BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

KIỀU VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA TỶ LỆ HỖN HỢP RƠM - GỖ
VÀ CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM HỖN HỢP RƠM – DĂM GỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ván dăm là một loại vật liệu composite đã được nghiên cứu khá sớm,
bắt đầu từ năm 1887, nhưng chỉ được sản xuất với quy mô công nghiệp từ
những năm 40 của thế kỷ 20. Ngành công nghiệp ván dăm chỉ thực sự phát
triển mạnh từ những năm 70 trở lại đây. Nghiên cứu về ván dăm đã có những
thành công lớn, đặc biệt là công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ đã khá hoàn
thiện. Hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam, hướng nghiên cứu về ván
dăm tập trung vào 3 hướng chính sau:
Thứ nhất: Tạo sản phẩm mới
+ Ván dăm dạng xốp.
+ Ván dăm không sử dụng keo.

than, củi, ga, điện,... nông nghiệp đã được cơ giới hoá, chăn nuôi gia súc giảm
đáng kể, nguồn rơm rạ lúc này đang trở thành dư thừa, nhiều nơi đã tìm đến
giải pháp đốt ngay trên đồng ruộng, thậm chí ngay trên cả đường đi. Theo
nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khói rơm là một loại khí độc, khói thải ra
từ rơm rạ có chứa 70% khí CO2, 7% khí CO nên ảnh hưởng rất lớn đến môi
trường [38].

Hình 3: Người dân đốt rơm rạ ngay trên đường đi
Trong những năm gần đây, ở Việt Nam đã có một số những nghiên cứu
về rơm rạ nhưng chỉ để ứng dụng làm thức ăn cho chăn nuôi gia súc tập trung,
làm phân bón, làm bìa cattong, bao bì, để xử lý Crôm trong nước thải, trồng
nấm sinh học...[38]. Còn việc nghiên cứu rơm để sản xuất ván dăm thì chưa có


4

công trình nào đề cập tới. Nghiên cứu tạo ván dăm từ rơm rạ có thể theo các
hướng như sau: thứ nhất, tạo ván dăm thông thường từ rơm; thứ hai, tạo ván
dăm từ hỗn hợp rơm - dăm gỗ; thứ ba, tạo ván dăm không keo từ rơm. Nếu
theo hướng nghiên cứu tạo ván dăm từ hỗn hợp rơm – dăm gỗ thì các vấn đề
đặt ra là yếu tố công nghệ như thế nào, mức độ ảnh hưởng của rơm đến chất
lượng ván ra sao, mức độ thay thế của rơm là bao nhiêu thì phù hợp,…
Xuất phát từ những luận điểm nêu trên, dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Nguyễn Văn Thiết tôi tiến hành luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu
mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và chất lượng ván dăm hỗn hợp
rơm - dăm gỗ”.


5


Do vậy, trong những năm gần đây việc nghiên cứu sử dụng rơm rạ trên
thế giới đã được nhiều nước quan tâm, đặc biệt là các nước có sản lượng lúa
cao tập trung ở vùng Đông Nam Á như Thái lan, Indonesia. Tại các nước này,
rơm rạ hiện được dùng để sản xuất điện năng và tro của rơm có thể dùng để
làm phụ gia bê tông tại tỉnh Pichit, Thái lan và đảo Bali, Indonesia [37].
Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) đã nghiên cứu sử dụng tro từ rơm rạ
để thay thế amiăng trong chế tạo má phanh. Rơm cũng được sử dụng để sản
xuất ván sợi từ xi măng cho kết quả khả quan [22].
Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu của Kiran L.Kadam và các cộng sự
(2000) rơm rạ có thể được sử dụng để sản xuất giấy [30]. Theo Alex Wilson
(1995) nguyên liệu rơm rạ (từ lúa mì, gạo, lúa mạch, yến mạch, lúa mạch đen)
có thể là một loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách
tường trong các ngôi nhà [20].
Năm 2000, Frank Beall một giáo sư khoa học gỗ của California trên một
bài báo đã công bố “Fundamenta Properties of rice straw in comparison with
softwood” khi nghiên cứu và so sánh các thuộc tính của rơm lúa với gỗ lá kim
cho thấy rơm lúa là một loại nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho sản xuất ván dăm
thông thường, MDF, OSB và ván dăm có khối lượng thể tích thấp, đây là
hướng nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ dần dần trong sản
xuất ván nhân tạo [33].
Năm 2000, nhà khoa học Zhang-Yu-Kun đã nghiên cứu thấy rằng trên
rơm rạ có chất sáp (wax), chất này kỵ nước, làm giảm khả năng dán dính,
khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản
xuất ván dăm làm chất kết dính trở nên khó khăn. Giải pháp cho vấn đề này
là sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) - là loại keo khá đắt,
để sản xuất. Tuy nhiên, do giá thành sản phẩm trở nên khá đắt, không tạo


