Деревинознавчі аспекти сухостійної деревини сосни звичайної

Размещено на http://www.allbest.ru/

Деревинознавчі аспекти сухостійної деревини сосни звичайної

С.В. Новицький

Досліджено показник водопоглинання сухостійної деревини сосни давністю усихання від одного до трьох років та деревини без ознак всихання з Київської та Житомирської областей України, зона Лісостепу. Підтверджено наявність тенденції до підвищення водопоглинальної здатності від давності всихання сухостійної деревини. Викладено результати експериментальних досліджень із впливу температури оброблення сухостійної деревини сосни звичайної (Pinus sylvestris L.) різної давності всихання з ознаками мікологічних уражень на життєздатність гіфів грибів. Проаналізовано наявні методи з визначення фізико-механічних властивостей деревини, викладені у чинних національних, гармонізованих з європейськими, та міждержавних нормативних документах. Встановлено показники щільності, межі міцності та модуля пружності за статичного згину, межі міцності за стискання вздовж волокон для пиломатеріалів із сухостійної деревин сосни звичайної, давністю всихання до одного року, порівняно з деревиною без ознак всихання. Визначено, що сухостійна деревина сосни, давністю всихання до одного року, повністю задовольняє вимоги до дерев'яних конструкцій, встановлених у ДБН В.2.6-161:2017, і можна її використати як конструкційний матеріал. Запропоновано застосування методу евристичного моделювання для вивчення впливу деревинознавчих аспектів сухостійної деревини сосни звичайної на показники конструкційних лісоматеріалів з метою прогнозування можливості використання такої деревини в будівельних конструкціях.

Ключові слова: деревозабарвлювальні гриби; термічне оброблення; фізико-механічні властивості; конструкційні лісоматеріали.

Вступ. На сьогодні, внаслідок кліматичних змін, інтенсифікувались патологічні процеси у хвойних деревостанах, що призвело до їх всихання. Це стало причиною зростання, отримуваних у процесі лісозаготівель, обсягів так званої "сухостійної" деревини, основною ознакою якої є ураження деревозабарвлювальними грибами. Тому виникло питання ефективного та раціонального використання такої деревини у промисловості.

Через наявності біологічних пошкоджень склалась практика використання сухостійної деревини як паливної сировини. Однак дослідження І. Н. Бєляєва (Beliaev, 2011) дають змогу припустити, що частку сухостійної деревини, посортувавши, можна використати як сировину для виробництва конструкційних елементів будівельного призначення. Окрім цього, виконані на сьогодні дослідження мінливості показників механічних властивостей сухостійної деревини залежно від терміну всихання свідчать, що міцність і якість деревини з деревостанів давністю всихання до 5 років під впливом абіотичних і біотичних чинників знижуються незначно. Це також дає змогу стверджувати, що таку деревину можливо використовувати для виробництва конструкційних пиломатеріалів ®агтша, 2014).

Як відомо, фізичні та механічні властивості деревини безпосередньо залежать від геокліматичних умов росту дерев, що зумовлює їх значну мінливість. Отже, дослідження цього природного матеріалу має характер у межах певного регіону окремої країни. Так, для визначення способів раціонального використання деревини, зокрема сухостійної, необхідно провести комплекс експериментальних досліджень з вивчення її властивостей. Отже, метою дослідження є вивчення деревинознавчих аспектів сухостійної деревини сосни звичайної і їх впливу на показники конструкційних лісоматеріалів.

Матеріали та методи дослідження. Для виконання дослідження було відібрано зразки деревини сосни звичайної (Pinus sylvestris L.) з неослаблених всиханням деревостанів, без ознак мікологічних уражень (надалі - здорова деревина), та з усихаючих деревостанів, давністю всихання до 1-го, 2-х та 3-х років. Відбір зразків здійснювали способом заготівлі модельних дерев з пробних площ (ГОСТ 16483.6-80) Київської та Житомирської областей України, зона Лісостепу. Загалом для вивчення впливу деревинознавчих аспектів сухостійної деревини сосни звичайної на показники конструкційних лісоматеріалів для прогнозування можливості використання такої деревини в будівельних конструкціях доцільно застосувати метод евристичного моделювання досліджуваного процесу, блок-схему якого наведено на рисунку.

