TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu
Khối lượng thể tích là chỉ số quan trọng để đánh giá lượng gỗ thực chất trong một đơn vị thể tích Nó được xác định bằng tỉ số giữa khối lượng gỗ và thể tích của gỗ (Lê Xuân Tình, 1998) [15].
Trong đó: m là khối lượng (g) v là thể tích (cm 3 )
Khối lượng thể tích của gỗ là yếu tố quan trọng để đánh giá cường độ và giá trị công nghệ của nó Nghiên cứu về khối lượng thể tích gỗ không chỉ cần thiết mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng và ứng dụng của gỗ trong ngành công nghiệp.
2.1.1.2 Phương pháp đo khối lượng thể tích
Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ sử dụng phương pháp đo và cân để xác định khối lượng thể tích Mặc dù có bốn phương pháp đo khối lượng thể tích, bao gồm phương pháp nhúng nước, phương pháp dùng thể tích kế thủy ngân và phương pháp thủ công, nhưng phương pháp đo và cân được chọn là phù hợp nhất cho mục đích nghiên cứu.
Phương pháp cân đo là kỹ thuật phổ biến và chính xác nhất trong việc xác định kích thước mẫu thí nghiệm Mẫu được cắt theo kích thước nhất định và được đo bằng thước kẹp hoặc panme với độ chính xác lên đến 0.01 mm Ngoài ra, khối lượng mẫu gỗ cũng được cân chính xác đến 0.01 g (Lê Xuân Tình, 1998) [15].
2.1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới khối lượng thể tích a, Loài cây
Khối lượng thể tích của các loài cây khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc tế bào của chúng, với tỷ lệ tế bào vách dày và mỏng tạo ra sự khác biệt về độ rỗng Cụ thể, loài gỗ có tỷ lệ gỗ sớm và gỗ muộn cũng ảnh hưởng đáng kể đến khối lượng thể tích Gỗ muộn nhiều hay ít sẽ quyết định khối lượng thể tích của gỗ, dẫn đến sự chênh lệch về độ rỗng giữa các loài cây (Lê Xuân Tình, 1998).
Khối lượng thể tích của gỗ muộn cao gấp 2 - 3 lần so với gỗ sớm, do đó tỷ lệ gỗ muộn càng cao thì khối lượng thể tích càng lớn Ngược lại, khi tỷ lệ gỗ muộn thấp, khối lượng thể tích sẽ nhỏ hơn (Lê Xuân Tình, 1998).
Nước trong gỗ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khối lượng thể tích của gỗ; gỗ chứa nhiều nước có khối lượng thể tích lớn, trong khi gỗ chứa ít nước có khối lượng thể tích nhỏ Khối lượng thể tích cũng thay đổi theo vị trí trong thân cây, với phần gốc có khối lượng thể tích cao nhất, phần giữa thân ở mức trung bình, và phần gần ngọn có khối lượng thể tích thấp nhất Sự chênh lệch giữa khối lượng thể tích ở gốc và ngọn có thể dao động từ 10 - 25% (Lê Xuân Tình, 1998).
Khối lượng thể tích của gỗ thay đổi tùy theo vị trí và độ tuổi, trong đó khối lượng thể tích ở gần tủy và vỏ là nhỏ nhất Gỗ lõi có khối lượng thể tích lớn hơn so với gỗ giác Đặc biệt, ở giai đoạn thành thục sinh học, gỗ đạt khối lượng thể tích cao hơn so với giai đoạn già và non.
