Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến chất lượng của ván ghép khối làm mặt cầu thang từ gỗ keo lai

cầu thang với 4 thông số chiều rộng thanh cơ sở khác nhau (13,5; 18; 22,5; 27mm). Từ đó tiến hành phân tích các chỉ tiêu chất lượng ván ứng với từng cấu trúc cụ thể. Kết quả cho thấy chỉ có tính chất độ bền uốn tĩnh (MOR) và tính chất mô đun đàn hồi (MOE) chịu sự ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở. Kết quả đó chứng minh rằng với chiều rộng thanh cơ sở là 13,5mm cho chất lượng ván tốt nhất. Kết quả nghiên cứu là tài liệu khoa học cơ sở quan trọng cho các cơ sở sản xuất loại ván này. Từ khóa: Chiều rộng thanh cơ sở, ván ghép khối, keo lai ĐẶT VẤN ĐỀ* Ván ghép khối (Glue Laminated Timber) được sử dụng nhiều trên thế giới và trong nhiều lĩnh vực. Tại Việt Nam, loại ván này mới được tiến hành nghiên cứu sản xuất và sử dụng, tuy nhiên lĩnh vực sử dụng loại ván này tại nước ta mới chỉ dừng lại nghiên cứu sản xuất, chưa có nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày và chiều rộng thanh cơ sở có ảnh hưởng như thế nào đến cường độ của sản phẩm [1]. Cấu trúc ván glulam là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng của ván. Với những tỷ lệ kết cấu khác nhau, tỷ lệ chiều rộng thanh cơ sở khác nhau sẽ cho ta những kết quả về chất lượng ván là khác nhau. Do vậy cần phải có hướng nghiên cứu đánh giá sự biến đổi đó đến chất lượng của ván như thế nào. Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến chất lượng của ván ghép khối làm mặt cầu thang từ gỗ Keo lai.” * Tel: 0916134648; Email: nttuyen1201@gmail.com NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên vật liệu - Gỗ keo lai 8-10 tuổi - Keo dán sử dụng trong đề tài là keo EPI 1985/1993, tên keo Synteko 1985 with Hardener 1993 đạt được theo tiêu chuẩn JAIA-005440 đạt F****. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp kế thừa Kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu trước cho việc viết tính cấp thiết của đề tài, tổng quan vấn đề nghiên cứu (lịch sử ván glulam, lĩnh vực sử dụng trên thế giới và trong nước có liên quan đến ván glulam và tỷ lệ kết cấu ván). * Phương pháp thực nghiệm Tiến hành sản xuất thực nghiệm ván ghép khối dùng làm mặt cầu thang. Phương pháp thực nghiệm tạo ván theo các cấu trúc và kiểm tra chất lượng ván. Quá trình tạo ván được thực hiện theo tiêu chuẩn và được tiến hành theo các miền biến đổi của kích thước bề mặt ván và kích thước thanh cơ sở tạo bề mặt ván. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Tuyên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 153 - 159 154 Kiểm tra chất lượng ván ghép khối theo các tiêu chuẩn AS/NZS 1328.2:1998: Tiêu chuẩn kiểm tra tính chất cơ học của ván Glue Laminated Timber với các tính chất sau: Kiểm tra khối lượng thể tích sản phẩm Tiêu chuẩn kiểm tra: AS/NZS 1328.2:1998 + Kích thước mẫu: 100x100xt, mm + Phương pháp xác định: Cân - đo + Dùng thước kẹp có độ chính xác 0,01 mm để đo chiều dài và chiều rộng mẫu + Dùng thước kẹp Panme có độ chính xác 0,01 mm để đo chiều dày của mẫu + Dùng cân điện tử có độ chính xác 0,01g để cân khối lượng