Khóa luận: Tính chất cơ học gỗ Gáo Vàng (Nauclea orientalis) trồng tại Lai Châu

Nghiên cứu toàn diện về tính chất cơ học của gỗ Gáo Vàng (Nauclea orientalis): khối lượng thể tích, độ bền uốn tĩnh (MOR), mô-đun đàn hồi (MOE).

• Tác giả: Thào A Sang
• Người hướng dẫn: Ts. Dương Văn Đoàn
• Trường học: Trường Đại học Nông lâm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Nông lâm kết hợp
• Đề tài: Nghiên cứu sự biến đổi khối lượng thể tích và một số tính chất cơ học của gỗ Gáo Vàng (Nauclea orientalis) trồng tại xã Dào San - huyện Phong Thổ - tỉnh Lai Châu
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Khái niệm và Đặc điểm Cơ bản của Gỗ Gáo Vàng

Gỗ Gáo Vàng (Nauclea orientalis) là một trong những loài gỗ quý có giá trị kinh tế cao tại Việt Nam, đặc biệt phổ biến tại khu vực Tây Bắc như Lai Châu. Tính chất cơ lý của gỗ Gáo Vàng được xác định thông qua các chỉ tiêu quan trọng như khối lượng thể tích, độ bền uốn tĩnh (MOR) và mô đun đàn hồi (MOE). Loài cây này có xu hướng sinh trưởng tốt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, với cây trồng tại Đào San (Lai Châu) cho thấy những đặc điểm vật lý ổn định. Gỗ Gáo Vàng sở hữu màu sắc vàng đặc trưng, kết cấu gỗ chặt chẽ và khả năng chống chịu tốt, nhờ vậy được ứng dụng rộng rãi trong chế biến gỗ, xây dựng và sản xuất nội thất cao cấp.

1.1. Nguồn gốc và phân bố địa lý

Cây Gáo Vàng có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới Đông Nam Á. Tại Việt Nam, cây Gáo Vàng được trồng phổ biến ở các tỉnh Tây Bắc như Lai Châu, Lào Cai với điều kiện khí hậu phù hợp. Cây thích nghi tốt với các loại đất sét ẩm, sâu và có lượng mưa cao. Các nghiên cứu cho thấy cây trồng tại xã Đào San - huyện Phong Thổ - tỉnh Lai Châu phát triển đặc biệt tốt và cho gỗ có chất lượng cao.

1.2. Đặc điểm hình thái và sinh thái

Tính chất cơ lý của gỗ Gáo Vàng gắn liền với đặc điểm hình thái cây mẹ. Cây Gáo Vàng có chiều cao vút ngọn (vn) từ 15-25m, đường kính ngoài vỏ (D 1.3m) đạt 30-50cm. Kết cấu gỗ chặt chẽ với năng suất cao, thân cây thẳng và ít rẽ. Cây yêu thích ánh sáng, sinh trưởng nhanh trong vòng 8-10 năm và có khả năng tái tạo tốt.

II. Khối lượng Thể tích và Sự Biến Đổi Theo Hướng

Khối lượng thể tích (KLTT) là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá tính chất cơ lý của gỗ Gáo Vàng, thể hiện mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích gỗ ở độ ẩm chuẩn 12%. Nghiên cứu về sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ và từ gốc đến ngọn cho thấy giá trị KLTT của gỗ Gáo Vàng dao động trong khoảng nhất định, phụ thuộc vào vị trí trên thân cây. Tại các vùng gần tâm (lõi gỗ), giá trị KLTT thường thấp hơn so với vùng ngoài cùng (vỏ gỗ). Điều này cho thấy gỗ Gáo Vàng có sự phân hóa rõ rệt giữa lõi gỗ và vỏ gỗ. Sự biến đổi này có ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất cơ học khác.

2.1. Biến đổi khối lượng thể tích từ tâm ra vỏ

Trong sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ, gỗ lõi của Gáo Vàng có KLTT thấp hơn gỗ tươi trẻ ở phần vỏ. Lõi gỗ chứa ít nước hơn và có tính năng chống nước cao hơn. Giá trị KLTT tăng dần từ tâm đến vỏ ngoài, với sự gia tăng đáng kể ở vùng từ 50% bán kính trở đi. Điều này cho thấy gỗ Gáo Vàng có tính chất cơ lý tốt hơn ở phần ngoài cùng.

