Рациональное использование древесного сырья: некоторые новые технические и технологические решения

Анализ литературы, включая Интернет-ресурсы, показывает, что проблема рационального использования древесного сырья не теряет своей актуальности с течением времени. В современных условиях данная проблема сводится к решению сложных задач совершенствования технологий, машин и оборудования, обеспечивающих конкурентные преимущества на стадиях лесопользования и заготовки древесного сырья, его транспортировки и переработки, а также на стадии утилизации отходов лесопромышленного пользования с учетом современных стандартов экономической эффективности и экологической безопасности [12, 13]. Решения массива затронутых задач обосновываются в многочисленных работах, только малая часть которых отражена в списке литературы к данной статье. Соответственно, в данной статье обзорного характера рассматриваются только некоторые из новых технических и технологических решений, которые разработаны в 2008;2014 годах в Петрозаводском государственном университете, в том числе в сотрудничестве с другими учреждениями. Также затронута небольшая часть исследований, выполненных в других организациях. Более полную информацию о результатах этих и предшествующих исследований можно найти в обзорных частях публикаций, указанных в библиографическом списке к данной статье.

Некоторые новые технические и технологические решения, ориентированные на рациональное использование древесного сырья. Отходы появляются на всех стадиях заготовки и переработки древесины. На стадии заготовки древесного сырья образуется большое количество отходов в виде порубочных остатков, которые часто сжигают. Обоснованию новой технологии переработки порубочных остатков в компонент субстрата для выращивания сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой посвящены работы [14, 16]. Особенность данных работ заключается, в частности, в установленных закономерностях влияния породного состава используемых порубочных остатков как компонентов субстрата на эффективность выращивания сеянцев. При этом определены компоненты субстрата, обеспечивающие ускорение развития сеянцев, а также компоненты, замедляющие рост растений.

В статье [11] приведен обзор 24 публикаций, относящихся к рассмотренной в данной статье задаче утилизации отходов в виде древесной коры, образующихся на стадии древесно-подготовительного цикла целлюлозно-бумажных комбинатов. Обсуждается перспектива использования технологии вермикомпостирования. Данная технология позволяет при малых затратах перерабатывать древесную кору в целях получения органического удобрения и кормовой добавки.

Задачи повышения эффективности использования существующего оборудования за счет совершенствования технологии переработки древесины на данном оборудовании исследуются в работах [6, 7, 8, 9, 10]. Для обоснования предлагаемых решений использовано численное моделирование [15, 18, 22, 23, 28, 29]. В одной из этих работ [19] выполнен теоретический анализ влияния закономерностей соударений на качество очистки балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане. Адекватность результатов данного анализа подтверждена их согласованностью с независимо полученными экспериментальными данными, известными по литературе. древесный сырьё утилизация отход Недостаточную изученность геометрических аспектов контактного взаимодействия балансов в корообдирочном барабане в определенной мере восполняет статья [21], в которой приведен также краткий обзор работ, относящихся к данной задаче.

В работах [6, 9] предложено решение задачи уменьшения количества отходов при переработке древесины на щепу за счет интенсификация сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию их длины. Новизна технических решений по совершенствованию данной технологической операции подтверждена патентами РФ.

Поскольку переработка древесины неизбежно сопровождается образованием отходов, то в этой связи появляется задача рационального их использования. Использование отходов переработки древесины в качестве биотоплива является в ряде случаев оптимальным решением. Однако в других случаях целесообразно использовать подходящие отходы в производстве строительных материалов для малоэтажного строительства. Работами [17, 20, 26] представлено комплексное решение задач, охватывающих вопросы компонентного состава и приготовления древесно-цементных смесей, а также прочности и жесткости строительных материалов из этих смесей. При этом принято во внимание, что по условиям изготовления древесно-цементные материалы рассматриваемого класса являются анизотропными [4]. В данной работе экспериментально подтверждены известные данные о закономерностях изменения механических свойств древесно-цементных материалов, к которым относится арболит. Установлено, что: отходы камнеобработки в виде порошка талькохлорита могут использоваться взамен извести, но не совместно с известью; замена сульфата алюминия хлоридом кальция существенно повышает прочность материала; исследованный древесно-цементный композит является анизотропным материалом, в зависимости от направления действия сжимающей силы по отношению к направлению укладки древес но-цементной смеси могут быть получены два варианта стен малоэтажных зданий, в которых имеет место: (1) более высокая прочность, но меньшая жесткость; (2) более высокая жесткость, но меньшая прочность [4].

