Очистка рек и водохранилищ от затопленной древесины является глобальной экологической и технологической проблемой. Ангаро-Енисейский каскад гидроэлектростанций и водохранилищ представляет огромные по площади водоемы, которые были сплошь покрыты спелыми и перестойными лесами. Не везде при заполнении водохранилищ выполнены условия лесосводки, также запасы затопленной древесины пополнялись при водном транспорте леса, при подмыве и разрушении берегов.

Источник публикации и ссылка для цитирования – Е. М. Рунова, Н. П. Плотников, И. Н. Челышева, П. С. Медведева. Физико-механические свойства затопленной древесины ели сибирской и перспективы ее использования // Системы. Методы. Технологии. – 2023. – № 4(60). – С. 101-105. – DOI 10.18324/2077-5415-2023-4-101-105. – EDN MURRPJ.

Наиболее точно определены объемы затопленной на корню, заготовленной и затопленной древесины – для Братского водохранилища, которое является одним из крупнейших водохранилищ в нашей стране и в мире. По оценкам специалистов, в водохранилище находится от 5 до 9 млн м³ древесины, которые в настоящее время практически не используются, затрудняют судоходство, ухудшают качество воды и рыбных ресурсов. Поэтому изучение потребительских свойств древесины является не только производственной проблемой, но и экологической, экономической, что позволит сократить вырубку лесопокрытой территории [1; 2].

Цель работы – исследование физических и механических свойств древесины ели сибирской (Pícea obováta Ledeb), пролежавшей в воде более 10 лет.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Стволы ели сибирской, полностью покрытые водой, извлекались из Братского водохранилища с использованием лебедки, установленной на плавучем средстве. Глубина взятия образцов – 2 м, заготовленные стволы ели предварительно высушивались в тени под навесом, затем распиливались. Образцы брались из нижней бессучковой части ствола. Для исследования использовались общепринятые методы исследования [3–7]. Первоначально проведено исследование макроскопического и анатомического исследования древесины [8]. Затем определены физические свойства древесины, такие как средняя ширина годичного слоя, число годичных слоев в 1 см поперечного разреза, процент поздней древесины, влажность образцов, плотность, усушка образцов в различных направлениях. Из механических свойств древесины определялись наиболее распространенные: предел прочности на сжатие вдоль и поперек волокон, предел прочности на скалывание вдоль и поперек волокон, предел прочности на статический изгиб при пересчете на влажность 12%. Полученные результаты обрабатывались статистически с использованием программы Microsoft Excel и критерия Колмогорова – Смирнова.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При осмотре заготовленных образцов ели было установлено, что затопленная древесины приобрела неравномерно серую и серобурую окраску. Годичные слои хорошо выражены, переходная зона между ранней и поздней древесиной слабо выражена. Древесина имеет среднюю плотность, широкослойная. Среднее количество годичных слоев в образцах древесины – 3,2; процент поздней древесины – 22,3%.

Образцы имеют очень слабый терпеновый запах. Анатомическое исследование древесины показало, что имеются нарушения структуры древесины, которые могут привести к ухудшению ее физико-механических свойств [8; 10–13].

Были определены физические и механические показатели древесины затопленной ели, поднятой со дна акватории Братского водохранилища в 2021 и 2022 гг., на образцах в общем количестве 178 шт. Образцы были подготовлены в соответствии с требованиями стандарта.

В табл. 1 приведены результаты исследования физических свойств затопленной древесины ели сибирской в сравнении с нормируемыми справочными данными (Государственная служба стандартных справочных данных — ГСССД) [9].

На основании полученных результатов определено, что образцы ели затопленной имеют достаточно большую ширину годичных слоев (3,13 мм), что в 1,8 раза превышает табличные данные, процент поздней древесины ниже стандартного значения на 10,8%. Ширина годичного слоя и процент поздней древесины находятся в тесной зависимости с плотностью и прочностными свойствами древесины. Как и следовало ожидать, плотность затопленной ели и базисная плотность оказались существенно меньше справочных данных соответственно на 32,34 и 27,12%.

Коэффициенты усушки в тангенциальном и радиальном направлении и объемный коэффициент усушки оказались меньше справочных данных. Объемный коэффициент усушки составил 0,294, что меньше справочных данных на 18,33%.

Показатели прочности древесины являются определяющими при использовании затопленной древесины ели [14–16]. В табл. 2 приведены результаты исследования основных прочностных показателей (предела прочности на сжатие вдоль и поперек волокон, предела прочности при статическом изгибе, предела прочности при скалывании вдоль и поперек волокон).

Как видно из табл. 2, показатели прочности древесины при сжатии вдоль волокон составили всего 15,43 МПа, что на 69,02% меньше справочных данных. Предел прочности при статическом изгибе также существенно меньше нормативных данных 44,26 МПа – на 45,69%. Также сравнительно небольшая прочность у испытуемых образцов при скалывании вдоль и поперек волокон – меньше табличных значений соответственно на 34,94 и 49,05%.

Все полученные результаты были статистически обработаны по методике Колмогорова – Смирнова. В качестве примера на рис. 3 и 4 приведены гистограммы с наложенными на них кривыми нормального распределения.

Данные табл. 3 подтверждают гипотезу о нормальном распределении полученных данных о прочностных свойствах образцов ели, затопленной в акватории Братского водохранилища.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования позволяют сделать выводы, что древесина ели сибирской, пролежавшая в воде не менее 10 лет, снижает свою плотность и прочностные свойства. Так, существенно, на 27,12% снижается базисная плотность древесины, на 69,02% снижается предел прочности при сжатии вдоль волокон, на 45,69% снижается предел прочности при статическом изгибе по сравнению с данными ГСССД.

Снижение прочностных свойств ели затопленной делает ее малопригодной для использования в строительстве и получении пиломатериалов, но древесина вполне пригодна для получения композитных материалов [17–20].

Елена Рунова
Николай Плотников
Ирина Челышева
Полина Медведева

Братский государственный университет

Библиографический список