mẫu )/( 3cmg V m =γ Xác định khả năng bong tách của màng keo Tiêu chuẩn kiêm tra: AS/NZS 1328.2:1998 + Kích thước mẫu được xác định theo tiêu chuẩn + Phương pháp xác định là phương pháp ngâm sấy + Cách tiến hành: Cho mẫu vào bình và đun nóng trong nước nóng 70±30C trong 2 giờ, sau đó lau sạch và đem sấy với thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 60±30C, sau khi sấy xong ta lấy mẫu ra và đo vết nứt của màng keo. Việc đo vết nứt màng keo được lựa chọn trên một cạnh có tổng vết nứt là lớn nhất. Xác định độ ẩm của ván Tiêu chuẩn kiêm tra: AS/NZS 1328.2:1998 + Kích thước mẫu: 50x50xt, mm + Phương pháp xác định: cân – sấy + Các bước tiến hành: Mẫu được cân bằng cân điện tử có độ chính xác 0,01g, và được cân ngay sau khi gia công mẫu được m1. Sau đó sấy mẫu ở nhiệt độ 103±20C cho đến khi mẫu khô kiệt. Đưa mẫu vào bình hút ẩm, làm nguội đến nhiệt độ phòng, tiến hành cân mẫu được m0. Công thức xác định: (%)100 0 01 0 × − = m mm MC Trong đó: m1 - Trọng lượng gỗ trước khi thí nghiệm (g) m0 - Trọng lượng gỗ khô kiệt (g) MC0 - Độ ẩm tuyệt đối của gỗ (%) Xác định độ bền uốn tĩnh Tiêu chuẩn kiêm tra: AS/NZS 1328.2:1998 + Kích thước mẫu: 450x50xt, mm + Các bước tiến hành: mẫu được đo bằng thước kẹp và thước Panme có độ chính xác 0,01 mm. Sau đó đưa mẫu thử lên máy thử vạn năng, mẫu được kiểm tra theo phương pháp một điểm đặt lực. Công thức xác định: MPa hb LP g ut , ..2 3 2 max × =σ Trong đó: σut - Sức chịu uốn tĩnh của gỗ (Mpa); Lg - Khoảng cách giữa hai gối đỡ (l = 360 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). Xác định Modul đàn hồi Tiêu chuẩn kiêm tra: AS/NZS 1328.2:1998 + Kích thước và các bước kiểm tra giống như xác định độ bền uốn tĩnh. Công thức xác định: 3 3 ...4 . hbf Lp MOE g= , MPa Trong đó: MOE- Modul đàn hồi (MPa); P- Lực phá huỷ mẫu (N); Lg - Khoảng cách giữa hai gối đỡ (l = 360mm); h - Kích thước chiều dày của mẫu gỗ (mm); b - Kích thước chiều rộng của mẫu gỗ (mm); f - Độ võng của mẫu thử (cm). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Tuyên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 153 - 159 155 * Phương pháp phân tích và xử lý số liệu [2] - Xử lý số liệu bằng phần mềm Excel và sử dụng thống kê toán học: Trị số trung bình cộng Được xác định theo công thức: n x x n i∑ = 1 Trong đó: xi- Các giá trị ngẫu nhiên của mẫu thí nghiệm; n- Số mẫu quan sát; x - Trị số trung bình mẫu. Độ lệch tiêu chuẩn Được tính theo công thức: Trong đó: S - Sai quân phương; xi - Giá trị của các phân tử; x - Trung bình cộng của các giá trị xi; n - Số mẫu quan sát. Hệ số biến động 100% ×= x SS Trong đó: S% - Hệ số biến động; S - Sai quân phương; x - Trị số trung bình cộng. Sai số trung bình cộng n S m ±= Trong đó: S - Sai quân phương; n - Số mẫu quan sát; m - Sai số trung bình cộng Hệ số chính xác (%)100×= x mP Trong đó: P- hệ số chính xác; m - Sai số trung bình cộng; x - Trị số trung bình cộng Sai số tuyệt đối của ước lượng C(95%) C% = t /2(k). S n α KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thực nghiệm tạo ván - Thực nghiệm tạo ván từ gỗ Keo lai với 4 thông số về chiều rộng thanh cơ sở là: 13,5; 