В статье [27] приведены результаты экспериментального исследования сравнительной прочности при сдвиге клеевых и цементно-песчаных швов, соединяющих блоки из указанного выше древесно-цементного материала. Вопрос о прочности данных швов относится к числу актуальных, однако недостаточно изученных в литературе. Практический интерес представляет не только прочность, но и теплопроводность материала швов, что может составить предмет дальнейших исследований.

Экспериментально установлено, что повысить эффективность использования отходов переработки древесины можно за счет применения новых полимерных, полимерно-минеральных и минеральных добавок [1, 2, 25], в том числе отходов камнеобработки [4, 5]. Важно отметить, что влияние новых добавок существенно зависит от фракционного состава используемых древесных отходов [3].

Заключение

Затронутые выше работы, представляя решения некоторых задач, определяют также перспективы дальнейших исследований по рациональному использованию древесины и древесных отходов. Наиболее значимыми представляются исследования механизмов влияния нанодисперсных добавок на прочность и жесткость строительных материалов, для производства которых используются отходы переработки древесины. Эффективность одной из таких добавок подтверждена на эмпирическом уровне в частном случае материала, полученного на основе измельченной древесины [16].

Библиографический список

• 1. Андреев А. А., Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Сюнёв В. С. Влияние новой полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала для малоэтажного строительства // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. № 2−2 (7−2). С. 292−296. http://elibrary.ru/item.asp?id=21 359 401
• 2. Андреев А. А., Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Сюнёв В. С. Уточнения к статье «влияние новой полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала для малоэтажного строительства» // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. Т. 2. № 3−4 (8−4). С. 267−268. http://elibrary.ru/item.asp?id=21 744 446
• 3. Андреев А. А., Колесников Г. Н. О рациональном соотношении количества опилок и стружки в древесно-цементном композите // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. № 4 (141). С. 85−87. http://elibrary.ru/item.asp?id=21 649 786
• 4. Андреев А. А., Колесников Г. Н. Совершенствование технологии использования отходов лесопильных предприятий в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства // Фундаментальные исследования. 2014. № 6−6. С. 1139−1143. http://elibrary.ru/item.asp?id=21 618 774
• 5. Андреев А. А., Колесников Г. Н., Чалкин А. А. Древесно-цементный композит с добавкой стеатита как конструкционный и демпфирующий материал // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. № 6. С. 75−78. http://elibrary.ru/item.asp?id=22 370 912
• 6. Васильев С. Б., Девятникова Л. А., Доспехова Н. А., Колесников Г. Н. Интенсификация сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию длины при их подготовке к измельчению на щепу // Фундаментальные исследования. 2013. № 10−2. С. 257−260. http://elibrary.ru/item.asp?id=20 204 479
• 7. Васильев С. Б., Девятникова Л. А., Колесников Г. Н. Влияние изменения длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 81. С. 270−279. http://elibrary.ru/item.asp?id=18 038 785
• 8. Васильев С. Б., Девятникова Л. А., Колесников Г. Н., Симонова И. В. Технологические решения для реализации потенциала ресурсосбережения при переработке круглых лесоматериалов на щепу // Петрозаводск, 2013. http://elibrary.ru/item.asp?id=21 756 172
• 9. Васильев С. Б., Доспехова Н. А., Колесников Г. Н. Модуль рольганга с технологической функцией интенсификации выделения короткомеров из потока балансов // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2013. № 9. С. 145−149. http://elibrary.ru/item.asp?id=20 891 366
• 10. Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Никонова Ю. В., Раковская М. И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2008. № 96. С. 84−91.http://elibrary.ru/item.asp?id=11 846 141
• 11. Гаврилов Т. А., Паталайнен Л. С., Колесников Г. Н. О ресурсосберегающих технологиях экологически безопасной утилизации древесной коры // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 7 (39). С. 59−64.http://elibrary.ru/item.asp?id=22 000 406
