Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí khu vực Nam bộ đến thiết kế và khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa (LA tiến sĩ)

TRẦN VĂN THIỆN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ KHU VỰC NAM BỘ ĐẾN THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRẦN VĂN THIỆN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ KHU VỰC NAM BỘ ĐẾN THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mã số: 62.58.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS TRẦN THỊ KIM ĐĂNG 2: TS NGUYỄN THỐNG NHẤT

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi Các kết quả, số liệu, công thức, đề nghị và phương trình mới lập của tôi nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, ngoài những bài báo, nghiên cứu khoa học mà tôi và những người cùng nghiên cứu đã công bố

Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã chú thích và liệt kê trong phần tài liệu tham khảo kết quả nghiên cứu, các công thức và các phần mềm ứng dụng của các tác giả khác

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Tác giả

Trần Văn Thiện

LỜI CẢM ƠN

Tôi vô cùng biết ơn Phó Giáo sư - Tiến sĩ Trần Thị Kim Đăng và Tiến sĩ Nguyễn Thống Nhất đã hướng dẫn tận tính trong quá trình nghiên cứu các chuyên

đề, thí nghiệm đến khi hoàn thành luận án và bảo vệ luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình cùng những đóng góp to lớn của Phó Giáo sư – Tiến sĩ Lã Văn Chăm, Giáo sư – Tiến sĩ Bùi Xuân Cậy, Giáo sư – Tiến sĩ Phạm Duy Hữu, Phó Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng, Phó Giáo sư – Tiến sĩ Vũ Đức Chính, Phó Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Hữu Trí, Tiến sĩ Nguyễn Quang Phúc, Tiến sĩ Phạm văn Hùng, Thạc sĩ Ngô Ngọc Quí, Kỹ sư Nguyễn Khuê, Thạc sĩ Nguyễn Cao Tân, Thạc sĩ Võ Văn Thảo, các em sinh viên tham gia thí nghiệm cùng tất cả thầy cô trong hội đồng bảo vệ các chuyên đề và seminar đã đóng góp nhiều ý kiến để tôi hoàn thành luận án

Tôi xin cảm ơn trường Đại học Giao thông Vận tải, Bộ môn Đường Bộ, phòng Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được nghiên cứu, thực nghiệm và hoàn thành luận án

Xin cảm ơn trường Đại học Văn Lang, gia đình và bạn bè đã động viên, giúp

đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu

Chân thành cảm ơn !

Tác giả

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Ký hiệu thường dùng và đơn vị sử dụng trong luận án vii

Danh mục các bảng ix

Danh mục các hình, ảnh xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ ẢNH HƯỞNG YẾU TỐ NHIỆT TRONG THIẾT KẾ KHAI THÁC 6

1.1 Những vấn đề chung về mặt đường bê tông nhựa và ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ tới khả năng làm việc 6

1.1.1 Kết cấu mặt đường bê tông nhựa 6

1.1.2 Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt tới khả năng làm việc của mặt đường bê tông nhựa 7

1.1.3 Nhiệt độ thiết kế trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm 10

1.2 Các nghiên cứu liên quan đến nhiệt độ đối với mặt đường bê tông nhựa 14

1.2.1 Các nghiên cứu của nước ngoài về nhiệt độ khai thác của mặt đường bê tông nhựa 14

1.2.2 Các nghiên cứu của nước ngoài về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt của mặt đường bê tông nhựa 18

1.2.3 Một số nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa nóng trong thời gian thi công 21

1.2.4 Các nghiên cứu trong nước về nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa 23

1.3 Đánh giá- đặt vấn đề nghiên cứu 30

1.3.1 Đánh giá 30

1.3.2 Đặt vấn đề nghiên cứu 32

CHƯƠNG 2: THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM KHU VỰC NAM BỘ 34

2.1 Các yếu tố khí hậu có ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường 34

2.1.1 Trao đổi nhiệt giữa lớp bê tông nhựa mặt đường và môi trường xung

quanh 34

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí: 36

2.2 Khu vực Nam bộ trong phân vùng khí hậu đường sá Việt Nam 37

2.2.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của khu vực Nam bộ 37

2.2.2 Khu vực Nam Bộ trong phân vùng khí hậu đường sá Việt Nam 38

2.3 Đặc điểm mạng lưới đường bộ và điều kiện nhiệt độ khu vực Nam bộ 41

2.3.1 Mạng lưới giao thông khu vực Nam bộ 41

Đặc điểm mạng lưới đường bộ khu vực Nam bộ 41

2.4 Thu thập và phân tích dữ liệu điều kiện khí hậu khu vực Nam bộ 42

2.4.1 Thu thập dữ liệu Nhiệt độ khu vực Nam bộ 42

2.4.2 Phân tích dữ liệu nhiệt độ tại khu vực Nam bộ 45

2.5 Kết luận 64

CHƯƠNG: 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC YẾU TỐ THỜI TIẾT VÀ NHIỆT ĐỘ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA KHU VỰC NAM BỘ 66

3.1 Lựa chọn hiện trường và phương pháp theo dõi thu thập số liệu nhiệt độ mặt đường và các yếu tố khí hậu ảnh hưởng 66

3.1.1 Lựa chọn hiện trường 66

3.1.2 Phương pháp theo dõi thu thập số liệu nhiệt độ mặt đường và các yếu tố ảnh hưởng 68

3.1.3 Mô hình thống kê và xử lý số liệu 70

3.2 Nghiên cứu thực nghiệm - tổng hợp số liệu thực nghiệm 74

3.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm - tổng hợp số liệu thực nghiệm 74

