Studying about the possibility of using bamboos as friendly environmental building materials for adaptation with climate change

Ảnh hưởng của hàm lượng keo sinh học K1 lên tính chất của các tấm vật liệu tre Luồng .... Ảnh hưởng của hàm lượng keo sinh học K2 lên tính chất của các tấm vật liệu tre Luồng .... Ảnh hư

1

MỤC LỤC

TÓM TẮT 005

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 007

DANH MỤC CÁC BẢNG 008

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 011

LỜI CÁM ƠN 017

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HÓA LÝ, CẤU TRÚC CỦA TRE CÓ KHẢ NĂNG LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG 018

1.1 Tổng quan 019

1.2 Phương pháp nghiên cứu 020

1.2.1 Phương pháp nghiên cứu đặc tính cơ lý của Tre 021

1.2.1.1 Vật liệu thí nghiệm 021

1.2.1.2 Tính toán độ ẩm tre 021

1.2.1.3 Phương pháp khảo sát đặc tính cơ lý 023

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu về tính chất hóa học của tre 029

1.3 Các kết quả nghiên cứu 030

1.3.1 Kết quả nghiên cứu về cấu trúc hình thái bên ngoài 030

1.3.1.1 Tre Đằng Ngà - Bambusa stenostachya Hack 031

1.3.1.2 Tre Lộc Ngộc - Bambusa bambos Voss 032

1.3.1.3 Tre gai - Bambusa blumeana Schult 034

1.3.1.4 Tre Luồng - Dendrocalamus membranaceus Munro 035

1.3.1.5 Tre Nam Bộ - Gigantochloa cochinchinensis A Camus 036

1.3.2 Kết quả nghiên cứu về cấu trúc tế bào 037

1.3.2.1 Quan sát chung về cấu trúc tế bào tre dưới kính hiển vi 037

1.3.2.2 Kết quả khảo sát của 5 loài tre khác nhau 038

1.3.3 Kết quả nghiên cứu các đặc tính cơ lý 039

1.3.3.1 Tre Đằng Ngà - Bambusa stenostachya Hack 039

1.3.3.2 Tre Lộc Ngộc - Bambusa bambos Voss 041

1.3.3.3 Tre gai - Bambusa blumeana Schult 043

1.3.3.4 Tre Luồng - Dendrocalamus membranaceus Munro 045

1.3.3.5 Tre Nam Bộ - Gigantochloa cochinchinensis A Camus 047

1.3.3.6 Kết quả nghiên cứu các đặc tính cơ lý của các loài tre 048

1.3.4 Kết quả nghiên cứu tính chất hóa học 050

1.4 Kết luận 054

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU COMPOSITE SỢI TRE 056

2.1 Chế tạo sợi tre 057

2.1.1 Giới thiệu về vật liệu composite và sợi gia cường 057

2.1.1.1 Các thành phần chính của sợi tre 058

2.1.1.2 Các phương pháp xử lýý sợi 061

2.1.1.3 Các phương pháp tách sợi 064

2

2.1.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 064

2.1.2.1 Vật liệu và thiết bị 064

2.1.2.2 Chế tạo sợi tre 064

2.1.2.3 Xác định hàm lượng hóa học của sợi tre 065

2.1.3 Kết quả nghiên cứu 067

2.1.3.1 Xác định kích cỡ của sợi tre 067

2.1.3.2 Thành phần hóa học của sợi tre 067

2.1.4 Kết luận 068

2.2 Composite PE/sợi tre 068

2.2.1 Giới thiệu nhựa nền Polyetylen (PE) 068

2.2.1.1 Tính chất của Polyetylen 069

2.2.1.2 Ứng dụng của Polyetylen 069

2.2.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 069

2.2.2.1 Nguyên vật liệu và thiết bị 069

2.2.2.2 Phương pháp chế tạo composite HDPE/ sợi tre 070

2.2.2.3 Phương pháp kiểm tra tính chất 070

2.2.3 Kết quả nghiên cứu 071

2.2.3.1 Ảnh hưởng của kích cỡ sợi 071

2.2.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi 073

2.2.3.3 Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp 077

2.2.3.4 So sánh giữa tre Luồng và tre Đằng Ngà 081

2.2.4 Kết luận 083

2.3 Composite UP/sợi tre 083

2.3.1 Giới thiệu về polyme nền Polyeste bất bão hòa (UP) 083

2.3.1.1 Ưu điểm và hạn chế của nhựa UP 084

2.3.1.2 Một số ứng dụng quan trọng của nhựa UP 084

2.3.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 084

2.3.2.1 Vật liệu và thiết bị 084

2.3.2.2 Quy trình thực nhiệm 085

2.3.2.3 Kiểm tra tính chất vật liệu composite 086

2.3.3 Kết quả nghiên cứu 087

2.3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đã xử lý sơ bộ bằng NaOH 1% đến tính chất vật liệu composite 088

2.3.3.2 Ảnh hưởng của chất biến tính lên tính chất của vật liệu composite trên nền UP/sợi tre (100/90) 090

2.3.3.3 Ảnh hưởng của loại tre 095

2.3.4 Kết luận 095

2.4 Composite PU/sợi tre 096

2.4.1 Giới thiệu Polyurethane 096

2.4.1.1 Cấu trúc của polyurethane 096

2.4.1.2 Ứng dụng của polyurethane 096

2.4.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 096

3

2.4.2.1 Vật liệu và thiết bị 096

2.4.2.2 Quy trình thực nghiệm 097

2.4.2.3 Các phương pháp xác định tính chất của sản phẩm 097

2.4.3 Kết quả nghiên cứu 098

2.4.3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ Polyol:MDI 098

2.4.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tre 099

2.4.3.3 Ảnh hưởng của kích thước sợi 102

2.4.3.4 Ảnh hưởng của loại sợi tre 103

2.4.3.5 Ảnh hưởng của than tre 106

2.4.4 Kết luận 111

2.5 Composite sợi tre/keo sinh học 111

2.5.1 Tổng quan tài liệu và đặt vấn đề 111

2.5.1.1 Vật liệu composite gia cường bằng sợi tự nhiên 111

2.5.1.2 Giới thiệu các loại chất kết dính 112

2.5.1.3 Giới thiệu về một số nghiên cứu và ứng dụng 114

2.5.1.4 Đặt vấn đề 114

2.5.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 115

2.5.2.1 Vật liệu và thiết bị 115

2.5.2.2 Phương pháp nghiên cứu 116

2.5.2.3 Các phương pháp phân tích tính chất sản phẩm 118

2.5.3 Kết quả nghiên cứu 119

2.5.3.1 Kết quả khảo sát các phương pháp ép tấm vật liệu 119

2.5.3.2 Khảo sát các tấm vật liệu tre Luồng sử dụng kích thước sợi khác nhau 123

2.5.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng keo sinh học K1 lên tính chất của các tấm vật liệu tre Luồng 124

2.5.3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng keo sinh học K2 lên tính chất của các tấm vật liệu tre Luồng 131

2.5.3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng keo sinh học K3 lên tính chất của các tấm vật liệu tre Luồng 137

2.5.3.6 Ảnh hưởng của loại tre lên những tính chất của tấm vật liệu 142

2.5.4 Kết luận 153

2.6 So sánh 153

2.6.1 So sánh với composite gia cường sợi thiên nhiên khác 153

2.6.2 So sánh với kết quả của đối tác hợp tác song phương ở Pháp 154

2.7 Kết luận chung 154

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ TRỒNG THỬ NGHIỆM GIỐNG TRE CÓ TRIỂN VỌNG TRONG SẢN XUẤT VÀ NHÂN GIỐNG 157

3.1 Lư ơ n và nhân giống 157

3.1.1 Tổng quan 157

3.1.2 Lý do chọn các loài tre để nhân giống 158

3.1.2.1 Các loài tre thuộc giống Bambusa 159

3.1.2.2 Các loài tre thuộc các giống khác 160

4

3.1.3 Kỹ thuât nhân giống 161

3.1.4 Kết quả đạt được 161

ư ư ơ n 163

3.2.1 Phương pháp và kết quả trồng thử nghiệm Tre gai và Lồ ô vàng 163

3.2.2 Phương pháp và kết quả trồng thử nghiệm Lộc ngộc, Tầm vông, Tre Nam Bộ và Tre Xiêm 168

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU LÀM MÔ HÌNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG DỰA TRÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA TRE 176

4.1 Tổng quan về xây dựng thân thiện môi trường 177

4.2 Chuẩn bị nguyên vật liệu để mô hình xây dựng 179

4.2.1 Xử lý tre 179

4.2.2 Uốn thẳng 180

4.3 Thử nghiệm các mô hình xây dựng 181

4.3.1 Mô hình vật liệu xây dựng từ tre Đằng Ngà (Bambusa stenostachyum) 181

4.3.2 Mô hình vật liệu xây dựng từ tre Luồng 182

4.3.3 Mô hình vật liệu xây dựng từ Tre Gai 185

4.4 Kết luận 188

CHƯƠNG 5: LỚP TẬP HUẤN VỀ BẢO TỒN ĐA DẠNG SINH HỌC, THỰC VẬT DÂN TỘC HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG TỪ TRE 189 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 196

TÀI LIỆU THAM KHẢO 199

PHỤ LỤC

5

TÓM TẮT

Bảo tồn đa dạng sinh học là công việc rất cần thiết cho hiện tại cũng như trong tương lai, nhằm mục tiêu phát triển bền vững cho toàn thế giới Con người ngày càng nhận thức được tầm quan trọng của việc áp dụng một cách toàn diện về đa dạng nguồn gen và việc kết hợp giữa bảo tồn với sử dụng để phát triển bền vững Những nguyên tắc này đã được ghi nhận trong Công ước về

Đa dạng sinh học và kế hoạch hành động toàn cầu của Chương trình Phát triển Liên Hiệp Quốc ( UNDP, 1992)

Với số lượng phong phú và đa dạng của bộ sưu tập tre tại Phú An, các nghiên cứu về tính chất lý hóa và cấu trúc của từng loài sẽ là cơ sở khoa học cho những nghiên cứu ứng dụng những sản phẩm thân thiện môi trường và tiết kiệm tài nguyên luôn là đề tài lý thú của các nhà khoa học Ngoài mối quan tâm làm sao để tăng chất lượng sản phẩm, tạo mẫu mã đẹp, giảm chi phí sản xuất, thì hiện nay vấn đề sản phẩm còn phải đáp ứng tính môi trường để hòa vào xu hướng phát triển bền vững của thế giới

