Nghiên cứu xác định chế độ truyền nhiệt của máy sửa chữa mặt đường bằng phương pháp đốt nóng trong điều kiện khí hậu tại tp hồ chí minh đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Ở nước ta hiện nay, việc sửa chữa nhỏ và sửa chữa lớn mặt đường bê tông nhựa nóng vẫn áp dụng các phương pháp sửa chữa truyền thống, nó gây ra nhiều ảnh hướng xấu đến môi trường, gây lãn

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế đã dẫn đến sự gia tăng lưu lượng và tải trọng trên đường, với kết cấu mặt đường bê tông nhựa chiếm hơn 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ Đây là lựa chọn hàng đầu cho thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác Tuy nhiên, việc xây dựng đường ở nước ta vẫn còn một số tồn tại cần được nghiên cứu và giải quyết, đặc biệt là vấn đề vượt tải và nhiệt độ mặt đường, nhằm hạn chế nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường tại khu vực Nam bộ.

Hiện nay, nhiều tuyến đường bê tông nhựa tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực Nam Bộ, đã xuất hiện các vấn đề nghiêm trọng như xô dồn, nứt trượt, hằn lún vệt bánh xe, và rạn nứt Những hiện tượng này không chỉ gây hư hỏng mặt đường mà còn ảnh hưởng đến an toàn giao thông, trở thành mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý giao thông và nhà xây dựng.

Việc cải thiện quản lý giao thông và bảo trì mặt đường là rất quan trọng Hiện nay, các phương pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa nóng truyền thống tại Việt Nam gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, lãng phí vật liệu và tiến độ thi công chậm Phương pháp sửa chữa nhỏ bằng cách đốt nóng mang lại nhiều lợi ích như thi công nhanh chóng, không tạo nứt giữa lớp BTN mới và cũ, và khả năng vá tại các khu vực miệng cống, hố ga Để máy đốt nóng hoạt động hiệu quả, cần tính toán chính xác các thông số nhiệt độ phù hợp với mặt đường Do đó, nghiên cứu về chế độ truyền nhiệt của máy sửa chữa mặt đường bằng phương pháp đốt nóng trong điều kiện khí hậu TP Hồ Chí Minh là rất cần thiết.

Thiết bị sửa chữa mặt đường Nhóm sinh viên CGH 56&57

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

VÀ CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG 1.1 Đặc điểm các loại mặt đường bê tông nhựa nóng ở Việt Nam

1.1.1 Các đặc tính mặt đường ở Việt Nam

Bê tông nhựa nóng (BTNN) là sản phẩm bê tông phổ biến trong thi công mặt đường ô tô, được sản xuất bằng cách đốt nóng chảy nhựa đường và trộn với vật liệu khô để loại bỏ hơi ẩm Lớp bê tông nhựa mang lại độ bằng phẳng cho nền đường, đảm bảo an toàn cho phương tiện giao thông, đồng thời hạn chế tác động của môi trường và phương tiện đến cấu trúc nền hạ BTNN dễ thi công, tạo hình lớp mặt đường, kéo dài tuổi thọ của nền đường và thuận tiện cho việc thay thế lớp bê tông nhựa mới.

Mặt đường bê tông nhựa nóng có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm kết cấu chặt kín giúp ngăn chặn sự xâm nhập của nước vào lớp nền bên dưới Nó có khả năng chịu nén và tải trọng động tốt, đồng thời mang lại bề mặt bằng phẳng với độ cứng hợp lý, giúp xe chạy êm ái và giảm thiểu tiếng ồn Bên cạnh đó, việc thi công, bảo trì và sửa chữa mặt đường này cũng rất dễ dàng, với thời gian sử dụng tương đối dài.

Mặc dù mặt đường bê tông nhựa nóng có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm Cường độ của mặt đường sẽ giảm khi nhiệt độ cao, và dưới tác động của nước, mặt đường có thể bị hư hại Hơn nữa, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cũng giảm khi mặt đường ẩm ướt.

1.1.2 Phân loại a Bê tông nhựa nóng thường

Hỗn hợp bao gồm cốt liệu như đá dăm, cát, bột khoáng và nhựa đường 60/70 được trộn đều theo tỷ lệ nhất định ở nhiệt độ cho phép.

 Tạo độ bằng phẳng cho nền đường.

TỔNG QUAN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA NÓNG

Đặc điểm các loại mặt đường bê tông nhựa nóng ở Việt Nam

1.1.1 Các đặc tính mặt đường ở Việt Nam

Bê tông nhựa nóng (BTNN) là sản phẩm bê tông phổ biến trong thi công mặt đường ô tô, được sản xuất bằng cách đốt nóng chảy nhựa đường và trộn với vật liệu khô Lớp bê tông nhựa giúp tạo độ bằng phẳng cho nền đường, đảm bảo an toàn cho phương tiện giao thông, đồng thời hạn chế tác động của môi trường đến cấu trúc nền hạ BTNN dễ thi công, tạo hình lớp mặt đường, tăng tuổi thọ và thuận tiện cho việc thay thế khi cần thiết.

Mặt đường bê tông nhựa nóng có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm kết cấu chặt kín giúp ngăn nước xâm nhập vào lớp nền bên dưới Nó có khả năng chịu nén và tải trọng động tốt, đồng thời mang lại bề mặt bằng phẳng, độ cứng vừa phải, giúp xe chạy êm ái và giảm tiếng ồn Bên cạnh đó, việc thi công, bảo trì và sửa chữa cũng rất dễ dàng, với thời gian sử dụng tương đối dài.

Mặc dù mặt đường bê tông nhựa nóng có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm Cường độ của mặt đường sẽ giảm khi nhiệt độ cao, và dưới tác động của nước, mặt đường có thể bị hư hại Hơn nữa, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cũng giảm khi mặt đường ẩm ướt.

1.1.2 Phân loại a Bê tông nhựa nóng thường

Hỗn hợp bao gồm cốt liệu như đá dăm, cát, bột khoáng và nhựa đường 60/70 được trộn đều theo tỷ lệ nhất định ở nhiệt độ cho phép.

 Tạo độ bằng phẳng cho nền đường

 Hạn chế sự tác động trực tiếp của môi trường đến cấu trúc nền hạ

 Hạn chế sự tác động trực tiếp của phương tiện giao thông đến cấu trúc nền hạ

 Dễ thi công và tạo hình lớp mặt đường

 Tăng độ an toàn cho người và phương tiện khi giao thông

 Tăng tuổi thọ nền đường

Bê tông nhựa nóng Polymer là loại bê tông đặc biệt sử dụng nhựa đường polymer làm chất kết dính, được thiết kế theo tiêu chuẩn 22 TCN 356-06 Loại bê tông này được phát triển để phục vụ cho các hạng mục giao thông yêu cầu kỹ thuật cao hơn, với ưu điểm dễ bóc và thay thế lớp bê tông nhựa mới.

