CC BY
10УДК 674.41
А.А. ЛУКАШ, канд. техн. наук (mr.luckasch@yandex.ru), Н.П. ЛУКУТЦОВА, д-р техн. наук
ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет» (241037, г. Брянск, просп. Ст. Димитрова, 3)
Перспективность производства строительных материалов из древесины с ядровой гнилью
Обоснована перспективность переработки в строительные материалы древесины, содержащей ядровую гниль. Предметом исследований являются способы переработки древесины с ядровой гнилью. Дефицит твердолиственных и хвойных пород требует вовлечения в переработку неделовой древесины. Чаще всего древесину с ядровой гнилью распиливают на дрова и реализуют населению как топливо. Дифференциация подхода по выбору способа переработки древесины с ядровой гнилью заключается в обосновании вида получаемых материалов и изделий различного функционального назначения в зависимости от размеров ядровой гнили. Для обеспечения конкурентоспособности продукция, изготовленная из древесины с ядровой гнилью, должна обладать более высокими эксплуатационными показателями по сравнению с существующими материалами и изделиями. Поэтому способы получения должны быть связаны с конкретными материалами или изделиями. Лесоматериалы с ядровой гнилью диаметром до 50 мм наиболее целесообразно использовать для производства оцилиндрованных бревен. Для переработки древесины с ядровой гнилью диаметром 50-100 мм наилучшим способом будет лущение здоровой древесины и последующее склеивание фанерной продукции. Из древесины с ядровой гнилью диаметром 50 мм и выше также можно получать обрезные пиломатериалы небольших размеров (паллеты).
Ключевые слова: древесина, ядровая гниль, переработка, фанера, оцилиндрованные бревна, пороки.
A.A. LUKASH, Candidate of Sciences (Engineering), N.P. LUKUTTSOVA, Doctor of Sciences (Engineering) Bryansk State Engineering-Technological University (3, St. Dimitrova Avenue, 241037, Bryansk, Russian Federation)
Perspectivity of Producing Building Materials from Wood with Heart Rot
The perspectivity of processing of wood containing the heart rot in building materials is substantiated. The subject of the study is methods for processing of wood with heart rot. The shortage of hardwood and softwood demands to treat the unmerchantable wood. Most often, wood with heart rot is sawn for firewood and sold the population as fuel. Differentiated approach to the choice of the method for processing of wood with heart rot is the substantiation of the type of the obtained materials and products of various functional purposes depending on the size of heart rot. To ensure the competitiveness, products made of wood with heart rot must have higher performance characteristics in comparison with existing materials and products. Therefore, the methods of producing need to be connected with specific materials or products. Wood with heart rot of a diameter of up to 50 mm is the most appropriate to use for the production of rounded logs. For processing of wood with heart rot of diameter of 50-100 mm, the best method is a rotary cut of healthy wood for subsequent bonding of plywood products. From wood with heart rot of a diameter of 50 mm and more, square-edged sawn timber of small sizes (pallets) can be obtained.
Keywords: wood, heart rot, processing, plywood, rounded logs, defects.
Будучи в лидерах мирового запаса лесных ресурсов, РФ отстает от объемов использования древесины от других стран. В России на 1м2 построенного жилья приходится 0,05 м3 древесных материалов, что в 10 раз ниже, чем в промышленно развитых странах [1]. На единицу жилой площади в РФ расходуется в 2—3 раза больше энергии, чем в странах Европы. На сегодняшний день Россия, являясь крупнейшей лесной державой мира, значительно отстает от других стран по основным экономическим и техническим показателям использования леса и по производству продукции из древесины. По уровню производства и потребления основных видов изделий из древесины на душу населения Россия уступает всем промышленным развитым и многим развивающимся странам, при этом многие виды изделий из древесины ввозятся из-за рубежа. В лесном секторе эта проблема стоит особенно остро. Россия является крупнейшим в мире экспортером необработанного сырья, а выход готовой продукции из 1 м3 заготовленной древесины самый низкий среди лесопромышленных стран [1].