18; 22,5; 27mm - Sản phẩm ván sàn có kích thước: L x w x t = 800 x 250 x 30 mm. - Ván có 3 lớp: 9-12-9 mm - Cơ sở lựa chọn kích thước thanh cơ sở được thể hiện tại bảng 1. Kiểm tra khối lượng thể tích sản phẩm Khối lượng thể tích ván là một chỉ tiêu để đánh giá tính chất vật lý của ván, được thể hiện sự đồng đều về vật liệu làm ván. Kết quả kiểm tra khối lượng thể tích ván được thể hiện tại bảng 2. Qua bảng 2 cho thấy sự chênh lệch giữa khối lượng thể tích nhỏ nhất và lớn nhất là không đáng kể. Có thể kết luận rằng tỷ lệ chiều rộng thanh không ảnh hưởng đến khối lượng thể tích của sản phẩm. Bảng 1. Kích thước thanh cơ sở Tỷ lệ kết cấu R, % Tỷ lệ w/t Chiều dày thanh cơ sở Chiều rộng thanh cơ sở Lớp 60 1,5 9 13.5 Lớp mặt 2,0 9 18 2,5 9 22.5 3,0 9 27 12 24 Lớp lõi 1 )( 1 2 − − ±= ∑ = n xx S n i i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Tuyên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 153 - 159 156 Bảng 2. Kết quả kiểm tra khối lượng thể tích của ván, g/cm3 Cấu trúc x S S% m P% C(95%) R% ∆ 60 1,5 0,59 0,013 2,155 0,005 0,880 0,010 2,0 0,60 0,011 1,849 0,005 0,755 0,009 2,5 0,60 0,011 1,790 0,004 0,731 0,009 3,0 0,60 0,018 3,012 0,007 1,230 0,014 Kiểm tra độ ẩm sản phẩm Độ ẩm sản phẩm là chỉ tiêu vật lý để chỉ sự đồng đều của ván sau khi sấy, là yếu tố giới hạn để đánh giá các tính chất cơ học khác. Kết quả kiểm tra được thể hiện tại bảng 3. Bảng 3. Kết quả kiểm tra độ ẩm của ván, % Cấu trúc x S S% m P% C(95%) R% ∆ 60 1,5 12,57 0,943 7,497 0,385 3,061 0,755 2,0 13,21 0,799 6,043 0,326 2,467 0,639 2,5 12,89 1,073 8,319 0,438 3,396 0,858 3,0 11,94 1,254 10,506 0,512 4,289 1,004 Qua bảng 3 ta thấy, độ ẩm của ván sau khi hoàn thiện nằm trong khoảng từ 11,94% - 13,21%. So với độ ẩm của thanh cơ sở sau khi sấy, độ ẩm của ván cao hơn, điều đó có thể giải thích là do quá trình tráng keo dán. Qua kết quả trên cho thấy có thể kết luận rằng tỷ lệ chiều rộng thanh đều ảnh hưởng đến độ ẩm của ván của sản phẩm. Kiểm tra bong tách màng keo sản phẩm Bong tách màng keo là một chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá chất lượng dán dính của ván nhân tạo nói chung, ván ghép khối nói riêng. Kết quả kiểm tra bong tách màng keo được thể hiện tại bảng 4. Bảng 4. Kết quả kiểm tra bong tách màng keo của ván, % Cấu trúc x S S% m P% C(95%) R% ∆ 60 1,5 4,774 0,584 12,234 0,238 4,995 0,467 2,0 4,328 0,446 10,315 0,182 4,211 0,357 2,5 4,904 0,827 16,857 0,337 6,882 0,661 3,0 5,055 0,970 19,185 0,396 7,832 0,776 Qua bảng 4 ta thấy, tỷ lệ bong tách màng keo của ván là nhỏ. So với tỷ lệ bong tách màng keo của các nghiên cứu khác là nhỏ hơn nhiều. Qua bảng trên ta thấy sự chênh lệch về tỷ lệ bong tách giữa các cấu trúc là không đáng kể, có nghĩa là yếu tố chiều rộng thanh cơ sở không đáng kể đến tỷ lệ bong tách màng keo của sản phẩm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Tuyên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 153 - 159 157 Bảng 5. Kết quả kiểm tra độ bền uốn tĩnh sản phẩm, MPa Cấu trúc x S S% m P% C(95%) R% ∆ 60 1,5 73,12 7,430 10,161 2,627 3,592 5,149 2,0 69,08 8,012 11,598 2,833 4,101 5,552 2,5 67,42 