 Giảm chiều dày thiết kế đồng thời giảm khối lượng thi công

 Rút ngắn thời gian thi công

Hình 1.1 Đường bộ KCN Mỹ Phước Hình 1.2 Đường DT 744

Hình 1.3.Cao tốc Trung Lương

 Tăng tuổi thọ và kéo dài thời gian duy tu bảo dưỡng công trình

 Đem lại độ an toàn cao cho cả người và phương tiện khi tham gia giao thông

 Áp dụng cho những vị trí, hạng mục và địa hình giao thông phức tạp

1.1.3 Chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa theo tiêu chuẩn Việt Nam

Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa được quy định rõ trong TCVN 8819:2011, với tiêu đề “Mặt đường bê tông nhựa nóng – yêu cầu thi công và nghiệm thu”.

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (TCVN8819-2011)

2 Độ ổn định ở 60 0 C, 40 phút, KN ≥8 ≥5,5

4 Độ ổn định còn lại, % ≥75 ≥75 TCVN

6 Độ rỗng cốt liệu (tương ứng với độ rỗng dư 4%), %

- Cỡ hạt danh định lớn nhất 9,5mm

- Cỡ hạt danh định lớn nhất 12,5mm

- Cỡ hạt danh định lớn nhất 19mm

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa rỗng (TCVN8819-2011)

2 Độ ổn định ở 60 0 C, 40 phút, KN ≥5,5 ≥12,5

4 Độ ổn định còn lại, % ≥65 ≥65 TCVN 8860-12:2011

1.1.4 Các dạng hư hỏng mặt đường a Biến dạng

Biến dạng mặt đường là một dạng hư hỏng phổ biến hiện nay, thường thể hiện qua ba hình thức chính: hằn lún vệt bánh xe, lún lõm và lượn sóng Hằn lún vệt bánh xe xuất hiện dọc theo vệt bánh xe và có xu hướng phát triển ra phía lề đường Đây là dạng hư hỏng do hỗn hợp vật liệu mặt đường gây ra Trong khi đó, lún và lượn sóng là hiện tượng hư hỏng do biến dạng trượt trong lớp kết cấu mặt đường.

Hình 1.4 Hằn lún vệt bánh xe Hình.1.5 Lún lõm và lượn sóng

Thiết bị sửa chữa mặt đường Nhóm sinh viên CGH 56&57 b Nứt

Nứt đường có nhiều loại khác nhau, mỗi loại xuất phát từ những nguyên nhân riêng biệt Một số dạng nứt phổ biến trên mặt đường bao gồm nứt ngang, nứt dọc, nứt lưới và nứt hình parabol.

Nứt do mỏi xảy ra khi ứng suất kéo từ tải trọng vượt quá cường độ chịu kéo của bê tông nhựa Dấu hiệu ban đầu là sự xuất hiện các vết nứt dài không liên tục theo vệt bánh xe, sau đó các vết nứt này phát triển và kết nối với nhau, hình thành các vùng nứt lớn hơn.

 Nứt dọc: Nứt dọc thường có nguyên nhân từ việc mở rộng nền, mặt đường làm biến dạng không đều giữa các phần đường mới và đường cũ

Nứt thành lưới là một dạng hư hỏng xuất phát từ các vết nứt ngang và dọc, thường xảy ra do tác động của nhiệt độ kết hợp với hiện tượng sơ hóa bề mặt vết nứt.

Nứt phản ánh xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm nứt từ khe nối của mặt đường bê tông xi măng bên dưới, sự truyền vết nứt do nhiệt từ mặt đường bê tông nhựa cũ, và nứt từ block của mặt đường phía dưới.

Hình 1.6 Nứt thành lưới Hình 1.7 Bong tróc lớp áo đường mềm

Hình 1.8 Nứt lõm cục bộ, ổ gà

Thiết bị sửa chữa mặt đường Nhóm sinh viên CGH 56&57 c Mất mát vật liệu bề mặt

Mất mát vật liệu bề mặt xảy ra khi chất kết dính trong hỗn hợp bê tông nhựa không đảm bảo, dẫn đến bong tróc vật liệu Hiện tượng này thường xảy ra khi có nước giữa bề mặt hạt cốt liệu và màng nhựa đường xung quanh.

Nhựa đường có độ nhớt lớn giúp chống lại ảnh hưởng của nước, nhưng yêu cầu nhiệt độ trộn cao để đảm bảo khả năng bao bọc với cốt liệu Tuy nhiên, việc sử dụng nhựa đường này cũng có thể làm tăng nguy cơ nứt ở nhiệt độ thấp và nứt do mỏi.

Hư hỏng do lún nứt cao su là hiện tượng phổ biến ở khu vực Nam bộ, xảy ra khi đất nền bị ngậm nước đến mức dẻo mà không có lối thoát, tạo thành túi nước Khi có tải trọng xe tác động, hiện tượng này dẫn đến lún nứt Việc thi công không xử lý tốt thoát nước hoặc nước mặt thâm nhập qua các vết nứt vào nền cũng góp phần gây ra hư hỏng Ngoài ra, việc mở rộng nền đường trong khu vực ao trũng mà không xử lý triệt để nước và bùn khi san lấp cũng là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này.

Hình 1.10 Lún nứt cao su

Các phương pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa nóng bị hư hỏng

Có nhiều phương pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa nóng khi bị hư hỏng, và mỗi loại hư hỏng sẽ yêu cầu các phương pháp sửa chữa riêng biệt.

Bảng 1.3 Các phương pháp sửa chữa mặt đường

Mô tả hư hỏng Kỹ thuật sửa chữa

Nứt da cá xấu Vá sâu mặt đường

Chảy nhựa và phùi nhựa mặt đường

Cào bóc nguội và rải lớp phủ mỏng

Lượn sóng Vá sâu hay vá toàn bộ chiều dày lớp mặt

Nứt đơn Trám vết nứt

- Phun sương nhựa bề mặt

- Phun xương nhựa, láng vữa hay rải lớp phủ siêu mỏng

- Láng vữa nhựa, rải lớp phủ siêu mỏng, hay lớp phủ mỏng

Lún tạo cấp Cào bóc nguội và rải tăng cường

Nứt dọc Trám bịt vết nứt

Cường độ chống trơn trượt thấp Láng nhựa hay láng vữa nhựa

Cốt liệu bị mài mòn Vá hay láng toàn bộ chiều dày Ổ gà Vá hay láng toàn bộ chiều dày

Nứt phản ánh Láng bịt vết nứt

Lún vệt bánh Cào bóc nguội và rải tăng cường

Nứt xô trượt Vá sâu hay vá toàn bộ chiều dày phần trượt

Nứt ngang Trám bịt vết nứt

Phồng bề mặt Vá toàn bộ chiều dày

Theo bảng trên, có nhiều giải pháp để xử lý mặt đường hư hỏng Việc sửa chữa đường được phân thành hai loại chính: sửa chữa nhỏ và sửa chữa lớn.

