Đặt vấn đề Nghiên cứu, xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là một nhiệm vụ quan trọng trong khoa học gỗ nói riêng và trong nghiên cứu đánh giá giá trị tài nguyên cây gỗ nói chung. Kết quả xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là cơ sở khoa học rất cơ bản và quan trọng để tìm hiểu về bản chất của gỗ, là căn cứ để sử dụng, chế biến, bảo quản gỗ hợp lý và hiệu quả tài nguyên gỗ, là những tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, đánh giá tuyển chọn giống, nghiên cứu những ảnh hưởng của các nhân tố môi trường, biện pháp kinh doanh. Như vậy, nghiên cứu xác định sự biến đổi định tính chất vật lý, cơ học của gỗ và tre ở nước ta có một ý nghĩa to lớn, nhưng kết quả nghiên cứu từ trước cho đến nay còn rất hạn chế cả về số lượng và chất lượng, còn quá ít so với tài nguyên rừng ở nước ta, đã không đáp ứng được những nhu cầu, đòi hỏi của phát triển kinh tế xã hội ở nước ta, đặc biệt trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Tính chất vật lý của gỗ là những tính chất có thể xác định được trong điều kiện thiết lập tương tự điều kiện sử dụng có thể xảy ra trong thực tế.
Tính chất vật lý bao gồm các vấn đề: nước trong gỗ, sự co rút, sự giãn nở, khối lượng riêng, độ hút ẩm, độ hút nước. Khi sử dụng gỗ là vật liệu kỹ thuật cần phải xác định khả năng gỗ chống lại tác động ngoại lực, đó chính là tính chất cơ học. Khi gỗ chịu tác động của ngoại lực, những tính chất cơ học của gỗ sẽ xuất hiện: độ bền cơ học khả năng của gỗ chống lại sự phá hủy; biến dạng của gỗ khả năng gỗ chống lại sự biến đổi kích thước và hình dạng; tính chất công nghệ và sử dụng. Hiểu biết tính chất cơ học của gỗ có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc tính toán độ bền kết cấu gỗ từ tâm ra ngoài vỏ.
Xác định lựa chọn chế độ gia công, chế biến và h 2 sử dụng gỗ hợp lý và là cơ sở cho việc định phẩm chất lượng, giá trị của gỗ. Khi xác định các thông số công nghệ của quá trình gia công cơ học hoặc xử lý thủy nhiệt, tính toán kết cấu gỗ và các trường hợp khác cần thiết phải xác định khả năng chịu lực và biến dạng của gỗ. Mỗi loại gỗ có những đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lý, cơ học khác nhau và luôn có sự biến đổi từ tâm ra ngoài vỏ từ gốc lên ngọn, do đó khi hiểu rõ sự biến đổi các tính chất có thể tùy theo yêu cầu cụ thể mà có những biện pháp xử lý thích hợp giúp cho việc sử dụng gỗ hiệu quả, lâu bền. Chính vì lý do nêu trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sự biến đổi khối lượng tích và một số tính chất cơ học từ tâm ra vỏ của gỗ sa mộc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) trồng ở huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai”.
Nghiên cứu này nhằm chỉ ra tính chất cơ học vật lý và sự biến đổi của các tính chất đó trong gỗ cây Sa mộc cũng như tương quan giữa các tính chất đó, biết được sự biến đổi cơ học từ tâm ra vỏ sẽ lựa chọn được các thông số gia công phù hợp làm cơ sở cho chế biến, bảo quản và sử dụng. Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu được sự biến đổi các tính chất vật lý và cơ học gỗ bên trong thân cây Sa mộc. + Mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu được sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ. - Nghiên cứu được sự biến Độ bền uốn tĩnh (MOR), Môđun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) theo hướng từ tâm ra vỏ.
- Xác định được mối tương quan giữa khối lượng thể tích và MOR và MOE của gỗ. Ý nghĩa của việc nghiên cứu 1. Ý nghĩa học tập - Áp dụng được lý thuyết đã học vào thực tiễn và học hỏi thêm được những kiến thức bổ ích từ bên ngoài trường. - Củng cố được kiến thức cơ sở cũng như chuyên ngành cho bản thân phục vụ cho công việc sau này.
Tích lũy những kinh nghiệm cho công việc khi đi làm. - Rèn luyện về kỹ năng nghiên cứu khoa học: kỹ năng tổng hợp và phân tích số liệu và viết báo cáo khoa học. Ý nghĩa khoa học - Góp phần hoàn chỉnh dữ liệu khoa học cho nghiên cứu chuyên sâu về loài cây Sa mộc. - Là cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp khai thác, chế biến và bảo quản gỗ Sa mộc phù hợp.
Ý nghĩa thực tiễn - Trên cơ sở nghiên cứu sự biến đổi một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Sa mộc đề xuất một số giải pháp kiến nghị về phương pháp, cách thức chế biến và bảo quản gỗ Sa mộc. - Kết quả xác định sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học của gỗ là căn cứ để sử dụng, chế biến, bảo quản gỗ hợp lý và hiệu quả tài nguyên gỗ, là những tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, đánh giá tuyển chọn giống, nghiên cứu những ảnh hưởng của các nhân tố môi trường, biện pháp kinh doanh. - Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng được vào thực tiễn sản xuất tại các công ty chế biến, bảo quản gỗ h 4 PHẦN 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu 2.