7


ván nhân tạo từ rơm lúa mì và sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling là
silane hoặc xử lý chiết suất” của Guangping Han và các cộng sự tại đại học
Kyoto, Nhật Bản thực hiện năm 1999. Kết quả cho thấy, với 2 giải pháp xử lý
này đều cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt bề mặt của nguyên liệu, tạo tiền
đề tăng khả năng thấm ướt keo trên bề mặt, nhằm tăng khả năng dán dính
[25].
“Nghiên cứu tính chất chịu kéo và chịu nén của ván dăm có khối lượng
thể tích thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein” của Xiaoqun Mo và các cộng
sự tại trường đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2001. Rơm được xử lý
hoá chất là H2O2 và/hoặc NaOH. Kết quả cho thấy, đối với các dạng hoá chất
khác nhau, chất lượng ván thay đổi khác nhau. Cụ thể, với ván đối chứng,
cường độ chịu kéo đứt là 256 kPa và chịu nén là 235 kPa. Tuy nhiên, khi xử
lý hỗn hợp NaOH và H2O2 thì cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2648 kPa và
chịu nén là 446 kPa [35].
“Nghiên cứu sản xuất ván dăm cách âm, cách nhiệt từ hỗn hợp rơm lúa
và dăm gỗ” của Han Seung Yang và các cộng sự tại Đại học quốc gia Seoul,
Hàn quốc thực hiện năm 2003. Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có
khối lượng thể tích là 0,4 g/cm3, 0,6 g/cm3 và 0,8 g/cm3 với 3 mức tỷ lệ hỗn
hợp rơm là 10%, 20% và 30%, chất kết dính là keo UF. Kết quả cho thấy,
cường độ uốn tĩnh của ván dăm tăng khi khối lượng thể tích của ván tăng lên.
Cụ thể như sau: cường độ uốn tĩnh đạt 140-290 psi khi khối lượng thể tích là
0,4 g/cm3; đạt 700-900 psi khi khối lượng thể tích là 0,6 g/cm3 và đạt 14002900 psi khi khối lượng thể tích là 0,8 g/cm3 [27].
Li xiaoping, Gao wei năm 2007 đã tiến hành nghiên cứu sản xuất ván
dăm dạng lõi rỗng từ hỗn hợp nguyên liệu rơm rạ và gỗ, nguyên liệu gỗ sử
dụng ở nghiên cứu là loài gỗ Dương. Changtong Mei, Zhou dingguo năm


9

2001 đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ giữa dăm từ nguyên liệu

của ván là rất lớn, đặc biệt trong khoảng tỷ lệ rơm dưới 50%. Tỷ lệ rơm tốt
nhất để tạo ra ván là khoảng 20% đến 30% [21]. Tuy nhiên kết quả đó là với
ván được tạo ra trong điều kiện về nguyên liệu rơm, gỗ, chất kết dính của
Trung Quốc, ván sản phẩm cũng được kiểm tra theo tiêu chuẩn Trung Quốc.
Do vậy vấn đề này cũng cần tiếp tục được ứng dụng nghiên cứu và kiểm
nghiệm theo điều kiện của Việt Nam.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Theo định hướng nghiên cứu tìm nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ
trong sản xuất ván dăm, đặc biệt là sử dụng thứ, phế liệu nông, lâm nghiệp,
các nhà khoa học đã ứng dụng những thành quả khoa học trên thế giới vào
điều kiện Việt Nam. Các nghiên cứu cũng đã tập trung vào nguồn nguyên liệu
phi gỗ như: tre, sơ dừa, bã mía, thân cây cọ,...
Công trình “Nghiên cứu cọng dừa nước để tạo ván dăm” đã được
PGS.TS. Nguyễn Trọng Nhân, Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam tiến
hành. Đề tài đã được nghiệm thu năm 1997, tác giả đã đưa ra được qui trình
công nghệ và một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để sản xuất ván dăm từ cọng
dừa nước [10].
Trên cơ sở nguồn sơ dừa rất phong phú tại các tỉnh Nam Bộ, Hoàng
Xuân Niên (2004) đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm
từ nguyên liệu sơ dừa. Từ kết quả nhận được, tác giả đã khẳng định sơ dừa
đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu sản xuất ván dăm, nghiên cứu đã xây dựng
cơ sở lý thuyết về lực cắt và các thông cơ bản của công nghệ sản xuất ván.
Ván dăm sơ dừa đáp ứng tiêu chuẩn làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc.
KS. Trần Quốc Tế thực hiện đề tài năm 2005 về sử dụng rơm rạ để sản
xuất panel rơm rạ (dạng vách ngăn - tường nhà, kết cấu panel 3 lớp: 2 lớp mặt


