Viðareiginleikar síberíulerkis frá Hallormsstað – forathugun á styrk og rúmþyngd

Hakaskoja-lerki fellt í Jónsskógi á Hallormsstað 2015. Ljósmynd: Þór Þorfinnsson

Í grein í nýútkomnu Ársriti Skógræktarinnar 2020 er greint frá niðurstöðum rannsókna á þremur helstu eðliseiginleikum síberíulerkis, rúmþyngd, beygjustyrk og stífni. Í ljós kemur að lerki hefur mun meiri beygjustyrk en önnur barrtré í íslenskri skógrækt. 

Greinin er eftir Ólaf Eggertsson, Bergrúnu Örnu Þorsteinsdóttur og Þór Þorfinnsson

Hún birtist í: Ársriti Skógræktarinnar 2020

Inngangur

Í ljósi vaxandi þekju ræktaðra skóga er mikilvægt að byrja sem fyrst að kanna gæði innlends viðar. Framboð á íslenskum efnivið úr skógum landsins mun aukast mjög á næstu áratugum. Tré binda kolefni þegar þau vaxa og það kolefni helst þar þangað til trjáviðurinn rotnar eða er brenndur. Þess vegna skiptir miklu máli hvað verður um viðinn eftir að trén eru felld. Sú lokaafurð sem gefur minnstan virðisauka er iðnviður sem nýtist til dæmis sem kolefnisgjafi við málmvinnslu (kísilmálm). Mestur virðisauki er við framleiðslu á söguðu timbri og plönkum sem fer í brýr, byggingar, innréttingasmíði, klæðningar og húsgögn. Ein helsta nýting íslensks viðar í dag er brennsla, til dæmis sem kolefnisgjafi í stóriðju. Við brunann losnar allt kolefnið sem tréð batt á vaxtartíma sínum. Með því að nýta innlent timbur í varanlegri framleiðslu, t.d. húsbyggingar, helst kolefnið í viðnum.

Hér er greint frá niðurstöðum rannsókna á þremur helstu eðliseiginleikum síberíulerkis (rúmþyngd, beygjustyrk og stífni) til að kanna hvort lerkið sem vex á Hallormsstað stenst alþjóðlega viðargæðastaðla fyrir byggingariðnaðinn.

Efniviður og aðferðir

Efniviður rannsóknarinnar var síberíulerki (Larix sibirica) af kvæminu Hakaskoja sem gróðursett var árið 1954 á Hallormsstað. Trén voru felld í október 2019, söguð niður í grófar stærðir og merkt hvaðan úr trjánum sýnin voru tekin. Smíðaverkstæðið á Flúðum sá síðan um að fullvinna efnið í staðlaðar þykktir og lengdir, 30x30x400 mm (ISO 3129) (mynd 1). Sýnin voru síðan styrkleikaprófuð á rannsóknastofu Límtrés Vírnets ehf. á Flúðum með þriggja punkta aðferð (mynd 2). Mældur var beygjustyrkur (brotþol við beygjuálag, MOR) og stífni (samband á milli álags og aflögunar, MOE). Rakastig sýna við brot var á bilinu 7%-8%. Beygjustyrkur og stífni eru þeir þættir sem notaðir eru sem mælikvarði á styrk trjáviðar. Viðarþéttleiki eða rúmþyngd er einnig mikilvægur þáttur sem mælikvarði á gæði viðarafurða. Fylgt var ISO 13061 staðlinum sem lýsir framkvæmd brottilrauna á smáum gallalausum viðarsýnum (ISO 13061).

Einnig voru tekin sýni úr sömu pinnum til mælinga á rúmþyngd (grunneðlisþyngd) (basic density). Rúmþyngdin er reiknuð þannig að í þyngd þurrviðar (0% raki) er deilt með rúmmáli sýnis í vatnsmettuðu ástandi. Rúmþyngdin var mæld fyrir hvern pinna sem fór í brottilraunina. Rúmþyngd viðar er sá eiginleiki sem oft er horft til þegar lagt er mat á gæði viðar með tilliti til styrkeiginleika. Samtals var styrkur og grunneðlisþyngd mæld í 20 sýnum sem komu úr fjórum mismunandi trjábolum. Fjöldi árhringja var talinn í öllum pinnum og meðalbreidd þeirra mæld.