Для выполнения национальной программы «Доступное и комфортное жилье — гражданам России» необходимо увеличение объемов перерабатываемой древесины, а также новые строительные материалы, обладающие лучшими эксплуатационными свойствами по сравнению с существующими аналогичными материалами [2]. Древесина обладает определенными прочностными показателями, имеет низкую теплопроводность, способность обмениваться влагой с окружающей средой. Красивая текстура древесины создает уют. Достоинством древесины также является экологическая чистота и возобновляемость ресурсов.
Стратегия развития лесного комплекса РФ на период до 2020 г. нацеливает на развитие мощностей по глубокой механической, химической и энергетической переработке древесины. При этом одним из приоритетов является полномасштабное развитие деревянного домостроения и необходимых для этого материалов на основе древесины для решения жилищной проблемы.
Древесина твердолиственных и хвойных пород имеет хорошие прочностные и теплоизоляционные показатели и поэтому пользуется большим спросом. В результате сырьевые запасы этой древесины в европейской части страны постоянно сокращаются, а сама древесина становится дефицитной.
Дефицит твердолиственных и хвойных пород требует вовлечения в переработку неделовой древесины, которая по качественным показателям не соответствует требованиям стандартов на круглые лесоматериалы.
Эксплуатационные свойства древесины лиственных пород ниже, чем у древесины хвойных пород, из-за чего древесина лиственных пород и неделовая древесина хвойных используется преимущественно в плитном производстве. Направления использования древесины показаны на рис. 1 (древесина твердолиственных пород в данной схеме условно не показана).
Наличие пороков, место расположения, их размеры и количество определяют пригодность использования лесоматериалов к выпуску продукции требуемого назначения, полезный выход. Основными сортообразую-щими пороками древесины являются сучки, гнили, трещины, кривизна и др. Наиболее значимой из перечисленных пороков древесины является ядровая гниль. Гниль существенно снижает механические свойства
■ ■■■','J'.-: i ^ ■ i Г;-' научно-технический и производственный журнал ® сентябрь 2016
Рис. 1. Направления использования древесины
древесины и при сильном поражении делает древесину полностью непригодной для делового применения. Тогда как наличие сучков, трещин и кривизны практически не влияет на механические свойства полученных из них плитных или композиционных материалов.
Чаще всего гниль располагается в нижней и средней частях ствола. Древесина в этой части ствола характеризуется минимальным количеством сучков и поэтому наиболее пригодна для производства материалов и изделий. Однако наличие ядровой гнили сдерживает использование нижней и средней частей ствола деревьев с наибольшим диаметром.
Существующие способы переработки древесины с ядровой гнилью разделены по видам производств. В лесопильном производстве ядровую гниль чаще всего удаляют выпиливанием двухкантного бруса или сердцевинных досок в зависимости от размеров гнили.
В фанерном производстве для лущения шпона допускаются лесоматериалы с диаметром гнили 1/3 от диаметра чурака на одном торце. Для переработки древесины с ядровой гнилью с диаметром более 1/3 диаметра ствола можно использовать лущильные станки с внецентренным приводом. Чураки с диаметром гнили до 100 мм можно перерабатывать на лущильных станках с диаметром наружных шпинделей 110 мм для предотвращения прокручивания.
Для производства плитных материалов суммарное содержание гнили в щепе не должно превышать 5%. Допускается использование отдельных лесоматериалов с диаметром гнили до 0,5 диаметра ствола. Но чаще всего древесина с ядровой гнилью распиливается на дрова и реализуется населению как топливо. Наличие ядровой гнили в лесоматериалах является определяющим фактором для дальнейшего использования древесины, целесообразность переработки древесины зависит от размеров ядровой гнили. Весьма очевидна необходимость дифференцированного подхода к переработке древесины с ядровой гнилью в зависимости от размеров ядровой гнили. Актуальность переработки древесины с ядровой гнилью будет постоянно с каждым годом возрастать. В рыночных условиях лесозаготовители вынуждены самостоятельно решать вопросы по комплексному и рациональному использованию древесных ресурсов для получения максимального полезного выхода продукции.