11

phía ngoài dùng ván dăm rơm - xi măng; lõi là tấm polystyren) trong công

+ Mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm – gỗ và chất lượng sản phẩm ván
dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
+ Nguyên vật liệu:
- Rơm được lấy tại khu vực huyện Chương Mỹ - Hà Nội, giống lúa Q5.
- Gỗ Keo lai 6 ÷ 8 năm tuổi, được lấy tại khu vực Núi Luốt - Xuân Mai
- Chương Mỹ - Hà Nội.
- Chất kết dính là keo UF của hãng DYNEA. Dựa vào đặc điểm của
nguyên liệu liệu, hình dạng, kích thước dăm, dựa vào một số tài liệu có liên
quan, chúng tôi chọn tỷ lệ dùng trung bình là 12% so với lượng dăm khô kiệt.
- Chất đóng rắn là NH4Cl, tỷ lệ dùng 1%.
- Kích thước dăm:
Kích thước dăm

Chủng
loại dăm

Dài, mm

Rộng, mm

Dày, mm

Dăm gỗ

Dăm rơm

Dăm gỗ

Dăm rơm


+ Sản phẩm: Tạo hai loại ván mẫu là một lớp và ba lớp, kích thước ván
650 x 650 x 12 (mm), khối lượng thể tích 0,75g/cm3, loại ván 3 lớp có tỷ lệ
kết cấu 1:3:1, độ ẩm cuối cùng của ván là 10%.


13

+ Máy và thiết bị: Sử dụng các máy và thiết bị của trung tâm nghiên
cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghiệp rừng và phòng thí nghiệm khoa
Chế biến lâm sản - Đại học Lâm nghiệp.
+ Chế độ ép: Dựa vào các tài liệu có liên quan chọn chế độ ép như sau:
áp suất ép lớn nhất Pmax = 2,5MPa; nhiệt độ ép T = 160oC; thời gian ép 0,6
phút/mm chiều dày.
+ Yếu tố nghiên cứu: tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ, tính theo phần trăm khối
lượng của mỗi loại so với tổng lượng dăm dùng. Trên cơ sở các kết quả đã
nghiên cứu (Changtong Mei and Dingguo Zhou Nanjing Forestry University,
nanjing October 31 - November, 2001, China) cho rằng khoảng tỷ lệ hỗn hợp
rơm rạ - gỗ tốt nhất để tạo ra ván là từ 20 – 30% [21]. Vì vậy, tôi lựa chọn
khoảng tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ để nghiên cứu là 15%, 20% , 25% , 30% và
35% cho cả ván một lớp và ván ba lớp.
+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm:
- Ván mẫu được kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 7756-1÷12
: 2007 (Ván gỗ nhân tạo – Phương pháp thử).
- Các tính chất cơ lý được kiểm tra là: khối lượng thể tích; độ trương nở
chiều dày; độ bền uốn tĩnh; mô đun đàn hồi uốn tĩnh; độ bền kéo vuông góc
bề mặt.
1.5. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu


dụng tiêu chuẩn TCVN 7756-6 : 2007 để
kiểm tra chất lượng sản phẩm.

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa - Phương pháp thực nghiệm: Đề tài chọn
tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và mô phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố. Sử
đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) của dụng tiêu chuẩn TCVN 7756-6 : 2007 để
ván.

kiểm tra chất lượng sản phẩm.

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa - Phương pháp thực nghiệm: Đề tài chọn
tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và độ bền phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố. Sử
kéo vuông góc (IB) của ván.

dụng tiêu chuẩn TCVN 7756-7 : 2007 để
kiểm tra chất lượng sản phẩm.