Hằng ngày con người đã sử dụng và thải ra môi trường rất nhiều loại vật liệu khó phân hủy có nguồn gốc từ polyme Do đó, tạo ra những vật liệu thân thiện với thiên nhiên hoặc vật liệu phân hủy sinh học đang ngày càng bức thiết trong hoàn cảnh hiện nay Vật liệu composite gia cường sợi thiên nhiên ra đời đã giúp các sản phẩm có nguồn gốc từ polyme thân thiện môi trường hơn nhưng vẫn không làm giảm tính chất cơ lý của chúng Vật liệu này có tính chất cơ lý cao hơn cả nhựa nền ban đầu, thậm chí tạo ra được một số tính chất mới, đáp ứng được nhu cầu của cuộc sống hiện nay

Vì vậy trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ tạo sợi tre và sử dụng sợi tre với các hàm lượng và kích cỡ khác nhau để tạo composite trên nền các loại nhựa khác nhau như PE, UP, PU, hoặc các loại keo phân hủy sinh học để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng và kích cỡ sợi đến tính chất composite, làm tiền đề cho việc ứng dụng các sản phẩm này vào lĩnh vực xây dựng

Với ưu điểm dễ thích ứng trên nhiều vùng sinh thái, có khả năng tạo được sinh khối cao nhanh chóng từ khi trồng, cây tre giúp gia tăng nguồn oxygen cho không khí và có khả năng cố định carbon cao, góp phần trong việc giảm thiểu hiệu ứng nhà kính Thử nghiệm trồng các giống có tiềm năng trong chế biến những vật liệu thân thiện môi trường, sẽ giúp phát triển vùng nguyên liệu, nâng cao giá trị sinh thái môi trường và kinh tế của tre Việt Nam

With abundant quantity and diversity of the collection of bamboo in Phu An, the study of physical and chemical properties and structure of each species will be the scientific basis for the research and application of environment-friendly and resource-saving products, which is always an interesting topic for scientists In addition to the concern on how to improve the product quality, create beautiful designs and reduce production costs, products now must also meet environmental features to merge into the global trend of sustainable development

Every day, people consume and discharge lots of persistent materials derived from polymers Therefore, creating nature- friendly or biodegradable materials is becoming more and more urgent in the present context The invention of natural fiber reinforced composite material has helped products derived from polymers become more environmentally friendly, while retaining their physical and mechanical properties This material has not only better physical and mechanical properties than the original plastic material but also a number of new properties, satisfying the demands of modern life

Therefore, in this study, we will produce and use bamboo fiber in different sizes and contents to create a new type of composite based on various kinds of plastics such as PE, UP, PU, PVA, Gelatin to investigate the influence of content and size of the fiber to the properties of composite,

as a prerequisite for the application of these products in the field of construction

With the advantage of high adaptability to many ecological zones, capable of producing high biomass rapidly after being grown, the bamboo helps to increase the content of oxygen in the atmosphere with high carbon fixation and contributes to reducing the greenhouse effect Experimenting with the plantation of potential varieties in the production of environmentally friendly materials will help develop the the raw material zones and improve the ecological and economic value of the bamboo of Vietnam

7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy (Quang phổ hồng ngoại)

HDPE: High-density polyethylene (Polyetylen tỷ trọng cao)

K1: Keo PVA

K2: Keo nhựa thông

K3: Keo Gelatin

MDI: Diphenylmethane diisocyanate

PE-g-MA: Polyethylene grafted maleic anhydride

Phr: parts per hundred resin – thành phần phần trăm trên khối lượng nhựa

PVA: Polyvinylalcol

PU: Polyurethane

PU1: Polyurethane (Polyol:MDI (1:1))

SEM: Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

ST: Sợi tre

TDI: Toluen diisocyanate

TGA: Thermal gravimetric analysis (Phân tích nhiệt trọng lượng)

TG1: Tre Gai kích thước loại 1

TG2: Tre Gai kích thước loại 2

TG3: Tre Gai kích thước loại 3

TL1: Tre Luồng kích thước loại 1

TL2: Tre Luồng kích thước loại 2

TL3: Tre Luồng kích thước loại 3

UP: Nhựa polyester bất bão hòa

8

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tre 029

Bảng 1.2 Kết quả độ ẩm của tre Đằng Ngà 040

Bảng 1.3 Kết quả thí nghiệm uốn của mẫu tre Đằng Ngà 040

Bảng 1.4 Kết quả cường độ chịu nén của tre Đằng Ngà 040

Bảng 1.5 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tre Đằng Ngà 041

Bảng 1.6 Kết quả độ ẩm của tre Lộc Ngộc 041

Bảng 1.7 Kết quả thí nghiệm uốn của mẫu tre Lộc Ngộc 042

Bảng 1.8 Kết quả cường độ chịu nén của tre Lộc Ngộc 042

Bảng 1.9 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tre Lộc Ngộc 043

Bảng 1.10 Kết quả độ ẩm của tre Gai - Bambusa blumeana) 043

Bảng 1.11 Kết quả thí nghiệm uốn của mẫu tre Gai (Bambusa blumeana) 043

Bảng 1.12 Kết quả cường độ chịu nén của tre Gai (Bambusa blumeana) 044

Bảng 1.13 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tre Gai (B blumeana) 044

Bảng 1.14 Kết quả độ ẩm của tre Luồng 045

Bảng 1.15 Kết quả thí nghiệm uốn của mẫu tre Luồng 045

Bảng 1.16 Kết quả cường độ chịu nén của tre Luồng 046

Bảng 1.17 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tre Luồng 046

Bảng 1.18 Kết quả độ ẩm của tre Nam Bộ 047

Bảng 1.19 Kết quả thí nghiệm uốn của mẫu tre Nam Bộ 047

Bảng 1.20 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tre Nam Bộ 048

Bảng 1.21 Kết quả phân tích thành phần hoá học trong thân tre Nam Bộ 048

Bảng 1.22 Kết quả độ ẩm của các loài tre 048

Bảng 1.23 Kết quả thí nghiệm uốn của các loài Tre 049

Bảng 1.24 Kết quả thí nghiệm nén của các loài tre 050

Bảng 1.25 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu các mẫu tre 050

Bảng 1.26 Thành phần hóa học trên thân tre của các loài 051

Bảng 2.1 So sánh thành phần hóa học của tre so với các loại cây thực vật khác 058

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của độ tuổi đến thành phần hóa học của sợi tre 058

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn ASTM để khảo sát thành phần sợi tre 066

Bảng 2.4 Một số tính chất và thành phần trong sợi tre 068

Bảng 2.5 Tỷ lệ các thành phần trong composite với kích cỡ sợi thay đổi 071

Bảng 2.6 Độ hấp thu nước của các mẫu composite ở các kích cỡ sợi khác nhau 071

Bảng 2.7 Kết quả cơ lý của composite với kích cỡ sợi tre thay đổi 072

Bảng 2.8 Tỷ lệ thành phần trong composite với các hàm lượng sợi tre khác nhau 074

Bảng 2.9 Độ hấp thu nước các mẫu composite với các hàm lượng sợi khác nhau 075

Bảng 2.10 Kết quả cơ lý của composite với các hàm lượng sợi tre khác nhau 076

Bảng 2.11 Tỷ lệ các thành phần trong composite với hàm lượng sợi tre là 10% và sử dụng các chất trợ tương hợp khác nhau (hàm lượng 3%wt) 077

Bảng 2.12 Độ hấp thu nước của mẫu composite có và không có sử dụng chất trợ tương hợp PE-g-MA 078

9

Bảng 2.13 Kết quả cơ lý của composite sử dụng chất trợ tương hợp khác nhau 079

Bảng 2.14 Độ hấp thu nước của mẫu composite sử dụng 2 loại tre khác nhau 081

Bảng 2.15 Kết quả cơ lý của composite sử dụng 2 loại tre khác nhau 082

Bảng 2.16 Thành phần tỉ lệ của UP và sợi tre dùng để chế tạo vật liệu composite 086

Bảng 2.17 Hiện tượng tách pha của nhựa với các hàm lượng Styren khác nhau 087

Bảng 2.18 Tần số của các mũi đặc trưng của sợi tre 089

Bảng 2.19 Thành phần mẫu và kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi 089

Bảng 2.20 Tính chất cơ lý vật liệu composite của sợi tre biến tính bằng MA 091

Bảng 2.21 Tính chất cơ lý vật liệu composite của sợi tre biến tính bằng AA 092

Bảng 2.22 Thành phần mẫu và kết quả khảo sát ảnh hưởng của Vinyl Silan lên tính chất của mẫu composite UP/ST (100/90) 093

Bảng 2.23 Tính chất cơ lý của vật liệu composite UP/ST (100/90) khi sử dụng hai loại tre khác nhau với hàm lượng sợi là 90phr 095

Bảng 2.24 Độ hấp thụ nước của các mẫu UP/ST sử dụng 2 loại tre khác nhau 095

Bảng 2.25 Độ bền nén của mẫu trắng PU xốp với tỉ lệ Polyol:MDI khác nhau 098

Bảng 2.26 Độ bền nén của PU xốp với các hàm lượng sợi tre khác nhau 99

Bảng 2.27 Độ hấp thu nước của các mẫu của PU xốp với các hàm lượng sợi tre khác nhau 101

Bảng 2.28 Hệ số dẫn nhiệt của các mẫu composite PU/sợi tre 102

Bảng 2.29 Độ bền nén của PU xốp/sợi tre với các kích cỡ sợi khác nhau 103

Bảng 2.30 Độ bền nén của mẫu composite PU chứa 5% sợi của các loại tre khác nhau 104

Bảng 2.31 Kết quả kích thước, khối lượng và tỷ trọng của mẫu composite theo 105

Bảng 2.32 Kết quả hệ số dẫn nhiệt của mẫu composite theo 3 loại sợi khảo sát 106

Bảng 2.33 Kết quả đo nén của composite PU xốp/than tre 106

Bảng 2.34 Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các mẫu composite than tre 107

Bảng 2.35 Thông số tỷ trọng của mẫu composite than tre 108

Bảng 2.36.Kết quả hệ số dẫn nhiệt của mẫu composite khi thay đổi hàm lượng than tre 111

Bảng 2.37 Độ bền va đập của các tấm vật liệu sử dụng 11% K1 với các kích thước sợi khác nhau 123

Bảng 2.38 Thành phần tấm vật liệu sử dụng K1 125

Bảng 2.39 Độ bền va đập của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 125

Bảng 2.40 Độ bền uốn của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 126

Bảng 2.41 Độ ẩm tương đối ở các ngày khảo sát 127

Bảng 2.42 Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 127

Bảng 2.43 Độ trương trong nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 128

Bảng 2.44 Độ hấp thu nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 129

Bảng 2.45 Thành phần tấm vật liệu 131

Bảng 2.46 Độ bền va đập của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 131

Bảng 2.47 Độ bền uốn của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 132