Дифференцированный подход по выбору способов переработки древесины в соответствии с диаметром гнили:
— до 50 мм — удаление сверлением из лесоматериалов ядровой гнили;
— от 50 до 100 мм — лущение здоровой периферийной древесины;
— свыше 100 мм — выпиливание из лесоматериалов здоровой древесины.
Для обеспечения конкурентоспособности продукция, изготовленная из древесины с ядровой гнилью, должна обладать более высокими эксплуатационными показателями по сравнению с существующими материалами и изделиями. Поэтому способы получения долж-
ны быть тесно связаны с конкретными материалами или изделиями.
Лесоматериалы с ядровой гнилью диаметром до 50 мм наиболее целесообразно использовать для производства оцилиндрованных бревен, где полезный выход составляет около 80%. Небольшой диаметр полученного при сверлении отверстия не приведет к существенному снижению несущей способности бревен, а наоборот, будет способствовать улучшению процесса сушки бревен, предотвращая появление поверхностных трещин в бревнах [3, 4].
Чтобы избежать гниения, отверстие может быть обработано антисептиками. В зимнее время года для исключения промерзания стен из оцилиндрованных бревен отверстия должны быть закрыты заглушками.
Для переработки древесины с ядровой гнилью диаметром 50—100 мм наилучшим способом будет лущение здоровой части древесины для последующего склеивания из него фанерной продукции, причем диаметр кулачков в лущильных станках должен превосходить диаметр гнили для предотвращения прокручивания чура-ков в шпинделях. Безопилочное срезание наиболее качественной периферийной части чурака обеспечивает наибольший полезный выход. Из древесины с диаметром гнили 50—100 мм наиболее целесообразно изготавливать новые виды фанерной продукции: рельефную, филенчатую и композиционную профильную фанеру с улучшенным внешним видом; фанерную плиту с низкой теплопроводностью [5—7].
Вышеизложенные способы переработки древесины с ядровой гнилью диаметром до 50 и 50—100 мм предполагают использование специализированного оборудования, которое имеется не на всех предприятиях. Универсальным способом переработки древесины с ядровой гнилью диаметром как более, так и менее 100 мм является изготовление паллет — брусков для поддонов длиной 900—1200 мм, шириной 90—143 мм и толщиной 20—22 мм [8].
Схемы получения паллет из древесины с ядровой гнилью на рис. 2.
Максимальный выход заготовок из лесоматериала диаметром Б, см, будет обеспечен в том случае, если соблюдается условие:
Б = В / (0,6-0,8), (1)
где В — суммарная толщина выпиливаемых брусьев, см. Для выполнения условия (1) для лесоматериалов диаметром до 24 мм с диаметром ядровой гнили менее 100 мм (группа а) рекомендуется первая схема раскроя, показанная на рис. 2, а. Для лесоматериалов диаметром 240—320 мм (группа б) и диаметром ядровой гнили более 100 мм рекомендуется вторая схема раскроя с выпиливанием двух двухкантных брусьев толщиной 100 мм (рис. 2, б). Для лесоматериалов диаметром свыше 340 мм (группа в) и диаметром ядровой гнили свыше 100 мм рекомендуется третья схема раскроя с выпиливанием трех брусьев толщиной 100 мм (рис. 2, в).
У деревьев, пораженных ядровой гнилью, долго не обнаруживаются признаки поражения, крона сохраняет
научно-технический и производственный журнал ^^(д
сентябрь 2016
2 4
V V
Рис. 2. Схемы получения паллет из древесины с ядровой гнилью: а - диаметр бревна до 240 мм при диаметре гнили до 100 мм; б - диаметр бревна 240-320 мм при диаметре гнили свыше 100 мм; в - диаметр бревна свыше 340 мм при диаметре гнили более 100 мм
зеленую хвою и выглядит здоровой [9, 10]. Поэтому выявить и удалить ядровую гниль можно только при переработке древесины в обрезные пиломатериалы.
Для переработки лесоматериалов с ядровой гнилью в обрезные пиломатериалы разработано устройство, схема которого показана на рис. 2.