Khối lượng thể tích 2. Khái niệm Để đánh giá lượng thực chất gỗ có trong một đơn vị thể tích người ta dùng khái niệm khối lượng thể tích. Khối lượng thể tích của gỗ là tỉ số giữa khối lượng gỗ trên một đơn vị thể tích gỗ (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. 𝑚 𝛾= 𝑣 Trong đó: m là khối lượng tính bằng g hoặc kg; v là thể tích tính bằng cm3 hoặc m3 Căn cứ vào khối lượng thể tích có thể đánh giá được một phần cường độ và giá trị công nghệ của gỗ.
Nghiên cứu khối lượng thể tích của gỗ là một vấn đề quan trọng và cần thiết. Phương pháp xác định khối lượng thể tích Có 4 phương pháp đo khối lượng thể tích như: Phương pháp đo, cân; phương pháp nhúng nước; phương pháp dùng thể tích kế thủy ngân; phương pháp thủ công. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng chỉ sử dụng phương pháp đo, cân. Phương pháp cân đo: Đây là phương pháp thường dùng và chính xác nhất.
Mẫu thí nghiệm được cắt theo một kích thước nhất định. Sau đó dùng thước kẹp hoặc panme đo kích thước ba chiều, chính xác đến 0,01 mm. Cân khối lượng mẫu gỗ chính xác đến 0,01 g (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Các nhân tố ảnh hưởng tới khối lượng thể tích Loài cây Loài cây khác nhau thì khối lượng thể tích khác nhau.
Nói cách khác: Loài gỗ khác nhau nghĩa là cấu tạo khác nhau thì khối lượng thể tích khác nhau. Yếu tố cấu tạo ở đây được biểu thị bằng cấu tạo tế bào trong cây. Đó là tỷ lệ tế bào vách dày và tế bào vách mỏng. Chính nó tạo ra sự chênh lệch về độ rỗng nhiều, ít khác nhau trong cây.
Khối lượng thể tích nhỏ tương ứng với độ rỗng lớn và ngược lại (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Tỉ lệ gỗ sớm – gỗ muộn Đối với các loại gỗ có gỗ sớm – gỗ muộn phân biệt thì tỉ lệ gỗ muộn nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích của gỗ. Thông thường, khối lượng thể tích của gỗ muộn cao gấp 2 – 3 lần khối lượng thể tích của gỗ sớm. Do đó tỉ lệ gỗ muộn càng nhiều thì khối lượng thể tích càng lớn.
Ngược lại tỉ lệ gỗ muộn ít thì khối lượng thể tích gỗ nhỏ (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Độ ẩm Lượng nước chứa trong gỗ là nhân tố ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích của gỗ. Gỗ chứa nhiều nước khối lượng thể tích lớn, chứa ít nước khối lượng thể tích nhỏ. Vị trí khác nhau trong thân cây Ở các vị trí khác nhau trong cây khối lượng thể tích cũng khác nhau.
Nói chung gỗ ở phần gốc có khối lượng thể tích cao nhất, giữa thân là trung bình và gần ngọn là thấp nhất. Chênh lệch khối lượng thể tích trung bình giữa gốc và ngọn từ 10 – 25 % (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Khối lượng thể tích ở gần tủy và vỏ là nhỏ nhất. Khối lượng thể tích ở gỗ lõi lớn hơn ở gỗ giác.
h 6 Ở tuổi thành thục sinh học, gỗ có khối lượng thể tích cao hơn so với tuổi già và tuổi non. Trong điều kiện đất, độ ẩm, khí hậu thích hợp cho cây sinh trưởng, gỗ có khối lượng thể tích cao. Trái lại rừng quá dày, cây thiếu ánh sáng, lớn chậm, nên khối lượng thể tích gỗ thấp. Sau khi tỉa thưa, cải thiện điều kiện ánh sáng, đất làm cho cây sinh trưởng tốt nên khối lượng thể tích gỗ lại tăng lên (Lê Xuân Tình, 1998) [11].
Vòng tăng trưởng hàng năm Đối với gỗ lá rộng mặt xếp vòng, vòng tăng trưởng hàng năm càng lớn thì tỷ lệ muộn càng nhiều, nên khối lượng thể tích càng cao. Như vậy đối với mạch vòng, vòng năm rộng vừa rút ngắn chu kỳ kinh doanh vừa nâng cao chất lượng (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Đối với gỗ lá rộng mạch phân tán – vòng năm rộng thì tỷ lệ gỗ muộn và gỗ sớm là một hàng số nên chất lượng không thay đổi. Ở loài gỗ này nếu cây sinh trưởng nhanh thì rút ngắn được chu kỳ kinh doanh.
Đối với gỗ lá kim: Người ta nhận thấy: Khi độ rộng vòng năm tăng lên thì gỗ sớm sinh ra nhiều hơn thì tỷ lệ gỗ sớm và gỗ muộn giảm xuống do đó làm cho chất lượng gôc giảm xuống, mặt dù chu kỳ kinh doanh có ngắn hơn (Lê Xuân Tình, 1998) [11]. Vì vậy đối với gỗ lá kim ứng với một trị số về tính chất cơ lý người ta phải ghi kèm theo số vòng năm trong 1 cm chiều dài theo hướng tia gỗ trên mặt phẳng cắt ngang. Tính chất cơ học của gỗ Nghiên cứu cường độ của gỗ dựa vào những nguyên lý tính toán sức bền vật liệu làm cơ sở. Những mặt khác gỗ lại là vật liệu không đồng nhất.
cho nên trong các phương pháp tính toán cụ thể lại có những chỗ không hoàn toàn h 7 giống nhau.