Sửa chữa nhỏ là những hoạt động theo dõi và bảo trì thường xuyên nhằm khắc phục các hư hỏng nhỏ trên công trình đường bộ Mục tiêu của việc này là duy trì trạng thái khai thác bình thường và ngăn chặn sự phát triển của các hư hỏng nhỏ thành những hư hỏng lớn hơn.

Hình 1.11 Các công nhân tiến hành vá mặt đường bị ổ gà

Sửa chữa lớn là quá trình bảo trì định kỳ nhằm khắc phục các hư hỏng nghiêm trọng, với mục tiêu phục hồi toàn diện các tiêu chuẩn kỹ thuật và công năng ban đầu của công trình đường.

Nhóm sinh viên CGH 56&57 chuyên về thiết bị sửa chữa mặt đường, tập trung vào việc sửa chữa và gia cố các khu vực nền, móng bê tông nhựa bị hư hại Công việc này bao gồm việc cày xới và làm lại toàn bộ lớp bê tông nhựa trên một đoạn đường hoặc toàn bộ tuyến đường.

Giới thiệu chung về công nghệ sấy nóng mặt đường bê tông nhựa nóng

Hiện nay, các tuyến đường bê tông nhựa nóng đang được xây dựng và sửa chữa ở nhiều quốc gia, tuy nhiên, công tác sửa chữa mặt đường vẫn chủ yếu sử dụng thiết bị công nghệ cũ, dẫn đến lãng phí vật liệu, nhiên liệu và thời gian Để khắc phục vấn đề này, các công ty máy xây dựng tại Đức và các quốc gia tiên tiến khác đã phát triển công nghệ sửa chữa mặt đường bê tông nhựa nóng mới, với nhiều ưu điểm vượt trội, hứa hẹn sẽ thay thế công nghệ cũ trong tương lai.

Công nghệ sấy nóng mặt đường bê tông nhựa nóng, được phát triển bởi các công ty lớn, là phương pháp sửa chữa mặt đường hiệu quả Công nghệ này sử dụng hồng ngoại để gia nhiệt lớp bê tông nhựa, làm mềm lớp nhựa, từ đó cho phép cào bóc và tái chế hoặc thay thế bằng lớp bê tông nhựa mới trong quá trình sửa chữa.

Hình 1.12 Sửa chữa lớn sử dụng thiết bị cơ giới cào bóc mặt đường và tiến hành rải lớp bê tông nhựa mới thay thế

1.3.1 Công nghệ sấy nóng mặt đường phục vụ sửa chữa nhỏ đường BTNN a Giới thiệu

Mặt đường bê tông nhựa ở Việt Nam thường gặp phải nhiều sự cố hư hỏng nhanh chóng do các nguyên nhân như xô dồn lớp mặt, lún vệt xe, khe nứt rạn bong bật và lún nứt cao su Nếu không được khắc phục kịp thời, những sự cố này có thể dẫn đến hư hỏng trên diện rộng và ảnh hưởng đến an toàn giao thông Hiện nay, các phương pháp sửa chữa thường được áp dụng để khắc phục tình trạng này.

Hình 1.13 Công nhân đang tiến hành sửa chữa mặt đường bê tông nhựa

 Đục để mở rộng vết nứt dạng hình nêm

 Nạo vét sạch những vật liệu rời ở chỗ vừa đục

 Tưới nhựa đường lỏng, nhựa đặc đã đun nóng hoặc nhũ tương vào khe nứt

 Nhét chặt hỗn hợp bê tông nhựa nóng loại hạt nhỏ vào khe nứt

 Đục để mở rộng vết nứt dạng hình nêm

 Nạo vét sạch những vật liệu rời ở chỗ vừa đục

 Tưới nhựa nóng đã được đun nóng chảy vào khe nứt

 Rắc cát vào khe nứt ở chỗ thấp hơn mặt đường cũ, khu vực xung quanh từ 3-5mm

 Tưới nhựa nóng lần thứ hai vào khe nứt

 Rắc cát vào khe nứt cho đầy và chườm ra 2 bên khe nứt 5-10cm

Cách sửa chữa truyền thống hiện nay gây lãng phí và ô nhiễm môi trường do việc đổ bỏ lớp bê tông nhựa Một số công ty châu Âu đã phát triển công nghệ mới cho sửa chữa nhỏ, áp dụng phương pháp sấy nóng mặt đường bê tông nhựa hư hại và tái sử dụng phần bê tông đó để trám vết nứt, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

Hình 1.14 StreetHeat SR-120 Hình 1.15 StreetHeat SR-28

1.Khung cố định bình gas;

4.Thiết bị pát nhiệt cầm tay;

Hình 1.16 Cấu tạo máy StreetHeat SR-28

Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo máy sấy mặt đường phục vụ sửa chữa nhỏ

Máy sấy SR-20 là thiết bị di động không cần kết nối dây cáp, mang lại tính cơ động tối ưu Nó lý tưởng cho việc sấy ở các khu vực hẹp, góc cạnh và hình dạng không phổ biến Với khả năng xoay, máy sấy này hoàn hảo cho việc sấy nhựa nhiệt dẻo, vạch kẻ vỉa hè và thực hiện các sửa chữa nhỏ trên mặt đường bê tông nhựa nóng.

Máy sấy SR-20 là thiết bị lý tưởng cho việc sửa chữa nhỏ mặt đường bê tông nhựa nóng, với thiết kế đơn giản và dễ sử dụng Để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng, người dùng cần đọc kỹ hướng dẫn của nhà sản xuất.

Máy di chuyển đến vị trí làm việc bằng sức người với 2 bánh sau và 1 bánh trước có khả năng xoay 90 độ Khi đến nơi, tấm tỏa nhiệt được hạ xuống mặt đường, có thể điều chỉnh theo biên độ hoặc xoay vuông góc Sau đó, mở khóa gas để gia nhiệt, với khả năng kiểm tra nhiệt độ và áp suất qua đồng hồ hiển thị Để gia nhiệt trong phạm vi tròn hoặc góc hẹp, có thể sử dụng thiết bị phát nhiệt cầm tay với bán kính lên đến 3,65m.