Устройство содержит два обрезных станка для последовательной обрезки каждой кромки, механизм подачи и вертикальные направляющие для перемещения пиломатериалов параллельно обрезаемым кромкам. Обрезные станки выполнены двухпильными с возможностью регулирования расстояния между пилами и вертикальными направляющими (рис. 3). Два обрезных двухпильных станка последовательно выпиливают здоровую часть древесины дисковыми пилами с каждого края.
Каждый из станков содержит электродвигатель 1 с дисковой пилой 2 для обрезки обзольной кромки и электродвигатель 3 с дисковой пилой 4 для выпиливания здоровой древесины. Электродвигатели 1 и 3 установлены на направляющих 5, которые обеспечивают возможность перемещения электродвигателей 1 и 3 в горизонтальной плоскости. Устройства 6, установленные на станине 7, осуществляют перемещение электродвигателей 1 и 3 при помощи винтовой подачи 8. Перемещение обрезаемых пиломатериалов производится по горизонтальным направляющим 9. Вдоль боковых направляющих 10 осуществляют перемещение обрезаемого пиломатериала, который в свою очередь содержит обзольные кромки 11 и 15, полосы здоровой древесины 12 и 14, ядровую гниль 13.
Второй обрезной двухпильный станок аналогичен по конструкции первому станку и является его зеркальным отображением (боковые направляющие 10 установлены с противоположной стороны от горизонтальных направляющих 9).
Перед обработкой в зависимости от размеров об-зольной кромки, ширины полосы здоровой древесины и ядровой гнили пилы 2 и 4 устанавливают таким образом, чтобы полученная при обработке полоса здоровой древесины имела максимальную ширину.
После настройки на требуемую ширину включают механизм и производят обрезку пилами 2 и 4, соответственно, обзольной кромки 11 и выпиливание полосы здоровой древесины. Оставшуюся часть древесины передают для обработки на второй станок.
На втором обрезном станке обработку древесины производят аналогично. Данное устройство обеспечи-
72?2ZZZZZÇZZZZM,
6
7
5
5
6
Рис. 3. Схема выпиливания здоровой части древесины на обрезном станке: 1 и 3 - электродвигатели; 2 - дисковая пила для выпиливания обзольной кромки; 4 - дисковая пила для выпиливания здоровой древесины; 5 - направляющие; 6 - устройства для смещения электродвигателей; 7 - станина; 8 - винтовая подача; 9 - горизонтальные направляющие; 10 - боковые направляющие; 11 и 15 - обзольные кромки обрезаемого пиломатериала; 12 и 14 - полосы здоровой древесины; 13 - ядровая гниль
вает возможность получения обрезных пиломатериалов с максимальным объемным выходом.
На разработанном устройстве можно получать обрезные пиломатериалы из необрезных, содержащих ядровую гниль. Устройство является универсальным так как на нем можно также обрабатывать необрезные пиломатериалы без ядровой гнили. В этом случае дисковые пилы для выпиливания здоровой древесины обоих станков смещают в крайнее положение, а обработку пиломатериалов производят только пилами для выпиливания кромок.
Таким образом, установлено:
1. С уменьшением сырьевой базы в европейской части страны древесины хвойных и твердолиственных пород становится все более востребованной древесина с ядровой гнилью, запасы которой составляют здесь около 20% от всех запасов древесины.
2. Наличие ядровой гнили является определяющим фактором, который указывает на возможность дальнейшего использования древесины.
3. Для получения максимального полезного выхода предлагается дифференцировать способы переработки древесины в зависимости от диаметра гнили:
— до 50 мм — высверливание из лесоматериалов ядровой гнили;
— от 50 до 100 мм — лущение здоровой части древесины;
— свыше 100 мм — ыпиливание лесоматериалов здоровой древесины.
4. Наиболее целесообразно из древесины с ядровой гнилью производить следующие виды продукции в зависимости от диаметра гнили: при диаметре гнили до 50 мм — оцилиндрованные бревна; при диаметре гнили 50 — 100 мм — фанерную продукцию; при диаметре гнили свыше 100 мм — ячеистую стеновую панель.