- Đánh giá kết quả thực nghiệm - Xử lý số liệu bằng phương pháp thống
và xác định tỷ lệ hỗn hợp rơm - kê toán học.
gỗ hợp lý.


15

1.6. Ý nghĩa của đề tài
+ Ý nghĩa về mặt lý luận: Nghiên cứu nhằm đánh giá được mức độ ảnh
hưởng của tỷ lệ rơm trong hỗn hợp rơm - gỗ đến chất lượng ván. Qua đó cũng
có thể đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ rơm đến giá thành sản phẩm.
+ Ý nghĩa về mặt thực tiễn: Từ kết quả nghiên cứu xác định được tỷ lệ
rơm phù hợp, đề xuất được các giải pháp về mặt công nghệ nhằm nâng cao

viện nghiên cứu Lâm nghiệp Đài Loan (KiangTao et al, 1998) và ở khu trồng
Keo tai tượng tại Quảng Châu (Trung Quốc). Đến nay cây Keo lai đang được


17

trồng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Công việc nghiên cứu về sinh
trưởng và sử dụng Keo lai cũng đang được nhiều quốc gia quan tâm.
Ở nước ta, Keo lai được Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng (Viện
khoa học lâm nghiệp Việt Nam) phát hiện tại Ba Vì (Hà Tây), Đông Nam Bộ
và Tân Tạo (Thành Phố Hồ Chí Minh), và lác đác ở Trung Bộ, Ở Tây Nguyên
(Pleiku, Kon Hà Nừng), ở Hòa Bình, Phú Thọ, Tuyên Quang...
Giống Keo lai đã được phát hiện và khảo nghiệm đợt 1 trong các năm
1993 đến 1995. Từ năm 1996 Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng đã phối
hợp với đơn vị khác tiếp tục tiến hành các nghiên cứu về Keo lai. Các nghiên
cứu này là chọn lọc thêm các cây Keo lai tự nhiên, xây dựng các dòng khảo
nghiệm vô tính, tiến hành đánh giá tiềm năng bột giấy của Keo lai, khả năng
cải tạo đất của Keo lai, cũng như tiến hành các khảo nghiệm các dòng Keo lai
được chọn ở các vùng sinh thái khác nhau.
Keo lai được phát hiện hầu như khắp các vùng sinh thái chính trong cả
nước. Qua khảo nghiệm các dòng Keo lai được lựa chọn ở một số vùng sinh
thái chính. Kết quả theo dõi sau 2-3 năm có thể thấy rằng Keo lai cũng giống
như hai loại Keo bố mẹ có biên độ sinh thái rộng có thể gây trồng ở nhiều
vùng sinh thái khác nhau và nó đã được trồng khảo nghiệm ở một số vùng
sinh thái trong cả nước. Các loại Keo lai do Hội đồng khoa học kỹ thuật của
Bộ Lâm nghiệp (cũ) chọn và khuyến nghị đưa vào thử nghiệm. Kết quả cây
Keo lai phát triển nhanh là: Hàm Yên (Tuyên Quang), Bình Thanh (Hòa
Bình), Phú Lương (Thái Nguyên), Đông Hà (Quảng Trị), Long Thành (Đồng
Nai)... Trong ba năm đầu có thể đạt năng suất 19-27m3/ha/năm. Những nơi
Keo lai phát triển chậm như: Đại Lải (Vĩnh Phúc) chỉ đạt năng suất 5,713,5m3/ha/năm. Đến năm 1999 GS.TS Lê Đình Khả đã công bố công trình



19

Từ chọn lọc và khảo nghiệm giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng và
Keo lá tràm đã xác định được một số dòng keo lai có năng suất cao và có chất
lượng thân cây thẳng đẹp. GS.TS Lê Đình Khả đã nghiên cứu lai giống nhân
tạo bằng thụ phấn có kiểm soát là phương thức cho phép kết hợp các tình hình
mong muốn trong một giống lai, làm cơ sở cho chọn giống trong các giai
đoạn kế tiếp.
Ngoài những nghiên cứu trên, còn có các nghiên cứu cơ bản về gỗ cây
Keo lai:
Nghiên cứu tình chất cơ vật lý của Keo lai do Phòng tài nguyên rừng
thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tiến hành hầu hết các tình chất cơ
vật lý như độ co rút, độ hút ẩm, lực chống uốn tĩnh, lực chống uốn va đập, lực
chống trượt và lực trống tách của Keo lai 5 tuổi tại Ba Vì [11] cho kết quả
như sau:
- Độ co rút thể tích: 5,80 %
- Độ co rút xuyên tâm: 1,43 %
- Độ co rút tiếp tuyến: 4,05 %
- Hệ số co rút thể tích: 0,39 %
- Độ hút ẩm: 25,8 %
- Nén dọc: 417 kg/cm2
- Uốn tĩnh xuyên tâm: 1022 kg/cm2
- Uốn tĩnh tiếp tuyến: 1003 kg/cm2
- Uốn va đập xuyên tâm: 0,67 kg/cm2
- Uốn va đạp tiếp tuyến: 0,66 kg/cm2
- Trượt dọc xuyên tâm: 111 kg/cm2




