3.2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Lập địa rừng trồng tại khu vực huyện Chiêm Hóa - tỉnh Tuyên Quang. - Chất lƣợng gỗ Keo tai tƣợng (tính chất vật lý, cơ học của gỗ) sau khi khai thác tại khu vực nghiên cứu.
3.2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài chỉ nghiên cứu sự ảnh hƣởng của 3 cấp lập địa rừng trồng: lập địa Chân, lập địa Sƣờn, lập địa Đỉnh đến chất lƣợng rừng.
Mỗi ở các cấp Lập địa là lập địa Chân, lập địa Sƣờn và lập địa Đỉnh của rừng trồng, lập 3 ô tiêu chuẩn, tổng số ô tiêu chuẩn là 9. Mỗi ô tiêu chuẩn lấy 5 cây tiêu chuẩn để gia công thành mẫu, tổng số cây tiêu chuẩn là 45. Mỗi cây tiêu chuẩn lấy 3 loại mẫu, mỗi loại mẫu lấy 5 mẫu thí nghiệm.
- Xác định chất lƣợng gỗ thông qua một số tính chất cơ bản của gỗ (Sức hút nƣớc tối đa, khối lƣợng thể tích khô kiệt, khả năng giãn nở của gỗ theo chiều tiếp tuyến, sức chịu ép dọc thớ, sức chịu kéo dọc thớ, sức chịu uỗn tĩnh)
- Thí nghiệm đƣợc tiến hành tại phòng thí nghệm khoa lâm nghiệp, trung tâm thí nghiệm khoa chế biến lâm sản - trƣờng Đại học lâm nghiệp Việt Nam.
3.3. Nội dung nghiên cứu
3.3.1. Xác định tính chất của gỗ Keo tai tượng 9 tuổi
- Xác định tính chất vật lý + Xác định sức hút nƣớc tối đa + Xác định Khối lƣợng thể tích + Xác định khả năng giãn nở - Xác định các tính chất cơ học + Xác định độ bền ép dọc thớ + Xác định độ bền kéo dọc thớ + Xác định độ bền uốn tĩnh
3.3.2. Phân tích mức độ ảnh hưởng của lập địa rừng trồng đến tính chất gỗ
- Phân tích đƣợc mức độ ảnh hƣởng của lập địa rừng trồng đến các tính chất vật lý của gỗ.
+ Mức độ ảnh hƣởng giữa lập địa rừng trồng và sức hút nƣớc tối đa. + Mức độ ảnh hƣởng giữa lập địa rừng trồng và khối lƣợng thể tích khô kiệt. + Mức độ ảnh hƣởng giữa lập địa rừng trồng và khả năng giãn nở. - Phân tích đƣợc mức độ ảnh hƣởng của lập địa rừng trồng đến các tính chất cơ học của gỗ.
+ Mức độ ảnh hƣởng giữa lập địa rừng trồng và sức chịu ép dọc thớ. + Mức độ ảnh hƣởng giữa lập địa rừng trồng và sức chịu kéo dọc thớ. + Mức độ ảnh hƣởng giữa lập địa rừng trồng và sức chịu uốn tĩnh. * Đánh giá chất lƣợng gỗ Keo tai tƣợng 9 tuổi trồng tại huyện Chiêm Hóa - tỉnh Tuyên Quang.
3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu
- Đề tài kế thƣa và điều tra một số tƣ liệu: Điều kiện tự nhiên, khí hậu, thủy văn, đất đai, địa hình, tài nguyên rừng, điều kiện dân sinh, kinh tế và xã hội của vùng nghiên cứu.
- Kế thừa một số kết quả nghiên cứu của một số đề tài trƣớc về đặc điểm cấu tạo gỗ thô đại và hiển vi của gỗ keo tai tƣợng.