Bảng 2.48 Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 133

10

Bảng 2.49 Độ trương trong nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 134

Bảng 2.50 Độ hấp thu nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 135

Bảng 2.51 Độ bền va đập của tấm mát tre với các hàm lượng chất keo khác nhau 138

Bảng 2.52 Độ bền uốn của tấm mát tre với các hàm lượng keo khác nhau 139

Bảng 2.53 Độ bền va đập của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với hàm lượng 11% K1 hoặc 47% K2 hoặc 39% K3 143

Bảng 2.54 Độ bền uốn của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với các chất kết dính khác nhau 11% K1, 47% K2 và 39% K3 144

Bảng 2.55 Thông số độ ẩm môi trường chứa mẫu của các ngày khảo sát 145

Bảng 2.56 Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với 11% K1 145

Bảng 2.57 Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với 47% K2 146

Bảng 2.58 Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với 39% K3 148

Bảng 2.59 Tỷ trọng của các tấm vật liệu 149

Bảng 2.60 Kết quả hệ số dẫn nhiệt của mẫu composite khi thay đổi loại keo và loại tre 152

Bảng 2.61 Kết quả đo uốn của composite UP/sợi thiên nhiên 153

Bảng 2.62 Kết quả đo uốn của composite Polyuretan/sợi thiên nhiên 153

Bảng 2.63 Kết quả đo tính chất của composite sử dụng keo xương và keo thần kinh 154

Bảng 3.1 Sinh trưởng của cây Gai theo thời gian 165

Biểu đồ 3.1: Sinh trưởng cây Gai theo thời gian 165

Bảng 3.2 Sinh trưởng của cây Lồ ô vàng theo thời gian 167

Biểu đồ 3.2 Sinh trưởng của cây Lồ ô vàng theo thời gian 167

Bảng 3.3 Sinh trưởng của cây Lộc Ngộc theo thời gian 170

Biểu đồ 3.3: Sinh trường cây Lộc Ngộc theo thời gian 170

Bảng 3.4 Sinh trưởng của cây Tầm Vông theo thời gian 171

Biểu đồ 3.4 Sinh trưởng của cây Tầm vông theo thời gian 172

Bảng 3.5 Sinh trưởng của Tre Nam Bộ theo thời gian 173

Biểu đồ 3.5: Sinh trường cây Tre Nam Bộ theo thời gian 177

Bảng 3.6 Sinh trưởng của cây Tre Xiêm theo thời gian 174

Biểu đồ 3.6 Sinh trưởng của cây Tre Xiêm theo thời gian 175

Bảng 4.1 Tính chịu lực của các loại tre 179

11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ lấy mẫu thí nghiệm của một đoạn tre 021

Hình 1.2: Mẫu tre trong lọ cân 023

Hình 1.3: Mẫu tre thí nghiệm uốn 025

Hình 1.4: Sơ đồ thí nghiệm uốn tre 025

Hình 1.5: Gối đỡ (liên kết khớp) 025

Hình 1.6: Mẫu tre thí nghiệm uốn trên khung gia tải 026

Hình 1.7: Mẫu tre thí nghiệm chịu nén 026

Hình 1.8: Máy nén, mâm nén tự phân bố áp lực và mâm nén phẳng 027

Hình 1.9: Mẫu tre khi phá hoại 027

Hình 1.10: Mẫu tre thí nghiệm kéo 028

Hình 1.11: Chi tiết ngàm mẫu tre bằng ống thép 028

Hình 1.12: Mẫu tre trước khi thí nghiệm kéo và sau khi bị phá hoại 029

Hình 1.13: Toàn cảnh bụi tre Đằng Ngà 031

Hình 1.14: Toàn cảnh bụi tre Đằng Ngà cận gốc 031

Hình 1.15: Thân tre Đằng Ngà cắt ngang, cho thấy vách thân dầy 032

Hình 1.16: Thân tre Đằng Ngà dọc cho thấy lóng thân ngắn và thẳng 032

Hình 1.17: Cành của Tre Đằng Ngà 032

Hình 1.18: Cành có mang gai của Tre Đằng Ngà 032

Hình 1.19: Toàn cảnh bụi tre Lộc Ngộc 032

Hình 1.20: Cấu trúc cành tre Lộc Ngộc 032

Hình 1.21: Cắt ngang lóng phía dưới gốc tre Lộc Ngộc 033

Hình 1.22: Cắt ngang lóng ở giữa thân tre Lộc Ngộc 033

Hình 1.23: Độ dày vách lóng thứ 7 tre Lộc Ngộc 033

Hình 1.24: Kích thước lóng thứ 7 tre Lộc Ngộc 033

Hình 1.25: Cành của Tre Lộc Ngộc 033

Hình 1.26: Cành có mang gai của Tre Lộc Ngộc 033

Hình 1.27: Toàn cảnh bụi tre Gai - B.blumeana 034

Hình 1.28: Chụp cận cảnh bụi tre Gai - B.blumeana 034

Hình 1.29: Độ dày vách lóng dưới gốc tre Gai - B.blumeana 034

Hình 1.30: Độ dày vách lóng thứ 7 tre Gai - B.blumeana 034

Hình 1.31: Cành và mắt phía dưới gốc tre Gai - B.blumeana 035

Hình 1.32: Cành có mang gai tre Gai - B.blumeana 035

Hình 1.33: Toàn cảnh bụi tre Luồng 035

Hình 1.34: Cấu trúc thân thẳng tre Luồng 035

Hình 1.35: Độ dày vách lóng thứ 7 tre Luồng 035

Hình 1.36: Kích thước lóng thứ 7 tre Luồng 035

Hình 1.37: Cành của Tre Luồng 036

Hình 1.38: Mắt phía dưới gốc có mang vòng rễ khí sinh của tre Luồng 036

Hình 1.39: Toàn cảnh bụi tre Nam Bộ 036

Hình 1.40: Thân tre Nam Bộ với lóng dài, thẳng 036

Hình 1.41: Độ dày vách lóng thứ 7 tre Nam Bộ 037

12

Hình 1.42: Kích thước lóng thứ 7 tre Nam Bộ 037

Hình 1.43: Cành của Tre Nam Bộ 037

Hình 1.44: Mắt phía dưới gốc có mang vòng rễ khí sinh tre Nam Bộ 037

Hình 1.45: Cấu trúc dưới kính hiển vi của 5 loài tre: A, B, C, D và E 038

Hình 1.46: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ thành phần hóa học thân tre Đằng Ngà 052

Hình 1.47: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ thành phần hóa học thân tre Lộc Ngộc 053

Hình 1.48: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ thành phần hóa học thân tre Luồng 053

Hình 1.49: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ thành phần hóa học thân tre Gai (B blumeana) 053

Hình 1.50: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ thành phần hóa học thân tre Nam bộ 054

Hình 2.1: Ba thành phần chính trong thành tế bào của sợi 059

Hình 2.2: Cấu trúc của cellulose 059

Hình 2.3: Cấu trúc của lignin 060

Hình 2.4: Cấu trúc của hemicellulose 061

Hình 2.5: Phản ứng giữa sợi và silane 062

Hình 2.6: Phản ứng giữa acid acetic/acetic anhydric và sợi 063

Hình 2.7: Phản ứng giữa chất tạo cầu PE-g-MA và sợi 063

Hình 2.8: Máy cán 064

Hình 2.9: (a) Lóng tre ban đầu, (b) Lóng tre chặt nhỏ, gọt bỏ vỏ và ruột, (c) Nan tre 065

Hình 2.10: Nan tre sau khi cán dập và bột tre chưa xử lý 065

Hình 2.11: Ảnh chụp kính hiển vi điện tử của sợi tre 067

Hình 2.12: Cấu trúc Polyetylen 069

Hình 2.13: Ảnh minh họa của mẫu đo kéo 070

Hình 2.14: Độ hấp thu nước của các mẫu composite với các kích cỡ sợi khác nhau 072

Hình 2.15: Modul kéo của composite HDPE/ sợi tre với các kích cỡ sợi khác nhau 072

Hình 2.16: Ứng suất kéo của composite HDPE/ sợi tre với các kích cỡ sợi khác nhau 073

Hình 2.17: Độ biến dạng của composite HDPE/ sợi tre có với các kích cỡ sợi khác nhau 073

Hình 2.18: Giản đồ TGA của composite HDPE/ sợi tre với các hàm lượng sợi khác nhau 074

Hình 2.19: Độ hấp thu nước của các mẫu composite với các hàm lượng sợi khác nhau 075

Hình 2.20: Modul kéo của composite HDPE/ sợi tre với các hàm lượng sợi khác nhau 076

Hình 2.21: Ứng suất kéo của composite HDPE/ sợi tre với các hàm lượng sợi khác nhau 076

Hình 2.22: Độ biến dạng của composite HDPE/ sợi tre với các hàm lượng sợi khác nhau 077

Hình 2.23: Độ hấp thu nước của các mẫu composite PE/sợi tre có và không có sử dụng chất trợ tương hợp 078

Hình 2.24: Ảnh SEM của composite HDPE/ sợi tre: (a) không có sử dụng chất trợ tương hợp, (b) có sử dụng chất trợ tương hợp 079

Hình 2.25: Modul kéo composite HDPE/ sợi tre có chất trợ tương hợp thay đổi 080

Hình 2.26: Ứng suất kéo của composite HDPE/ sợi tre có chất trợ tương hợp thay đổi 080

Hình 2.27: Độ biến dạng của composite HDPE/ sợi tre có chất trợ tương hợp thay đổi 081

13

Hình 2.28: Độ hấp thu nước của các mẫu composite PE/sợi tre sử dụng hai loại sợi

khác nhau 082

Hình 2.29: Modul kéo và ứng suất của composite HDPE/ sợi tre sử dụng hai loại sợi khác nhau 082

Hình 2.30:Phản ứng tạo nhựa UP 083

Hình 2.31: (a) Sợi tre trước khi tạo MAT, (b) MAT tre 085

Hình 2.32: Composite UP/ST (100/90) 086

Hình 2.33: Ảnh minh họa của mẫu đo 086

Hình 2.34: So sánh phổ FTIR của tre Đằng Ngà 088

Hình 2.35: So sánh phổ FTIR của tre Luồng 088

Hình 2.36: Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đã xử lý NaOH 1% lên độ bền uốn của vật liệu composite 090

Hình 2.37: Ảnh hưởng của hàm lượng Anhidrid Maleic lên độ bền uốn của sản phẩm composite UP/ ST (100/90) 091

Hình 2.38: Minh họa cơ chế phản ứng giữa nhựa nền và sợi thông qua cầu nối MAH [50] 092

