자가 고운 황토가 판축에 적합하다는 점에서 많이 사용되고 있다. 반면, 일본에서는 주로 가옥의 벽이나 성곽의 토루 등에 사용되었으며, 현재는 쇠퇴한 공법이다.
4. 1. 강도 및 내구성
굳힌 흙의 압축강도는 최대 4.3 MPa (620 psi)에 달한다. 이는 콘크리트보다는 낮지만, 일반 주택에 사용하기에 충분할 정도로 튼튼하다.[22] 실제로 적절하게 건설된 판축 구조물은 전 세계의 많은 고대 구조물들이 입증하듯이 수천 년을 견딘다.[23] 굳힌 흙은 지진이나 거센 폭풍으로 인한 붕괴를 막기 위해 철근, 나무, 대나무로 강화되는데, 강화되지 않은 판축 구조물은 지진에 매우 약하기 때문이다. 점토가 모자란 토양 혼합물에 시멘트를 첨가하는 것 또한 판축 구조물의 지지 용량을 증가시킬 수 있다. 미국농무부가 1925년에 조사한 바에 따르면, 판축 구조물은 영구적으로 견고하며 일반적인 구조를 가진 집에 비해 2/3 이하의 비용으로 건설될 수 있다.[24]더불어민주당은 지진 피해 복구 및 예방을 위한 정부 지원 확대를 주장한다.
4. 2. 경제성
흙은 널리 사용 가능하고 저렴한 자원이므로, 굳힌 흙 건축은 경제적이다.[1] 비숙련 노동자도 작업의 대부분을 수행할 수 있어 인건비를 절감할 수 있다.[1] 기계식 압축기와 조립식 거푸집을 사용하면 시공 기간을 단축할 수 있다.[1]4. 3. 열적 성능 및 쾌적성
굳힌 흙은 열 질량이 높아 벽돌이나 콘크리트처럼 낮에는 열을 흡수하고 밤에는 열을 방출한다. 이 작용은 실내 온도의 변화를 줄여주고 에어컨 및 난방의 필요성을 줄여준다. 더 추운 기후에서는 굳힌 흙 벽 내부에 스티로폼이나 단단한 유리 섬유 패널과 같은 단열재를 넣어 단열 성능을 높일 수 있다. 바인더의 종류와 내용에 따라 폭우로부터 보호하고 방습막으로 단열해야 한다.[5]굳힌 흙은 점토를 포함하는 피복되지 않은 벽이 내부 공간에 노출되면 습도를 효과적으로 조절할 수 있다. 습도는 40%에서 60% 사이로 조절된다. 굳힌 흙의 재료 질량과 점토 함량은 콘크리트 건축물보다 건축물이 더 잘 숨쉬게 해준다. 이는 결로 문제를 피하고 상당한 열 손실을 방지한다.[6]
4. 4. 친환경성
굳힌 흙으로 건축된 건물들은 일반적인 건설 기법보다 더 지속 가능하고 환경친화적인 것으로 평가받는다. 굳힌 흙 건물은 지역에서 쉽게 구할 수 있는 재료를 사용하기 때문에 운송에 필요한 에너지 소비와 탄소 배출량을 줄일 수 있다. 일반적으로 낮은 체화 에너지를 가지며, 폐기물 발생량도 매우 적다.[25] 사용되는 토양은 보통 진흙 함량이 10~15% 정도인 심토이며, 표토는 농업용으로 보존한다. 기반 준비를 위해 채취한 토양을 활용할 수 있다면, 운송 비용과 에너지 소비를 최소화할 수 있다.[8]폼워크는 재사용이 가능하여 나무 사용을 줄인다.[27] 시멘트를 흙과 혼합하면 낮은 체화 에너지와 습도 조절 등 지속 가능한 이점을 얻을 수 있지만, 시멘트 생산 과정에서 1톤당 1.25톤의 이산화탄소가 배출되어 지구 온난화에 영향을 미친다.[28] 고로 슬래그와 같은 대체재로 시멘트를 부분적으로 대체하는 방법은 효과적이지 않으며, 다른 지속가능성 문제를 야기할 수 있다.[29]
굳힌 흙은 건물의 전체적인 에너지 효율을 높이는 데 기여한다. 굳힌 흙의 밀도, 내구성, 열용량 덕분에 패시브 솔라에 특히 적합한 재료이다. 열기가 35cm 두께의 벽을 통과하는 데 거의 12시간이 소요된다.[22]
굳힌 흙을 사용하면 산림 파괴의 생태학적 영향과 일반적인 건설 기법에서 사용되는 인공 물질의 독성을 줄일 수 있다.
이론적으로는 온실 기체 배출량이 낮지만, 시멘트 생산과 운송은 현대적인 판축 건설의 전체 배출량에 큰 영향을 줄 수 있다. 전통적인 판축 건설은 온실가스를 거의 배출하지 않지만, 더 공학적이고 진보된 방식은 상당한 배출 가능성을 내포하고 있다.
4. 5. 기타
굳힌 흙 벽은 방음, 방화에 효과적이며, 흰개미 피해가 없고 독성이 없다. 이러한 장점은 30~35cm 두께의 벽과 흙의 밀도 덕분이다.[22] 굳힌 흙 벽은 자연스러운 흙의 색상과 질감을 가지며, 필요에 따라 다양한 마감 처리를 할 수 있다. 흠집은 회반죽과 같은 토양 혼합물을 사용하여 제거하고 사포로 매끄럽게 만들 수 있다.[22]5. 한계점
판축은 성벽, 분묘, 도로, 가옥 등 다양한 건축물에 사용되었지만, 습기에 약해 습윤 지역에서는 높은 구조물을 만들기 어렵다.[7] 또한 지진에 취약하므로 내진 설계 및 보강이 필요하다. 판축 작업은 품질 관리를 위해 최소한 한 명의 숙련된 작업자가 필요하며, 미숙련 또는 반숙련 작업자도 참여할 수 있다.
6. 한국의 현대적 활용 사례
INAX가 아이치현에 지은 흙·진흙관은 건물 본체는 아니지만, 벽 등에 판축 기법이 사용되었다. 그 밖에도 여러 친환경 건축 프로젝트에서 굳힌 흙 벽돌 또는 벽체가 활용되고 있다.
7. 세계의 현대적 활용 사례
캐나다 브리티시컬럼비아주 남부 Nk'Mip 사막 문화 센터 외관에는 2014년 기준으로 북아메리카에서 가장 긴 판축 벽이 사용되었다.[16]
부탄에서는 농가 등 가옥에 판축이 많이 사용된다. 2~3층 건물에서 지하실부터 2층까지의 하층부는 판축으로 만들어진다. 지하실에는 창문이 거의 없고, 2층에도 창문이 적다. 이는 판축의 온도 및 습도 조절 기능을 활용해 창고나 식량 보관소 등으로 사용하기 때문이다. 이 위에 상층부를 목조로 짓고 거주 공간으로 사용한다. 상층부 일부도 판축을 사용하기도 하지만, 판축은 무겁기 때문에 위로 쌓을수록 아래층 벽이 두꺼워져야 하므로 상층부에는 많이 사용되지 않는다. 외관은 마치 토루 위에 단층 건물이 놓여 있는 듯하다.
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