На першому етапі виконано експериментальні дослідження з визначення межі водопоглинання (ГОСТ 16483.20-72) зразків здорової та сухостійної деревини сосни давністю всихання до 1-го, 2-х та 3-х років. Для цього виготовляли зразки у формі прямокутної призми основою 20^20 мм та висотою вздовж волокон 10 мм. Зразки розміщували в ексикаторі під вставкою, заливали дистильованою водою так, щоб одна з площин розрізу залишалася сухою, закривали кришкою і витримували за температури 20±² °С не менше 30 діб, періодично виймаючи з води, осушуючи поверхню фільтрованим папером і зважуючи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Також встановлено вплив гідротермічної оброблення деревини за різних температур на життєздатність гіфів грибів. Для того відбирали проби непошкодженої всиханням та сухостійної деревини сосни давністю всихання до 1-го, 2-х та 3-х років, які піддавали обробці різними температурами. Контрольну групу зразків не обробляли. Сушіння проводили за стерильних умов, після чого проби розміщували в чашках Петрі на живильному середовищі Сабуро (ГОСТ 9.048-89). Чашки герметизували та витримували протягом 28 днів за температури 29^±2°С і відносної вологості повітря не більше 90 %.

Другий етап досліджень охоплював визначення та розрахунок показників міцності та жорсткості відповідно до методик міждержавних стандартів (ГОСТ 16483.3-84, 16483.9-73, 16483.10-73) та чинних національних, гармонізованих із європейськими (ДСТУ EN 408:2007, 384:2001, 338:2004) за допомогою універсальної розривної машини Р-5. Отримані результати порівнювали з відповідними значеннями нормативних показників, зазначених у ДСТУ EN 338:2004 "Лісоматеріали конструкційні. Класи міцності", за якими у ДБН В.2.6- 161:2017 "Конструкції будинків і споруд. Дерев'яні конструкції" регламентовано визначення характеристичних значень показників міцності, жорсткості та щільності. Визначення щільності деревини проводили ваговим методом (ШО 13061-2:2014).

Результати дослідження та їх обговорення. Важливою деревинознавчою характеристикою для розуміння сухостійної деревини як матеріалу є водопоглинан- ня. Зважаючи на те, що такій деревині притаманні мікологічні ураження, які зазвичай характеризуються зміною кольору деревини, спричиненою діяльністю дере- возабарвлювальних грибів, цей показник має практичне значення у разі просочення пиломатеріалів зі сухостійних дерев антисептичними та вогнезахисними засобами, за умов їх використання в конструкціях та будівельного призначення. Результати досліджень показали, що межа водопоглинання сухостійної деревини сосни давністю усихання до 1-го року становить близько 154±15,5 %, до 2-х років - 175±23,9 %, до 3-х років - 191±514 %, деревини з неослабленим всиханням де- ревостанів - 170±5,31 %. сухостійний лісоматеріал всихання

Нижче значення межі водопоглинання сухостійної деревини до одного року всихання, порівняно з неура- женою деревиною, пояснюємо тим, що з розвитком міцелій деревозабарвлювальних грибів просувається по серцевинних променях, проникаючи у клітини (Регент, 1969), що спричиняє процес відмирання деревини і, як наслідок, закупорення трахеїд смолянистими сполуками. Подальше зростання показника водопогли- нання зі збільшенням давності всихання деревини пов'язане з розкладом легкорозчинних поживних речовин у порожнинах клітин та утворенням перфорації в мембранах облямованих пор внаслідок діяльності дере- винозабарвлювальних грибів.

У межах виконання досліджень із впливу температури термічної оброблення на життєздатність деревоза- барвлювальних грибів виявлено, що для запобігання подальшому розвитку та поширенню грибних уражень в сухостійній деревині сосни звичайної рекомендованою температурою її оброблення може бути 120 °С та вище (табл. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Встановлено, що після термічного оброблення за температури 120 °С в усіх дослідних зразках із деревини, давністю усихання до 1-го року, життєздатних процесів грибів не було виявлено. У 13 % та 100 % зразків сухостійної деревини сосни терміном усихання до 2-х та 3-х років відповідно було виявлено життєздатні гіфи та спори грибів, тому для них рекомендованою є температуре оброблення значно вища за 120 °С.

Для визначення можливості використання ураженої деревини сосни як конструкційної виконано дослідження з визначення основних характеристичних значень зразків сухостійної деревини 1-го року всихання.

Варто зауважити, що конструкційні пиломатеріали повинні відповідати нормативам, які застосовують під час проектування будівельних конструкцій з цільної та клеєної деревини і які регламентують державні будівельні норми (ДБН В.2.6-161:2017). Дерев'яні конструкції всіх типів повинні задовольняти такі вимоги: механічну міцність, стійкість, довговічність та експлуатаційну придатність згідно з цим документом. Тому виникає потреба оцінки експлуатаційних властивостей конструкційних пиломатеріалів у межах однієї породи з обов'язковим визначенням реальної несучої здатності, яку не можливо встановити візуально, тільки на основі кількості та якості вад деревини (ТатЬі, 2015).

Однак наявні на сьогодні методи визначення фізико- механічних властивостей деревини, які й визначають експлуатаційну придатність, регламентовані великою кількістю нормативних документів як національного (ДСТУ) значення, так і міждержавного (ГОСТ), європейського (Е№) та міжнародного (ШО). Тому серед великої кількості показників фізико-механічних властивостей деревини й пиломатеріалів для подальших досліджень було виділено найбільш значущі для конструкційного використання деревини. До них належать такі показники, як: модуль пружності за статичного згину, межа міцності за статичного згину та стискання, а також щільність, яка здебільшого визначає якісну характеристику деревини.

З огляду на перехід України до технічних правил і стандартів ЄС (постанова Кабінету Міністрів України № 695 від 09.12.2014 р., наказ ДП "УкрНДНЦ" № 184 від 14.12.2015 р.), експериментальні дослідження було виконано на основі методів, передбачених базовими міждержавними та національними, гармонізованими з європейськими (повна ідентичність), нормативними документами (табл. 2).

Такий вибір обґрунтовано тим, що на сьогодні для аналізу й використання на практиці існує значний статистичний матеріал щодо показників фізико-механічних властивостей деревини різних порід, отриманий на основі досліджень на малих чистих зразках за міждержавними (ГОСТ) стандартами, який зведено у вигляді таблиць стандартизованих довідкових даних ГСССД 69-84, що містять 16 показників для 167 порід деревини.

За результатами виконаних досліджень, наведених у табл. 2, встановлено, що сухостійна деревина сосни, давністю всихання до 1-го року, повністю задовольняє вимоги дерев'яних конструкцій, встановлених у ДБН

В.2.6-161:2017 і можна використати як конструкційний матеріал.

Висновки

Дослідження з визначення межі водопог- линання підтвердили наявність тенденції до підвищення водопоглинальної здатності від давності всихання сухостійної деревини, що зумовлено діяльністю дереви- нозабарвлювальних грибів.

Визначено, що сухостійну деревину сосни звичайної давністю усихання до 1-го року, оброблену за температури /=120 °С, можна використовувати як конструкційний матеріал. Характеристичні значення міцності, жорсткості та щільності такої деревини знижуються в межах 5 %, порівняно зі здоровою деревиною.

Значення фізико-механічних показників деревини сосни звичайної, отримані згідно з методиками ГОСТ та ДСТУ EN, значно відрізняються (до 64 %). Це пояснюємо принциповими відмінностями методик проведення досліджень, що не дає змогу безпосередньо порівняти дані без введення перевідного коефіцієнта.

Перелік використаних джерел

1. Beliaev, І. N. (2011). PovysheniekachestvennogovykhodalesomaterialovvzoneusykhaiushchikhelovykhdrevostoevArkhangelskoioblasti.[Improvement of the qualitative yield of timber in the zone of drying fir tree stands in the Arkhangelsk region]. Extended abstract of candidate's thesis. Arkhangelsk. [In Russian].

2. Bokshchanin, Iu. R., Kviatkovskaia, A. P., Lashmanov, V. I., Sergeev, B. V., & Khodak, V. M. (1987). Spravochnik mastera derevoobrabotki.[Handbook of the master of wood processing].[In Russian].

3. Larinina, Iu. A., Blintcov, A. I., Khvasko, A. V., & Ermokhin, M. V. (2014). Izmenenie mekhanicheskikh svoistv drevesiny usykhaiushchikh i sukhostoinykh derevev eli evropeiskoi. [The change in the mechanical properties of the wood of the shrinking and dead trees of European spruce].Proceedings of BSTU, 1, 221224.[In Russian].

4. Perelyigin, L. M. (1969). Drevesinovedenie.[Wood science].

5. Moscow: Lesnaia promyshlennost. [In Russian].

6. Tambi, А. А. (2015).Nauchnye osnovy sortoobrazovaniia pilomaterialov.[Scientific basics of grade-formation of lumber].Doctor's thesis. Saint Petersburg. [InRussian].

Размещено на Allbest.ru