CC BY
86
СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ, ЗАТОПЛЕННОЙ НА КОРНЮ В ЛОЖАХ ВОДОХРАНИЛИЩ
Е.М. РУНОВА, д. с.-х .н , Братский государственный технический университет,
A.Д. СЕРГЕЕВ, к. х. н., Генеральный директор СибНИИ ЦБЦ, г. Братск,
B.А.ИВАНОВ, ст. преподаватель, Братский государственный технический университет
Практически неизученными являются
свойства затопленной древесины на корню, количество которой в Братском водохранилище еще достаточно велико и имеется возможность ее заготовки и переработки.
Исследования проводились для затопленной на корню древесины, находившейся в воде с момента затопления водохранилища, т.е. 37 лет, для следующих пород: сосна, лиственница, ель. Лиственные породы на корню в затопленном состоянии практически не сохранились.
Для изучения физических, механических и химических свойств затопленной на корню древесины использовались модельные деревья, извлеченные из воды. Кроме этого, брались модельные деревья свежесрубленной древесины. Для получения более достоверных результатов образцы брались из различных частей дерева.
Из модельных деревьев выпиливалось по 3 среза толщиной 5-6 см, из срезов выпиливались образцы. Изучение физических, механических и химических свойств затопленной на корню и свежесрубленной древесины проводились по общепринятым методикам согласно ГОСТов, отбор и подготовка образцов проводились согласно ГОСТ 1683.0-78 «Древесина. Метод отбора образцов и общие требования при физико-механических испытаниях». Для обеспечения сопоставимости результатов измерений, испытания проводились по общей методике в соответствии с требованиями, регламентирующими процедуру испытаний обработки данных, указанных в ГОСТ 16483.1-84, ГОСТ 16483.7-71, ГОСТ 16483.10-73, ГОСТ 16483.11-72.
Для обеспечения сопоставимости результатов измерений, испытания проводились по общей методике в соответствии с требованиями, регламентирующих процедуру испытания и последовательность обработки данных, указанных в ГОСТ 16483.1-84, ГОСТ 16483.7-71, ГОСТ 16410-73, ГОСТ 164.11-72.
Для изучения химического состава пробы древесины готовились следующим образом: из шайб готовились спички, которые затем размалывались лабораторной мельницей в опилки. Полученные опилки фракционировались на ситах. Для анализов отбиралась фракция, оставшаяся на сите 0,25 мм.
В приготовленных таким образом пробах определялась влажность и основные компоненты, характеризующие химический состав древесины: содержание целлюлозы, лигнина, водорастворимых веществ, смол, жиров, золы. Определение содержания целлюлозы проводилось по методу Кюршнера и Хоффе-ра, содержание жиров и смол определялось путем экстракции древесных опилок этиловым спиртом в аппарате 7-8. В обессмоленных опилках определялось содержание лигнина методом Комарова. Вещества, растворимые в горячей воде, определялись при кипячении опилок на водяной бане с дистиллированной водой в течение 3 часов. Содержание минеральных веществ определялось путем сжигания и прокаливания пробы в муфеле при t° 575 ф 25 С. Все анализы проводились с параллельными пробами. Для сравнения приведены данные по химическому составу здоровой древесины лиственницы^ сосны и ели, произрастающей на территории лесосырьевых баз Братского ЛПК и Усть-Илимского ЛПК.
Первоначально определялся внешний вид вырванных из воды деревьев. В отличие от топляковой древесины - в сортиментах, отсутствует боковое почернение древесины, синева и другие внешние признаки, свойственные затопленной древесине. Отсутствует кольцо внешней оболочки, подвергающейся разрушению и пропитанной илом и песком, как указано в работе А.И. Расева [1]
Проведенные в последнее время исследования показали, что между плотностью древесины и шириной годичного слоя существует слабая связь (г = 0,25 - 0,50). Отсюда вывод о том, что ширина годичного слоя не характеризует показатель плотности древесины [2].