3.4.2. Phương pháp luận
- Vận dụng kiến thức lý thuyết làm cơ sở luận để giải thích về kết quả nghiên cứu lý thuyết về một số tính chất vật lý (sức hút nƣớc tối đa, khối lƣợng thể tích cơ bản, khả năng giãn nở), cơ học (sức chịu ép dọc thớ, sức chịu kéo dọc thớ, sức uốn tĩnh). Cơ sở để đánh giá chất lƣợng gỗ và vận dụng vào sử dụng, chế biến gỗ hiện nay sao cho phù hợp và tiết kiệm.
3.4.3. Phương pháp thực nghiệm
* Chọn lấy mẫu thí nghiệm và cắt khúc theo TCVN 335 - 70 - sửa đổi: Mỗi lập địa cụ thể, lập địa Chân, lập địa Sƣờn và lập địa Đỉnh, lập 3 Ô tiêu chuẩn, tổng bằng 9 Ô tiêu chuẩn. mỗi Ô tiêu chuẩn lấy 5 cây, Tổng số cây lấy mẫu là 45 cây.
Mỗi cây mẫu gia công thành 5 mẫu, loại 20 x 20 x 30mm bằng 225 mẫu, loại 20 x 20 x 300mm bằng 225 mẫu và loại 20 x 20 x 350mm bằng 225 mẫu. Tổng số của 3 loại mẫu là 675 mẫu.
* Độ hút nước của gỗ được xác định theo TCVN 360 - 70 - sửa đổi:
- Mẫu thí nghệm: Kích thƣớc mẫu gỗ 20 x 20 x 30mm, chiều 30 mm là chiều dọc thớ.
- Sấy mẫu: mẫu gỗ khi gia công xong đƣợc đua vào máy sấy ở nhiệt độ 100 ± 5ºC trong thời gian dài. Khi gỗ đã khô kiệt (Độ ẩm 0%).
- Cân mẫu: Sử dụng cân điện tử tại phòng thí nghiệm trung tâm trƣờng ĐHKH TN để tiến hành cân mẫu gỗ, độ chính xác của cân đạt tới 0,001g và giới hạn cân là 200g, ta đƣợc Mo. Theo tiêu chuẩn thí nghiệm nếu trọng lƣợng Mo > 20g thì phải cân chính xác tới 0,01g, nếu Mo < 20g thì phải cân chính xác tới 0,001g.
- Khi cân xong tiến hành ngâm gỗ vào trong nƣớc để gỗ hút nƣớc, thời gian ngâm ít nhất là 30 ngày. Sau từng thời gian nhất định 2h, ngày thứ
1,2,4,7,12,và 20. Cân lại mẫu gỗ, về sau cứ 1 ngày cân 1 lần cho đến khi khối lƣợng mẫu gỗ không tăng lên nữa thì kết thúc thí nghiệm. hời gian quan sát sau khi ngâm 30 ngày trong nƣớc, ta đƣợc trọng lƣợng Ma.
- Công thức tính. % 100 o o a a M M M W
Trong đó: Wa: Sức hút tối đa của gỗ (%).
Ma: Trọng lƣợng gỗ khô kiệt sau mỗi lần cân (g). Mo: Trọng lƣợng gỗ khô kiệt, (g).
* Khối lượng thể tích được xác đinh theo TCVN 362 - 70 - sửa đổi:
- Mẫu gỗ kích thƣớc 20 x 20 x 30 mm, chiều 30 mm là chiều dọc thớ. - Sấy mẫu: Tất cả các mẫu gỗ khi gia công xong đều đƣợc phơi trong dâm mát đến khi mẫu khô và cân bằng với môi trƣờng, sau đó đem mẫu đi sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 100 ± 5ºC, sấy đến khô kiệt ( nếu sai số hai lần cân liên tiếp mà trọng lƣợng gỗ chênh lệch nhau < 0,3% thì đƣợc xem là gỗ khô kiệt hoàn toàn)
- Cân mẫu: Sử dụng cân điên tử tại phòng thí nghiệm trung tân trƣờng ĐHKH TN để tiến hành cân mẫu gỗ, độ chính xác của cân đạt tới 0,001g và giới hạn cân là 200g, ta đƣợc Mo. Theo tiêu chuẩn thí nghiệm nếu trọng lƣợng Mo > 20g thì phải cân chính xác tới 0,01g, nếu Mo < 20g thì phải cân chính xác tới 0,001g.