Trong điều kiện đất, độ ẩm, khí hậu thích hợp cho cây sinh trưởng, gỗ có khối lượng thể tích cao
Rừng quá dày làm cây thiếu ánh sáng, dẫn đến sự sinh trưởng chậm và khối lượng thể tích gỗ thấp Sau khi tỉa thưa, điều kiện ánh sáng và đất được cải thiện, giúp cây phát triển tốt hơn, tăng khối lượng thể tích gỗ (Lê Xuân Tình, 1998) Đối với gỗ lá rộng, vòng tăng trưởng hàng năm lớn hơn sẽ có tỷ lệ muộn cao hơn, nâng cao khối lượng thể tích Vì vậy, vòng năm rộng không chỉ rút ngắn chu kỳ kinh doanh mà còn cải thiện chất lượng (Lê Xuân Tình, 1998) Trong khi đó, gỗ lá rộng mạch phân tán có tỷ lệ gỗ muộn và gỗ sớm ổn định, chất lượng không thay đổi, nhưng nếu cây sinh trưởng nhanh thì chu kỳ kinh doanh sẽ được rút ngắn Đối với gỗ lá kim, khi độ rộng vòng năm tăng lên, tỷ lệ gỗ sớm tăng và tỷ lệ gỗ muộn giảm, dẫn đến chất lượng gỗ giảm dù chu kỳ kinh doanh ngắn hơn (Lê Xuân Tình, 1998).
Đối với gỗ lá kim, cần ghi rõ trị số tính chất cơ lý kèm theo số vòng năm trong 1 cm chiều dài theo hướng tia gỗ trên mặt phẳng cắt ngang.
2.1.2 Tính chất cơ học của gỗ
Nghiên cứu cường độ gỗ dựa trên nguyên lý tính toán sức bền vật liệu, tuy nhiên, gỗ là vật liệu không đồng nhất, dẫn đến sự khác biệt trong các phương pháp tính toán Tính chất cơ học của gỗ phức tạp hơn so với các vật liệu khác như sắt, thép hay xi măng, vì nó thay đổi theo từng loài cây và theo chiều dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến (Lê Xuân Tình, 1998).
Dầm (xà) trong kết cấu gỗ thường bị biến dạng do lực uốn, vì vậy sức chịu uốn tĩnh trở thành chỉ tiêu quan trọng thứ hai, chỉ sau lực ép dọc thớ.
- Để đánh giá cường độ gỗ thường lấy tổng số hai ứng suất: ép dọc thớ và uốn tĩnh làm tiêu chuẩn
Khi gỗ bị uốn cong, phần gỗ chịu lực ép sẽ biến dạng nhiều hơn so với phần gỗ chịu lực kéo Điều này xảy ra vì ứng suất kéo dọc thớ trong gỗ lớn gấp 2 đến 3 lần so với ứng suất ép dọc thớ Kết quả là mặt trung hòa sẽ dịch chuyển về phía chịu lực kéo (Lê Xuân Tình, 1998) [15].
- Mẫu thử nghiệm có kích thước 2020320 mm, kích thước lớn nhất theo chiều dọc thớ
Mẫu gỗ được đặt trên hai gối tựa tròn cố định với bán kính cong 15 mm và khoảng cách giữa hai gối là 240 mm Điểm đặt lực P/2 cách nhau 80 mm hoặc có thể đặt tại điểm giữa của dầm (P) Tốc độ tăng lực đạt 7000±1500 N/ph theo nghiên cứu của Lê Xuân Tình (1998).
Các loại gỗ lá rộng có đặc điểm là chịu tác động của lực theo chiều tiếp tuyến, trong khi đó, gỗ lá kim được thử nghiệm cả hai hướng Để tính toán ứng suất uốn tĩnh, người ta sử dụng công thức cụ thể.
Pmax là lực phá hoại (N); b và h là bề rộng và chiều cao của mẫu (m)
- Thí nghiệm xác định Mô đun đàn hồi dùng mẫu có hình dạng và kích thước, bố trí như lực uốn tính
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Nghiên cứu về sự biến đổi tính chất vật lý và cơ học của gỗ là nhiệm vụ quan trọng được nhiều nhà khoa học quan tâm, nhằm lựa chọn giống cây trồng hiệu quả trong sản xuất nông lâm nghiệp Việc này không chỉ nâng cao năng suất và tính bền vững mà còn góp phần đảm bảo an ninh lương thực, tạo công ăn việc làm, xóa đói giảm nghèo và nâng cao trình độ dân trí Tại các nước phát triển, nghiên cứu các tính chất này của gỗ rừng, đặc biệt là gỗ rừng trồng, đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ qua, cho thấy tầm quan trọng và tính cần thiết của việc nghiên cứu tính chất vật lý và cơ học của gỗ.
