Комплексное использование древесины

Раздел: Учебники

Пни и корни. Использование пней и корней, оставшихся после валки деревьев, позволит увеличить выход древесины с единицы лесной площади на 15—20% [17, 34, 48].

Осмола — просмолившейся ядровой древесины пней и корней сосны и кедра. Большое практическое значение имеет заготовка и использование свежих пней сразу же после лесосечных работ. При технологических расчетах по заготовке пней и корней, конструировании технологического оборудования, разработке технологии переработки в щепу необходимо знать о запасах пнево- корневой древесины и ее свойствах.

Под пнем подразумевается надземная часть ствола, оставшаяся после валки дерева на лесосеке. Для подсчета объемов пневой древесины важно знать диаметр и высоту пня. Согласно исследованиям П. Хаккила между диаметром дерева на высоте 1,3 м и диаметром пня существует прямолинейная зависимость: d\, з = 0,75 dn. Средний диаметр пня в 1,32 раза больше диаметра ствола на высоте 1,3 м независимо от породы.

Высотой пня является расстояние от уровня земли до торцовой части пня. С ростом дерева шейка корня укрепляет корневую систему и пень тем выше, чем крупнее дерево. Реальная высота пня зависит от породы, условий произрастания, времени проведения работ и применяемой лесозаготовительной техники. На дренированных лесных почвах пни всегда выше из-за мощного расширения комля.

Для пнево-корневой системы сосны характерен крупный стержневой корень, являющийся продолжением ствола в грунте. Он развивается слабо или совсем не растет на заболоченных торфяных почвах и в северных районах. Глубина залегания корневой системы зависит от диаметра пня. При диаметре пня 28 см средняя глубина залегания составляет 64 см. При увеличении диаметра пня на 1 см глубина его залегания возрастает на 0,9 см.

Ель отличается от сосны развитой системой боковых корней, которые повсеместно располагаются в поверхностных слоях почвы. Средняя глубина залегания корневой системы ели при диаметре 26 см составляет 37 см . Более чем 90 % объема боковых корней сосны обыкновенной и ели располагаются в поверхностном слое почвы толщиной 20 см.

Моторные пилы и валочные машины позволяют выполнять рез даже ниже теоретического расположения торцовой части пня, т. е. ниже наивысшей шейки корня. Однако, чем ниже пропил, тем больше трудностей возникает из-за закомелистости стволов, быстрого затупления рабочего органа пил, возрастания вероятности травмирования. Тем не менее там, где это возможно, при валке леса следует оставлять пни наименьшей высоты. Уменьшение высоты пня на 5 см позволяет вовлечь в сферу использования дополнительно 1 % сырья к объему заготовленной древесины.

варианты заготовки пневой древесины, которые могут быть реализованы одновременно с заготовкой стволов. Дополнительное древесное сырье можно получить при валке дерева не только путем снижения высоты пня, но и спиливанием дерева заподлицо с землей, круговым движением пильного аппарата или клиновидным подпилом от кромки почвы. При сборе пневой и корневой древесины следует обязательно захватывать боковые корни. Если ограничиться только пневой частью, то потери составят у сосны половину, у ели до двух третей потенциального сырья.

Рассматривая показанные на  4 способы, следует отметить наибольшую практическую значимость снижения высоты пня при валке дерева. Три других способа вызывают контакт пильного аппарата с почвой, быстрое затупление инструмента и снижение производительности труда. Два последних способа связаны с сезонностью работ и возможностью повреждения ствола захватным устройством. Предпоследний способ наиболее эффективен при заготовке сосны. Способ заготовки стволов с корнями вызывает определенные трудности по всем технологическим фазам лесозаготовительного производства. Расположение корней перпендикулярно оси ствола затрудняет использование лесопогрузчиков, лесовозов, процессы складирования и другие операции на лесных складах. Неизбежно появление обломков стволов и загрязнение сортиментов. Поэтому заготовку стволов и пнево-корневой древесины целесообразно производить раздельно.

Достаточно точный подсчет потенциальных ресурсов пневой и корневой древесины на лесосеке можно получить, зная состав насаждений и распределение средних диаметров деревьев. Подсчитать реальные ресурсы пневой и корневой древесины возможно только ориентировочно. Согласно отраслевой методике определения объемов вторичных материальных ресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности [32] пни составляют 2—3 % объема заготовляемой древесины, корни 11 % от объема ствола дерева.

Качество пнево-корневой древесины характеризуется плотностью, содержанием коры, экстрактивных веществ и минеральных примесей, свойствами волокон. Значения этих показателей, по исследованиям П. Хаккила, приведены в табл. 2.