20,52

4

Chất tan trong Benzen

3,35

5

Chất tan trong NaOH 1%

13,50

6

Chất tan trong nước lạnh

2,40

7

Chất tan trong nước nóng

3,65

Qua các kết quả nghiên cứu đã kết luận: Keo lai có khối lượng thể tích
trung bình và trung gian giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm đạt 0,455 g/cm3.
Hàm lượng xelulo của Keo lai tương đương với Keo tai tượng và cao hơn các


5,31

5,07

4,86

2

Tỷ lệ gỗ giác

%

48,17

37,89

21,04

3

Tỷ lệ gỗ lõi

%

46,52

57,04

74,10

- Phần thân

1,81

1,65

0,79

- Phần gốc

0,68

0,87

0,31

77

81

82

- Phần thân

80

82

83



2.2. Đặc điểm của rơm
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của cây lúa
Cây lúa là cây thuộc họ hoà tảo (Gramincae) có tên khoa học là Oia
Sativa, thời gian sinh trưởng ngắn (90 ÷ 100 ngày), nơi sinh trưởng chủ yếu là
các vùng đất ngập nước, chiều cao đạt được tại thời điểm làm đòng từ 0,6 ÷
2m. Có rất nhiều giống lúa khác nhau như: giống ngắn ngày, giống dài ngày,
giống cao cây, giống thấp cây,… Nhưng về đặc điểm cấu tạo chung và thành
phần hoá học cửa thân cây lúa khác nhau không đáng kể.
Cấu tạo chung của cây lúa: Cây lúa được chia làm 3 phần chính là rễ
lúa, thân lúa và lá lúa.

Hình 2.1: Cấu tạo cây lúa


23

- Rễ lúa:
Rễ lúa thuộc loại rễ chùm, phân bố ở những vùng nông sát mặt đất
không có khả năng ăn sâu vào đất.
- Thân lúa:
Thân lúa thuộc loại thân thảo, rỗng ruột, trên thân chia ra nhiều lóng,
ngăn cách các lóng gọi là mắt. Độ dài các lóng không bằng nhau, lóng ở phần
gốc thường ngắn hơn lóng ở phần ngọn nhưng đường kính lại lớn hơn. Chiều
dài các lóng biến động trong khoảng rừ 1,62cm ÷ 2,63cm, đường kính từ
0,19cm ÷ 0,58cm, độ dày thành lóng từ 1mm ÷ 2mm. Vào thời kỳ thu hoạch
số lóng trên cây lúa dao động trong khoảng từ 4 ÷ 8 lóng tuỳ theo giống lúa.
- Lá lúa:
Lá lúa được chia làm 2 phần là bẹ lá và phiến lá.
Bẹ lá là phần bao bọc và làm tăng thêm độ cứng vững cho thân cây lúa.

: 75%

- Silic

: 17,2%

- Các chất vô cơ khác (Na, K, Ca, P, Fe,…)

: 6,03%

- Đường

: 1,25%

Với diện tích trồng lúa hàng năm rất lớn khoảng 6.599.000 ha, tập
trung chủ yếu ở Đồng bằng Bắc Bộ và Đồng bằng Nam Bộ chúng ta sẽ thu
được một lượng nguyên liệu khổng lồ khoảng 65.980.000 tấn. Do vậy việc
tìm kiếm nguyên liệu tập trung cho sản xuất không còn là vấn đề khó khăn.
+ Khối lượng thể tích:
Rơm rạ khô khá nhẹ nên chiếm khá nhiều diện tích. Tuỳ thuộc vào
dạng đóng gói mà khối lượng thể tích của rơm khá khác nhau. Theo Jenskin