Было определено количество годичных слоев в 1 см, средняя ширина годичного слоя и процент поздней древесины для лиственницы, сосны и ели затопленной и свежесрублен-ной древесины тех же пород, произрастающих в Братском районе. Из табл. 1 видно, что средняя ширина годичного слоя у хвойных пород колеблется от 0,93 до 2,54 мм. Процент поздней древесины у лиственницы от 17,8 до 40 %, от сосны 19,8 - 28,2 %, у ели 8,1 - 10,4 %. В табл. 1 приведено значение плотности образцов. Несмотря на длительное пребывание в воде, плотность затопленной древесины практически не отличается от плотности свеже-срубленной древесины, а у лиственницы и сосны даже превышает плотность свежесруб-ленных деревьев. Процент поздней древесины и ’плотность для затопленной древесины не имеют связи, о чем свидетельствуют табл. 1, таким образом, подтверждается изложенное выше мнение об отсутствии корреляции или о слабой корреляции между плотностью древесины и ее макроскопическим строением. Для образцов древесины была по стандартной методике определена прочность древесины при сжатии вдоль волокон, при сжатии поперек волокон в радиальном направлении и прочность при статическом изгибе. В табл. 1 приведены показатели прочности древесины при сжатии вдоль волокон.
Как видно из таблицы прочность затопленной древесины значительно ниже, чем аналогичные свойства свежесрубленной дре-
весины. Так, у затопленной древесины прочность при сжатии вдоль волокон ниже прочности свежесрубленной древесйны на 30,1 %, у сосны - на 33,8 %, у ели - на 40,4 %. Предел прочности при сжатии поперек волокон у затопленной древесины на 16,7 - 33,3 % ниже, чем прочность свежесрубленной древесины.
В табл. 1 приведены показатели прочности древесины л л статическом изгибе. Среднее значение прочности затопленной древесины следующее: лиственницы - 74,5-81,-1 МПа, сосны - 63,9 МПа, ели - 56,1 МПа. При сравнении с прочностью свежесрубленной древесины видно, что прочность затопленной древесины ниже на 24,6-31,6 %. Весьма важным является сравнение полученных данных со стандартными значениями (таблицы стандартных справочных данных ГСССД 69-84). Показатели физико-механических свойств малых чистых образцов древесйны подготовлены на основе руководящих технических материалов и учитывают особенности свойства древесины различных регионов, в том числе и Восточной Сибири.
Такие полученные результаты можно объяснить только тем, что взятые образцы топляковой древесины были взяты у деревьев, выросших в более благоприятных условиях произрастания, ведь в зону затопления Братского водохранилища попали пашни и плодородные почвы.
Как уже было отмечено выше, плотность затопленной древесины практически не отличается от плотности свежесрубленной древесины и стандартных данных. Отклонение составляет от -1,2 до +12 %. Эти вывбды согласуются с результатами, полученными А.И. Расевым [1] при исследовании свойств топляковой древесины. Прочностные показатели затопленной древесины ниже справочных данных и ниже прочности свежей древесины, при этом предел прочности при сжатии вдоль волокон у лиственницы ниже стандартного значения на 37,2 %, у сосны - на 41,8 %, у ели - на 60,2 %. Предел прочности при статическом изгибе у затопленной лиственницы ниже стандартных данных на 29,7 %, у сосны - на 28,3 % и у ели - на 31,3 %.
■ Таблица 1 Физико-механические свойства топляковой древесины.
Порода древесины Затопленная на корню древесина Свежесруб- ленная древесина Относительное отклонение свойств затопленной древесины от свежесрубленной % сед Относительное отклонение свойств затопленной древесины от РСД %
Число годичных слоев в 1 см
Лиственница сибирск. 10,9 7,7 +41,6 13,5 -19,2
Сосна обыкнов. 4,8 6,6 -27,3 П,2 -57,1
Ель сибирская 7,2 7,0 +2,8 9,0 -20,0
Содержание поздней древесины, %
Лиственница сибирск. 17,8 40,0 -55,5 29,0 -38,6
Сосна обыкнов. 19,8 28,2 -29,8 27 -26,7 .