3.2.2 Nhận xét 76

3.2.3 Theo dõi quá trình hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa nóng trong quá trình thi công 76

3.3 Xây dựng phương trình quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình khai thác 79

3.3.1 Nhiệt độ mặt đường phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ không khí, độ ẩm và tốc độ gió 80

3.3.2 Nhận xét 86

3.3.3 Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa (T), nhiệt độ không khí (Tkk ) và độ ẩm không khí (W) 87

3.3.4 Bảng đối chứng nhiệt độ đo thực tế và nhiệt độ tính từ công thức 89

3.3.5 Diễn biến giảm nhiệt độ trong quá trình thi công bê tông nhựa mặt đường 93

3.4 Kết luận chương 3 95

CHƯƠNG 4 CÁC ĐỀ XUẤT YẾU TỐ NHIỆT TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VÀ QUẢN LÝ KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 98

4.1 Đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 211 - 06 trong điều kiện khí hậu Nam bộ 98

4.1.1 Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường: 98

4.1.1 Tính độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường: 100

4.1.2 Tính nứt mỏi của lớp bê tông nhựa mặt đường: 102

4.2 Đề xuất áp dụng Superpave trong điều kiện khí hậu Nam bộ 103

4.2.1 Nhiệt độ thiết kế 103

4.2.2 Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu của bê tông nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ 104

4.2.3 Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương của bê tông nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ 106

4.3 Đề xuất kiểm soát thời gian lu lèn và thời gian đưa lớp mặt mới rải vào khai thác 107

4.3.1 Nhiệt độ cho phép thông xe trên thế giới: 107

4.3.2 Nhiệt độ cho phép thông xe ở Việt Nam 107

4.3.3 Đề xuất kiểm soát thời gian lu lèn và thời gian đưa lớp mặt mới rải vào khai thác 107

4.3.4 Kết luận chương 4 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109

5.1 Các kết quả nghiên cứu chính 109

5.1.1 Thu thập, xử lý, tính ra các giá trị nhiệt độ cao nhất, trung bình, thấp nhất của khu vực Nam bộ 109

5.1.2 Xây dựng phương trình quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa mặt đường,

nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng 109

5.1.3 Kiến nghị nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường bê tông nhựa và thời gian lu lèn và thời gian thông xe thi công lớp mặt đường bê tông nhựa nóng 110

5.2 Các điểm mới của luận án 111

5.3 Hạn chế của luận án 112

5.4 Hướng nghiên cứu tiếp 112

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG VÀ ĐƠN VỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN Ý NGHĨA

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các đặc trưng tính toán của bê tông nhựa và hỗn hợp đá nhựa 11 

Bàng 1.2 Mô đun đàn hồi tính toán của bê tông nhựa chặt sử dụng bitum đặc 40/60 và 60/90 trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đường của CHLB Nga 13 

Bảng 1.3 Mô đun đàn hồi tính toán của bê tông nhựa theo tiêu chuẩn của Pháp 14 

Bảng 1.4 Tên gọi và hỗn hợp vật liệu 19 

Bảng 1.5 Hệ số truyền nhiệt 26 

Bảng 1.6 Hệ số αd phụ thuộc vào tn,max, Zmax, Tmđường 27 

Bảng 1.7 Các trị số tđ đ  tùy thuộc vào loại đất 28 

Bảng 2.1 Số liệu nhiệt độ không khí trạm khí tượng Tân Sơn Hòa năm 2012 43 

Bảng 2.2 Số liệu nhiệt độ không khí trạm Cần Thơ năm 2012 44 

Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí cao nhất 7 ngày hàng năm của 21 năm ở trạm Tân Sơn Hòa-thành phố Hồ Chí Minh và trạm cần Thơ-thành phố Cần Thơ 46 

Bảng 2.4 Nhiệt độ không khí cao nhất từ năm 1995 đến 2015 của trạm Tân Sơn Hòa 52 

Bảng 2.5 Nhiệt độ không khí trung bình tháng của trạm Tân Sơn Hòa Thành phố Hồ Chí Minh 53 

Bảng 2.6 Nhiệt độ không khí thấp theo tháng của 21 năm của trạm Tân Sơn Hòa Thành phố Hồ Chí Minh 54 

Bảng 2.7 Nhiệt độ không khí thấp nhất từ năm 1995 đến 2015 của trạm Tân Sơn Hòa 55 

Bảng 2.8 Nhiệt độ không khí cao nhất từ năm 1995-2015 của trạm Cần Thơ, thành phố Cần Thơ 57 

Bảng 2.9 Nhiệt độ không khí trung bình tháng của 21 năm ở trạm Cần Thơ, thành phố Cần Thơ 58 

Bảng 2.10 Nhiệt độ không khí thấp tháng của 21 năm ở trạm Cần Thơ, thành phố Cần Thơ 59 

Bảng 2.11 Nhiệt độ không khí thấp từ 1995 đến 2015 ở trạm Cần Thơ,

thành phố Cần Thơ 60 

Bảng 2.14 Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình tháng của khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Cần Thơ ( QCVN 02:2009 BXD) 62 