Hình 1.22 Sửa chữa vết nứt trên miệng cống

Hình 1.18 Chuẩn bị máy và dụng cụ Hình 1.19 Gia nhiệt mặt đường

Hình 1.20 Cào bóc lớp nhựa vừa gia nhiệt Hình 1.21 Đầm lu ổn định lớp bê tông nhựa

Thiết bị sửa chữa mặt đường Nhóm sinh viên CGH 56&57 e.Một số dòng máy của hãng

Hình 1.23 Máy của hãng KM

International (Mỹ) Hình 1.24 Máy HED200 hãng M&M (Canada)

Hình 1.25 Máy tái chế nóng của hãng Volvo

Hình 1.26 Máy đốt nóng mặt đường Mira-1 (Phần Lan)

1.3.2 Công nghệ sấy nóng mặt đường bê tông nhựa nóng kết hợp cào bóc tái chế

Máy cào bóc tài chế kết hợp công nghệ sấy nóng mặt đường bê tông nhựa nóng (Hình 1.28) và máy đốt nóng mặt đường Shineway từ Trung Quốc (Hình 1.27) đang được thử nghiệm tại Việt Nam.

Máy phục hồi tái chế nhựa Remixer 4500 là giải pháp hiệu quả cho các trường hợp mặt đường hư hại nhưng nền đường vẫn ổn định, thực hiện nhanh chóng và tiết kiệm chỉ trong một lần Trong quá trình thi công, máy sẽ làm nóng mặt đường, cào bóc và trộn với vật liệu nhựa đường mới trước khi rải và đầm lại Kết quả cho thấy lớp nhựa đường mới đạt được các đặc tính hiệu suất tương tự như phương pháp sửa chữa truyền thống Về mặt môi trường, việc tái sử dụng vật liệu giúp tiết kiệm khoảng 70% khối lượng so với thi công truyền thống.

Hình 1.29 Sơ đồ cấu tạo Wirtgen Remixer 4500 c Nguyên lý hoạt động

Máy cào bóc kết hợp công nghệ sấy nóng mặt đường BTNN là một phần quan trọng trong dây chuyền sửa chữa đường BTNN Dây chuyền này bao gồm các thiết bị như xe tải chở hỗn hợp BTNN mới, máy Remixer 4500 và xe lu.

Khi bắt đầu thi công, xe ben chở BTNN sẽ kết nối với phễu nhận BTNN để cung cấp vật liệu trong suốt quá trình sửa chữa Máy Remixer 4500 được trang bị bộ phận gia nhiệt, giúp làm nóng chảy lớp BTNN khi máy di chuyển với tốc độ nhất định.

Thiết bị sửa chữa mặt đường của nhóm sinh viên CGH 56&57 sử dụng bộ phận cào bóc để dễ dàng bóc lớp bê tông nhựa đã được làm mềm nhờ nhiệt độ Trong quá trình cào bóc, vòi phun nhũ tương sẽ phun trực tiếp vào lớp bê tông Lớp cào bóc sau đó được chuyển ngay đến trục trộn, nơi mà cả lớp bê tông cũ và một phần bê tông nhựa mới từ phễu chứa sẽ được trộn đều Hỗn hợp sau khi trộn sẽ được dàn đều trên nền đường bằng hai vít xoắn, và dưới bàn là đầm phẳng sẽ tạo ra lớp bê tông nhựa mới Cuối cùng, công việc đầm lu sẽ hoàn thiện mặt đường.

Hình 1.30 Máy ĐNMĐ lắp sau xe ô tô của hãng Master seal (Mỹ)

Hình 1.31 Máy đốt nóng cỡ lớn của hãng Wirtgen (Đức) dùng để sửa chữa lớn hoặc Đại tu mặt đường BTN

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT

Đặc điểm khí hậu, nhiệt độ TPHCM

2.1.1 Xác định các điều kiện nhiệt độ môi trường, độ ẩm, gió

2.1.1.1 Đặc điểm khí hậu Việt Nam

Việt Nam có diện tích không lớn nhưng địa hình phức tạp trải dài trên nhiều vĩ độ, tạo ra các vùng khí hậu đa dạng Mặc dù nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm với gió mùa, khí hậu Việt Nam lại đặc biệt và khác biệt so với các nước trong khu vực cũng như các quốc gia có cùng vĩ độ ở các lục địa khác Khí hậu tại đây thường biến động và khắc nghiệt hơn.

Khí hậu khắc nghiệt ảnh hưởng đến chất lượng công trình xây dựng, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng đường Sự khác biệt giữa các vùng khí hậu gây ra nhiều thách thức trong quá trình thi công Bản đồ phân vùng khí hậu toàn quốc thể hiện những đặc điểm này.

Miền Bắc chia làm hai vùng khí hậu lớn: Vùng I và vùng II Trong đó gồm 5 tiểu vùng:

IA, IB, IIA, IIB và hai tiểu vùng đặc biệt a) Vùng I: Bao gồm các tỉnh Quảng Ninh, Lạng Sơn, Cao Bằng, Bắc Cạn, Thái

Vùng khí hậu miền núi phía Bắc Việt Nam bao gồm các tỉnh như Nguyên, Tuyên Quang, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Bắc Giang, tây Thanh Hóa, tây và tây bắc Nghệ An, tây Hà Tĩnh, Quảng Bình, và Quảng Trị Khu vực này có mùa đông lạnh với nhiệt độ tổng hợp thường dưới 8°C, thậm chí có thể xuống dưới 0°C Mùa hè ở đây ngắn và nóng, với nhiệt độ tổng hợp dưới 24°C Trong khi đó, Vùng II bao gồm các khu vực còn lại của miền trung du, vùng biển và khu vực cũ, có khí hậu mùa đông không quá lạnh, với nhiệt độ tổng hợp không nhỏ hơn mức nhất định.

0 o C Mùa hè nóng thời gian kéo dài, nhiệt độ tổng hợp không nhỏ hơn 24 o C c) Đặc điểm khí hậu miền Bắc

Mùa lạnh ở các vùng có nhiệt độ thấp hơn 4-5 độ C so với các khu vực nhiệt đới cùng vĩ độ, với độ ẩm cao từ 85-90% Tại đồng bằng, nhiệt độ có thể giảm xuống dưới 5 độ C, trong khi ở miền núi, nhiệt độ có thể xuống dưới 0 độ C, dẫn đến hiện tượng sương muối và thậm chí có tuyết rơi ở những vùng núi cao.

Mùa lạnh có sự biến động khí hậu mạnh mẽ, chịu ảnh hưởng từ khí hậu cực đới, với nhiệt độ có thể giảm nhanh chóng, thậm chí hạ thấp tới 10 °C trong một ngày đêm Sự biến thiên nhiệt độ có thể đạt tới 0,6-1 °C trên một vĩ độ, đây là một hiện tượng dị thường.