Ель сибирская 8,1 10,4 -22,1 25,0 -67,6
Плотность кг/мЗ ( влажность 12 %)
Лиственница сибирск. 694,3 643,2 +7,9 636 +9,2
Сосна обыкнов. 465,8 415,8 +12,0 465 +0,17
Ель сибирская 428,1 433,5 -1,2 436 -1,8
Предел прочности при сжатии вдоль волокон , влажность 12 %, МПа
Лиственница сибирск. 39,4 56,4 -30,1 62,7 -37,2
Сосна обыкнов. 26,6 40,2 -33,8 45,7 -41,8
Ель сибирская 19,9 33,2 -40,4 49,8 -60,2
Предел прочности при статическом изгибе, влажность 12 %, МПа
Лиственница сибирск. 74,5 102,3 -27,2 106,0 -29,7
Сосна обыкнов. 63,9 84,7 -24,6 89,1 -28,3
Ель сибирская 56,1 82,0 -31,6 81,5 -31,2
Для исследования древесины ЦБП имеют значения влажность, объемная масса, ширина годичного слоя и возраст древесины. Наибольшее значение из всех этих показателей имеет плотность (объемная масса древесины), определяющая технико-экономические показатели производства целлюлозы.
По данным [3] существует закономерности в части химического состава древесины Сибири: она содержит меньше целлюлозы и больше экстрактивных веществ и лигнина.
В табл. 2 приведены результаты исследования химического состава затопленной древесины и сравнение его со здоровой
древесиной лесосырьевой базы Братского ЛПК и Усть-Илимского ЛПК. Как видно из табл. 2 содержание целлюлозы у древесины затопленных деревьев мало отличается от свежесрубленной древесины. Так, содержание целлюлозы у затопленной лиственницы ниже на 16 % по сравнению с лиственницей лесосырьевой базы Братского ЛПК и на 10,2 % ниже, чем у лиственницы в лесосырьевой базе Усть-Илимского ЛПК. Содержание целлюлозы у затопленной сосны на корню выше, чем у сосны, характерной для сырьевой базы Братского ЛПК, на 6,58 % и выше, чем у сосны Усть-Илимской лесосырьевой базы на 12,8 %. У затопленной на корню
ели, содержание целлюлозы по сравнению с елью лесосырьевой базы Братского ЛПК ниже на 4,3 % и выше, чем у ели из лесосырьевой базы Усть-Илимского ЛПК на 6 %. Это можно объяснить тем, что были затоплены здоровые и целые деревья, что обеспечило наименьшее вымывание химических веществ из древесины. Аналогичная картина прослеживается и для таких химических компонентов как лигнин, смолы, жиры, зола и вещества, растворимые в горячей воде. Как видим физические, химические и механические свойства затопленной на корню древесины сосны, ели, лиственницы даже при нахождении в воде 37 лет практически не изменились. Особенно устойчивыми оказались химические свойства древесины.
Это свидетельствует о том, что древесина затопленной на корню древесины может без всяких ограничений использоваться в технологическом процессе получения целлюлозы.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. В Братском водохранилище сохранилось достаточно большое количество затопленной на корню древесины, о чем свидетельствуют материалы натурных исследований. В целом по водохранилищу количество такой древесины составляет около 1 млн.м3.
2. По внешнему виду древесина затопленных на корит-. деревьев мало отличается от свежесрубленной древесины.
3. У древесины сосны, ели, лиственницы, пробывшей в воде 37 лет прочностные свойства ниже, чем у свежесрубленной древесины примерно на 30-40 %.
4. Несмотря на длительное пребывание в воде, плотность затопленной древесины практически не отличается от плотности свежесрубленной древесины, а у лиственницы и сосны даже превышает плотность свежесрубленной древесины.
5. Химический состав затопленной на корню древесины практически не отличается от древесины здоровых свежесрублен-ных деревьев.
Таблица 2
Химический состав затопленной древесины
Содержание, % от массы абсолютно сухой древесины
Породы древесины целлюлоза лигнин смолы и жиры вещества, растворимые в горячей воде зола
Лиственница 37,6 29,9 3,6 14,1 0,16
Сосна 52,6 27,2 2,8 1,1 0,28
Ель 50,8 26,3 4,3 1,6 0,44
Здоровая древесина ( для сравнения) Лесосырьевая база Братского ЛПК
Лиственница 44,8 25,5 3,3 15,4 0,24
Сосна 49,7 ; .. 27,4 7,9 2,6 0,24
Ель 53,1 28,0 2,6 1,7 0,34
Лесосырьевая база Усть-Илимского ЛПК
Лиственница 41,9 25,5 2,5 13,5 0,35
Сосна 46,6 27,6 : 5,0 3,1 0,29
Ель 47,9 28,0 2,6 3,0 0,34
6. Затопленная древесина лиственницы может использоваться практически без ограничений для выработки пиломатериалов или для использования в круглом виде, при этом следует проводить сушку полученных пиломатериалов в более мягком режиме.
7. Затопленная древесина сосны и ели при сушке подвержена растрескиванию, часто встречаются отлупные трещины между годичными слоями, но использовать эту древесину для выработки и пиломатериалов общего назначения вполне возможно. Кроме этого, древесина сосны прекрасно может использоваться для выработки целлюлозы и древесной массы.
8. Древесина может служить сырьем для изготовления изделий методом контурного прессования.
9. Затопленная на корню древесина дает достаточно ) ысокий выход деловой древесины - до 70 - 72 %. Дровяная древесина может быть использована как топливо или сырье для производства древесного угля.
Литература
1. Расев А.И. Проблемы использования топляковой древесины в деревообрабатывающей промышленности // Строение, свойства и качество древесины - 96 / Сборник трудов 2-го международного симпозиума,-М.: МГУЛ, 1997-С.112-115.
2. Полубояринов О.И. Плотность древесины. - М.: Лесная пром-ть, 1976. - 160 с.
3. Хуторщиков И.С. О физических свойствах и химическом составе древесины Сибири/ Труды ЛТА им. С.М. Кирова.-Л.: ЛТА, 1960.-Вып.85.-С. 34—41.
ФОРМИРОВАНИЕ СТВОЛА ДЕРЕВА ЕЛИ ПО ВЫСОТЕ
Р.И. ВИНОКУРОВА, к.х.н., доцент кафедры химии МарГТУ,
П.М. МАЗУРКИН, д.т.н., профессор кафедры инженерной экологии и технологии природопользования МарГТУ
Эксперименты по изучению свойств све-жесрубленной древесины на различных видах деревьев были проведены летом 1997 г. Показатели формы ствола, плотности и влажности древесины были замерены по отдельным спилам на разных высотах ствола. Цель статьи - показать волновые закономерности изменения образующей ствола на примере одного конкретного дерева ели, плотности и влажности ее древесины, а также энергетических показателей формирования древесины по высоте ствола этого дерева.
Дерево ели было срублено и обработано в липовом пихтарнике и имело следующие параметры: возраста в момент рубки 64 года; диаметр на высоте груди 20,5 см; полная высота 19,7 м; высота кроны 11,1 м; площадь кроны 5,31 м2; продуктивность по древесине - второй класс бонитета. Взвеши-
ванием было определено, что масса ствола с корой составляет 270,9 кг при объеме 0,38 м3, а масса ствола без коры равна 235,1 кг при объеме 0,33 м . Средняя плотность све-жесрубленной древесины равна 712,4 кг/м3, а с корой - 712,9 кг/м3. По этому дереву средняя плотность коры почти равна плотности древесины ствола.
К моменту рубки ель достигла формы ствола, которая описывается общим законом, приведенным в работе [см. лит.], изменения радиуса сечения ствола с корой Щ и без коры Кх по формулам (табл. 1):
Л! = 25,71ехр(-0,001566я/1’506 ) --15,6273ЯГ 0,06936 ехр(-0,03737Ях);