Bảng 2.15 Nhiệt độ không khí trung bình tháng của khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Cần Thơ (QCVN 02:2009 BXD) 63 

Bảng 2.16 Nhiệt độ không khí thấp nhất trung bình tháng của khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Cần Thơ (QCVN 02:2009 BXD) 63 

Bảng 2.17 Độ ẩm tương đối trung bình của khu vực TP.Hồ Chí Minh và Cần Thơ (QCVN 02:2009 BXD) 63 

Bảng 2.18 Độ ẩm tương đối thấp nhất của khu vực TP.Hồ Chí Minh và Cần Thơ (QCVN 02:2009 BXD) 64 

Bảng 3.1 Kế hoạch khảo sát nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa, độ ẩm và tốc độ gió 74 

Bảng 3.2 Nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt mặt đường, sâu 5cm, sâu 7cm và độ ẩm không khí ở Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh ngày 01/11/2016 89 

Bảng 3.3 Nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt mặt đường, sâu 5cm, sâu 7cm và độ ẩm không khí tính bằng công thức (3.1), (3.2) và (3.3) 90  Bảng 3.4 Bảng so sánh giá trị nhiệt độ mặt đường và nhiệt độ ở độ sâu 2cm đo được và giá trị tính theo công thức (3.1), (3.2) và (3.3) 91 

Bảng 3.5 Bảng so sánh giá trị nhiệt độ ở độ sâu 5cm và nhiệt độ ở độ sâu 7cm đo được và giá trị tính theo công thức (3.2) và (3.3) 92 

Bảng 4.1 Nhiệt độ tính toán cắt trượt của mặt đường bê tông nhựa 100 

Bảng 4.2 Nhiệt độ tính toán độ võng của mặt đường bê tông nhựa 101 

Bảng 4.3 Nhiệt độ tính toán nứt mỏi của mặt đường bê tông nhựa 103 

Bảng 4.4 Độ tin cậy và Kα tương ứng 105 

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Kết cấu nền và áo đường 7 

Hình 1.2 Biến dạng của mặt đường bê tông nhựa 8 

Hình 1.3 Quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và nhiệt độ không khí 16 

Hình 1.4 Biến thiên theo giờ nhiệt độ không khí, độ ẩm, nhiệt độ bê tông nhựa 18 

Hình 1.5 Đồ thị biến thiên nhiệt độ từ 19/8 - 21/8/2014 ở hiện trường 1 20 

Hình 1.6 Đường cong hạ nhiệt của lớp bê tông nhựa mới rải 22 

Hình 1.7 Đối chứng số liệu đo thực tế và giá trị tính toán theo mô hình ở 2 hiện trường 23 

Hình 1.8 Sơ đồ đổi bề dày theo điều kiện tương đương về nhiệt lượng 26 

Hình 1.9 Sơ đồ đổi bề dày tương đương theo điều kiện tương đương nhiệt độ 28 

Hình 2.1 Trao đổi nhiệt giữa bê tông nhựa và môi trường xung quanh 35 

Hình 2.2 Bản đồ phân vùng khí hậu theo QCVN 02:2009 40 

Hình 2.3 Qui hoạch giao thông TP Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận 41 

Hình 2.4 Biến thiên nhiệt độ theo tháng của trạm Tân Sơn Hòa năm 2012 43 

Hình 2.5 Biến thiên nhiệt độ theo tháng của trạm Cần thơ năm 2012 44 

Hình 3.1 Thiết bị đo nhiệt độ tại trạm thuộc quận Bình Thạnh thành phố Hồ Chí Minh 66 

Hình 3.2 Thiết bị đo nhiệt độ tại trạm thuộc quốc Lộ 50, tỉnh Long An 67 

Hình 3.3 Thiết bị đo nhiệt độ tại trạm thuộc Tỉnh Lộ 43, tỉnh Bình Dương 67 

Hình 3.4 Sơ đồ vị trí đặt đầu đo nhiệt độ 68 

Hình 3.5 Thiết bị đo nhiệt độ 70 

Hình 3.6 Thiết bị đo độ ẩm và tốc độ gió 70 

Hình 3.7 Đồ thị nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa theo thời gian 75 

Hình 3.8 Đồ thị nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm và tốc độ gió theo thời gian 75 

Hình 3.9a Đường hạ nhiệt hiện trường A & B, đo ngày 1+2/8/2015 78 

Hình 3.9b Đường hạ nhiệt hiện trường D 78 

Hình 3.9c Đường hạ nhiệt hiện trường C 79 

Hình 3.9d Đường hạ nhiệt hiện trường E 79 

Hình 3.10 Quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt bê tông nhựa và nhiệt độ không khí 80 

Hình 3.11 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm 81 

Hình 3.12 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 5cm 81 

Hình 3.13 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 7cm 82 

Hình 3.14 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 12cm 82 

Hình 3.15 Quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và độ ẩm không khí 83 

Hình 3.16 Quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm độ ẩm 84 

Hình 3.17 Quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 5cm và độ ẩm 84 

Hình 3.18 Quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 7cm và độ ẩm 84 

Hình 3.19 Quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và độ ẩm 85 

Hình 3.20 Phân bố nhiệt theo chiều sâu – quá trình tỏa nhiệt 85 

Hình 3.21 Phân bố nhiệt theo chiều sâu – quá trình thu nhiệt 86 

Hình 3.22 (a) So sánh quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa có kích cỡ cốt liệu khác nhau 93 