Hình 2.39: Ảnh hưởng của hàm lượng AA lên độ bền uốn của sản phẩm composite UP/ ST (100/90) 092

Hình 2.40: Ảnh hưởng của hàm lượng Vinyl Silan lên độ bền uốn của sản phẩm composite UP/ ST (100/90) 093

Hình 2.41: Ảnh SEM của mẫu composite với hàm lượng sợi 90 phr: (a) mẫu của sợi chưa được xử lý; (b) mẫu của sợi xử lý 0,7% VS 094

Hình 2.42: Phản ứng tạo polyurethane 096

Hình 2.43: Độ bền nén của mẫu trắng PU xốp với các tỉ lệ Polyol:MDI khác nhau 098

Hình 2.44: Độ bền nén của PU xốp với các hàm lượng sợi tre khác nhau 099

Hình 2.45: Đường cong phân tích nhiệt (TGA) của các mẫu composite 100

Hình 2.46: Đồ thị thể hiện độ hấp thu nước của PU xốp gia cường sợi tre khi thay đổi hàm lượng sợi 101

Hình 2.47: Ảnh hiển vi SEM 102

Hình 2.48: Độ bền nén của PU xốp/sợi tre với các kích cỡ sợi khác nhau 103

Hình 2.49: Độ bền nén của vật liệu PU xốp/sợi tre trước và sau khi mẫu hấp thu ẩm tối đa 104

Hình 2.50: Ảnh SEM của mẫu lần lượt là 5%TG (a), 5%ĐN (b), 5%TL (c) 105

Hình 2.51: Giản đồ phân hủy nhiệt của mẫu composite PU xốp với tre Luồng và tre Gai Đằng Ngà 106

Hình 2.52: Đồ thị biểu diễn độ bền nén theo các hàm lượng gia cường khác nhau của than tre 107

Hình 2.53: Độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các mẫu composite than tre theo thời gian khảo sát 108

Hình 2.54: Ảnh SEM của hỗn hợp composite PU xốp với các hàm lượng than tre gia

cường khác nhau (a) PU, (b) PU2%C, (c) PU4%C, (d) PU6%C, (e) PU8%C,

14

(f) PU10%C 109

Hình 2.55: TGA của composite PU xốp/than tre (a), ảnh phóng đại (b) 110

Hình 2.56: Sợi tre loại 1 117

Hình 2.57: Sợi tre loại 2 117

Hình 2.58: Sợi tre loại 3 117

Hình 2.59: Bột tre (0.35-0.50 mm) 118

Hình 2.60: Tấm tre ép theo cách 1 120

Hình 2.61: Tấm tre ép theo cách 2 120

Hình 2.62: Tấm tre ép theo cách 3 121

Hình 2.63: Hai tấm tre ép theo cách 2 121

Hình 2.64: Hai tấm tre ép theo cách 3 122

Hình 2.65: Hai lớp tre dễ bị tách lớp 122

Hình 2.66: So sánh với tấm vật liệu trong nghiên cứu khác và tấm vật liệu ép được từ tre luồng 123

Hình 2.67: Tấm vật liệu tre sợi loại 1, loại 2 và 3 lần lượt từ trái sang 123

Hình 2.68: Độ bền va đập của các tấm vật liệu với các kích thước sợi khác nhau sử dụng 11% K1 124

Hình 2.69: Đồ thị biểu diễn độ bền va đập của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 125

Hình 2.70: Đồ thị biểu diễn độ bền uốn của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 126

Hình 2.71: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 127

Hình 2.72: Đồ thị biểu diễn độ trương trong nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 128

Hình 2.73: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 129

Hình 2.74: Giản đồ TGA của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 130

Hình 2.75: Giản đồ DTG của các tấm vật liệu với các hàm lượng K1 khác nhau 130

Hình 2.76: Đồ thị biểu diễn độ bền va đập của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 132

Hình 2.77: Đồ thị biểu diễn độ bền uốn của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau Hình 2.78: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 134

Hình 2.79: Đồ thị biểu diễn độ trương trong nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 135

Hình 2.80: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu nước của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2

khác nhau 136

Hình 2.81: Giản đồ TGA của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 136

Hình 2.82: Giản đồ DTG của các tấm vật liệu với các hàm lượng K2 khác nhau 137

15

Hình 2.83: Tấm tre ép hàm lượng keo 21% 137

Hình 2.84: Tấm tre ép tại hàm lượng keo 27% 138

Hình 2.85: Đồ thị biểu diễn kết quả độ bền va đập của mát tre luồng theo các hàm lượng keo K3 khác nhau 139

Hình 2.86: Đồ thị biểu diễn kết quả độ bền uốn của mát tre luồng với các hàm lượng keo K3 khác nhau 140

Hình 2.87: Đồ thị thể hiện độ hấp thụ, giải hấp thụ độ ẩm của mát Tre Luồng khi thay đổi hàm lượng keo K3 141

Hình 2.88: Giản đồ TGA của mát tre luồng với các hàm lượng keo da sinh học khác nhau 141 Hình 2.89: Giản đồ DTG của mát tre luồng với các hàm lượng keo da sinh học khác nhau 142 Hình 2.90: Đồ thị biểu diễn độ bền va đập của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với các chất kết dính khác nhau (11% K1, 47% K2 và 39% K3) 143

Hình 2.91: Đồ thị biểu diễn độ bền uốn của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với các chất kết dính khác nhau 11% K1, 47% K2 và 39% K3 144

Hình 2.92: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với 11% K1 146

Hình 2.93: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu và giải hấp độ ẩm của các tấm vật liệu sử dụng các loại tre khác nhau với 47% K2 147

Hình 2.94: (b) Đồ thị thể hiện độ hấp thụ, giải hấp thụ độ ẩm của mát Tre Luồng, Tre Nam Bộ, Tre Gai với hàm lượng keo 39% 148

Hình 2.95: Giản đồ TGA của các tấm vật liệu tre Luồng, Gai Đằng Ngà, Đồng Nai với hàm lượng 11% K1 149

Hình 2.96: Giản đồ DTG của các tấm vật liệu tre Luồng, Gai Đằng Ngà, Đồng Nai với hàm lượng 11% K1 150

Hình 2.97: Giản đồ TGA của mát tre Luồng, tre Gai, Đồng Nai với 39% keo 151

Hình 2.98: Giản đồ DTG của mát Tre Luồng, Gai, Đồng Nai với 39% keo 151

Hình 2.99: Ảnh SEM của các tấm vật liệu tre Luồng: a Sử dụng 11% K1, b Sử dụng 47% K2, c sử dụng 39%K3 152

Hình 3.1: Các loài tre thuộc giống Bambusa được chọn trồng thử nghiệm: A,B, C, D 158

Hình 3.2: Các loài tre thuộc các giống khác nhau được chọn trồng thử nghiệm: E,F,G 160

Hình 3.3: Trộn chất trồng trước khi cho vào bầu để ươm 162

Hình 3.4: Nhân giống các loài thuộc giống Bambusa trong vườn ươm 162

Hình 3.5: Nhân giống các loài thuộc các giống khác trong vườn ươm 163

Hình 3.6: Chuẩn bị đất trồng: định vị, phát dọn thực bì những vị trí cần thiết và cắm cọc 164

Hình 3.7: Cây được chuyển đi trồng và tưới nước chăm sóc 164

Hình 3.8: Minh họa sinh trưởng của Tre Gai theo thời gian 166

Hình 3.9 Minh họa sinh trưởng của tre Lồ ô vàng theo thời gian 168

Hình 3.10: Chuẩn bị đất trồng: sau khi đưa tầng dưới thấp có chứa tầng phèn tiềm tàng, tầng đất mặt được đem phủ lên trên để ém phèn, tránh tiếp xúc với không khí để không bị phèn hóa 169

Hình 3.11: Nhóm tình nguyện viên vì Môi trường xanh của công ty Officience tham gia trồng tre 170

16

Hình 3.12: Minh họa sinh trưởng của Lộc Ngộc theo thời gian 171

Hình 3.13: Minh họa sinh trưởng của tre Tầm Vông theo thời gian 172

Hình 3.14: Minh họa sinh trưởng của Tre Nam Bộ theo thời gian 174

Hình 3.15: Minh họa sinh trưởng của Tre Xiêm theo thời gian 175

Hình 4.1: Xử lý theo công nghiệp với lò nén áp suất cao, sau đó tre được đem ra phơi khô trước khi thực hiện mô hình, được thực hiện phối hợp với công ty Bamboo Bình Dương 179

Hình 4.2: Tre được xử lý theo phương pháp thủ công, được thực hiện tại

Làng Tre Phú An 180

Hình 4.3: Uốn thẳng trước khi xử dụng 180

Hình 4.4: Chuẩn bị nối các khung làm vách 181

Hình 4.5: Mô hình xây dựng khung vách hoàn thành ( cao 5,1 m x ngang 1,5 m), đang được đặt tại Làng Tre Phú An để giới thiệu mô hình vật liệu xây dựng và theo dõi độ bền Các khung được dựng cách mặt đất 30 cm, để tránh mối tấn công từ dưới đất lên 181

Hình 4.6: Chuẩn bị các mối nối bằng vỏ xe đạp củ, để tạo những mối ráp nối từ đơn giản đến phức tạp: 2, 3 và 4 thanh Luồng Khi cần tháo ra, chỉ cần rút cọng tre ngắn thiết và cắm cọc 182

Hình 4.7: Giàn giáo được hình thành, có thể làm nhiều tầng tùy theo chiều cao của công trình muốn thực hiện 183

Hình 4.8: Chuẩn bị các thanh tre Luồng để thực hiện mô hình nhà vòm sinh thái 184

Hình 4.9 Nhà vòm có thể xếp lại 185

Hình 4.10: Thiết kế một đơn vị của ngôi nhà 186

Hình 4.11: Nhìn từ trên xuống 186

Hình 4.12: Mô hình nhìn ngang 186

Hình 4.13: Mô hình nhìn theo không gian 3 chiều 187

Hình 4.14: Những đơn vị xây dựng có thể nối liên tiếp thành những nhà dài 187

Hình 4.15: Những đơn vị xây dựng có thể nối tiếp thành những nhà thẳng góc, tùy theo sáng tác của kiến trúc sư 187

Hình 4.16: Triển khai mô hình trong thực tế 188

Hình 5.1: Sinh viên tìm hiểu về các đặc điểm sinh học đa dạng của tre 190

Hình 5.2: Sinh viên tìm hiểu về các đặc điểm sinh học đa dạng của tre 191

Hình 5.3: Sinh viên tham quan các giống tre trong bộ sưu tập 191

Hình 5.4: Sinh viên chụp hình lưu niệm dưới bụi tre Thánh Gióng 192

Hình 5.5: TS Nguyễn Phi Ngà thuyết giảng trong buổi tập huấn 192

Hình 5.6: Sinh viên tách sợi tre 193

Hình 5.7: Sinh viên chia nhóm thi đua tạo sợi tre 193

Hình 5.8: Sinh viên chia nhóm thi đua tạo sợi tre 194

Hình 5.9 Nhóm tách sợi nhanh nhất 194

Hình 5.10: Sinh viên tự phục vụ buổi trưa bánh xèo măng trong thời gian tập huấn 195

Hình 5.11: Sinh viên nhận giấy chứng nhận sau lớp tập huấn 195

Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến dự án hợp tác song phương của Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ kinh phí với dự án của Đại học Chambéry, đặc biệt là PGS TS Phan Thanh Bình, PGS TS Đỗ Hồng Lan Chi và đồng chủ nhiệm dự án song phương phía Pháp là TS Anne-Cécile Grillet

Nhóm tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn sự trợ giúp thêm một phần kinh phí của công ty Officience và trực tiếp tham gia chương trình trồng nầy: Ing Eric Llouquet, cảm ơn sự hổ trợ của công ty PC về việc cho phép trồng thử nghiệm nầy trong khu vực của công ty

Cuối cùng, chúng tôi muốn gửi lời cảm ơn đến tất cả các cộng tác viên đã góp phần nghiên cứu trong báo cáo này

Xin chân thành cảm ơn tất cả!