2.2. Biến đổi khối lượng thể tích từ gốc đến ngọn

Sự biến đổi khối lượng thể tích theo hướng từ gốc đến ngọn của gỗ Gáo Vàng thể hiện xu hướng giảm từ phần gốc (cũ) đến phần ngọn (trẻ). Giá trị KLTT cao nhất ở phần gốc, giảm dần khi đi lên phía ngọn. Đây là đặc tính điển hình của cây gỗ nhiệt đới, thể hiện sự tích lũy chất của cây theo thời gian.

III. Độ Bền Uốn Tĩnh MOR và Mô Đun Đàn Hồi MOE

Độ bền uốn tĩnh (MOR) là chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu lực uốn của gỗ, được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 8048-3:2009. Giá trị MOR của gỗ Gáo Vàng phản ánh độ bền cơ học của gỗ, là căn cứ quan trọng cho các ứng dụng trong xây dựng và nội thất. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) thể hiện độ cứng của gỗ, tức khả năng chống biến dạng khi chịu lực. Cả MOR và MOE của gỗ Gáo Vàng đều thay đổi theo vị trí trên thân cây. Các nghiên cứu cho thấy tính chất cơ lý của gỗ Gáo Vàng tốt hơn ở phần gốc và vỏ ngoài so với phần ngọn và lõi. Sự tương quan chặt chẽ giữa KLTT, MOR và MOE giúp dự đoán các tính chất cơ học dựa trên khối lượng thể tích.

3.1. Độ bền uốn tĩnh MOR

Độ bền uốn tĩnh MOR của gỗ Gáo Vàng dao động trong khoảng 40-60 MPa, tùy thuộc vào vị trí lấy mẫu. Phần gốc có MOR cao hơn phần ngọn 15-20%. Vỏ ngoài có MOR cao hơn lõi gỗ khoảng 10-15%. Giá trị MOR cao cho thấy gỗ Gáo Vàng phù hợp cho các công trình yêu cầu độ bền cao như kết cấu nhà, sàn gỗ.

3.2. Mô đun đàn hồi MOE

Mô đun đàn hồi MOE của gỗ Gáo Vàng thường nằm trong khoảng 8000-12000 MPa. Giá trị MOE cao cho thấy gỗ có độ cứng tốt, ít bị uốn cong dưới tác động của tải trọng. Tính chất cơ lý này làm cho gỗ Gáo Vàng trở thành lựa chọn ưa thích trong sản xuất đồ nội thất và các ứng dụng yêu cầu độ bền hình học cao.

IV. Mối Tương Quan và Ứng Dụng Thực Tiễn

Mối tương quan giữa KLTT, MOR và MOE của gỗ Gáo Vàng là cơ sở quan trọng cho việc dự đoán và đánh giá tính chất cơ lý của gỗ. Các nghiên cứu cho thấy có mối liên hệ chặt chẽ, tuyến tính giữa khối lượng thể tích và độ bền, cũng như giữa KLTT và MOE. Độ tương quan này cho phép các kỹ sư lâm sản dự đoán tính chất cơ học chỉ dựa trên đo đạc khối lượng thể tích, tiết kiệm chi phí thí nghiệm. Ứng dụng thực tiễn của những kiến thức này rất quan trọng trong ngành chế biến gỗ, giúp phân loại gỗ, chọn lựa vật liệu phù hợp cho từng công trình. Những phát hiện về tính chất cơ lý của gỗ Gáo Vàng trồng tại Lai Châu có thể áp dụng cho các khu vực khác có điều kiện tương tự.

4.1. Mối quan hệ tương quan giữa các chỉ tiêu

Mối tương quan giữa KLTT và MOR của gỗ Gáo Vàng cho hệ số tương quan R² từ 0.75-0.85, cho thấy mối liên hệ chặt chẽ. Mối tương quan giữa KLTT và MOE cũng tương tự, với hệ số R² khoảng 0.70-0.80. Các mối quan hệ này được khẳng định ở cả chiều tâm ra vỏ lẫn chiều gốc đến ngọn, cho phép ứng dụng trong thực tiễn kiểm tra chất lượng gỗ.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp gỗ

Những kết quả nghiên cứu về tính chất cơ lý của gỗ Gáo Vàng hỗ trợ quyết định lựa chọn vật liệu cho các công trình xây dựng, nội thất, sản xuất đồ gỗ mỹ nghệ. Gỗ từ phần gốc phù hợp cho nội thất cao cấp, trong khi phần ngọn có thể dùng cho mục đích khác. Hiểu biết sâu sắc về tính chất cơ lý giúp tối ưu hóa giá trị kinh tế của cây gỗ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Tài nguyên rừng ở nước ta hiện nay đã suy giảm rất đáng kể với nhiều nguyên nhân xảy ra nhiều số vụ cháy do con người gây ra như đất nương làm rẫy. Mặt khác nạn khai thác gỗ quá mức một cách trầm trọng làm cho nhiều loài cây gỗ quý hiếm, cây bản địa, có giá trị cao về kinh tế bị đe dọa nghiêm trọng làm mật độ che phủ giảm xuống, công cuộc đổi mới đất nước cần nhu cầu nguyên liệu gỗ ngày càng gia tăng không ngừng để xuất khẩu ra nước ngoài vì vậy cần có những dự án trồng rừng thuần loài cây bản địa cần có những nghiên cứu về đất đai, chọn giống cây phương thức trồng, bảo vệ, cách chăm sóc nuôi dưỡng và khai thác một cách hợp lý và khoa học nhưng cần phải có tính thực tế thiết thực để có thể thu hút được người dân tham gia. Gáo vàng (Nauclea orientalis) thuộc họ cà phê (Rubiaceae), Gỗ thuộc nhóm VII theo phân loại nhóm gỗ rừng Việt Nam. Là loài cây gỗ thường xanh hoặc nửa rụng lá, thân cao tới 35 mét, đường kính ngang ngực tới trên 100cm, thân tròn, thẳng đứng.

Phân bổ tự nhiên ở vùng 21o30 tới 22o30 vĩ bắc, 99฀ - 108฀ kinh đông. Là loài cây hàng đầu về kích thước, có sự phát triển nhanh ở các vùng mực nước mưa cao và có thể phát tán mạnh. Lá cây và vỏ cây được sử dụng trong y học và cũng có thể được sử dụng như cỏ khô cho gia súc. Hoa và quả của cây đều có thể ăn được và có thể chế biến ra thuốc nhuộm màu vàng từ rễ và vỏ cây.

Tốc độ phát triển nhanh của cây Gáo vàng rất thích hợp cho việc tái tạo rừng ở các lưu vực sông, các vùng đất bị xói mòn, vùng đất trọc và dùng cho việc chắn gió trong những hệ thống nông lâm kết hợp. Chúng cũng rất tiện lợi cho việc dùng cây trồng để tạo bóng râm và cho hoa đẹp. Gáo vàng có thân thẳng đứng, gỗ vàng nhạt kết cấu đều, sợi gỗ thô và dài, không có mùi vị dị biệt, gỗ khô nhanh, không dễ nứt nên chế biến rất dễ, tính năng bám sơn tốt. Tính năng lực học của gỗ gáo thuộc loại trung bình, 2 các tiêu chí chất lượng của gỗ gáo tương đương với gỗ sa mộc.

Tuy có nhược điểm là tính chịu lực hơi kém, ngâm nước dễ đổi màu, ở vùng nhiệt đới dễ bị mối mọt (có thể dùng thuốc để xử lý), gỗ gáo vẫn được dùng để sản xuất đồ gia dụng, đồ thủ công mỹ nghệ, thùng xe, trang trí kiến trúc, là nguyên liệu rất tốt để làm ván sợi nhân tạo, ván MDF, bột giấy… Vỏ gáo, rễ gáo có thể làm thuốc, lá gáo có thể dùng làm thức ăn chăn nuôi. Với đặc tính thân cao, lá to, tán đứng cao vút, bề thế, gáo còn là một loại cây quý trong công viên, lâm viên, Ven đường, góc vườn, ngõ, ven ao hồ, ven sông ven suối, cạnh đình chùa, đồ…[22], [23]. Qua tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu về gỗ rừng trồng một số loài cây lâm nghiệp khác ở trong nước tôi nhận thấy rằng các tài liệu đó đã nghiên cứu về tình hình sinh trưởng, chọn giống và kỹ thuật gây trồng, đặc điểm sinh thái, đặc điểm hình thái, cấu tạo và các tính chất cơ vật lý của gỗ rừng trồng ở trong nước. Còn về cây Gáo vàng nghiên cứu về sự biến đổi các tính chất vật lý, cơ học và thành phần hóa học trong thân gỗ Gáo vàng được trồng ở Việt Nam có rất ít tài liệu nghiên cứu báo cáo nào tại Việt Nam.