Hình 3.22 (b) So sánh quá trình hạ nhiệt của BT nhựa có cỡ cốt liệu (19mm) nhưng chiều dày khác nhau 94 

Hình 3.22 (c) So sánh quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa có cùng chiều dày (5cm) nhưng kích cỡ khác nhau 94 

MỞ ĐẦU 1) Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu

Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, vật liệu bê tông nhựa đã và đang được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng đường ô tô do có nhiều ưu điểm nổi bật như: bề mặt êm thuận, có cường độ và độ bền tương đối cao, ít bụi, ít tiếng ồn, ít

hao mòn, tốc độ thi công nhanh do cơ giới hóa, dễ duy tu sửa chữa

Ở khu vực Nam bộ, nhiều dự án xây dựng đường ô tô có nguồn vốn trong nước và nước ngoài đã và đang sử dụng bê tông nhựa để làm mặt đường Những tuyến đường với lớp mặt có chất lượng cao, ổn định trong quá trình khai thác, với giá thành hợp lý là mục tiêu của các nhà xây dựng, chủ đầu tư và cơ quan quản lý Nhà nước trong ngành cầu đường nước ta nói chung và khu vực Nam bộ nói riêng

Tuy nhiên trong quá trình khai thác, mặt đường bê tông nhựa có thể phát sinh các hư hỏng như:

+ Rạn nứt mặt đường, nứt dọc, nứt ngang, nứt hình khối, nứt trượt dạng parabol + Biến dạng mặt đường như trượt trồi, gợn sóng, lún vệt bánh xe

+ Khuyết tật mặt đường: mặt đường bị bào mòn trơ cốt liệu, bong tróc tạo thành “ổ gà” nước thấm vào làm hư hỏng kết cấu mặt đường

Mỗi dạng hư hỏng đều có thể do một hay một số các nhóm nguyên nhân: công tác thiết kế chưa lựa chọn hợp lý hay chưa tính toán đúng và đủ kết cấu nền – mặt đường; công tác thi công từ khâu kiểm soát chất lượng vật liệu đến qui trình thi công; trong quá trình khai thác, tải trọng quá tải hay yếu tố thời tiết cực đoan, bất thường Một trong những yếu tố cơ bản đối với mặt đường bê tông nhựa cần được quan tâm từ khâu thiết kế, đến thi công và quá trình khai thác là vấn đề nhiệt độ của mặt đường

Nước ta trải dài từ Bắc (23o22’59” vĩ độ Bắc) đến Nam (8o34’vĩ độ Bắc) có thời tiết khí hậu và nhiệt độ không khí rất khác nhau Nhiều vùng có nhiệt độ không khí khác biệt khá lớn: Đà Lạt khí hậu mát quanh năm, nhiệt độ trung bình 17.9oC,

Ninh Thuận và Bình Thuận gần như nắng nóng quanh năm Bắc trung bộ như Quảng Trị, Quảng Bình nhiệt độ mùa nóng cũng rất cao có thể trên 40oC Tây bắc như Sa Pa có tuyết rơi vào mùa đông

Hiện nay, trong tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm của nước ta (22TCN 06) các thông số liên quan đến nhiệt độ không có sự phân biệt giữa những vùng có khí hậu rất khác nhau như Nam bộ và các vùng khác trong cả nước Tương tự, các hướng dẫn trong thi công và bảo dưỡng sửa chữa mặt đường bê tông nhựa cũng chưa bao gồm các chỉ dẫn về lựa chọn vật liệu hay qui trình thi công căn cứ điều kiện nhiệt độ

211-Việc nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến khả năng làm việc của mặt đường bê tông nhựa đã từ lâu được các nhà khoa học, thiết kế và xây dựng đường ô tô trong và ngoài nước tiến hành nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau nhằm khắc phục tối đa những nhược điểm này của mặt đường bê tông nhựa Việc nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu nóng ẩm quanh năm tại khu vực Nam bộ đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa để có được các khuyến cáo trong thiết kế, thi công

và khai thác mặt đường bê tông nhựa là hết sức cần thiết

2) Mục đích nghiên cứu của đề tài

Bê tông nhựa là vật liệu dùng phổ biến trong kết cấu áo đường ô tô Hầu hết các loại đường giao thông đường bộ ở khu vực Nam bộ đều dùng mặt đường bê tông nhựa hay mặt đường xử lý nhựa bề mặt.Trong tương lai bê tông nhựa cũng được dùng nhiều hơn trong quá trình công nghiệp hóa đất nước và chương trình nông thôn mới ở nước ta nói chung và Nam bộ nói riêng

Tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Sự phụ thuộc nhiệt độ của các tính chất của bê tông nhựa cũng được nghiên cứu tích cực không những trong nước mà trên thế giới nhằm hạn chế đến mức thấp nhất những nhược điểm, đồng thời phát huy những ưu điểm vốn có của bê tông nhựa vốn có

Các quốc gia hay những vùng khác nhau có khí hậu khácbiệt, nhiệt độ môi trường khác nhau vì vậy các nhà thiết kế kết cấu áo đường bê tông nhựa có những giới hạn nhiệt độ thiết kế riêng biệt, nhằm đưa ra kết cấu áo đường có đủ tính năng đáp ứng tốt nhất cho từng nước hay từng vùng cụ thể