Плотность пнево-корневой древесины выше, чем стволовой: у сосны на 17%, у ели на 7%. Среднее значение плотности составляет у сосны 473, у ели 432 кг/м3. Наибольшая плотность отмечена в древесине соснового пня, которая в корнях постепенно снижается с уменьшением диаметра. В еловых пнях изменение плотности иное. Древесина пня здесь имеет более низкую плотность, чем древесина корней. В самих корнях плотность древесины возрастает с уменьшением диаметра.

Коры в пнево-корневой древесине содержится больше, чем в стволовой, однако различие сравнительно невелико. Процентное содержание коры в свежей пнево-корневой древесине составило у сосны 10,4, у ели 11,5%. Более высокое содержание коры наблюдается в тонких корнях. Часть коры при разделке, транспортировке и хранении отделяется тем больше, чем длительнее срок хранения.

Свежая пнево-корневая древесина отличается от стволовой большим содержанием смолистых веществ, что влияет и на плотность древесины. Так, в балансовой древесине сосны содержится в среднем 3,5 %, у ели 1,6 % смолистых веществ. Пнево-корневая древесина содержит значительно большее количество смолистых веществ, которое у сосны составляет 7,5 %, У ели 2,6 %. Наиболее высокое содержание смолистых веществ наблюдается в пнях и толстых корнях. В каждом кубометре древесины соснового пня содержится 43,3 кг смолистых веществ, а в тонких корнях 21,2—23,3 кг. В пнево-корневой древесине ели содержится сравнительно небольшое количество смолистых веществ—11,2 кг/м3, а различие между пнем и корнями незначительное.

Свойства волокон пневой древесины отличаются от свойств волокон стволовой. Длинные волокна чаще встречаются в тонких частях корней, которые из-за малого диаметра не собирают. В пригодной для сбора пнево-кор- невой древесине хвойных пород волокна короче, чем в древесине ствола. Так, в древесине соснового пня средняя длина волокна составляет 2,6 мм, в древесине ствола 3,5 мм [34]. Волокна креневой древесины, как правило, короче.

Основными потребителями пнево-корневой древесины являются лесохимические канифольно-экстракционные заводы, традиционно перерабатывающие свежие сосновые пни, корни и пневый осмол. Широкое использование пнево-корневая древесина может найти в производстве древесноволокнистых и древесностружечных плит, цементно-древесных материалов, сульфатной древесной массы в целлюлозно-бумажной промышленности. Во всех перечисленных производствах пнево-корневая древесина в начальной стадии технологии подвергается измельчению в щепу.

К недостаткам пнево-корневой древесины как технологического сырья относятся: наличие в ней пороков строения (наклона волокон, крени и свилеватости); разнообразие форм и размеров кусков древесины; сложность окорки; значительная засоренность минеральными примесями и даже камнями, которые нередко зарастают в корнях. Из такой древесины сложно получить щепу высокого качества, изготовление которой требует дополнительных затрат на очистку сырья.

Технически доказана возможность использования пнево-корневой древесины для плит. В средний слой древесностружечных плит можно добавлять до 60 % этого сырья без снижения их прочностных и гигроскопических свойств. Считается даже, что высокое содержание смолы в щепе из древесины пней позволяет экономить связующее. Однако для плит могут быть использованы другие виды более дешевого древесного сырья.

Наиболее значительное потребление пнево-корневой древесины возможно в целлюлозно-бумажной промышленности при сульфатном способе производства, требования которого к величине частиц и их чистоте ниже по сравнению с другими способами. Подробные исследования переработки пнево-корневой древесины в сульфатно-целлюлозном производстве выполнены в институте леса Карельского филиала АН СССР [34, 48]. Выход сульфатной древесной массы здесь ниже на 4—5 % из-за большого содержания смолистых веществ, что однако не препятствует широкому внедрению в промышленную переработку этого сырья. В Финляндии действуют промышленные установки производительностью до 300 тыс. м3 пневой древесины в год, в Швеции — до 450 тыс. м3 [29]. При производстве целлюлозы не требуется существенных изменений в технологии, хотя расход щелочи на варку несколько возрастает. Щепа из пневой древесины добавляется к обычной в объеме 10—20 %. Пневая щепа не вызывает каких-либо затруднений в процессе варки, но качество волокнистой массы начинает снижаться, если доля пневой древесины превышает 10 или 15 %. По другим данным [48], добавка 20 % щепы из пнево-корневой древесины позволяет получить целлюлозу, которая не уступает по прочности, а по некоторым показателям превосходит целлюлозу из cruoJioMoii Д|)(мичч11111,1. Наиболее целесообразным илнрлпленном переработки ппоио-корпсчиж древесины признано использование ее для выработки целлюлозы нормального выхода и полуцеллюлозы. Эти полуфабрикаты находят применение в производстве мешочной и оберточной бумаги, тарного картона. В последнем случае варка осуществляется с использованием только пнево- корневой древесины без добавок стволовой.