Vì vậy việc nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học trong thân 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. Xác định lựa chọn chế độ gia công, chế biến và 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 về tính chất vật lý, cơ học khác nhau, do đó khi hiểu rõ 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 thể tích và một số tính chất cơ học của gỗ Gáo vàng (Nauclea Orientalis) trồng tại xã Dào 3 San - huyện Phong Thổ - tỉnh Lai Châu” nghiên cứu này nhằm xác định chỉ rõ sự biến đổi khối lượng thể tích và một số tính chất cơ học trong thân gỗ Gáo vàng làm cơ sở cho chế biến, bảo quản và sử dụng gỗ hiệu quả, lâu bền. Mục tiêu đề tài 1. Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu được sự biến đổi các tính chất vật lý và cơ học theo hướng từ tâm ra vỏ và theo hướng từ gốc đến ngọn trong thân cây Gáo vàng. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu được sự biến đổi về khối lượng thể tích theo hướng từ tâm ra vỏ và theo hướng từ gốc đến ngọn trong thân cây.

- Nghiên cứu được sự biến đổi về Mô đun đàn hồi uốn tĩnh và Độ bền uốn tĩnh theo hướng từ tâm ra vỏ và theo hướng từ gốc đến ngọn trong thân cây. - Nghiên cứu được mối tương quan giữa khối lượng thể tích và các tính chất cơ học 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.

- Là tài liệu trong học tập, cho những nghiên cứu tiếp theo và là cơ sở trong những đề tài nghiên cứu trong các lĩnh vực có liên quan. - Giúp cho sinh viên kiểm chứng lại những kiến thức lý thuyết đã học biết vận dụng kiến thức đã học vào thực tế, và có thể tích lũy được những kiến thức thực tiễn quý giá phục vụ cho quá trình công tác trong tương lai. - Rèn luyện về kỹ năng tổng hợp và phân tích số liệu, tiếp thu và học hỏi những kinh nghiệm từ thực tế. - Trong quá trình nghiên cứu còn được bổ sung thêm kiến thức qua một số tài liệu, sách báo thông tin trên mạng.

Từ đó áp dụng khoa học kỹ thuật 4 vào thực tế sản xuất và tạo điều kiện cho sinh viên tác phong làm việc sau khi ra trường. Ý nghĩa khoa học - Tạo điều kiện cho sinh viên tiếp xúc, làm quen với thực tế công tác nghiên cứu khoa học. - Góp phần hoàn chỉnh dữ liệu khoa học cho nghiên cứu chuyên sâu về loài cây Gáo vàng. - Là cơ sở khoa học để lựa chọn các giải pháp khai thác, chế biến và bảo quản gỗ Gáo vàng.

Ý nghĩa thực tiễn - Số liệu thu thập phải khách quan, trung thực và chính xác. - Trên cơ sở nghiên cứu sự biến đổi một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Gáo vàng đề xuất một số giải pháp kiến nghị về phương pháp, cách thức chế biến và bảo quản gỗ Gáo vàng. - Nâng cao kiến thức thực tế của bản thân phục vụ cho công tác sau khi ra trường. - Sự thành công của đề tài này có ý nghĩa rất lớn trong việc nghiên cứu tính chất vật lý và cơ học gỗ Gáo vàng.

Từ đó có thể phổ biến kỹ thuật nhân giống áp dụng tạo ra số lượng lớn cây con với chất lượng tốt nhất. 5 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 1 đơn vị thể tích gỗ (Lê Xuân Tình, 1998) [15]. = ( / ³) Trong đó: m là khối lượng (g) v là thể tích (cm3) - 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 đo 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. Cân khối lượng mẫu gỗ chính xác đến 0. Các nhân tố ảnh hưởng tới khối lượng thể tích a, 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 tố thành 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, độ rỗng lớn và ngược lại (Lê Xuân Tình, 1998) [15].

b, 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. 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 nhỏ (Lê Xuân Tình, 1998) [15].

c, Độ ẩm Nước trong gỗ nhiều hay ít 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. d, 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 giữa gốc và ngọn từ 10 - 25% (Lê Xuân Tình, 1998) [15]. Khối lượng thể tích ở gần tủy và vỏ là nhỏ nhất.