- Sau khi cân xong các mẫu gỗ, ta đo các kích thƣớc chiều dày, chiều rộng và chiều dài. Chiều dài mẫu gỗ là (Lo) đƣợc đo bằng thƣớc kẹp với độ chính xác 0,1mm và giới hạn đo đến 150mm, chiều dày (Ao) và chiều rộng (Bo) đƣợc đo bằng thƣớc panme với độ chính xác 0,01 mm và giới hạn đo là 25 mm. Tính thể tích mẫu ta đƣợc V.
- Công thức tính: ) / (g cm3 V M Y o o o
Trong đó: Yo: Khối lƣợng thể tích gỗ khô kiệt, gam/ cm³. Mo: Trọng lƣợng gỗ khô kiệt, gam.
Vo: Thể tích gỗ khô kiệt, cm³ Vo = Ao* Bo * Lo
Ao: Chiều dày mẫu gỗ khô kiệt (cm) Bo: Chiều rộng mẫu gỗ khô kiệt (cm) Lo: Chiều dài mẫu gỗ khô kiệt (cm)
* Tỷ lệ giãn nở của gỗ, thí nghiệm được xác định theo TCVN 360 - 70 - sửa đổi:
- Mẫu thí nghiệm: Kích thƣớc gỗ 20 x 20 x 30mm
- Mẫu gỗ khi gia công xong sẽ đƣợc đƣa vào tủ sấy tại Trƣờng Đại học khoa học Thái Nguyên, nhiệt độ 100 ± 5ºC, sấy cho đến khi đạt khô kiệt (nếu sai số hai lần cân liên tiếp mà trọng lƣợng gỗ chênh lệch nhau < 0,3% thì đƣợc xem là gỗ khô hoàn toàn).
- Sau khi gỗ đã khô kiệt, ta đo kích thƣớc chiều ngang của mẫu (Ao) bằng thƣớc panme với độc chính xác 0,01mm.
- Khi đã đo xong ta ngâm gỗ vào trong nƣớc để gỗ ngấm nƣớc cho đến khi gỗ hút nƣớc đến bão hòa ( kích thƣớc 2 lần đo liên tiếp không thay đổi) thông thƣờng thời gian ít nhất 30 ngày, sau đó lấy gỗ ra tiến hành đo kích thƣớc chiều ngang một lần nữa đƣợc kích thƣớc (A1).
- Công thức tính: % 100 1 X A A A Y o o t
Trong đó: A1 - kích thƣớc chiều tiếp tuyến của gỗ ƣớt, mm. Ao - kích thƣớc chiều tiếp tuyến của gỗ khô kiệt, mm.
* Thí nghiệm xác định giới hạn bền khi nén của gỗ được thực hiện theo TCVN 363 - 70 - sửa đổi.
- Mẫu thí nghệm: Kích thƣớc mẫu gỗ 20 x 20 x 30mm, chiều 30 mm là chiều dọc thớ
- Đo mẫu: mẫu gỗ chỉ cần đo chiều ngang (a và b) đƣợc đo bằng thƣớc panme với độ chính xác 0,01mm.
- Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc tiến hành trên máy vạn năng ( Máy thử cơ học) của Trung tâm thí nghiệm-Khoa chế biến lâm sản-Tr ĐHLNVN. Khi thực hiện, tốc độ tăng lực của máy dần đạt là 5000±1000 N/ph. Để chắc chắn, máy vạn năng cần đƣợc thử trƣớc vài mẫu, nhƣ vậy khi gia công mẫu gỗ cần làm dƣ thêm vài mẫu để thử máy trƣớc khi làm thí nghiệm chính thức. ) ( * max MPa b a P ed
Trong đó: ed: Sức chịu ép dọc thớ của gỗ (MPa) Pmax: Lực tác dụng mẫu vật (N).
a: Kích thƣớc chiều ngang xuyên tâm của mẫu vật gỗ (mm) . b: Kích thƣớc chiều ngang tiếp tuyến của mẫu vật gỗ (mm) .
* Giới hạn bền khi kéo dọc thớ gỗ được xác định theo TCVN 364 - 70 - sửa đổi
- Mẫu gỗ:
+ Mẫu gỗ đƣợc gia công với kích thƣớc 20 x 20 x 350mm, chiều 350 mm là chiều dọc thớ gỗ.
+ Mẫu gỗ có kích thƣớc 20x20x350mm đƣợc phay (bào) hai mặt đối diện nhau, mỗi mặt phay 7,5mm để lại 5mm ở giữa, chiều dài cần phay (nằm
ở giữa mẫu gỗ) là 90mm. Vì trong gia công chế biến gỗ bằng cơ giới thƣờng có độ chính xác thấp hơn trong khi gia công cơ khí nên chiều dây 5mm còn lại sẽ không chính xác là 5mm, nên trƣớc khi làm thí nghiệm trên máy thử vạn năng cần đo cụ thể các kích thƣớc cần đo. Để tránh nhầm lẫn với các mẫu gỗ khác, mỗi mẫu gỗ đƣợc đánh ký hiệu theo tùng cây và cho từng mẫu gỗ.
+ Sau khi gỗ đƣợc gia công cần hong phơi trong xƣởng hóng mát để mẫu gỗ đạt độ ẩm tƣơng ứng với điều kiện độ ẩm môi trƣờng khi làm trên máy thử vạn năng.
- Khi mẫu gỗ đạt tới độ ẩm cần thiết, tiến hành đo kích thƣớc phần giữa mẫu gỗ. Đo chiều dày (h) và chiều rộng (b) bằng thƣớc pame với độ chính xác 0,01mm. Kích thƣớc chiều dày và chiều rộng cần phải ghi chép vào bảng để tiện cho thí nghiệm trên máy thử vạn năng.
- Tiếp theo là làm thí nghiệm trên máy thử vạn năng. trƣớc khi làm thí nghiệm trên máy thử vạn năng cần làm thử một vài mẫu dự trữ để kiểm tra lại độ chính xác của máy. Sau khi đƣa gỗ vào bộ giá của máy thử, điều chỉnh tốc độ năng lực của máy khoảng 2000 ± 500N/ph.
- Công thức tính ) ( * max MPa b a P ek
Trong đó: kd: Sức chịu kéo dọc thớ của gỗ (MPa). Pmax: Lực phá hủy mẫu vật (N).
a, b: Kích thƣớc của bộ phận máy (mm) .
* Giới hạn bền khi uốn tĩnh được xác định theo TCVN 365 - 7- sửa đổi
- Mẫu gỗ thí nghiệm: kích thƣớc mẫu gỗ thí nghiệm la 20 x 20 x 300 mm. Chiếu 300 mm là chiều dọc thớ gỗ. Mẫu thí nghiệm đều đƣơc đánh dấu ký hiệu riêng để tránh nầm lẫn với mẫu gỗ khác.
- Sau khi gia công mẫu, gỗ còn ƣớt nên phải phơi hong trong nhà xƣởng để gỗ khô đến độ ẩm cân bằng trong điều kiện bình thƣờng. Khi mẫu
đã khô ta đo kích thƣớc chiều cao (h) chiều rộng (b), chiều cao và chiều rộng đo ở vị trí chính giữa của mẫu gỗ. Dùng thƣớc panme đo với độ chính xác 0,01mm. Sau khi đo chiều cao, chiều rộng của mẫu ta có thể làm thí nghiệm xác định sức chịu uốn gỗ trên máy thử cơ học. Điều chỉnh khoảng cách giữa hai gối đỡ, khoảng cách này theo tiêu chuẩn Việt Nam là 240 mm. Điều chỉnh tốc độ tăng lực là 7000 ± 1500N/ph. Khi mẫu gỗ bị phá hủy, máy thử sẽ ghi lại độ lớn của lực tại thời điểm đó.
- Công thức tính ) ( * * 2 * 3 2 max MPa h b L P ut
Trong đó: ut: Sức chịu uốn tĩnh của gỗ (MPa).