19

1.1 Tổng quan

Tre phân bố rộng rãi trên khắp thế giới, tập trung ở những vùng có khí hậu nhiệt đới, cận nhiệt đới, ôn đới và có nhiều nhất ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương Có khoảng 1250 loài tre thuộc 75 chi trên thế giới, trong đó có khoảng 200 loài thuộc khoảng 20 chi được tìm thấy ở Đông Nam Á (Dransfield và Widjaja, 1995)

Tre có khả năng phân bố trên diện rộng, mọc nhanh, dễ sử dụng, nên tre là một những nguồn tài nguyên thiên nhiên bền vững của vùng nhiệt đới, được sử dụng rộng rãi trong đời sống thường ngày của cư dân địa phương, ở quá khứ lẫn hiện tại “Không có loại cây nào của vùng nhiệt đới lại có thể cho con người nhiều công dụng kỹ thuật như tre Độ cứng, thẳng, trơn, nhẹ cộng với khả năng chẻ nhỏ thành nhiều kích thước, độ dài, độ dày khác nhau nên tre thích hợp cho rất nhiều mục đích sử dụng”(Kurz, 1876) Ở Đông Nam Á, công dụng đáng kể nhất của

c â y tre là làm vật liệu xây dựng, bên cạnh những công dụng quan trọng khác như làm nguyên liệu làm giấy, chế tạo nhạc cụ, đồ thủ công mỹ nghệ và măng làm thực phẩm

Tre được đánh giá là một loài vật liệu xây dựng có nhiều ưu điểm so với những loại vật liệu khác: nhẹ, chịu lực tốt, kỹ thuật chế biến đơn giản và ít tốn kém, là nguồn tài nguyên thiên nhiên phát triển nhanh và có thể tái tạo được Trong khi đó, những vật liệu xây dựng nhân tạo truyền thống như gỗ, thép, bê tông ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế về tuổi thọ công trình, quá trình sản xuất vật liệu tạo ra quá nhiều khí thải CO2 gây ô nhiễm môi trường Tre được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống nhưng việc chọn lựa loại tre cho từng mục đích chủ yếu dựa vào các kinh nghiệm dân gian Một số loài tre mà thân có đường kính lớn, vách dày và lóng tương đối ngắn thường được dùng làm cột, làm cầu hay làm giàn chịu lực, trong khi các loài tre mà thân có đường kính trung bình và vách tương đối mỏng lại phù hợp để làm vách

tường, sàn và mái nhà (ví dụ Schizostachyum brachycladum Kurz, S zollingeri Steudel,

Gigantochloa levis) Đã có các nghiên cứu tại Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Philippines và

Indonesia nhằm sử dụng tre như cốt gia cường trong kết cấu bê tông Với nhu cầu cấp bách về nhà ở, việc nghiên cứu vật liệu xanh thân thiện với môi trường và giá thành thấp như tre làm cấu trúc chịu lực công trình đang dần trở thành những sự lựa chọn có giá trị Tuy nhiên, việc nghiên cứu và tìm hiểu các đặc tính của tre vẫn còn gặp nhiều khó khăn do tre là vật liệu mang tính địa phương, các tính chất có thể biến đổi theo các vùng địa lý

Nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, Việt Nam là một trong những quốc gia có độ đa dạng thực vật cao, trong đó có đa dạng tre Tre Việt Nam phong phú, nhưng chưa được khai thác hết tiềm năng kinh tế và giá trị đa dạng sinh học của chúng Nhiều giống tre tại Việt Nam được sưu tầm, nhưng chưa được nghiên cứu về các đặc tính lý hóa của tất cả các loài để từ đó có thể

mở ra những hướng sử dụng khác nhau Hiện nay, chỉ có một số loài đã được nghiên cứu, vẫn còn lại nhiều loài cần được tiếp tục nghiên cứu Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu chi tiết về các đặc trưng của từng loài tre nhằm khai thác một cách hiệu quả nguồn tài nguyên này rất cần thiết

20

Về đặc trưng chịu lực của tre trên thế giới có thể kể đến nghiên cứu về tính chất vật lý và giải

phẫu của loài tre Bambusa vulgaris Schrader ở các nhóm 2 và 4 tuổi của Razak và cộng sự năm

2009 Nghiên cứu chỉ ra rằng cấu trúc giải phẫu cũng như vật lý của tre biến động theo độ tuổi Tần số các bó mạch ở phần gốc và ngọn lớn hơn ở thân ở cả 2 nhóm tuổi, không có sự khác biệt giữa đường kính bó mạch, độ dày của nhu mô và sợi gỗ của nhóm tuổi 4 thì lớn hơn nhóm tuổi 2 Đối với tính chất vật lý, tỉ trọng cơ bản của các thân ở nhóm tuổi 4 thì cao hơn nhóm tuổi 2 từ 5 – 8% và thường tăng dần từ các lóng dưới thấp lên cao, cho thấy mối quan hệ giữa các nhóm tuổi đối với loại mô trong quá trình sinh trưởng Nghiên cứu của Yu và cộng sự

(2008) về tính chất cơ lý của loài tre Phyllostachys pubescens J.Houz; Hamdan và cộng sự (2009) về loài Gigantochloa scortechini Gamble

Ở Việt Nam, Đỗ Văn Bản (2001) đã nghiên cứu về cách xác định một số tính chất vật lý của tre dựa trên mẫu thí nghiệm kích thước nhỏ không khuyết tật như xác định về khối lượng riêng,

độ co ngót của tre Với sự hướng dẫn của Hoàng thị Thanh Hương và Diệp thị Mỹ Hạnh, cho luận văn tốt nghiệp ngành Kỹ sư Lâm nghiệp Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh, năm 2005,

Nguyễn Thế Năng đã khảo sát tính chất cơ học và vật lý của tre Mỡ (Bambusa vulgaris Schrader), tre Gai (Bambusa spinosa Roxb ex Buch.-Ham), tre Tàu (Gigantochloa lewis Blanco Merr) và Phan Quỳnh Thạch với tre Luồng (Dendrocalmus membranaceus), tre Mạnh tông (Dendrocalamus asper Schult f Backer ex Heyre) Kết quả đã chỉ ra ứng suất nén dọc

thớ và ngang thớ, ứng suất uốn xuyên tâm của tre Mạnh Tông là lớn nhất, lần lượt là 728,9 g/cm2, 219 g/cm2 và 2794,2 g/cm2, ứng suất uốn tiếp tuyến của tre luồng cao nhất là 2753,8 g/cm2

Trong khuôn khổ của đề tài Hợp tác Song phương của Đại học Quốc gia Tp HCM - Đại học Khoa học Tự nhiên với Đại Học Savoie, với đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng tre làm vật liệu xây dựng thân thiện môi trường để thích ứng với biến đổi khí hậu”, nhằm tìm hiểu các đặc điểm, tính chất cơ lý của một số loài tre Việt Nam có khả năng ứng dụng trong ngành Xây

dựng (structural bamboo), để nâng cao giá trị sử dụng của chúng và đề xuất định hướng phát

triển những vùng nguyên liệu thích hợp

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Chọn một số loài tre từ những nghiên cứu trước, để chọn ra 5 loài có triển vọng trong xây dựng bằng cách nghiên cứu:

Tre thí nghiệm là tre tươi, 3 năm tuổi, chưa áp dụng bất kỳ biện pháp xử lý nào Chọn thân tre

có đường kính trung bình, không quá lớn, cũng không quá nhỏ, chiều cao trung bình, thân tương đối thẳng, không sâu bệnh, không cụt ngọn Chọn 3 cây để tiến hành theo phương pháp thống kê Cây tre sau khi chặt hạ, khảo sát đường kính và chiều dài thành tre biến thiên từ gốc tới ngọn Mỗi đoạn tre thí nghiệm có chiều dài khoảng 2m, được ghi ký hiệu, bó và đóng gói chuyển về phòng thí nghiệm trong vòng một ngày sau khi chặt hạ để tiến hành gia công mẫu Các mẫu thí nghiệm được bảo quản nơi thoáng mát, thông gió, hong phơi tự nhiên

Quy cách đoạn tre thử trên một thân cây được lấy như sau:

Mẫu B Mẫu M Mẫu T

Hình 1.1: Sơ đồ lấy mẫu thí nghiệm của một đoạn tre

1.2.1.2 Tính toán độ ẩm tre

Trong vật liệu tươi luôn luôn chứa một lượng nước nhất định Tùy theo bản chất của vật liệu, thành phần, tính chất bề mặt và đặc tính lỗ rỗng của nó mà mức độ liên kết giữa nước với vật liệu có khác nhau Với bản chất là vật liệu hữu cơ, độ ẩm trong tre biến thiên rất lớn, biến dạng

co ngót vì mất nước do đó cũng sẽ đáng kể, có thể lớn hơn cả gỗ Từ đó, một vấn đề đặt ra với tre là phải xác định được độ ẩm của tre và khả năng chịu lực của tre sẽ thay đổi như thế nào theo

độ ẩm

Độ ẩm W(%) là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ có nhiều hay ít nước chứa trong vật

liệu, là một trong những tính chất quan trọng của vật liệu Độ ẩm là chỉ tiêu đánh giá lượng nước

có thật trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm Nếu khối lượng của vật liệu lúc ẩm là ma, khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô là mk thì:

22

% 100

m

m m

Phương pháp xác định độ ẩm của tre, theo TCVN 8168:2010 và ISO 22157 như sau:

- Sấy mẫu ở nhiệt độ 103±20C Với nhiệt độ này nước sẽ bốc hơi hết nhưng không làm cháy mẫu Tre có khả năng chịu lửa đến 4000

a Phương pháp lấy mẫu xác định độ ẩm của tre:

Đốt tre có tiết diện tròn rỗng nên độ co rút vì mất nước của tre rất đáng kể Tre có lớp vỏ bên ngoài rất cứng trong khi lớp ruột bên trong mềm nên khi sấy hơi nước không thể thoát ra ngoài qua lớp vỏ này được Khi sấy nguyên khoanh tre sẽ có hiện tượng lớp vỏ ngoài bị nứt Khi đem cân mẫu trên sau khi sấy được 24 giờ ở nhiệt độ 1030

C thì khối lượng chênh lệch giữa hai lần đo liên tiếp nhau vẫn trên 0,002g Do hiện tượng nêu trên, đề tài đề xuất mẫu tre để thí nghiệm xác định độ ẩm sẽ là mảnh lăng trụ có được bằng cách chẻ dọc đốt tre với kích thước:

* Chiều cao mẫu: 30 mm

* Bề rộng mẫu: 15 mm

* Chiều dày mẫu lấy tùy theo chiều dày của thành tre: nếu thành tre dày hơn 10 mm thì nên gọt bớt phần ruột bên trong, và giữ nguyên nếu thành tre mỏng dưới 10 mm Việc gọt bớt phần ruột nhằm giảm chiều dày mẫu để hơi nước dễ dàng thoát qua, trong khi không ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu vì phần bên trong đốt ít tham gia chịu lực so với lớp vỏ bên ngoài Do các sợi cellulose trong cấu trúc tre phân bố đều suốt chu vi, độ ẩm của mẫu tre có kích thước 30x15x10 mm có thể đại diện cho độ ẩm của toàn bộ đoạn tre

b Mô tả thí nghiệm xác định độ ẩm của tre

* Dụng cụ thí nghiệm :

- Cân kỹ thuật bảo đảm độ chính xác khi cân là 0,01g

- Tủ sấy có nhiệt kế bảo đảm nhiệt độ l03 ± 20C

23

Hình 1.2: Mẫu tre trong lọ cân

* Tiến hành thí nghiệm

- Cân trước khi sấy: cân lọ có đựng mẫu chính xác đến 0,001g

- Sấy mẫu: sau khi cân xong đặt lọ đựng mẫu và nắp đã mở để riêng ra vào trong tủ sấy để sấy ở nhiệt độ 50-60°C trong 3 giờ, sau đó tăng nhiệt độ lên tới 103±2°C và giữ ở nhiệt độ đó cho đến khi khối lượng mẫu không đổi

- Kiểm tra trị số khối lượng không đổi của lọ đựng mẫu bằng cách cân lại sau 2-3 lần sấy; mẫu tre được coi như sấy xong, nếu khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp không chênh lệch quá 0,002g

- Mỗi khi mở tủ sấy lấy lọ đựng mẫu ra cân, phải đậy nắp lọ lại và làm nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm

- Cân sau khi sấy: khi khối lượng mẫu không còn thay đổi nữa thì ngừng sấy Sau đó tiến hành cân tất cả các lọ có đựng mẫu như đã trình bày ở trên

* Tính toán kết quả thí nghiệm

Độ ẩm W của mỗi mẫu tính bằng phần trăm, chính xác đến 0,l%, theo công thức sau:

% 100

m m W

Trong đó:

m = khối lượng của lọ, tính bằng g

m1 = khối lượng của lọ có đựng mẫu bên trong trước khi sấy, tính bằng g

m 2 = khối lượng của lọ có đựng mẫu bên trong sau khi sấy, tính bằng g

1.2.1.3 Phương pháp khảo sát đặc tính cơ lý

Đặc trưng cơ học cơ bản nhất của một loại vật liệu có thể kể đến tính biến dạng và cường độ Tính biến dạng là tính chất vật liệu có thể thay đổi hình dáng, kích thước dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài; trong khi cường độ là khả năng chống lại sự phá hoại của ứng suất xuất hiện trong vật liệu do lực hoặc điều kiện môi trường Tính biến dạng của vật liệu được đặc trưng bởi

mô đun đàn hồi và biểu đồ ứng suất biến dạng Cường độ được xét tới thường bao gồm cường độ chịu nén, uốn, kéo và cắt Các cường độ này được xác định bằng cách phá hoại mẫu thử có quy

( 2 )

chuẩn 8043:2009, 8044:2009, 8048:2009) Các đặc trưng vật lý của gỗ, ngoài các đặc trưng

thông dụng như khối lượng riêng (trung bình khoảng 1,54g/cm3), màu sắc, vân gỗ, truyền âm tốt,

có thể kể đến: độ ẩm, độ co ngót, độ trương nở, tính dẫn nhiệt Về tính chất cơ học, gỗ có cấu tạo không đẳng hướng nên tính chất cơ học của nó không giống nhau, theo các phương khác nhau

Đến nay, tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi để xác định tính chất vật lý và cơ học của tre ở Việt

Nam là TCVN 8168:2010 – Tre: Xác định các chỉ tiêu cơ lý tham khảo từ Bộ tiêu chuẩn quốc tế thường là ISO 22157 (2004), trong đó mẫu tre thí nghiệm là các khoanh hoặc khúc tre nguyên

dạng Các đặc trưng cơ lý của tre Đằng Ngà được xác định trong chuyên đề này theo các tiêu

chuẩn TCVN 8168:2010 và ISO 22157 (2004), bao gồm:

+ Cường độ chịu uốn: đặc trưng cơ học quan trọng cho khả năng chịu uốn của tre, xác định

dựa vào thí nghiệm uốn mẫu

+ Cường độ chịu nén: là giá trị cơ học quan trọng được xác định thông qua thí nghiệm

nén Cường độ chịu nén xác định trong đề tài là cường độ chịu nén dọc thớ tre, do thường gặp trong thực tế (cột nhà, cột cầu, dàn giáo,…) Giá trị này cũng được sử dụng rộng rãi trong thiết

kế kết cấu và là giá trị cơ học đặc trưng của hầu hết các loại vật liệu xây dựng

+ Cường độ chịu kéo: tương tự như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo được xác định trong

đề tài là cường độ chịu kéo dọc thớ được xác định thông qua thí nghiệm kéo

+ Mô đun đàn hồi: tre là loại vật liệu có khả năng chịu kéo, nén và uốn rất tốt, cần xác định

các mô đun đàn hồi nén, kéo và uốn từ các thí nghiệm tương ứng

a Đặc trưng uốn

* Mẫu thí nghiệm: theo tiêu chuẩn ISO/TC 22157:2004, để đảm bảo mẫu thí nghiệm bị phá hoại

theo kiểu uốn, chiều dài nhịp tối thiểu của mẫu tre thí nghiệm cần được xác định bằng công thức của Vaessen và Janssen:

ult

R ult E R L



  



trong đó: ε ult biến dạng dọc trục giới hạn của tre (= 0,0032)

ER mô đun đàn hồi lớp vỏ ngoài của tre (1,5 Enén)

τult ứng suất tiếp giới hạn (2,6 N/mm2

)

Giá trị Enén lấy bằng 16 GPa, chiều dài L xác định sơ bộ theo công thức 8.1 là 52R hay 26D Do

đó, chiều dài tối thiểu của mẫu tre thí nghiệm cần lấy bằng 30 lần đường kính ngoài trung bình của mẫu tre Mẫu tre thí nghiệm cần lấy dư thêm nửa lóng tre về mỗi phía để tạo vị trí liên kết

( 3 )

25

Hình 1.3: Mẫu tre thí nghiệm uốn

* Sơ đồ thí nghiệm: sơ đồ thí nghiệm uốn mẫu tre là sơ đồ dầm đơn giản chịu tải tập trung tại 2

điểm ở vị trí giữa dầm (sơ đồ uốn 4 điểm) như hình 1.4 Các điểm đặt lực tập trung được chọn

tại vị trí các mấu tre nhằm tránh hiện tượng phá hoại cục bộ Gối đỡ tại 2 đầu mẫu tre thí nghiệm đảm bảo cho phép mẫu tre có thể xoay tại vị trí này trong quá trình chịu uốn (liên kết khớp) Gối đỡ này có thể di chuyển trên ray tùy vào chiều dài mẫu tre thí nghiệm

Hình 1.4: Sơ đồ thí nghiệm uốn tre

* Dụng cụ thí nghiệm:

- Khung gia tải gồm kích thủy lực có gắn đồng hồ đo, tải kích từ 0,05 KN đến 100 KN và bộ phận truyền lực

- Chuyển vị kế của hãng Mitutoyo có khoảng đo là 10 cm, độ chính xác là 0.01 mm

- Gối đỡ được làm bằng thép, các gối này được chế tạo rời có hình dạng như hình 1.5

Hình 1.5: Gối đỡ (liên kết khớp)

* Tiến trình thí nghiệm

- Xác định độ ẩm của mẫu thí nghiệm trước khi thí nghiệm

- Đặt mẫu tre vào khung gia tải

- Đặt thiết bị truyền lực lên mẫu tre thí nghiệm, điều chỉnh cho điểm đặt lực đúng với mấu tre và gối đỡ luôn ở phương thẳng đứng

- Gia tải một cách đều đặn với tốc độ không đổi, khoảng 0.5 mm/s, đến thời điểm mẫu tre bị phá hoại do uốn

26

- Ghi nhận số đọc tải kích và chuyển vị kế

- Quan sát vết nứt và mô tả hình thức phá hoại của mẫu

Hình 1.6: Mẫu tre thí nghiệm uốn trên khung gia tải

b Đặc trưng nén

* Mẫu thí nghiệm: theo tiêu chuẩn ISO 22157, chiều dài mẫu thí nghiệm được lấy bằng đường

kính ngoài của mẫu tre Đối với mẫu có đường kính dưới 2 cm thì chiều dài mẫu thí nghiệm được lấy gấp đôi đường kính mẫu

Hình 1.7: Mẫu tre thí nghiệm chịu nén

* Vị trí lấy mẫu thí nghiệm: mẫu tre không lấy tại các vị trí mấu tre và cũng không quá gần mấu

tre Mỗi đoạn tre (đoạn gốc, đoạn thân và đoạn ngọn) tiến hành lấy từ 3-6 mẫu thí nghiệm

* Dụng cụ thí nghiệm: máy nén Instron có kích thủy lực tự động điều khiển bằng máy vi tính