б
а
9
8
Список литературы
1. Лукаш А.А., Лукутцова Н.П. Новые строительные материалы и изделия из древесины. М.: АСВ, 2015. 288 с.
2. Лукаш А.А., Гришина Е.С. Дома из оцилиндрован-ных бревен: перспективы производства, недостатки и пути их устранения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 109-110.
References
1. Lukash A.A, Lukutsova N.P. Novye stroitel'nye materia-ly i izdeliya iz drevesiny [New building materials and wood products: monograph]. Moscow: ASV. 2015. 288 p.
2. Lukash A.A., Grishina E.S. Houses from round logs: production prospects, shortcomings and ways of their elimination. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 109-110. (In Russian).
■ ■■■','J'.- : i ^ ■ i Г;-' научно-технический и производственный журнал
® сентябрь 2016 87"
3. Лукаш А.А. Исследование деформаций в слоистой древесине при ее сжатии разнотолщинной пресс-формой // Известия вузов. Лесной журнал. 2014. № 3. С. 94-105.
4. Лукаш А.А., Лукутцова Н.П. Методика расчета теплопроводности ограждающей конструкции переменного сечения из оцилиндрованных бревен // Жилищное строительство. 2015. № 2. С. 34-37.
5. Лукаш А.А. Концепции создания новых строительных материалов из древесины // Materials of the X International scientific and practical conference, «Scientific horizons». 2014. Vol. 11, р. 96.
6. Лукаш А.А., Глотов Г.В., Глотова Т.И. Обеспечение стабильности размеров и форм фанеры при ее эксплуатации // Строительные материалы. 2013. № 10. С. 42-43.
7. Серпик И.Н., Алексейцев А.В., Лукаш А.А. Методика анализа деформаций формообразования рельефной фанеры // Строительные материалы. 2012. № 12. С. 31-33.
8. Клюев В.С. Факторы дестабилизации состояния ельников и повышение их устойчивости лесохо-зяйственными мероприятиями на примере Брянской области. Дисс... канд. с.-х. наук. Брянск. 2013. 177 с.
9. Шелухо В.П. Состояние спелых и переспелых ельников в районах техногенеза // Известия вузов. Лесной журнал. 2011. № 2. С. 23-29.
10. Лукаш А.А. Совершенствование технологического процесса изготовления паллет на ООО «Климово-леспром» // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам VIII международной научно-технической конференции «Лес-2008». Брянск, 2009. С. 245-248.
3. Lukash A.A. The study of deformations in laminated wood with its different thicknesses compression mold. Izvestiya vuzov. Lesnoi zhurnal. 2014. No. 3. pp. 94—105. (In Russian).
4. Lukash A.A., Lukutsova N.P. The method of calculation of the thermal conductivity of enclosing structures of variable cross section round logs. Zhilishchnoe Stroitel'st-vo [Housing construction]. 2015. No. 2, pp. 34—37. (In Russian).
5. Lukash A.A. The concept of creation of new building materials of wood. Materials of the XInternational scientific and practical conference "Scientific horizons". 2014. Vol. 11, p. 96.
6. Lukash A.A., Glotov G.V., Glotova T.I. Ensuring the stability of sizes and forms of relief plywood in the course of its operation. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 10, pp. 42-43. (In Russian).
7. Serpik I.N., Alekseytsev A.V., Lukash A.A. Methods of analysis of deformations during the fabrication of relief plywood. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 12, pp. 31-33. (In Russian).
8. Klyuev V.S. The factors of destabilization of the state of spruce forests and improving their sustainable forest management activities on an example of Bryansk area. Cand. Diss. (Agricultural). Bryansk. 2013. 177 p.
9. Shelukho V.P. Status of ripe and overripe spruce in areas technogenesis. Izvestiya vuzov. Lesnoi zhurnal. 2011. No. 2, pp. 23-29.