Trong mùa nóng, nhiệt độ ổn định hơn so với mùa lạnh, với sự phân hóa khí hậu rõ rệt giữa các vùng, đặc biệt theo hướng Đông Tây Mùa nóng ghi nhận bức xạ mặt trời lớn từ 950-1080 kcal/m2.h, với nhiệt độ trung bình hàng ngày cao, có nơi đạt gần 40 độ C.

45 o C Biên độ dao động nhiệt độ không lớn lắm, vùng núi thấp biên độ dao động nhiệt độ lớn hơn các vùng khác, đạt tới 7-8 o C

Khí hậu miền Bắc Việt Nam mang tính chất nhiệt đới gió mùa đặc trưng, với sự biến động mạnh mẽ và phân hóa đa dạng theo từng khu vực Đặc biệt, nơi đây có mùa đông lạnh và mùa hè mưa nhiều, điều mà các nhà nghiên cứu đã chỉ ra là hiếm thấy trong khu vực nhiệt đới gió mùa.

Khí hậu miền Nam Việt Nam được phân chia thành ba vùng chính: vùng ven biển Trung bộ, vùng Tây Nguyên và vùng đồng bằng Nam bộ Trong đó, các tỉnh thuộc vùng ven biển Trung bộ được chia thành ba tiểu vùng khí hậu khác nhau.

Tiểu vùng 1: Từ Quảng Bình đến đèo Hải Vân, là vùng chuyển tiếp từ khí hậu miền

Miền Nam Việt Nam có mùa rét đến muộn và kết thúc sớm hơn miền Bắc, với mùa nóng chịu ảnh hưởng của gió Lào Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 25-30 độ C, trong khi nhiệt độ tối thấp tuyệt đối khoảng 10-12 độ C và tối cao tuyệt đối có thể lên tới 40 độ C Mùa nóng kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, còn mùa rét từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau.

Tiểu vùng 2: Kéo dài từ đèo Hải Vân đến đèo Cả Khí hậu tại đây khác hẳn tiểu vùng

1, nhiệt độ trung bình năm 24-26 o C Nhiệt độ không khí thay đổi theo các tháng, nhiệt độ cao nhất 38-39 o C, thấp nhất 12-15 o C

Tiểu vùng 3, trải dài từ đèo Cả đến Bình Thuận, có khí hậu phân chia thành hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 25-26 độ C, với mức nhiệt thấp nhất từ 15-18 độ C và cao nhất đạt 38-39 độ C Các tỉnh thuộc vùng Tây Nguyên được chia thành hai khu vực khí hậu chính: Bắc và Nam Tây Nguyên.

Tiểu vùng Bắc Tây Nguyên bao gồm các tỉnh Gia Lai, Kon Tum và Đắc Lắc, có khí hậu phân chia thành hai mùa rõ rệt Mùa ấm kéo dài từ tháng 4 đến tháng 9 với nhiệt độ trung bình từ 24-25 độ C, trong khi mùa lạnh từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau có nhiệt độ trung bình từ 19-23 độ C Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 22-24 độ C, với mức nhiệt độ tối thấp tuyệt đối là 5 độ C và tối cao tuyệt đối đạt 38-39 độ C.

Tiểu vùng Nam Tây Nguyên có khí hậu mát mẻ và lạnh quanh năm, với nhiệt độ trung bình từ 17-21 độ C Nhiệt độ cao nhất dao động từ 28-33 độ C, trong khi nhiệt độ thấp nhất có thể xuống tới 8-10 độ C, đặc biệt tại Đà Lạt.

Địa hình bằng phẳng và sự thay đổi vĩ độ hẹp tạo ra khí hậu đồng nhất và điều hòa Khu vực này có hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Nhiệt độ dao động từ 18-20 độ C, với một số tỉnh phía Đông có thể giảm xuống 15-16 độ C, trong khi nhiệt độ cao nhất có thể đạt 36-38 độ C, thậm chí lên đến 40 độ C vào tháng 5.

Khí hậu Việt Nam rất đa dạng và có sự khác biệt rõ rệt giữa các vùng miền, đặc biệt là giữa miền Bắc và miền Nam Do đó, không nên áp dụng giá trị mô đun đàn hồi chung cho toàn quốc, mà cần thiết lập các giá trị đặc trưng riêng cho từng khu vực.

2.1.2- Đặc điểm khí hậu ở thành phố Hồ Chí Minh

Khí hậu thành phố Hồ Chí Minh về cơ bản giống như các tỉnh Nam Bộ nhưng ổn định hơn Nhiệt độ thấp nhất 24-25 o C, cao nhất 32-39.4 o C

Khí hậu của thành phố Hồ Chí Minh, dựa trên tài liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc, có những đặc trưng nổi bật như nhiệt độ cao, độ ẩm lớn và lượng mưa phân bố không đều trong năm.

Các nhân tố ảnh hương tới trạng thái nhiệt trong mặt đường bê tông nhựa

Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt trong mặt đường bê tông nhựa phân làm

Có hai loại nhân tố ảnh hưởng đến tình trạng phân bố nhiệt trong mặt đường bê tông nhựa: nhân tố bên ngoài và nhân tố bên trong Nhân tố bên ngoài chủ yếu bao gồm các điều kiện khí hậu như nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời, tốc độ gió, lượng mưa và lượng bốc hơi Trong đó, nhiệt độ không khí và bức xạ mặt trời là hai nhân tố quan trọng nhất.

Các yếu tố nội tại bao gồm các đặc tính nhiệt của vật liệu bê tông, chẳng hạn như hệ số truyền nhiệt và hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời của bề mặt đường.

2.2.1 Tác động của các yếu tố khí hậu

Các yếu tố nhiệt đặc trưng của khí hậu bao gồm bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và lượng mưa, tất cả đều có thể tác động trực tiếp lên mặt đường bê tông nhựa.

2.2.1.1 Nhiệt độ không khí a) Cấu trúc: Khí quyển được chia thành nhiều tầng theo độ cao

Tầng đối lưu kéo dài từ mặt đất đến độ cao 10 km, nơi diễn ra các quá trình động học chủ yếu của không khí Trong tầng này, các hiện tượng như hoàn lưu khí quyển, gió mùa và dông bão xảy ra Nhiệt độ trung bình của không khí giảm dần từ 20 °C khi tăng độ cao.

50 o C xuống 500 o C Đây là tầng ảnh hưởng trực tiếp đến mặt đường

Tầng điện ly nằm ở độ cao từ 80 km đến trên 100 km, nơi nhiệt độ tăng dần và không còn được gọi là tầng nhiệt Phân bố nhiệt trong không khí có sự thay đổi rõ rệt theo độ cao.