Pmax: Lực tác dụng thời điểm mẫu vật bị phá hủy (N). L: Khoảng cách giữa 2 gối đỡ (L=240mm)
b: Kích thƣớc chiều rộng của mẫu gỗ (mm) .
h: kích thƣớc chiều dày của mẫu gỗ (mm)
3.4.4. Phương pháp tổng hợp kết quả và xử lý thông kê toán học
Kết quả đƣợc tổng hợp trên bảng tính Excel và việc phân tích và xử lý số liệu theo thông kê toán học.
Để xử lý số liệu kiểm tra chất lƣợng gỗ dùng phƣơng pháp thống kê toán học.
- Trị số trung bình cộng
Đƣợc xác định theo công thức
= n
xi
1
Trong đó: : Trị số trung bình mẫu n: Số mẫu quan sát
xi: Các giá trị ngẫu nhiên của mẫu gỗ.
- Độ lệch tiêu chuẩn Đƣợc tính theo công thức S = 1 ) ( 1 n x n i i x
Trong đó: S: Bình quân phƣơng sai n: Số mẫu quan sát
xi: Giá trị các phần tử.
x: Trung bình cộng của các gia trị
- Hệ số biến động Đƣợc tính theo công thức S% = .100% x S Trong đó: S%: Hệ số biến động S: Phƣơng sai bình quân
x: Trung bình cộng của các gia trị
- Sai số trung bình cộng Đƣợc tính theo công thức M = n S
Trong đó: M: Sai số trung bình cộng S: Phƣơng sai bình quân n: Số mẫu quan sát - Hệ số chính xác Đƣợc tính theo công thức P = .100% x m Trong đó: P: Hệ số chính xác m: Sai số trung bình cộng
x: Trung bình cộng của các giá trị
Để phân tích mối tƣơng quan giữa đƣờng kính với chiều cao của gỗ Keo đến chất lƣợng gỗ, chúng tôi tiến hành phân tích số liệu dựa trên phần mềm Excel và XLstat bao gồm một số chỉ tiêu sau: Phân tích phƣơng sai: cho ta biết đƣợc đại lƣợng này biến đổi do có sự biến đổi của đại lƣợng kia hay không và mức độ ảnh hƣởng nhƣ thế nào.
MỘT SỐ HÌNH ẢNH DỤNG CỤ TRONG THÍ NGHIỆM
Hình 3.1. Thước Panme (25mm)
Chƣơng 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Sự ảnh hƣởng của lập địa rừng trồng đến chất lƣợng gỗ
Chất lƣợng của một loại gỗ nào đó thông thƣờng ta dựa vào cấu tạo của gỗ, tính chất vật lý và tính chất cơ học của gỗ để đánh giá. Trong đó chỉ tiêu về tính chất cơ học của gỗ đƣợc quan tâm hơn cả. trong đề tài này chúng tôi tiến hành nghiên cứu về chất lƣợng gỗ Keo tai tƣợng 9 tuổi thông qua một số tính chất của gỗ: Một số tính chất vật lý (Sức hút nƣớc tối đa, khối lƣợng thể tích, khả năng co giãn của gỗ) và một số tính chất cơ học của gỗ (Độ bền ép dọc thớ, độ bền kéo dọc thớ, độ bền uốn tĩnh) của gỗ.
4.1.1. Ảnh hưởng của lập địa đến tính hút nước tối đa của gỗ
Phƣơng pháp kiểm tra đƣợc trình bày tại mục 3.4.3 Mẫu thí nghiệm kiểm tra nhƣ hình 4.1
Hình 4.1. Mẫu kiểm tra tính hút nước tối đa, khối lượng thể tích, tỷ lệ giãn nở và ép dọc thớ gỗ
Tính hút nƣớc tối đa của gỗ là năng lực hút lấy nƣớc vào gỗ khi ngâm nó trong nƣớc. Gỗ hút nƣớc nhanh hay chậm, nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều nhân tố nhƣ loại gỗ, khối lƣợng thể tích, các chất trong gỗ nhƣ gỗ giác -