Khi nén mẫu, cần đảm bảo áp lực nén phân bố đều lên toàn bộ tiết diện chịu nén bằng cách sử

dụng mâm nén tự phân bố đều áp lực (hình 1.8) hoặc mài phẳng tiết diện chịu nén của mẫu thí

nghiệm và sử dụng bộ mâm nén phẳng

27

Hình 1.8: Máy nén, mâm nén tự phân bố áp lực và mâm nén phẳng

* Tiến trình thí nghiệm:

- Đo chính xác kích thước, tiết diện mẫu bằng thước kẹp

- Đặt mẫu vào đúng tâm của máy nén

- Gia tải 1 KN để giữ mẫu

- Tiến hành gia tải mẫu tre theo hướng dọc thớ, với tốc độ không đổi 0.01 mm/s cho tới khi mẫu bị phá hoại

- Ghi nhận giá trị lực nén và biến dạng của mẫu tre theo thời gian gia tải

Hình 1.9: Mẫu tre khi phá hoại

Cường độ chịu nén dọc thớ của mẫu thí nghiệm được xác định theo công thức:

 

n

nA



Trong đó, Pmax : tải trọng lớn nhất gây phá hoại mẫu thí nghiệm (N)

A n : tiết diện chịu nén (mm2)

c Đặc trưng kéo

* Mẫu thí nghiệm: Để xác định cường độ chịu kéo dọc thớ (thớ song song với trục kéo),

theo tiêu chuẩn ISO 22157, mẫu thí nghiệm có thể tạo sao cho có 1 mấu tre ở giữa, chiều dày mẫu bằng với chiều dày thành tre, và chiều rộng mẫu từ 1 cm đến 2 cm (hình 1.10) Chiều dài

( 4 )

28

mẫu kéo cần lấy tối thiểu là 15 cm để đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các ngàm kẹp của thiết

bị

Hình 1.10: Mẫu tre thí nghiệm kéo

Trong trường hợp các mẫu tre không có mấu ở giữa, theo các nghiên cứu (Arce 1993), cường độ kéo dọc thớ sẽ lớn hơn từ 1.5 đến 3 lần, và khi đó, hai đầu mút của mẫu thí nghiệm cần được chế tạo để đảm bảo mẫu không bị phá hoại tại đầu ngàm mà là ở đoạn giữa của mẫu Các biện pháp khả dĩ có thể là mở rộng đầu mút dạng hình nêm, hoặc chế tạo bộ ngàm kẹp gỗ, hoặc bô ngàm

bằng ống thép (đường kính 25 mm) chứa đầy keo epoxy như hình 1.11

Hình 1.11: Chi tiết ngàm mẫu tre bằng ống thép

* Dụng cụ thí nghiệm: máy nén Instron có kích thủy lực tự động điều khiển bằng máy vi tính

* Tiến trình thí nghiệm:

- Đo chính xác kích thước tiết diện mẫu bằng thước kẹp

- Điều chỉnh ngàm kẹp để mẫu đúng tâm của máy kéo

- Tiến hành kéo mẫu tre theo hướng dọc thớ, với tốc độ gia tải không đổi 0.01 mm/s cho tới

khi mẫu bị phá hoại (hình 1.12)

- Ghi nhận giá trị lực kéo và biến dạng của mẫu tre theo thời gian gia tải

29

Hình 1.12: Mẫu tre trước khi thí nghiệm kéo và sau khi bị phá hoại

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa học của tre

Thành phần hóa học tre tương tự với gỗ Bảng 1.1 cho thấy thành phần hóa học của tre (Higuchi,

1957) Cấu tạo chính của thân tre là cellulose, hemi-cellulose và lignin, với số lượng có thế hơn 90% khối lượng Các chất phụ là resin, tannin, sáp và muối vô cơ Tuy nhiên, khi so sánh với gỗ,

tre có chứa lượng kiềm, tro và silica nhiều hơn (Tomalang et al., 1980 ; Chen et al., 1985)

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tre

Yushoff và cộng sự (1992) nghiên cứu cấu tạo hóa học của tre (Gigantochloa scortechinii

Gamble) ở 3 độ tuổi 1, 2 và 3 năm Kết quả chỉ rằng lượng cellulose toàn phần không thay đổi nhiều theo các độ tuổi Lượng alpha-cellulose, lignin, chất ly trích được, pentosan, tro và silica

sẽ tăng lên theo độ tuổi của tre

30

Tre còn chứa các thành phần hữu cơ khác ngoài cellulose và lignin Nó chứa khoảng 2-6% tinh bột, 2% saccaride khử oxy, 2-4% chất béo và 0.8% protéin Lượng carbonhydrat chứa trong tre giữ vai trò quan trọng trong độ bền trong suốt quá trình sử dụng của tre Độ bền của tre chống lại mối và nấm mốc có liên hệ trực tiếp với cấu tạo hóa học của chúng Tre được biết với khả năng

dễ bị mối và nấm mốc tấn công Độ bền tự nhiên của tre thay đổi từ 1 đến 36 tháng tùy theo loài

và điều kiện khí hậu (Liese, 1980) Sự hiện diện của một lượng lớn tinh bột làm tre dễ bị tấn công bởi nấm và sâu bọ (Mathew và Nair, 1988) Cần phải đặc biệt ghi nhớ rằng tinh bột hiện diện trong cả những thân già 12 năm, đặc biệt ở những tế bào dài của nhu mô (Liese and Weiner, 1997) Lượng benzene-ethanol ly trích từ một số loài tre có thể giúp chống lại sự phân hủy (Feng

et al., 2002) Lượng tro của tre được tạo bởi các khoáng vô cơ, chủ yếu là silica, calcium và kali

Mangan và magie là 2 khoáng chất thường thấy khác Lượng silica tập trung nhiều nhất ở vỏ, có

ít ở mắt và hầu như không có ở lóng Lượng tro cao của một số loài tre có thể có ảnh hưởng xấu đến quá trình chế biến bằng máy

Lóng của các loài tre đặc ruột có lượng tro, 1% NaOH, cồn toluen và chất hòa tan trong nước nóng nhiều hơn so với mắt (Mabilangan et al, 2002) Tuy nhiên, sự khác biệt tỷ lệ của các thành phần hóa học chính giữa mắt và lóng rất nhỏ (Scurlock, 2000); cả mắt hay một đoạn của lóng đều có giá trị sử dụng quan trọng để biến đổi năng lượng, sản xuất hóa học và làm vật liệu xây dựng

Fujii và cộng sự (1993) nghiên cứu thành phần hóa học của thân tre moso chưa trưởng thành

(Phyllostachys pubescens J.Houz.) Kết quả cho thấy rằng lượng cellulose, hemicellulose và

lignin trong thân tre chưa trưởng thành tăng lên dần từ ngọn trở xuống Sự tăng lượng cellulose ở phần dưới thân cũng đi kèm với sự gia tăng các tinh thể

Thân tre được bao phủ bên ngoài bởi lớp biểu bì dày và lớp sáp bên trong Nó cũng thiếu các tế bào hình tia Nhiều kết quả cho thấy rằng tre rất khó xử lý với chất bảo quản (Liese, 1998 ; Lee, 2001) Khi xử lý bằng cách thoa dầu có thể thành công trong việc chống lại nấm mốc, tuy nhiên điều đó có khả năng làm giảm độ bền của thân (Leithoff and Peek, 2001)

Do thành phần hóa học của tre thay đổi theo độ tuổi, chiều cao và lớp, thành phần hóa học của tre biến đổi tương ứng với tính chất vật lý và cơ học của chúng Thay đổi như vậy hiển nhiên cho thấy sự thay đổi của tính chất vật lý và cơ học trong quá trình phát triển và trưởng thành của tre Trong phương pháp khảo sát các đặc trưng hóa học tre, các mẫu thân loài tre khảo sát được thu ở

3 vị trí gốc, giữa thân và ngọn để đem đi thử nghiệm các tính chất hóa học Các chỉ tiêu phân tích gồm hàm lượng silice, lignine, cellulose, glucid, acid cyanhydrique và một số chất khác khi cần thiết tùy theo kiến thức dân gian và tài liệu

1.3 Các kết quả nghiên cứu

1.3.1 Kết quả nghiên cứu về cấu trúc hình thái bên ngoài

Về sinh học, tre khá giống với gỗ về những đặc điểm cơ bản của cấu trúc tế bào, hình thù và đặc tính cơ học nói chung; điểm khác nhau lớn nhất giữa tre và gỗ là tre có lớp vỏ bên ngoài rất cứng trong khi lớp ruột bên trong mềm Tre phát triển lên cao tại đỉnh nhờ vào việc thay vỏ ngoài mỗi năm, đồng thời tre cũng rụng lá mỗi năm Khác với gỗ, đường kính thân tre không cho biết tuổi

Số đốt tre phụ thuộc vào loài tre Loài tre ít đốt có khoảng từ 15-20 đốt, trong khi có loài có thể

có đến 55 đốt Chiều dài trung bình của 1 đốt khoảng 35 cm Hai đầu đốt có mấu tre giúp cho thanh tre không bị nứt tách

1.3.1.1 Tre Đằng Ngà (Bambusa stenostachya Hack.)

Tre Đằng Ngà là loại tre gai rất lớn, có đường kính >20 m, thân nghiêng và tạo thành bụi rậm Mắt hơi phình, có đường gờ phía trên mắt, có vòng trắng phía trên và dưới mắt, có vòng rễ ở các mắt phía gốc Lóng đều, có rãnh đơn chiếm 1 phần trên lóng, bề mặt lóng có phấn trắng khi thân còn non, lóng dài 10-30 cm, đường kính 5-10 cm, bề dày 10 đến hơn 20 mm

Hình 1.13: Toàn cảnh bụi tre Đằng Ngà Hình 1.14: Toàn cảnh bụi tre Đằng Ngà cận gốc

Khảo sát cấu trúc của Tre Đằng Ngà cho thấy chúng có cơm dầy và lóng ngắn, làm cho thân tre rất chắn chắn, có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng

32

Hình 1.15: Thân tre Đằng Ngà cắt

ngang, cho thấy vách thân dầy

Hình 1.16: Thân tre Đằng Ngà dọc cho thấy

lóng thân ngắn và thẳng

Cành có gai, cành có dọc theo thân, 1 cành đơn, 3 hoặc nhiều cành với 1 cành trội, cành mọc theo đường ngang hoặc cong xuống Lá nằm ngang, cuống lá dài, mặt trên lá có lông thưa, mặt dưới lá có lông mịn, lá dài 10-50 cm, rộng 10-30m, lá có màu xanh đậm, mo lá có lông phía đỉnh với tai mo lá tròn, có viền lông ngắn

Hình 1.17: Cành của tre Đằng Ngà Hình 1.18: Cành có mang gai của tre Đằng Ngà

1.3.1.2 Tre Lộc ngộc (Bambusa bambos Voss.)

Tre Lộc Ngộc là loại gai lớn (>20 m), thân nghiêng và tạo thành bụi rậm Mắt hơi phình, có vòng rễ phía gốc Lóng thẳng đều với rãnh đơn chạy suốt chiều dài lóng, bề mặt lóng có phấn trắng khi cây còn non, lóng dài 10-30 cm, đường kính 5-20 cm, đặc ở phía gốc, độ dày vách

15 mm

Hình 1.19: Toàn cảnh bụi tre Lộc Ngộc Hình 1.20: Cấu trúc cành tre Lộc Ngộc

34

1.3.1.3 Tre gai (Bambusa blumeana Schult.)

Tre gai lớn (13,5 m), thân nghiêng và tạo thành bụi rậm Mắt hơi phình ; có vòng trắng dưới mắt,

có đường gờ phía trên mắt, có vòng rễ ở các mắt phía gốc Lóng đều với rãnh đơn chạy suốt chiều dài lóng, bề mặt lóng có phấn khi thân còn non, lóng dài 20-50 cm, đường kính 5-10 cm, vách dày 15-20 mm

Hình 1.27: Toàn cảnh bụi tre Gai -

Bambusa blumeana Schult

Hình 1.28: Chụp cận cảnh bụi tre Gai - Bambusa

blumeana Schult

Hình 1.29: Độ dày vách lóng dưới gốc Hình 1.30: Độ dày vách lóng thứ 7

Cành có gai, cành có dọc theo thân, một cành đơn, 3 cành hoặc nhiều hơn với 1 cành trội, cành tạo với thân góc 45-90o Lá rũ xuống, cuống lá ngắn, mặt dưới lá có lông mịn, lá dài 5-20 cm, rộng 10-30 mm, mo lá có lông phía đỉnh với tai mo lá hình tam giác có viền lông ngắn và mềm

35

Hình 1.31: Cành và mắt phía dưới gốc Hình 1.32: Cành có mang gai

1.3.1.4 Tre Luồng (Dendrocalamus membranaceus Munro)

Tre Luồng là loại tre có kích thước lớn (>20 m), thân thẳng và tạo thành bụi ít rậm Mắt hơi phình, có rễ ở phía gốc, có vòng trắng phía trên và dưới mắt Lóng thẳng đều với rãnh đơn chạy suốt chiều dài lóng, bề mặt lóng có lông thưa, có phấn khi thân non, lóng dài 20-30 cm, đường kính 5-20 cm, vách dày 5-20 mm

Hình 1.33: Toàn cảnh bụi tre Luồng Hình 1.34: Cấu trúc thân thẳng tre Luồng

Hình 1.35: Độ dày vách lóng thứ 7 Hình 1.36: Kích thước lóng thứ 7

36

Cành có dọc theo thân với 3 cành hoặc nhiều hơn trong đó có 1 cành trội, cành tạo với thân góc 45-90o Lá rũ xuống, lá dài 5-20 cm, rộng 10-30 mm, cuống lá ngắn ; mo lá có lông mịn, tai mo

lá tròn với viền lông dài ; cành chỉ mang hoa

Hình 1.37: Cành của Tre Luồng Hình 1.38: Mắt phía dưới gốc có mang vòng rễ

khí sinh của tre Luồng

1.3.1.5 Tre Nam Bộ (Gigantochloa cochinchinensis A Camus)

Tre Nam Bộ là loại tre có kích thước rất lớn (> 20 m), thân thẳng và tạo thành bụi rậm Mắt hơi phình, có vòng lông nâu phía trên mắt, có vòng rễ ở phía gốc Lóng đều, trên bề mặt của thân non có phấn trắng, lóng dài 20-50 cm, rộng 5-20 cm, vách dày 5-20 mm

Hình 1.39: Toàn cảnh bụi tre Nam Bộ Hình 1.40: Thân tre Nam Bộ với lóng

dài, thẳng

37

Hình 1.41: Độ dày vách lóng thứ 7 Hình 1.42: Kích thước lóng thứ 7

Cành chỉ có ở những mắt trên, 1 cành chính với nhiều cành nhỏ xung quanh, cành tạo với thân góc 45-90o Lá rũ xuống, cuống lá ngắn, lá dài từ 20 đến hơn 30 cm, bề rộng hơn 50 mm, mo lá

có lông mịn, không có tai mo lá

Hình 1.43: Cành của Tre Nam Bộ Hình 1.44: Mắt phía dưới gốc có mang vòng rễ khí sinh

1.3.2 Kết quả nghiên cứu về cấu trúc tế bào

1.3.2.1 Quan sát chung về cấu trúc tế bào tre dưới kính hiển vi

Nhìn dưới kính hiển vi, cấu trúc bên trong của thân tre gồm có 3 thành phần: các sợi cellulose, các mạch gỗ và chất lignin Vị trí mặt ngoài đốt tre, có mật độ các mạch gỗ cao tạo thành lớp vỏ cứng bao gồm các sợi cellulose nhỏ Những nhóm sợi này đóng vai trò chính trong khả năng chịu lực của tre Các mạch gỗ chịu trách nhiệm cho việc vận chuyển chất dinh dưỡng từ đất đến tất cả các bộ phận của cây Các sợi cellulose nhỏ quanh các mạch gỗ giữ chúng nằm thẳng dọc theo toàn thân tre

Các ghi chú quan sát phẫu thức cấu trúc tế bào:

1 Bó mạch sơ cấp (Protoxylème)

2 Bó mạch thứ cấp (Métaxylème)

3 Bó libe (Phloème)

4 Tế bào vành của bó libe (Gaine de fibre du phloème)

5 Tế bào vành của bó mạch thứ cấp (Gaine de fibre du métaxylème)

38

6 Tế bào vành của bó mạch sơ câp (Gaine de fibre du protoxylème)

7 Nhu mô (Parenchyme)

1.3.2.2 Kết quả khảo sát của 5 loài tre khác nhau:

Cấu trúc quan sát dưới kính hiển vi của 5 loài Tre sau:

* Giống Bambusa: gồm 3 loài:

- A: Tre Đằng Ngà - Bambusa stenostachya Hack

- B: Tre Lộc Ngộc - Bambusa bambos Voss

- C: Tre gai -Bambusa blumeana Schult

Lig

Su

bb

39

* Giống Dendrocalamus:

- D: Tre Luồng - Dendrocalamus membranaceus Munro

* Giống Gigantochloa:

- E: Tre Nam Bộ - Gigantochloa cochinchinensis A Camus

được trình bày trong hình 1.45 như trên

- Đối với giống Bambusa, Tre Đằng Ngà (A) và Tre Lộc Ngộc (B), có cấu tạo giống nhau khi

quan sát dưới kính hiển vi cho thấy các bó mạch trung tâm bao bọc bởi những vành đai là sợi của

bó mạch mộc sơ cấp (protoxylème) và bó libe (phloème) Xung quanh các bó libe mộc, các tế bào được tẩm lignine, thể hiện bằng màu xanh đậm khi được nhuộm với carmin vert iode (Lig) Xung quanh các bó libe- mộc, lignine tẩm thành vòng xung quanh bó Riêng Tre Gai (C), ngoài đặc điểm chung như 2 loài trên, tre gai còn có thêm lớp suberine xanh sáng (Su)

- Đối với giống Dendrocalamus, với mẫu thân tre Luồng cắt ngang, nhìn dưới kính hiển vi cho

thấy các bó mạch trung tâm bao bọc bởi những vành đai là sợi của bó mạch mộc sơ cấp (protoxylème) và bó libe (phloème) Xung quanh các bó libe mộc, các tế bào được tẩm lignine (Lig), thể hiện bằng màu xanh đậm khi được nhuộm với carmin vert iode Tuy nhiên, vòng tế bào tẩm lignine của Luồng không liên tục như ở tre Đằng Ngà và Lộc Ngộc

- Đối với giống Gigantochloa: với mẫu thân tre Nam Bộ cắt ngang, cũng cho thấy các bó

mạch trung tâm bao bọc bởi những vành đai là sợi của bó mạch mộc sơ cấp (protoxylème) và bó libe (phloème) nhu cấu trúc chung của các loài tre Xung quanh các bó libe mộc, các tế bào được tẩm lignine phía ngoài và bên trong sát bó mạch, các tế bào có tẫm suberine, thể hiện bằng màu xanh đậm và xanh sáng, vách dầy khi được nhuộm với carmin vert iode

Khi tế bào được tẩm lignine sẽ tạo độ cứng chắc cho bó libe mộc và từ cấu trúc cứng chắc ở mức

tế bào, sẽ tạo độ cứng chắc cho thân tre trong giống Bambusa, Dendrocalamus hay

Gigantochloa , nhưng các loài Bambusa có các lignine tẩm dều xung quanh các bó libe- mộc, có

lẻ nhờ cấu trúc vững chắc nầy, đa số các loài tre gai thường được dùng trong xây dựng, mà chúng ta sẽ quan sát được từ các số liệu cơ lý sau đây để minh chứng đặc tính nầy

1.3.3 Kết quả nghiên cứu các đặc tính cơ lý

1.3.3.1 Tre Đằng Ngà (Bambusa stenostachya Hack.)

a Kết quả thí nghiệm độ ẩm

Kết quả xác định độ ẩm của các loài tre Đằng Ngà được ghi nhận trong bảng 1.2, cho thấy tùy

theo vị trí lấy mẫu ở các đoạn thân, thân có đổ ẩm khác nhau

40

Bảng 1.2 Kết quả độ ẩm của tre Đằng Ngà

Ký hiệu loài Đoạn thân thí nghiệm Độ ẩm (%)

b Kết quả thí nghiệm uốn

Kết quả thí nghiệm uốn mẫu tre Đằng Ngà được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Kết quả thí nghiệm uốn của mẫu tre Đằng Ngà

Vị trí mẫu thân

thí nghiệm

Tải trọng phá hoại (KN)

Đường kính ngoài (mm)

Chiều dày thành (mm)

Mô men quán tính (cm 4 )

Cường độ chịu uốn (MPa)

Mô đun đàn hồi uốn (GPa)

Đường kính ngoài (mm)

Chiều dày thành (mm)

Diện tích tiết diện (mm 2 )

Cường độ chịu nén (MPa)

Mô đun đàn hồi nén (GPa)

Kết quả bảng 1.4 cho thấy: giữa các đoạn (B, M và T) của tre Đằng Ngà, diện tích tiết diện trung

bình ở đoạn gốc và thân gần tương đương nhau (khoảng 1600 mm2

) và cao hơn so với đoạn ngọn