Nhiệt độ không khí trong tầng đối lưu giảm dần theo độ cao, với lớp không khí gần bề mặt trái đất có nhiệt độ cao hơn do hấp thụ nhiệt từ tia mặt trời và nhận tia hồng ngoại từ mặt đất Nhiệt độ không khí ở mỗi khu vực trên trái đất phụ thuộc vào chế độ bức xạ mặt trời, đặc điểm địa hình, vị trí, độ cao và các quá trình hoàn nguyên khí quyển Tại Việt Nam, đặc điểm thay đổi nhiệt độ không khí cũng chịu ảnh hưởng từ những yếu tố này.

Nhóm sinh viên CGH 56&57 nghiên cứu về thiết bị sửa chữa mặt đường, cho biết rằng ở Việt Nam, nhiệt độ giảm khoảng 0,6 o C trên 100m khi độ cao tăng Theo vĩ độ, nhiệt độ giảm từ 0,6-1 o C trong mùa lạnh và 0,3-0,5 o C trong mùa nóng Nhiệt độ không khí còn bị ảnh hưởng bởi địa hình, chế độ gió mùa và hướng các dãy núi Trong mùa lạnh, nhiệt độ tăng dần từ đông sang tây, với sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể ở khu vực Hoàng Liên Sơn, nơi vùng Tây Bắc cao hơn vùng Đông Bắc tới 2 o C.

Cường độ bức xạ mặt trời thay đổi theo chu kỳ ngày đêm, ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đất và không khí Tuy nhiên, do có quán tính nhiệt, nhiệt độ của mặt đất và mặt nước đạt giá trị cực đại chậm hơn so với cực đại của bức xạ mặt trời.

Bức xạ mặt trời đạt đỉnh vào khoảng 12 giờ trưa, trong khi nhiệt độ không khí cao nhất thường xảy ra vào khoảng 14-15 giờ chiều Nhiệt độ sẽ giảm xuống mức thấp nhất vào sáng sớm trước khi mặt trời mọc.

Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt đường, bao gồm cả bức xạ trực tiếp và gián tiếp, trong đó một phần được mặt đường phản xạ trở lại không khí, trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi mặt đường.

Mặt đường hấp thụ bức xạ sóng dài từ khí quyển và phát ra bức xạ sóng dài, tạo ra bức xạ hữu hiệu Quá trình này khiến mặt đường giải phóng một phần nhiệt lượng.

Tổng cộng hai giá trị nhiệt lượng trên làm cho nhiệt độ mặt đường tăng lên Ta gọi nhiệt lượng tổng này là nhiệt lượng bức xạ

2.2.1.3 Độ ẩm không khí Độ ẩm của không khí là một trong các yếu tố nhiệt của khí hậu có ảnh hưởng đến tính chất của bê tông nhựa mặt đường Độ ẩm có thể ảnh hưởng tới thông số nhiệt vật lý của bê tông

2.2.1.4 Các yếu tố khí hậu khác

Các yếu tố khí hậu như mưa, gió, bão, sấm, sét có ảnh hưởng lớn đến sự phân bố nhiệt trên mặt đường Sự chênh lệch nhiệt độ giữa khí quyển và mặt đường gây ra hiện tượng trao đổi nhiệt đối lưu Gió càng làm tăng cường tác động đối lưu, dẫn đến việc mặt đường mất nhiệt nhanh chóng.

Nhóm sinh viên CGH 56&57 đã nghiên cứu về thiết bị sửa chữa mặt đường, nhấn mạnh rằng nhiệt lượng từ mặt đường có thể bị ảnh hưởng bởi mưa và quá trình bốc hơi, làm giảm nhiệt độ tăng lên do ánh nắng mặt trời.

Hình 2.1 Biều đồ nhiệt độ không khí trung bình TPHCM năm 2018

Trao đổi nhiệt giữa mặt đường bê tông nhựa với mặt đường xung quanh

Các phương thức trao đổi nhiệt giữa mặt đường bê tông nhựa và môi trường xung quanh bao gồm ba hình thức truyền nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.

+ Dẫn nhiệt: Nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp trong mặt đường bê tông nhựa với nền móng

Đối lưu là quá trình truyền nhiệt diễn ra trong các môi trường chất lỏng và khí, trong đó nhiệt được truyền từ bề mặt của đường bê tông nhựa vào không khí và ngược lại.

+ Bức xạ: Là quá trình truyền năng lượng bằng các sóng điện từ giữa các vật Ảnh hưởng đến mặt đường bê tông nhựa là bức xạ mặt trời

NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ TRUNG BÌNH THÁNG 2018

Nhiệt độ trung bình cực đại Nhiệt độ trung bình Nhiệt độ trung bình cực tiểu

Lý thuyết truyền nhiệt

Dẫn nhiệt xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phần tử trong vật thể hoặc giữa các vật thể tiếp xúc Quá trình này diễn ra thông qua việc truyền dao động của các phần tử vi mô và phụ thuộc vào tính chất của môi trường, có thể xảy ra trong vật rắn, chất lỏng và chất khí Trong kim loại, dẫn nhiệt chủ yếu nhờ vào sự truyền dao động của các điện tử tự do, trong khi ở chất điện môi và chất lỏng, nó diễn ra nhờ sóng đàn hồi Đối với chất khí, dẫn nhiệt chủ yếu thông qua quá trình khuếch tán các phần tử.

Mật độ dòng điện truyền bằng dẫn nhiệt tuân theo định luật Fourier: q k T n

Trong đó: q là mật độ dòng nhiệt (W/m 2 ); k là hệ số dẫn nhiệt (W/mK);

 là gradient nhiệt độ với n là phương tiếp tuyến mặt đẳng nhiệt

2.4.2 Các phương pháp khảo sát sự truyền nhiệt mặt đường

2.4.2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để dự đoán phân bố nhiệt độ trong mặt đường AC, cho thấy tính ứng dụng cao trong nghiên cứu mặt đường Bài viết cũng mô tả cơ sở lý thuyết của phương pháp này và ứng dụng của nó trong mô hình mô phỏng được đề xuất.

Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học khẳng định rằng năng lượng nhiệt được bảo toàn, và điều này đã được áp dụng để giải quyết vấn đề nhiệt mặt đường thông qua các yếu tố hữu hạn Bằng cách xem xét một khối lượng kiểm soát khác biệt của mặt đường, phương pháp này thể hiện sự bảo tồn năng lượng nhiệt một cách rõ ràng.