• 12. Герасимов Ю. Ю., Карвинен С., Сюнёв В. С., Соколов А. П., Катаров В. К. Развитие транспортной инфраструктуры лесной отрасли — опыт Финляндии // Транспортное дело России. 2009. № 7. С. 99−102. http://elibrary.ru/item.asp?id=12 995 631
• 13. Григорьев И. В., Григорьева О. И., Никифорова А. И., Куницкая О. А Обоснование методики оценки экологической эффективности лесопользования // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2012. № 6. С. 72−77. http://elibrary.ru/item.asp?id=17 806 094
• 14. Зайцева М. И. Обоснование новой технологии переработки порубочных остатков в компонент субстрата для выращивания сеянцев с закрытой корневой системой // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2010 http://elibrary.ru/item.asp?id=19 241 216
• 15. Зайцева М. И., Девятникова Л. А., Никонова Ю. В., Колесников Г. Н. Информационные технологии в научно-исследовательской работе студентов технических факультетов // В сборнике: Информационная среда вуза XXI века Материалы VII Международной научно-практической конференции. Петрозаводск, 2013. С. 86−89.http://elibrary.ru/item.asp?id=20 629 088
• 16. Зайцева М. И., Робонен Е. В., Чернобровкина Н. П. Использование порубочных остатков для приготовления торфяных субстратов при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. 2010. № 1. С. 4−8.http://elibrary.ru/item.asp?id=13 003 466
• 17. Запруднов В. И., Санаев В. Г. Макроскопические свойства древесно-цементных композитов // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. 2012. № 6 (89). С. 168−171. http://elibrary.ru/item.asp?id=18 485 022
• 18. Колесников Г. Н. Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане // Resources and Technology. 2013. Т. 10. № 2. С. 111−138.http://elibrary.ru/item.asp?id=21 517 774
• 19. Колесников Г. Н., Доспехова Н. А. Закономерности соударений и качество очистки балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане // Фундаментальные исследования. 2013. № 10−15. С. 3328−3331. http://elibrary.ru/item.asp?id=22 416 535
• 20. Лукутцова Н. П., Горностаева Е. Ю., Карпиков Е. Г. Древесно-цементные композиции с минеральными микронаполнителями // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. Белгород, 2011. № 3. С. 21−23. http://elibrary.ru/item.asp?id=16 651 944
• 21. Марков Б. Г., Марков О. Б., Доспехова Н. А. Геометрические аспекты контактного взаимодействия балансов в корообдирочном барабане // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2009. № 11. С. 64−71. http://elibrary.ru/item.asp?id=16 990 133
• 22. Никонова Ю. В. Обоснование конструктивно-технологических параметров корообдирочных барабанов с применением численного моделирования динамического взаимодействия балансов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2009. http://elibrary.ru/item.asp?id=15 942 111
• 23. Никонова Ю. В., Раковская М. И., Доспехова Н. А., Зайцева М. И. Обзор исследований окорки древесины // Resources and Technology. 2014. Т. 11. № 1. С. 11−49. http://elibrary.ru/item.asp?id=22 467 716
• 24. Питухин А. В., Васильев С. Б., Панов Н. Г., Колесников Г. Н. Наноструктура клея и прочность древесно-стружечных плит // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2014. № 7−8. С. 22−24. http://elibrary.ru/item.asp?id=21 995 956
• 25. Питухин А. В., Панов Н. Г., Колесников Г. Н., Васильев С. Б. Влияние добавки нанопорошка шунгита в клеевой раствор для изготовления трёхслойных древесностружечных плит на их физико-механические свойства // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. С. 147. http://elibrary.ru/item.asp?id=17 882 979
• 26. Пошарников Ф. В., Филичкина М. В. Анализ структуры смеси для опилкобетона на основании многофакторного планирования эксперимента // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. 2010. № 1. С. 111−114. http://elibrary.ru/item.asp?id=13 003 490
• 27. Суханов М. А., Андреев А. А., Колесников Г. Н. Сравнительная прочность при сдвиге клеевых и цементно-песчаных швов, соединяющих блоки из древесно-цементного материала // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 7 (39). С. 94−97. http://elibrary.ru/item.asp?id=22 000 412
• 28. Зайцева М. И., Робонен Е. В., Чернобровкина Н. П., Колесников Г. Н. Теплоизоляционная плита // Патент РФ на полезную модель № 138 701. Опубликовано: 20.03.2014
• 29. Зайцева М. И., Робонен Е. В., Колесников Г. Н., Чернобровкина Н. П., Васильев С. Б. Теплоизоляционная древесноволокнистая плита // Патент РФ на полезную модель № 138 680. Опубликовано: 20.03.2014