7,664 11,715 3,427 5,239 6,717 3,0 65,84 13,393 19,742 5,062 7,462 9,922 Kiểm tra độ bền uốn tĩnh của sản phẩm Độ bền uốn tĩnh là một chỉ tiêu quan trọng về tính chất cơ học của gỗ, nó thể hiện khả năng chịu lực của ván, khả năng dán dính của màng keo. Kết quả kiểm tra được thể hiện tại bảng 5. Qua bảng 5 ta thấy sự biến đổi của độ bền uốn tĩnh của ván là một hàm phi tuyến. Độ bền uốn tĩnh của ván lớn nhất 73,12 MPa thuộc cấu trúc thuộc chiều rộng thanh là 13,5mm và thấp nhất đạt 65,42 thuộc cấu trúc chiều rộng thanh = 27mm. Khi chiều rộng thanh cơ sở thay đổi, chiều dày thanh cố định. Lúc này sự biến đổi về cường độ phụ thuộc vào mối liên kết giữa gỗ và keo dán. Khi chiều rộng thanh thay đổi nghĩa là số lượng thanh cơ sở trên một tấm ván sẽ thay đổi, các cạnh mối dán giữa các thanh cơ sở của lớp mặt thay đổi sẽ làm thay đổi khả năng liên kết màng keo giữa ván lớp mặt và lớp lõi (theo thuyết đinh keo). Mặt khác, khi gỗ bị uốn trong gỗ sản sinh 4 loại lực: mặt trên của gỗ chịu ép dọc, mặt dưới của dầm chịu kéo dọc thớ, ở lớp thớ giữa trung hòa sản sinh ứng lực trượt dọc, tại hai gối tựa xuất hiện lực cắt đứt thớ vuông góc, trong quá trình gỗ bị uốn khi lực tăng lên trục trung hòa dịch về vùng chịu kéo (phía dưới). Do lực trượt dọc màng keo giữa lớp mặt và lớp lõi biến đổi khi biến đổi kích thước chiều rộng thanh cơ sở nên khi gỗ bị uốn, hiện tượng mẫu bị phá hủy thường do ứng lực trượt dọc vượt quá giới hạn của nó làm cho màng keo giữa lớp mặt và lớp lõi bị phá hủy [3]. Đặc biệt, trong quá trình kiểm tra độ bền uốn tĩnh của sản phẩm, khi quan sát dạng phá hủy mẫu cho thấy, nhiều mẫu bị phá hủy theo dạng bị tách phần liên kết màng keo giữa lớp mặt và lớp lõi từ điểm đặt lực lan ra phần có liên kết ngón và phá hủy tại vị trí liên kết ngón và nhiều mẫu khi thí nghiệm cho thấy có sự phá hủy tại vị trí ghép ngón, mà trong quá trình tạo mẫu thí nghiệm các mẫu không đồng nhất được về vị trí ngón ghép trên mẫu uốn do quá trình ghép 3 lớp, lớp giữa không quan sát được ngón ghép. Ngoài ra, nguyên nhân dẫn đến hiện tượng trên còn do ở cây gỗ lá rộng mạch phân tán cường độ chịu lực của gỗ theo chiều xuyên tâm lớn hơn cường độ chịu lực theo chiều tiếp tuyến do tia gỗ gây ra [6]. Khi kích thước chiều dày ván không thay đổi, chiều rộng của ván thay đổi sẽ tạo ra ván có ván tiếp tuyến và xuyên tâm khác nhau, do vậy khi tỷ lệ ∆ thay đổi có nghĩa là thanh cơ sở tạo ra dạng ván có xuyên tâm và tiếp tuyến khác nhau, nên đó cũng là một nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt trên. Kiểm tra Modul đàn hồi uốn tĩnh của sản phẩm Modul đàn hồi uốn tĩnh là một chỉ tiêu về quan trọng về tính chất cơ học của gỗ, cùng với độ bền uốn tĩnh, nó thể hiện khả năng đàn hồi của ván, khả năng dán dính của màng keo. Kết quả kiểm tra được thể hiện tại bảng 6. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Tuyên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 153 - 159 158 Bảng 6. Kết quả kiểm tra Modul đàn hồi uốn tĩnh của sản phẩm, MPa Cấu trúc x S S% m P% C(95%) R% ∆ 60 1,5 10109,70 670,973 6,637 237,225 2,347 464,961 2,0 9984,36 513,492 5,143 181,547 1,818 355,832 2,5 9891,74 1166,12 11,442 521,503 5,117 1022,146 3,0 9335,69 1310,82 14,041 495,445 5,307 971,072 Qua bảng 6 cho thấy sự biến đổi modul đàn hồi của ván biến đổi theo một quy luật nhất định. Modul đàn hồi uốn tĩnh của ván lớn nhất 10109,70MPa thuộc cấu trúc chiều rộng thanh cơ sở = 13,5mm và thấp nhất đạt 9335,69MPa thuộc cấu trúc chiều rộng thanh cơ sở = 27. Qua kết quả tại bảng 6 ta thấy các giá trị MOE biến đổi cùng với sự biến đổi của ∆ từ 1,5-3,0 (chiều rộng thanh cơ sở) tuân theo một quy luật nhất định. Với những kết quả biến đổi khác nhau về quy luật của modul đàn hồi uốn tĩnh khi chiều dày thanh cố định, thay đổi chiều rộng thanh cơ sở. Kết quả này do nhiều nguyên nhân tác động và với mức độ tác động khác nhau dẫn đến sự biến đổi khác nhau đó trong đó có các nguyên nhân như đã nêu ở nhận xét ở mục kiểm tra MOR. KẾT LUẬN - Khối lượng thể tích ván, độ ẩm của ván của sản phẩm không chịu sự ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở. - Độ bong tách màng keo của sản phẩm và chiều rộng thanh cơ sở ảnh hưởng không đáng kể. - Sự ảnh hưởng của chiều rộng thanh cơ sở đến độ bền uốn tĩnh và modul đàn hồi khi thay đổi giá trị chiều rộng thanh tuân theo những quy luật nhất định. - Căn cứ vào độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi uốn tĩnh, tính ổn định của sản phẩm ván ghép khối dạng Glualam từ gỗ Keo lai, chúng tôi đề xuất một số dạng cấu trúc ván cho chất lượng sản phẩm tốt (trong phạm vi nghiên cứu của đề tài) ∆ = 1,5, tương ứng với chiều rộng thanh cơ sở là 13,5mm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Văn Chương, Nguyễn Hữu Quang (2004), Công nghệ sản xuất ván nhân tạo tập I (Ván dán và ván nhân tạo đặc biệt), Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội. 2. Ngô Kim Khôi (1998), Thống kê toán học, Trường Đại học Lâm nghiệp. 3. Lê Xuân Tình (1998), Khoa học gỗ, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Tuyên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 108(08): 153 - 159 159 SUMMARY STUDY ON INFLUENCE OF WIDTH THE BASIS OF THE QUALITY OF LAMINATED BLOCKS COOLING ACACIA MANGIUM STAIRS Nguyen Thi Tuyen*, Nguyen Viet Hung College of Agriculture and Forestry – TNU Width of base was a factor which directly impacted the quality of the product and glue Laminated Timber. To assess how the dimension basic impact, the study conducted an experiment with four various quantity of basic width in order to produce particle board (13,5; 18; 22,5; 27mm). From that experiments, the study analysed the indicator of the quality of the board by each concrete structure. The result showed that: static bending strength (MOR) and modulus of elasticity (MOE) under the influence of the width of the base bar. The results demonstrate that the width of the base is 13,5mm bar for the best quality; the result of this thesis will be a important scientific basis for the process of producing this industrial flooring strip. Key words: Base width bar, block laminated wood, acacia * Tel: 0916134648; Email: nttuyen1201@gmail.com Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên