Mục tiêu nghiên cứu

Chƣơng 3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu một số yếu tố về điều kiện sinh trưởng và phát triển đến gỗ Mỡ 10 tuổi (chiều cao và đường kính), từ đó nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều cao và đường kính đến chất lượng gỗ mỡ 10 tuổi (tính chất vật lý, cơ học của gỗ)

- Từ kết quả nghiên cứu tính chất của gỗ sẽ đề xuất giúp các nhà sử dụng lựa chọn nguyên liệu trong quá trình sản xuất, chế biến sao cho phù hợp và hiệu quả với từng loại hình sản phẩm.

3.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

- Gỗ Mỡ 10 tuổi trồng tại 3 khu vực có điều kiện sinh trưởng và phát triển khác nhau (Bình Trung, Đơng Viên, Bằng Lũng) thuộc huyện Chợ Đồn - tỉnh Bắc Kạn. Gỗ có đường kính từ 15 đến 22 cm, chiều cao từ 8 đến 15 m.

3.2.2. Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của sinh trưởng phát triển (chiều cao và đường kính) đến chất lượng gỗ mỡ (tính chất vật lý, tính chất cơ học) rừng trồng 10 tuổi trên địa bàn huyện Chợ Đồn tại 3 xã: Thị trấn Bằng Lũng; xã Đơng Viên và xã Bình Trung.

- Điều kiện sinh trưởng của gỗ: Cây mỡ được trồng theo dự án PAM 5322 từ năm 1997 tại thị trấn Bằng Lũng, xã Đơng Viên, xã Bình Trung trên các diện tích đất trống đồi núi trọc trạng thái Ia, Ib, Ic. Cây giống được gieo ươm tại xã và trồng với mật độ 2.500 cây/ ha. Điều kiện về khí hậu, đất đai nhìn chung là thuận lợi cho cho cây mỡ phát triển tốt.

- Mỗi địa điểm lấy 15 cây theo 3 cấp đường kính, mỗi cấp đường kính lấy 5 cây (nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất) để gia cơng thành mẫu, tổng số 45 cây. Mỗi cây lấy 5 mẫu cho một thí nghiệm.

- Xác định một số tính chất cơ bản của gỗ (Độ ẩm tuyệt đối, sức hút nước tối đa, khối lượng thể tích khơ kiệt, khả năng giãn nở của gỗ theo chiều tiếp tuyến, Sức chịu ép dọc thớ, Sức chịu kéo dọc thớ, Sức chịu uốn tĩnh)

- Thí nghiệm sẽ được tiến hành tại phịng thí nghiệm khoa lâm nghiệp, phịng thí nghiệp trung tâm - trường Đại học Nông Lâm TN, Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Công ty ván dăm Thái Nguyên - Lưu Xá - Thái Nguyên.

3.3. Nội dung nghiên cứu

3.3.1. Nghiên cứu điều kiện sinh trƣởng ảnh hƣởng đến phát triển của cây gỗ mỡ 10 tuổi

Điều kiện khí hậu, đất đai thổ nhưỡng của 3 vùng nghiên cứu ảnh hưởng đến đường kính và chiều cao gỗ mỡ 10 tuổi.

3.3.2. Xác định tính chất của gỗ Mỡ 10 tuổi

- Xác định các tính chất vật lý + Xác định độ ẩm tuyệt đối + Xác định sức hút nước tối đa

+ Xác định khối lượng thể tích khơ kiệt + Xác định khả năng giãn nở

- Xác định các tính chất cơ học + Xác định sức chịu ép dọc thớ + Xác định sức chịu kéo dọc thớ + Xác định sức chịu uốn tĩnh

3.3.3. Xác định mối tƣơng quan giữa khả năng sinh trƣởng phát triển, chất lƣợng gỗ mỡ 10 tuổi và định hƣớng sử dụng

- Xác định mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và các tính chất vật lý của gỗ

+ Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và độ ẩm tuyệt đối + Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và sức hút nước tối đa

+ Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và khối lượng thể tích khơ kiệt

+ Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và khả năng giãn nở - Xác định mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và các tính chất cơ học của gỗ

+ Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và sức chịu ép dọc thớ

+ Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và sức kéo dọc thớ + Mối tương quan giữa đường kính, chiều cao và sức chịu uốn tĩnh - Đánh giá chất lượng gỗ mỡ 10 tuổi trồng tại huyện Chợ Đồn - Bắc Kạn

- Định hướng cho các nhà sử dụng gỗ lựa chọn nguyên liệu trong quá trình chế biến gỗ: Sử dụng vào gia cơng đồ mộc, sản xuất ván nhân tạo (Ván ghép thanh, ván dăm, ván dán,….) và lĩnh vực khác.

3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 3.4.1. Phƣơng pháp kế thừa số liệu

- Đề tài kế thừa một số tư liệu: Điều kiện tự nhiên, khí hậu, thuỷ 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 về đặc điểm cấu tạo thô đại và hiển vi của gỗ mỡ.

3.4.2. Phƣơng pháp luận

Đề tài vận dụng những kiến thức lý thuyết về ảnh hưởng của điều kiện sinh trưởng và phát triển đến chất lượng rừng và gỗ Mỡ.

Vận dụng kiến thức lý thuyết làm cơ sở lý luận về một số tính chất vật lý (Độ ẩm tuyệt đối, sức hút nước tối đa, khối lượng thể tích cơ bản, khả năng dãn nở), cơ học (Sức chịu ép dọc thớ, sức chịu kéo dọc thớ, dức chịu uốn tĩnh) cho việc đánh giá chất lượng gỗ và vận dụng vào sử dụng, chế biến gỗ hiện nay sao cho phù hợp và tiết kiệm.

3.4.4. Phƣơng pháp thực nghiệm

* Phân tích đất đai, thổ nhưỡng: Sử dụng phương pháp phân tích mẫu

đổi độ phì của đất. Phân tích một số chỉ tiêu cơ bản của đất theo các phương pháp cụ thể sau đây:

- pH: Đo bằng máy pH metre;

- Mùn tổng số phân tích theo phương pháp Chiurin; - Đạm tổng số phân tích theo phương pháp Kjeldahl;

- P2O5 (mg/100g đất): xác định bằng phương pháp so mầu;

- K2O5 (mg/100g đất): xác định bằng phương pháp đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.

* Xác định chiều cao và đường kính của cây lấy mẫu: Bằng phương

pháp đo trực tiếp bằng thước sau khi chặt hạ.

* Chọn cây lấy mẫu thí nghiệm và cắt khúc theo TCVN 355 – 70 – sửa đổi

Mỗi địa điểm lấy 15 cây theo 3 cấp đường kính, mỗi cấp đường kính lấy 5 cây (nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất) để gia cơng thành mẫu, tổng số 45 cây. Mỗi cây lấy 5 mẫu cho một thí nghiệm

* Độ hút ẩm của gỗ được xác định theo TCVN 359 – 70 – sửa đổi

- Mẫu gỗ: Kích thước mẫu gỗ được gia công là 20x20x30 mm. Chiều 30 mm là chiều dọc thớ gỗ.

- Cân mẫu: Sử dụng cân điện tử tại phịng thí nghiệm trung tâm trường Đại học Nông Lâm TN để tiến hành cân mẫu gỗ, độ chính xác của cân đạt tới 0,001g và giới hạn cân là 200g, ta được m1. Theo tiêu chuẩn thí nghiệm nếu trọng lượng m1 > 20g thì phải cân chính xác tới 0,01g, nếu m1 < 20g thì phải cân chính xác tới 0,001g

- Sấy mẫu: Nhiệt độ sấy được điều chỉnh là 100 ± 50c cho đến khơ hồn toàn. Để xác định trạng thái khơ hồn tồn của mẫu gỗ, mẫu được cân nhiều lần, mỗi lần cách nhau 24h, nếu sai số hai lần cân liên tiếp mà trọng lượng gỗ chênh lệch nhau < 0,3% thì được xem là gỗ khơ hồn tồn, khi đó ta được m0

- Cơng thức tính: (%) 100 0 0 1 0    m m m W

m0 - Trọng lượng gỗ khô kiệt (g) W0 - Độ ẩm tuyệt đối của gỗ (%)

* Tỷ lệ dãn nở của gỗ, thí nghiệm được xác định theo TCVN 360 – 70 – sửa đổi

- Mẫu thí nghiệm: kích thước mẫu gỗ 20x20x30 mm

- Mẫu gỗ khi gia công xong sẽ được đưa vào tủ sấy tại khoa lâm nghiệp, nhiệt độ 100 ± 50

c, sấy cho đến khi đạt khô kiệt (nếu sai số hai lần cân liên tiếp mà trọng lượng gỗ chênh lệch nhau < 0,3% thì được xem là gỗ khơ hồn tồn)

- Sau khi gỗ đã khơ kiệt, ta đo kích thước chiều ngang của mẫu (a0) bằng thước Panme với độ chính xác 0,01 mm

- Khi đã đo xong ta ngâm gỗ vào trong nước để gỗ ngấm nước cho đến khi gỗ hút nước đến bão hồ (Kích thước 2 lần đo liên tiếp không thay đổi) thông thường thời gian ít nhất 30 ngày, sau đó lấy mẫu gỗ ra tiến hành đo kích thước chiều ngang một lần nữa được kích thước (a1).

- Cơng thức tính (%) 100 0 0 1   a a a YT

Trong đó: a1 - Kích thước chiều tiếp tuyến của gỗ ướt, mm a0 - Kích thước chiều tiếp tuyến của gỗ khơ kiệt, mm YT - Khả năng giãn nở của gỗ theo chiều tiếp tuyến, %

* Khối lượng thể tích được xác định theo TCVN 362 - 70 - sửa đổi

- Mẫu gỗ: kích thước 20x20x30 mm, chiều 30 mm là chiều dọc thớ. - Sấy mẫu: Tất cả các mẫu gỗ khi gia công xong đều được sấy trong tủ sấy nhiệt độ 100 ± 50

C, sấy đến khô kiệt (nếu sai số hai lần cân liên tiếp mà trọng lượng gỗ chênh lệch nhau < 0,3% thì được xem là gỗ khơ hồn tồn)

- Cân mẫu: Sử dụng cân điện tử tại phịng thí nghiệm trung tâm trường Đại học Nông Lâm TN để tiến hành cân mẫu gỗ, độ chính xác của cân đạt tới 0,001g và giới hạn cân là 200g, ta được m0. Theo tiêu chuẩn thí nghiệm nếu trọng lượng m0 > 20g thì phải cân chính xác tới 0,01g, nếu m0 < 20g thì phải cân chính xác tới 0,001g

- Sau khi cân xong các mẫu gỗ, ta đo các kích thước chiều dày, chiều rộng và chiều dài. Chiều dài mẫu gỗ (l0) được đo bằng thước kẹp với độ chính xác 0,1 mm và giới hạn đo đến 150 mm; Chiều dày (a0) và chiều rộng (b0) được đo bằng thước Panme với độ chính xác 0,01 mm và giới hạn đo là 25 mm. Tính thể tích mẫu ta được V. - Cơng thức tính ) / ( 3 0 0 0 g cm V m  

Trong đó:  0 - Khối lượng thể tích gỗ khơ kiệt (g/cm3 ) V0 = a0.b0.l0 -Thể tích gỗ khơ kiệt (cm3) a0 - Chiều dày mẫu gỗ khô kiệt(cm) b0 - Chiều rộng mẫu gỗ khô kiệt (cm) l0 - Chiều dài mẫu gỗ khô kiệt (cm).

* Độ hút nước của gỗ được xác định theo TCVN 360 - 70 - sửa đổi.

- Mẫu thí nghiệm: kích thước mẫu 20x20x30 mm, chiều 30 mm là chiều dọc thớ

- Sấy mẫu: Mẫu gỗ khi gia công xong được đưa vào sấy ở nhiệt độ 100±50C trong thời gian dài. Khi gỗ đã khô kiệt (Độ ẩm là 0%)

- Khi đã cân xong, tiến hành ngâm gỗ vào trong nước để gỗ hút nước, thời gian ngâm ít nhất là 30 ngày. Sau từng thời gian nhất định 2h, ngày thứ 1, 2, 4, 7, 12 và 20 ngày. Cân lại mẫu gỗ, về sau cứ 10 ngày cân 1 lần cho đến khi khối lượng mẫu khơng tăng lên nữa thì kết thúc thí nghiệm. Thời gian quan sát sau khi ngâm 30 ngày trong nước, ta được trọng lượng ma.

- Cơng thức tính (%) 100 0 0   m m m W a a

Trong đó: ma - Trọng lượng gỗ sau mỗi lần cân (g) m0 - Trọng lượng gỗ khô kiệt (g)

Wa – Sức hút nước tối đa của gỗ (%)

* Thí nghiệm xác định giới hạn bền khi nén của gỗ được thực hiện theo TCVN 363 - 70 - sửa đổi

- Mẫu gỗ thí nghiệm: Kích thước mẫu gỗ là 20x20x30 mm, chiều 30 mm là chiều dọc thớ gỗ

- Đo mẫu: Mẫu gỗ chỉ cần đo chiều ngang (a và b) được đo bằng thước Panme với độ chính xác 0,01 mm.

- Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành trên máy vạn năng (Máy thử cơ học) của Trung tâm thí nghiệm - Khoa chế biến lâm sản - Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam. Khi thực hiện, tốc độ tăng lực của máy cần đạt là 5000 ± 1000N/ph. Để chắc chắn, máy vạn năng cần được thử trước vài mẫu gỗ, như vậy khi gia công mẫu gỗ cần làm dư thêm vài mẫu để thử máy trước khi làm thí nghiệm chính thức.

- Cơng thức tính ) ( . max MPa b a P ed  

Trong đó: - Sức chịu ép (ứng suất) dọc thớ của gỗ (Mpa) Pmax - Lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị phá hủy (N)

a - Kích thước chiều ngang chiều xuyên tâm của mẫu gỗ (mm) b - Kích thước chiều ngang chiều tiếp tuyến của mẫu gỗ (mm)

* Giới hạn bền khi kéo dọc thớ được xác định theo TCVN 364 - 70 - sửa đổi

- Mẫu gỗ:

+ Mẫu gỗ được gia cơng với kích thước 20x20x350 mm, chiều 350 mm là chiều dọc thớ gỗ.

+ Mẫu gỗ có kích thước 20x20x350 mm được phay (bào) hai mặt đối diện nhau, mỗi mặt phay 8 mm để lại 4 mm ở giữa, chiều dài cần phay (Nằm giữa mẫu gỗ) là 90 mm. Vì trong gia công chế biến gỗ bằng cơ giới

thường có độ chính xác thấp hơn trong gia cơng cơ khí nên chiều dày 4 mm cịn lại sẽ khơng chính xác là 4 mm, nên trước khi làm thí nghiệm trên máy thử vạn năng cần đo cụ thể các kích thước cần đo. Để tránh nhầm lẫn với các mẫu gỗ khác, mỗi mẫu gỗ được đánh ký hiệu theo từng cây gỗ và cho từng mẫu gỗ.

+ Sau khi mẫu gỗ được gia công cần hong phơi trong xưởng thoáng mát để mẫu gỗ đạt độ ẩm tương ứng với điều kiện độ ẩm mơi trường khi làm thí nghiệm trên máy thử vạn năng.

- Khi mẫu gỗ đã đạt tới độ ẩm cần thiết, tiến hành đo kích thước phần giữa mẫu gỗ. Đo chiều dày (h) và chiều rộng (b) bằng thước Panme với độ chính xác 0,01 mm. Kích thước chiều dày và 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. Trước 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 đưa mẫu gỗ vào bộ gá của máy thử, điều chỉnh tốc độ tăng lực của máy khoảng 2000 ± 500 N/ph.

- Cơng thức tính ) ( . max MPa b a P kd  

Trong đó: Pmax- Lực phá huỷ mẫu (N)

a, b- Kích thước của bộ phận làm việc (mm)

* Giới hạn bền khi uốn tĩnh được xác định theo TCVN 365 – 70 – sửa đổi

- Mẫu gỗ thí nghiệm: Kích thước mẫu gỗ thí nghiệm là 20x20x300 mm. chiều 300 mm là chiều dọc thớ gỗ. Mỗi mẫu thí nghiệm đều được đánh dấu ký hiệu riêng để tránh nhầm lẫn với các mẫu khác

- Sau khi gia công mẫu, gỗ còn ướt nên phải hong phơi trong nhà xưởng để gỗ khô đến độ ẩm cân bằng trong điều kiện khí hậu bình thường. Khi mẫu gỗ đã khô ta có thể đo kích thước chiều cao (h) và chiều rộng (b),

chiều cao và chiều rộng cần đo ở vị trí chính giữa của mẫu gỗ. Dùng thước Panme đo với độ chính xác 0,01 mm.

- Sau khi đo chiều cao, chiều rộng của mẫu ta có thể làm thí nghiệm xác định sức chịu uốn gổ trên máy thử cơ học. Điều chỉnh khoảng cách giữa hai gối đỡ, khoảng cách này theo tiêu chuẩn thí nghiệm của 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.

- Cơng thức tính ) ( . . 2 3 2 max MPa h b l P ut   

Trong đó:  - Sức chịu uốn tĩnh của gỗ (Mpa)

l - Khoảng cách giữa hai gối đỡ (l = 240 mm)

Pmax - Lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị phá hủy (N) h - Kích thước chiều dày của mẫu gỗ (mm)

b - Kích thước chiều rộng của mẫu gỗ (mm)

Trong sản xuất ván nhân tạo

Trong một số lĩnh vực khác