Niðurstöður og umræður

Rúmþyngd síberíulerkis

Meðalrúmþyngd síberíulerkisins frá Hallormsstað mældist 580 kg/m³ (0,580 g/cm³, sf 0,059). Hæsta gildið var 688 kg/m³ og það lægsta 484 kg/m³. Að meðaltali mælist því rúmmetrinn af þurrum lerkivið 580 kg. Ef viðurinn væri með 12% raka (notkun innanhúss) er rúmmetrinn nálægt 650 kílóum og um 700 kg við notkun utanhúss (20% raki). Sævar Hreiðarsson (2017) mældi rúmþyngd stafafuru sem 380 kg/m³, sitkagrenis 328 kg/m³ og rauðgrenis að meðaltali 328 kg/m³. Lerkið er því með mun hærri rúmþyngd en aðrar tegundir í íslenskri skógrækt. Erlendar rannsóknir á rúmþyngd evrópulerkis eru oft á bilinu 400-500 kg/m³ og sem dæmi sýndu rannsóknir Tumenjargal (2018) að rúmþyngd síberíulerkis frá Mongólíu væri að meðaltali 530 kg/m³. Í samanburði við erlendar rannsóknir er lerkið frá Hallormsstað með frekar háa rúmþyngd. Hæst var rúmþyngdin í pinnum sem komu úr kjarnvið næst rysju og lægst í sýnum næst merg (ungviður).

Mynd 3 sýnir samband rúmþyngdar í síberíulerki og meðalbreiddar árhringja í sýnum. Fylgni er há (R²=0,676) við breidd árhringja. Þéttir árhringir gefa því hærri rúmþyngd.

Beygjustyrkur og stífni

Beygjustyrkur (MOR = Modulus of Rupture) er mælikvarði á það álag sem setja má á viðinn uns hann brotnar. Stífni (MOE = Modulus of Elasticity) er sambandið á milli álags og aflögunar. Á erlendum tungum er talað um E-modul efnisins. Með prófun á stífni er verið að svara spurningunni hversu mikið álag má setja á viðinn þannig að hann „rétti úr sér aftur“ án þess að tapa styrk. Í töflu 1 má sjá styrkleikagildin fyrir síberíulerkið. Beygjustyrkurinn er að meðaltali 107 N/mm² og stífnin 9.800 N/mm² (einnig skrifað 9,8 GPa). Í erlendri rannsókn á styrk gróðursetts síberíulerkis í Mongólíu er beygjustyrkurinn uppgefinn sem 102 N/mm² og stífnin 11.240 N/mm² að meðaltali (Ishiguri 2018), mjög svipað þeim niðurstöðum sem við fáum fram. Sænskar rannsóknir sýna svipuð gildi eða ívið lægri. Samkvæmt forrannsókn okkar á gallalausum smásýnum stenst síberíulerki allar þær kröfur um styrk sem gerðar eru um timbur vegna notkunar í burðarvirki við mannvirkjagerð. Til samanburðar má geta að gildin sem sem Ívar Örn Þrastarson (2014) fékk fyrir beygjustyrk rauðgrenis var 52,8 N/mm², stafafuru 52,1 N/mm² og sitkagrenis 50,4 N/mm².

Lerkið hefur því mun meiri beygjustyrk en önnur barrtré í íslenskri skógrækt. Stífni var ekki með í rannsóknum Ívars. Umfangsmiklar rannsóknir munu fara fram á íslenskum efnivið árið 2021 á rúmþyngd, beygjustyrk og stífni. Í þeirri rannsókn verða tífalt fleiri sýni rannsökuð en í þessari forrannsókn.

Tafla 1. Meðaltalsgildin fyrir beygjustyrk og stífni síberíulerkis frá Hallormsstað.

Í töflu 1 má sjá meðaltalsgildin fyrir alla þá pinna sem voru styrkleikaprófaðir í þessari rannsókn. Nokkur sýni gáfu lágar tölur vegna galla í sýnum. Mynd 4 sýnir „gallaða pinna“. Á henni sést að sýnin brotnuðu vegna kvista í efninu. Þegar niðurstöðurnar eru leiðréttar fyrir gölluðum sýnum (tvö sýni tekin út, sjá mynd 4) verður beygjustyrkurinn 114 N/mm² og stífnin 10.000 N/mm² að meðaltali (n=18).

Heimildir

ISO 3129: Wood — Sampling methods and general requirements for physical and mechanical testing of small clear wood specimens.

ISO 13061: Physical and mechanical properties of wood — Test methods for small clear wood specimens.

Ívar Örn Þrastarson 2014: Gæðaprófanir á viði úr íslenskum skógum sem byggingarefni. BS-ritgerð. LBHÍ, Hvanneyri, 66 s.

Ishiguri F o.fl. 2018: Wood properties of Larix sibirica naturally grown in Tosontsengel, Mongolia, International Wood Products Journal, 9:3, 127-133, https://doi.org/10.1080/20426445.2018.1506606

Ólafur Eggertsson 2014. "WoodBio" will enhance the forests' role in the Nordic bioeconomy. Scandinavian Journal of Forest Research 29(6): 617-618.

Sævar Hreiðarsson 2017: Eiginleikar íslensks trjáviðar, þéttleiki og ending. MS-ritgerð. LBHÍ, Hvanneyri, 76 s.

Tumenjargal B ofl 2018: Geographic variations of wood properties of Larix sibirica naturally grown in Mongolia. Silva Fennica vol. 52 no. 4 https://doi.org/10.14214/sf.10002

 Ársrit Skógræktarinnar 2020