10. Lukash A.A., Rudnitsky V.N., Semenov A.N. Improvement of technological process of manufacture of pellets at OOO "Klimovolesprom". Actual problems of forestry complex: Collection of scientific papers on the results of the VIlI International Scientific Conference "Forest 2008". Bryansk. 2008, pp. 245-248.
Требования к статьям, направляемым для публикации в журнал «Строительные материалы»®
Уважаемые авторы!
Приступая к оформлению статьи для журнала «Строительные материалы»® внимательно ознакомьтесь с правилами и рекомендациями, размещенными на сайте издательства: - Статьи серии «Начинающему автору» - www.rifsm.ru/files/avtoru.pdf - Как подготовить к публикации научно-техническую статью - www.rifsm.ru/page/7
Статьи, направляемые для опубликования, должны оформляться в соответствии с техническими требованиями издания:
- текст статьи должен быть набран в редакторе Microsoft Word и сохранен в формате *.doc или *.rtf;
- графический материал (графики, схемы, чертежи, диаграммы, логотипы и т. п.) должен быть выполнен в графических редакторах: CorelDraw, Adobe Illustrator и сохранен в форматах *.cdr, *.ai, *.eps соответственно. Сканирование графического материала и импортирование его в перечисленные выше редакторы недопустимо;
- иллюстративный материал (фотографии, коллажи и т. п.) необходимо сохранять в формате *.tif, *.psd, *.jpg (качество «8 - максимальное») или *.eps с разрешением не менее 300 dpi, размером не менее 115 мм по ширине, цветовая модель CMYK или Grayscale.
Материал, передаваемый в редакцию в электронном виде, должен сопровождаться:
- рекомендательным письмом руководителя предприятия (института);
- лицензионным договором о передаче права на публикацию;
- распечаткой, лично подписанной ВСЕМИ авторами;
- рефератом объемом не менее 100 слов на русском и английском языках;
- подтверждением, что статья предназначена для публикации в журнале «Строительные материалы»®, ранее нигде не публиковалась и в настоящее время не передана в другие издания;
- сведениями об авторах с указанием полностью фамилии, имени, отчества, ученой степени, должности, контактных телефонов, почтового и электронного адресов (заполненная информационная карта).
Особое внимание библиографическим спискам!
НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ:
1. Включать ссылки на федеральные законы, подзаконные акты, ГОСТы, СНиПы и др. нормативную литературу. Упоминание нормативных документов, на которые опирается автор в испытаниях, расчетах или аргументации, лучше делать непосредственно по тексту статьи.
2. Ссылаться на учебные и учебно-методические пособия; статьи в материалах конференций и сборниках трудов, которым не присвоен ISBN и которые не попадают в ведущие библиотеки страны и не индексируются в соответствующих базах.
3. Ссылаться на диссертации и авторефераты диссертаций.
4. Самоцитирование, т. е. ссылки только на собственные публикации автора. Такая практика не только нарушает этические нормы, но и приводит к снижению количественных публикационных показателей автора.
ОБЯЗАТЕЛЬНО следует:
1. Ссылаться на статьи, опубликованные за последние 2-5 лет в ведущих отраслевых научно-технических и научных изданиях, на которые опирается автор в построении аргументации или постановке задачи исследования.
2. Ссылаться на монографии, опубликованные за последние 5 лет. Более давние источники также негативно влияют на показатели публикационной активности автора.
Несомненно, что возможны ссылки и на классические работы, однако не следует забывать, что наука всегда развивается поступательно вперед и незнание авторами последних достижений в области исследований может привести к дублированию результатов, ошибкам в постановке задачи исследования и интерпретации данных.
Следуйте рекомендациям, и вожделенная публикация не заставит себя долго ждать!
Подписано в печать 22.09.2016 Отпечатано в ООО «Полиграфическая компания ЛЕВКО» Набрано и сверстано
Фу0мРаМГааТ«6П°ау8з8;/8 Москва, Холодильный пер., д. 3, кор. 1, стр. 3 в РИФ «Стройматериалы»
Печать офсетная Верстка Д. Алексеев,
Общий тираж 5°°° зкз. Н. Молоканова