Nghiên cứu về sự biến đổi tính chất vật lý và cơ học của các loại gỗ trên thế giới cho thấy cây Sa mộc (hay còn gọi là cây Linh Sam) ở tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc có khối lượng thể tích từ 0.31 - 0.46 g/cm³, MOR từ 35.3 - 43.3 MPa và MOE từ 6.6 - 10.6 GPa ở độ ẩm 12% (Lin và cộng sự, 1984) Từ các nghiên cứu tại nhiều địa điểm khác nhau, khối lượng thể tích của cây Sa mộc dao động trong khoảng 0.3 - 0.78 g/cm³, MOR từ 28.1 - 70.9 MPa và MOE từ 6.6 - 10.5 GPa Nghiên cứu tính chất cơ lý của cây keo lai (Acacia auriculiformis x) cũng mang lại những thông tin giá trị cho lĩnh vực này.
Nghiên cứu của Rokeya et al cho thấy cây keo lai có độ bền uốn (MOR) và mô đun đàn hồi (MOE) thấp hơn so với cây Teak, với MOR lần lượt là 734 kg/cm² (xanh lá cây) và 756 kg/cm² (khô không khí), trong khi Teak đạt 867 kg/cm² (xanh lá cây) và 1008 kg/cm² (khô không khí) So sánh ba loại cây keo, bao gồm keo lai, keo auriculiformis và keo mangium, cho thấy keo lai có MOE và MOR cao hơn Trong cả hai điều kiện xanh và khô không khí, các thông số uốn tĩnh và nén song song với hạt của keo auriculiformis có giá trị thấp hơn so với keo lai.
Teak có MOE và MOR cao hơn, với giá trị lần lượt là 652 kg/cm² và 658; 79 kg/cm² và 83, so với AA và AMM (UK Rokeya và cộng sự, 2010) Nghiên cứu này đánh giá các tính chất vật lý và cơ học theo tiêu chuẩn NBR 7190 (1997), xem xét hai mức độ ẩm là 30% (trên điểm bão hòa sợi) và 12% (độ ẩm cân bằng) theo quy định của NBR 7190.
Nghiên cứu năm 1997 đã phân tích các kết quả thu được với mức ý nghĩa 5%, xác định các đặc tính cường độ của gỗ bạch đàn saligna với mật độ biểu kiến 0,58 g/cm³ và mật độ cơ bản 0,73 g/cm³ Các tính chất cơ học của gỗ này được trình bày với fc0 là 46,80 MPa và fc0 là 32 MPa, cho thấy khả năng ứng dụng trong xây dựng cấu trúc gỗ (MCJAN và cộng sự, 2019) Nghiên cứu về cây thông ở Kelardasht cho thấy mật độ và độ co rút thể tích tăng dọc theo trục radia, với mật độ trung bình 545 kg/m³, MOE 7,21 GPa, MOR 82,81 MPa và cường độ nén song song với hạt là 52,18 MPa (MKIAEI, 2011) Thêm vào đó, nghiên cứu về loài Xoan ta (Melia aenedarach) ở miền Bắc Việt Nam cũng đã chỉ ra sự biến đổi về tính chất cơ học của gỗ.
Chiều dài xuyên tâm của cây được khảo sát ở các độ cao 0,3, 1,3, 3,3, 5,3 và 7,3 m, với các giá trị trung bình của mật độ gỗ KLTT, MOR, MOE và động mô đun đàn hồi (Ed) ở độ ẩm 12% lần lượt là 0,51 g/cm³, 78,58 MPa, 9,26 GPa và 10,93 GPa Vị trí xuyên tâm trong thân cây cho thấy sự biến đổi đáng kể (p