Thuật ngữ {L} T {q} có thể được hiểu là ∇.{q}, với ∇ là toán tử phân kỳ Định luật Fourier liên kết vectơ thông lượng nhiệt với độ dốc nhiệt qua biểu thức sau:

Kxx, Kyy, Kzz - độ dẫn nhiệt theo các hướng phần tử x, y và z tương ứng Mở rộng phương trình sang dạng quen thuộc hơn : xx yy zz

Xem xét tính đồng vị của vật liệu (K = Kxx = Kyy = Kzz):

Hai loại điều kiện biên chính đã được xem xét trong mô hình, bao gồm dòng nhiệt tác động lên các giới hạn bề mặt và đối lưu bề mặt áp dụng cho bề mặt vượt trội.

Nhóm sinh viên CGH 56&57 đã nghiên cứu thiết bị sửa chữa mặt đường, tập trung vào mô hình và năng lượng bức xạ giữa bề mặt của mô hình và môi trường xung quanh Dòng nhiệt tác động lên bề mặt được xác định theo một biểu thức chung.

{ η } - đơn vị vectơ bình thường hướng ra ngoài; q * - lưu lượng nhiệt quy định

Các bề mặt đối lưu được chỉ định Các dòng nhiệt tác động lên một bề mặt tuân theo biểu thức chung:

Trong đó : hf - hệ số đối lưu;

Tsur - nhiệt độ ở bề mặt của mô hình;

Tair - nhiệt độ khối của chất lỏng liền kề

Trao đổi năng lượng bức xạ giữa bề mặt của mô hình và môi trường xung quanh được mô tả qua biểu thức, thể hiện tốc độ truyền nhiệt giữa bề mặt và một điểm đại diện cho môi trường xung quanh.

Trong đó σ - hệ số Stefan-Boltzman; ε- phát xạ hiệu quả; qr - cân bằng cường độ bức xạ sóng dài

2.4.2.2 Phương trình vi phân dẫn nhiệt

Trong bài toán dẫn nhiệt, việc xác định nhiệt độ tại các điểm trong vật và lượng nhiệt mà vật trao đổi là rất quan trọng Để tìm ra nhiệt độ trong vật thể, cần thiết lập mối quan hệ giữa nhiệt độ, tọa độ và thời gian thông qua phương trình vi phân dẫn nhiệt.

Lượng nhiệt vào phân tố qua mặt thứ nhất:

Lượng nhiệt vào phân tố qua mặt thứ hai:

2 ( )dyd x dQ qx T dx zdj n

Lượng nhiệt phân tố nhận được theo hướng x:

( / ) x x x x dQ dQ dQ dQ kx T x dxdydzdj x

 Tương tự theo hướng y phân tố nhận được:

 Tương tự theo hướng z phân tố nhận được:

 Theo cả 3 hướng lượng nhiệt phân tố nhận được là: dQ = dQx + dQy + dQz

[ ( / ) ( / ) ( / )] kx T x dxdydzdj ky T y dxdydzdj kz T z dxdydzdj x y z kx T x ky T y kz T z dxdydzdj x y z

Nếu trong vật thể có nguồn nhiệt là qv (W/m3), lượng nhiệt do nguồn trong sinh ra trong phân tố khảo sát là: qv.dxdydz.dj

Do nhận lượng nhiệt trên sau thời gian dj nội năng phân tố sẽ thay đổi là: ρ.dx.dy.dz.cp T dj j

Theo định luật bảo toàn năng lượng, tổng năng lượng mà nhân tố nhận được từ việc dẫn nhiệt theo ba phương sẽ bằng với sự biến đổi nội năng của phân tố do nguồn nhiệt sinh ra.

( / ) ( / ) ( / ) T kx T x ky T y kz T z qv cp x y z  j

Phương trình (1) trên đây là phương trình vi phân dẫn nhiệt

Nếu vật liệu là đẳng hướng nghĩa là hệ số dẫn nhiệt k là không đổi, và chỉ xét theo phương x, phương trình (1) được viết thành:

   =V 2 T, với a=k/cp ρ gọi là hệ số khuếch tán nhiệt

Phương trình vi phân dẫn nhiệt có thể viết gọn thành:

Trong trường hợp không có nguồn nhiệt bên trong, phương trình vi phân dẫn nhiệt sẽ trở thành:

Khi nhiệt độ không thay đổi theo thời gian, quá trình dẫn nhiệt là ổn định được biểu thị bởi:

2.4.3 Điều kiện đơn trị Để phương trình vi phân có nghiệm xác định cần phải có các điều kiện riêng của mỗi bài toán cụ thể, gọi là điều kiện đơn trị Điều kiện đơn trị bao gồm điều khiện ban đầu và điều kiện biên giới Điều kiện ban đầu cho biết qui luật phân bố nhiệt độ trong vật thể ở thời điểm ban đầu, điều kiện ban đầu chỉ có trong quá trình không ổn định, quá trình ổn định thì không cần điều kiện ban đầu Điều kiện biên giới cho biết đặc điểm của quá trình xảy ra tại biên giới của vật thể, gồm có:

+ Điều kiện biên loại 1: còn gọi là điều kiện biên Dirichlet, cho biết qui luật phân bố nhiệt độ trên bề mặt vật:

+ Điều kiện biên loại 2: còn gọi là điều kiện Neuman, cho biết mật độ dòng nhiệt tại bề mặt vật: q = -k T C

C là giá trị cho trước, nếu bề mặt cách nhiệt hay đoạn nhiệt thì là C=0

+ Điều kiện biên loại 3: Cho biết qui luật tỏa nhiệt giữa bề mặt vật và môi trường chất lỏng bao quanh tuân theo phương trình Newton-Richman

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu được ký hiệu là; Tm – Ta = ∆T thể hiện độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vật Tw và môi trường chất lỏng Để xác định phân bố nhiệt độ trong vật, cần giải phương trình vi phân dẫn nhiệt kèm theo các điều kiện đơn trị Việc giải phương trình vi phân sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của bài toán.

2.5 Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ trong kết cấu áo đường bê tông nhựa Để khảo sát sự biến thiên nhiệt độ của áo đường bê tông nhựa thì ta phải tìm cách giải phương trình vi phân dẫn nhiệt với bài toán cụ thể trong kết cấu áo đường bê tông nhựa cụ thể

Theo Định luật 1 Nhiệt động học, tổng năng lượng mà mỗi phần tử vật rắn nhận được trong một khoảng thời gian nhất định phải tương đương với sự biến thiên năng lượng của phần tử đó trong khoảng thời gian tương ứng.

Viết cho phần tử thứ i:

Thiết bị sửa chữa mặt đường Nhóm sinh viên CGH 56&57 Ở đây:

Qj là dòng nhiệt trao đổi với phần tử, qua diện tích Fj, trong thời gian ∆τ

E là biến thiên năng lượng chính là thay đổi nội năng

Q q F (2.2) qj là mật độ dòng nhiệt thứ j dẫn với phần tử khảo sát tại bề mặt Fj

Fj diện tích bề mặt truyền nhiệt

 là thời gian truyền nhiệt cho phần tử y j j

, , j j j c  V tương ứng là nhiệt dung riêng, mật độ thể tích phần tử thứ I,

t là độ tăng nhiệt độ sau thời gian  từ thời điểm (m) đến (m+1) của phần tử thứ i:

Theo định luật Phurie: j q  gradt Đối với tấm phẳng:

là hệ số dẫn nhiệt,  là bề dày tấm

Gradt là gradient nhiệt độ tm1, tm2 tương ứng là nhiệt độ 2 mặt ở cùng thời điểm

2.5.1.1 Chọn mẫu áo đường cho bài toán

Nhóm sinh viên CGH 56&57 đã nghiên cứu thiết bị sửa chữa mặt đường, đề xuất sử dụng áo đường bê tông nhựa đơn giản với cấu trúc gồm 2 lớp vật liệu dày 63,5 cm để thuận tiện trong quá trình thi công.

+ Lớp trên là bê tông nhựa asphalt dày 25 cm, có các thông số nhiệt:

Hệ số dẫn nhiệt: =1,0416 W/mđộ Mật độ: ρ= 2100 kg/m3

Nhiệt dung riêng: c= 1666,6 J/kgđộ + Lớp dưới là lớp đá dăm cứng (granite), dày 38,5 cm

2.5.1.2 Chọn các phân tố thể tích, bước thời gian

Do dòng nhiệt chủ yếu truyền theo hướng chiều sâu, nên nhiệt độ chỉ thay đổi theo hướng đó, gọi là hướng x

Chia bề dày áo đường thành hai khoảng đều nhau với độ dày ∆x = 12,5 cm, được ngăn cách bởi các đường nét liền Nhiệm vụ của chúng ta là xác định nhiệt độ tại các bề mặt tương ứng với các đường nét liền, ký hiệu là t1, t2, t3, t4.

TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRÊN PHẦN MỀM ANSYS

Kết quả bài toán

Khi mô phỏng quá trình truyền nhiệt của tấm gia nhiệt xuống mặt đường bê tông nhựa, nhiệt độ thay đổi khác nhau qua chiều dày của lớp bê tông nhựa Bằng cách thay đổi các giá trị nhiệt độ t, chúng ta có thể quan sát được sự biến đổi này.

110 o C, 115 o C, 120 o C, 125 o C, 130 o C, 135 o C, 140 o C, 145 o C, 150 o C, 155 o C, 160 o C lúc này sẽ ra các số liệu cần thiết để khảo sát

Bảng 3.1 Nhiệt độ trung bình ở từng khoảng nhiệt độ t t t min t max t tb

Hình 3.1 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ khi thay đổi nhiệt độ cấp xuống mặt đường

Bảng 3.2 Nhiệt lượng tỏa ra từ tấm gia nhiệt t 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160

Hình 3.2 Biểu đồ nhiệt lượng tỏa ra trên tấm gia nhiệt

Bảng 3.3 Nhiệt lượng thu vào

Hình 3.3 Biểu đồ nhiệt lượng thu vào của lớp trên tấm gia nhiệt

Bảng 3.4 Nhiệt lượng thu trên lớp bê tông nhựa t 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 w -197.28 -208.53 -219.75 -230.95 -242.12 -253.28 -264.42 -275.53 -286.62 -297.69 -297.69

Hình 3.4 Biểu đồ thu nhiệt của lớp bê tông nhựa

Bảng 3.5 Nhiệt lượng thu trên mặt đường bê tông nhựa t 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 w -505.76 -545.5 -586.56 -629 -672.83 -718.08 -764.8 -813.01 -862.75 -914.06 -914.04

Hình 3.5 Biểu đồ nhiệt lượng thu trên mặt đường bê tông nhựa.

Lựa chọn nhiệt độ đầu vào cần thiết cho tấm gia nhiệt

Vùng màu xanh là vùng sẽ được xét khi thay đổi nhiệt độ đầu vào

Từ các kết quả mà ANSYS chạy được khi thay các nhiệt độ đầu vào, thu được bảng sau

Bảng 3.6 Nhiệt độ thay đổi ở vùng đang xét t tmin tmax ttb tx

Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện nhiệt độ thay đổi ở vùng đang xét

Dựa vào số liệu và nhiệt độ gây mất ổn định lớp bê tông nhựa là tkd≥65 o C, nhiệt độ tối ưu cho đầu vào được xác định là t5 o C.

Nh iệt độ th ay đ ổi

Biểu đồ thay đổi nhiệt độ

Nhiệt độ nhỏ nhất Nhiệt độ lớn nhất Nhiệt độ trung bình Nhiệt độ trung bình vùng xét

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua quá trình nghiên cứu và mô phỏng truyền nhiệt trên thiết bị sấy nóng mặt đường bê tông nhựa, đề tài đã đạt được những kết quả đáng chú ý.

- Nói được tính cấp thiết của đề tài

- Tình hình phát triển công nghệ tại Việt Nam và trên thế giới

- Nêu rõ tổng quan công nghệ và thiết bị

- Tính toán các thông số nhiệt độ và đưa ra bảng giá trị khảo sát, biểu đồ cụ thể

Mô phỏng và tính toán sự truyền nhiệt cùng với sự thay đổi nhiệt độ, cung cấp bảng số liệu và biểu đồ cụ thể để lựa chọn nhiệt độ đầu vào phù hợp.

Công nghệ sửa chữa nhỏ mặt đường bằng công nghệ sấy nóng bê tông nhựa đã đạt được những kết quả bước đầu quan trọng, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi Hướng phát triển trong tương lai sẽ tiếp tục được mở rộng.

- Nghiên cứu tính toán lựa chọn nhiệt độ phù hợp hơn với điều kiện khí hậu ở Việt Nam

- Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thiết kế để áp dụng cho nhiều mục đích khác nhau

- Xây dựng các tiêu chuẩn

Đề tài này nhận được sự quan tâm từ bộ môn, với mục tiêu hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi trong thực tế, nhằm mang lại lợi ích thiết thực cho đất nước.

Tiêu đề	Nghiên cứu xác định chế độ truyền nhiệt của máy sửa chữa mặt đường bằng phương pháp đốt nóng trong điều kiện khí hậu tại TP Hồ Chí Minh
Tác giả	Đoàn Nhật Thiện, Nguyễn Gia Huy, Vũ Đình Dũng, Nguyễn Trung Hậu, Hà Ngọc Hải
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Văn Dũng
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Phân Hiệu Tại Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng và sửa chữa mặt đường
Thể loại	Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên
Năm xuất bản	2019
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	3,55 MB