Ở Việt Nam cũng như ở Nam bộ, trong thời gian gần đây khi vận tải đường

bộ phát triển nhanh chóng, việc xây dựng các tuyến đường cấp cao sử dụng bê tông nhựa làm mặt đường càng nhiều, thì hiện tượng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa cũng xảy ra ngày càng phổ biến hơn Các hư hỏng liên quan đến nhiệt độ như lún

vệt bánh xe, trượt trồi đã xảy ra tại các trục đường chính mới vừa đưa vào khai thác trong thời gian ngắn làm cho các nhà quản lý giao thông rất lo ngại Vì những hư hỏng này không chỉ làm chất lượng của mặt đường giảm đi, không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của công trình mà công tác khắc phục những hư hỏng đó cũng rất tốn kém gây thiệt hại lớn về kinh tế

Với những vấn đề còn tồn tại như trên, yếu tố nhiệt độ đối với bê tông nhựa trở thành bài toán kinh tế kỹ thuật quan trọng trong ngành giao thông đường bộ của nước ta Vì vậy đề tài tập trung vào mục đích nghiên cứu nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa nhằm góp phần giải quyết những hạn chế của mặt đường bê tông nhựa áp dụng cho khu vực Nam bộ Nghiên cứu về nhiệt độ của bê tông nhựa khu vực Nam bộ trong đề tài này được nghiên cứu với các nội dung chính như sau:

- Phân bố nhiệt theo chiều sâu trong lớp mặt bê tông nhựa

- Xây dựng phương trình quan hệ nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa mặt đường phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và đánh giá mức độ ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa của một số các yếu tố khí hậu như độ ẩm, tốc độ gió

- Đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều kiện khí hậu khu vực Nam bộ sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành 22TCN 211-06 và theo phương pháp Superpave

- Theo dõi quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa mặt đường trong thời gian thi công phụ thuộc nhiệt độ không khí để có một số khuyến cáo về thời gian lu lèn cũng như thời gian thông xe trong thi công mặt đường bê tông nhựa nhằm đảm bảo điều kiện nhiệt độ trong thi công theo qui định hiện hành

3) Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- Khí hậu, nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ như độ

ẩm, tốc độ gió ở khu vực Nam bộ

- Nhiệt độ trong bê tông nhựa và phân bố nhiệt độ trong bê tông nhựa mặt đường khu vực Nam bộ chịu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí và các yếu tố liên quan

- Quá trình hạ nhiệt trong thi công mặt đường bê tông nhựa nóng tại hiện trường trong điều kiện nhiệt độ thông thường ở Việt Nam

4) Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nghiên cứu nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa trong khai thác và các yếu tố ảnh hưởng được giới hạn trong khu vực Nam bộ bao gồm:

Đông Nam bộ gồm có các tỉnh, thành phố: Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước, Tây Ninh, thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu

Tây Nam bộ gồm có các tỉnh và thành phố: Vĩnh Long, Trà Vinh, Đồng Tháp, Bến Tre, Long An, Tiền Giang, An Giang, Hậu Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng, Kiên Giang, Bạc Liêu và Cà Mau

Phần theo dõi nhiệt độ trong quá trình thi công mặt đường bê tông nhựa nóng tương đối ngắn (một ngày cho mỗi vị trí cần thí nghiệm) ít chịu ảnh hưởng bởi nhiệt

độ bên ngoài nên không giới hạn phạm vi mà chỉ chọn công trường phù hợp có thể thực hiện thí nghiệm theo dõi hạ nhiệt trong quá trình thi công lớp bê tông nhựa nóng được thuận lợi

5) Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

- Ý nghĩa khoa học của đề tài:

+ Làm rõ ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến nhiệt độ trong bê tông nhựa của kết cấu áo đường mềm

+ Phương trình quan hệ của nhiệt độ không khí, các yếu tố liên quan và nhiệt

độ trong bê tông nhựa mặt đường tại khu vực Nam bộ

+ Làm cơ sở để mở rộng nghiên cứu cho các khu vực có khí hậu khác trong nước

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

+ Xác định nhiệt độ thiết kế kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam cho khu vực Nam bộ

+ Kiến nghị nhiệt độ thiết kế cho các tiêu chuẩn nước ngoài có thể áp dụng

ở Việt Nam như Superpave trong điều kiện khí hậu Nam bộ

+ Khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe khi thi công mặt đường

bê tông nhựa nóng trong điều kiện nhiệt độ Việt Nam

+ Hạn chế những bất lợi do nhiệt độ cao của điều kiện môi trường đến lớp bê tông nhựa của kết cấu áo đường mềm

6) Cấu trúc của luận án

Nội dung của luận án được trình bày 6 phần: Mở đầu, 4 chương, kết luận và kiến nghị Tổng số 113 trang là bao gồm 6 ảnh, 38 hình vẽ đồ thị và 36 bảng tính

độ gió

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ ẢNH HƯỞNG YẾU

TỐ NHIỆT TRONG THIẾT KẾ KHAI THÁC 1.1 Những vấn đề chung về mặt đường bê tông nhựa và ảnh hưởng yếu tố

nhiệt độ tới khả năng làm việc

1.1.1 Kết cấu mặt đường bê tông nhựa[20]

Kết cấu áo đường là kết quả của quá trình tính toán chọn và bố trí hợp lý các vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu các lớp áo đường, móng trên và móng dưới sao cho phù hợp nhất với các điều kiện cụ thể của từng dự án Chọn các giải pháp gia tăng cường độ và ổn định cường độ của kết cấu áo đường, hạn chế tác dụng phá hoại bề mặt do các phương tiện giao thông và tác nhân môi trường (tải trọng và nhiệt độ) Như vậy, để đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận, kinh tế thì việc thiết kế và xây dựng áo đường cần đạt được các yên cầu cơ bản sau đây:

Áo đường có đủ cường độ chung tức là đủ khả năng chống lại biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt, biến dạng co ngót do kéo uốn hay do nhiệt, đồng thời có đủ sức chịu các tác dụng phá hoại của các loại phương tiện giao thông và thiên nhiên

Mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng nhất định để giảm sức cản lăn, giảm xóc khi xe chạy, do đó nâng cao tốc độ xe chạy, giảm tiêu hao nhiên liệu, kéo dài tuổi thọ của xe

Bề mặt áo đường phải có độ nhám phù hợp để nâng cao hệ số bám giữa bánh

xe và mặt đường tạo điều kiện tốt cho xe chạy an toàn

Áo đường ít sản sinh bụi do hao mòn lớp mặt, bụi có tác dụng xấu đến hành khách, máy móc các phương tiện giao thông, gây ô nhiễm môi trường xung quanh nhất là môi trường đô thị hai bên tuyến đường

Thông thường ở Nam bộ, kết cấu mặt đường bê tông nhựa bao gồm: Lớp mặt

bê tông nhựa gồm hai lớp, lớp mặt sử dụng bê tông nhựa mịn (hạt nhỏ), lớp dưới sử dụng bê tông nhựa thô (hạt vừa) Phần móng cũng thường làm hai lớp, móng trên là cấp phối đá dăm loại I, lớp móng dưới là lớp cấp phối đá dăm loại II Lớp móng có thể có gia cố hoặc không Về tổng thể, kết cấu áo đường như hình 1.1

Hình 1.1 Kết cấu nền và áo đường

Kết cấu nền áo đường mềm được xem là đủ cường độ nếu trong suốt thời hạn thiết kế dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn tính toán trong bất kỳ lớp nào kể cả đất nền cũng không phát sinh biến dạng dẻo, tính liên tục của các lớp liền khối không bị phá vỡ và độ võng đàn hồi của kết cấu không vượt quá trị số cho phép

Theo tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06 yêu cầu tính toán và kiểm tra ba tiêu chuẩn cường độ sau:

* Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt trượt kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo chúng không xảy ra biến dạng dẻo

* Kiểm tra ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm hạn chế phát sinh vết nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó

* Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng trị số mô đun đàn hồi chung Ech của cả kết cấu nền, áo đường so với mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc

1.1.2 Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt tới khả năng làm việc của mặt đường bê tông nhựa

Hỗn hợp bê tông nhựa là vật liệu có tính chất đàn hồi - nhớt - dẻo Trong quá trình khai thác mặt đường bê tông nhựa, đặc tính của vật liệu thiên về tính đàn hồi hay chảy dẻo phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ và điều kiện tác dụng của tải trọng

Với tính chất đàn – nhớt – dẻo của hỗn hợp bê tông nhựa, vật liệu thể hiện đặc tính và ứng xử khác nhau phụ thuộc vào điều kiện khai thác, điển hình là đặc tính biến dạng trong điều kiện môi trường nhiệt độ cao Theo đó, biến dạng trượt trồi và lún vệt bánh xe xuất hiện phổ biến đối với mặt đường bê tông nhựa Nhưng khi nhiệt độ hạ thấp, tính dẻo của bê tông nhựa giảm rất nhanh và mặt đường trở nên giòn, dễ nứt dưới tác dụng của ứng suất nhiệt hay tải trọng xe

Hình 1.2 Biến dạng của mặt đường bê tông nhựa

Về mặt cường độ chống biến dạng có hai yếu tố ảnh hưởng là góc ma sát trong và lực dính, trong đó lực dính chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ Lực dính kết C gồm hai thành phần là C1 là lực liên kết do chèn móc giữa các hạt không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, C2 là thành phần lực liên kết do tác dụng dính bám giữa bi tum và hạt cốt liệu và lực liên kết bên trong của bi tum Thành phần C2 này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

Đặc điểm cơ bản của bê tông nhựa là các tính chất của nó phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ cao, độ quánh của bi tum trong bê tông nhựa giảm xuống, lực liên kết giữa các phần tử yếu đi làm cho cường độ của bê tông nhựa giảm xuống Khi nhiệt độ giảm xuống thấp, tính quánh của bê tông tăng lên làm cường độ của bê tông nhựa tăng lên

Như vậy khi nhiệt độ không khí thay đổi thì nhiệt độ của bê tông mặt đường cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi về bản chất của vật liệu bê tông nhựa, từ đó làm thay đổi cơ chế chịu tải và phá hoại của mặt đường bê tông nhựa

Ở điều kiện nhiệt độ cao, bê tông nhựa bị giảm khả năng chống biến dạng hay nói cách khác là do nhiệt độ tăng cao làm cho mô đun đàn hồi của bê tông nhựa giảm Quan hệ giữa mô đun đàn hồi với nhiệt độ đã được rất nhiều nghiên cứu đưa

ra một số kết quả

Theo kết quả nghiên cứu của L.I.Goreski, quan hệ giữa nhiệt độ hỗn hợp và

mô đun đàn hồi tương ứng của bê tông nhựa như sau:

Trong đó: t0C là nhiệt độ hỗn hợp bê tông nhựa

Kết quả nghiên cứu của L.B Ghezensvay

Trong khi đó bằng nghiên cứu thực nghiệm, L.B Ghezensvay lại đưa ra công thức:

E b/a = k (t55 – t )- E55 (1.2) Trong đó: k là hệ số góc đường thẳng E = f(t0C);

E55 và t55 : mô đun đàn hồi và nhiệt độ của bê tông nhựa ở 550C

Trong quá trình nghiên cứu, M.Rafiloiu đã chứng minh biến thiên nhiệt độ của không khí ảnh hưởng đến phân bố nhiệt theo chiều sâu trong kết cấu áo đường

và đã lập được quan hệ giữa mô đun đàn hồi của bê tông nhựa với nhiệt độ và bề dày lớp mặt đường như sau:

Trong đó: h là bề dày lớp mặt (cm); t nhiệt độ tính tóan (0C);

E là mô đun đàn hồi (E= 60.000 kG/cm2)

Khi xem xét ảnh hưởng của thời gian tác dụng tải trọng và ảnh hưởng của nhiệt độ đối với các đặc tính ứng suất biến dạng của vật liệu hỗn hợp, C.Vander Poel đã kiến nghị sử dụng mô đun độ cứng làm chỉ tiêu biểu thị tính chất của vật liệu đàn hồi - dính dẻo Mô đun độ cứng là tỷ số ứng suất và tổng biến dạng của vật liệu trong điều kiện thời gian tác dụng của tải trọng và nhiệt độ đã cho, tức là:

T t T

t S

σ- ứng suất tác dụng, Mpa;

ε- tổng biến dạng;

t- thời gian tác dụng tải trọng, s;

T- nhiệt độ của vật liệu, oC

Trên thực tế, biến dạng của bê tông nhựa rất phức tạp bao gồm: biến dạng đàn hồi, biến dạng nhớt, biến dạng đàn hồi chậm, biến dạng dẻo tùy theo điều kiện thời tiết, nhất là nhiệt độ và loại bê tông nhựa

Chính vì đặc tính của bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ nên các chỉ tiêu

cơ học của bê tông nhựa thường được xác định ở một nhiệt độ nhất định Nghĩa là, nhiệt độ trở thành một chỉ tiêu để thiết lập các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng bê tông nhựa Thí nghiệm Marshall được sử dụng để đánh giá khả năng chống lại biến dạng dẻo hay trong thí nghiệm Hveem để xác định tính dính kết hay đặc tính chịu kéo của hỗn hợp bê tông nhựa với nhiệt độ qui định là 60oC

Các thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi bao gồm mô đun phức động và

mô đun đàn hồi kéo gián tiếp tải trọng lặp được tiến hành ở 3 mức nhiệt độ khác nhau là 5oC, 20oC và 40oC tương ứng với các giá trị của hệ số nở ngang là 0.25, 0.35 và 0.4 Đây là các mức nhiệt độ tương ứng với điều kiện làm việc thông thường của bê tông nhựa (nứt gãy do ứng suất kéo ở nhiệt độ thấp là 5oC và biến dạng dẻo, cắt trượt trong điều kiện nhiệt độ cao 40oC) Thí nghiệm xác định MR đã được áp dụng như một trong những nội dung nghiên cứu của chương trình SHRP và căn cứ vào các kết quả thực nghiệm, người ta kết luận là mô đun đàn hồi giảm đáng

kể khi nhiệt độ tăng

1.1.3 Nhiệt độ thiết kế trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm

1.1.3.1 Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm của Việt Nam 22TCN 211-06[20]

Xét đến điều kiện nhiệt độ và độ ẩm, mùa hè là thời kỳ bất lợi vì mưa nhiều

và nhiệt độ tầng mặt cao Do vậy, khi tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi, chỉ tiêu của bê tông nhựa được lấy tương ứng với nhiệt độ tính toán là

30oC Tuy nhiên, tính toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn thì tình trạng bất lợi nhất đối với bê tông nhựa và hỗn hợp đá dăm nhựa lại là mùa lạnh, do vậy lúc này phải lấy trị số mô đun đàn hồi tính toán của chúng tương đương với nhiệt độ 10-15oC

Khi tính toán điều kiện cân bằng trượt thì nhiệt độ tính toán lớp dưới vẫn được chọn

là 30oC, riêng với lớp nằm trên cùng nhiệt độ được chọn lại là 60oC

Bảng 1.1 Các đặc trưng tính toán của bê tông nhựa và hỗn hợp đá nhựa

6 Đá dăm đen nhựa đặc

1.1.3.2 Nhiệt độ mặt đường theo Superpave [30], [ 62]

Theo Superpave nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của mặt đường trong điều

kiện khai thác thực tế được sử dụng để lựa chọn loại nhựa đường dùng cho bê tông

nhựa Superpave định nghĩa nhiệt độ cao thiết kế mặt đường là nhiệt độ tại độ sâu

20mm đối với mặt đường và nhiệt độ thấp thiết kế là nhiệt độ tại bề mặt mặt đường

Nhiệt độ cao được định nghĩa là nhiệt độ trung bình 7 ngày nóng nhất trong

năm tính cho chu kỳ khai thác của mặt đường

Nhiệt độ thấp được định nghĩa là nhiệt độ 1 ngày thấp nhất trong năm tính

cho chu kỳ khai thác của mặt đường

Để lựa chọn nhiệt độ, theo Superpave cần có số liệu quan trắc nhiệt trong nhiều năm Những trạm quan trắc có số liệu nhỏ hơn 20 năm sẽ không được sử dụng để tính toán nhiệt độ dùng cho việc thiết kế

1.1.3.3 Nhiệt độ thiết kế trong tiêu chuẩn của Nga (OДH 218.046-01)

Tiêu chuẩn thiết kế được dựa trên giả thiết kết cấu mặt đường mềm là hệ nhiều lớp đàn hồi trên nền đường là bán không gian vô hạn đàn hồi để tính toán các ứng suất, biến dạng ở vị trí cực hạn so với các thông số tương ứng các trạng thái giới hạn:

Độ võng đàn hồi giới hạn thể hiện qua giá trị mô đun đàn hồi yêu cầu tối thiểu, được xác định phụ thuộc vào tổng số tải trọng trục tính toán tích lũy trong thời gian phục vụ của áo đường và hệ số tính đến loại tải trọng tính toán, có xét đến yếu tố chiết giảm vùng khí hậu và hệ số tin cậy

Ứng suất kéo uốn giới hạn được tính toán cho lớp mặt bê tông nhựa và các lớp móng gia cố vô cơ theo cường độ chịu kéo khi uốn của vật liệu và các hệ số có xét đến tổng số tải trọng trục tính toán tích lũy trong thời gian phục vụ, loại vật liệu liền khối tính toán, hệ số điều kiện tải trọng thực tế và hệ số tin cậy

Ứng suất cắt trượt giới hạn được tính toán cho lớp nền và các lớp móng bằng vật liệu rời, phụ thuộc lực dính và góc nội ma sát của lớp vật liệu kiểm toán được lấy theo số lần tích lũy của tải trọng trục tính toán trong thời kỳ thiết kế Các hệ số đều xét đến điều kiện làm việc đồng nhất giữa các lớp, chiều dày và trọng lượng riêng trung bình của các lớp vật liệu nằm trên lớp kiểm toán

Yếu tố nhiệt trong tiêu chuẩn của Nga cũng được xem xét bằng cách qui định trị số mô đun đàn hồi tính toán được qui định theo trạng thái giới hạn tính toán và theo đặc điểm của từng đoạn đường, có xét đến các tác động ngắn hạn nhiều lần của hoạt tải gọi là tải trọng tức thời và tải trọng dài hạn (tại các vị trí điểm đỗ, dừng, tại nút giao cắt, tại bãi đỗ xe cũng như tác động về thời gian không ít hơn 10 phút gọi

là tải trọng dài hạn) Các số liệu với loại bê tông nhựa tương đương với các loại thường được sử dụng ở nước ta như trong bảng 1.2

Bàng 1.2 Mô đun đàn hồi tính toán của bê tông nhựa chặt sử dụng bitum đặc

40/60 và 60/90 trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đường của CHLB Nga

Điều kiện tải trọng

và loại hỗn hợp

Giá trị mô đun đàn hồi tính toán (Mpa) ứng với

trạng thái giới hạn tính toán

Ứng suất kéo

Độ võng đàn hồi (10oC)

Ứng suất cắt trượt ở nhiệt độ

1.1.3.4 Nhiệt độ thiết kế trong tiêu chuẩn của Cộng hòa Pháp

Tiêu chuẩn thiết kế được dựa trên giả thiết kết cấu nền mặt đường là hệ nhiều

lớp đàn hồi, các lớp dính chặt nhau, liên tục về chuyển vị ở các mặt tiếp giáp

+ Thông số trạng thái giới hạn

Biến dạng kéo cho phép ở đáy lớp vật liệu bê tông nhựa εt,ad hay ứng suất

kéo cho phép σt,ad dưới đáy lớp vật liệu gia cố vô cơ được xác định bằng thí nghiệm

phải đảm bảo lớn hơn giá trị biến dạng và ứng suất xuất hiện ở vị trí và tại các lớp

tương ứng Giá trị giới hạn được tính từ biến dạng khi đạt được sự phá hoại uốn qui

ước trên mẫu sau một số lần lặp lại với xác suất hư hỏng là 50%, ở nhiệt độ tương

đương và tần số gia tải đặc trưng cho các ứng suất mà lớp đang xét Ngoài ra, giá trị

giới hạn này còn xét đến hệ số hiệu chỉnh sai khác giữa mô hình và thực tế, có chiết

giảm xét đến sự không đồng nhất ở lớp dưới Số lần lặp chu kỳ được tính là số lần

tải trọng trục tính toán tích lũy trong thời kỳ thiết kế Nhiệt độ tương đương được

xác định theo nhiệt độ vùng, thường là 10oC hay 15oC Tần số gia tải là 10Hz

Biến dạng thẳng đứng giới hạn εz ở bề mặt các lớp có chất dính kết và nền

đường, phụ thuộc vào số lần tải trọng trục tính toán tích lũy trong thời kỳ thiết kế và

hệ số xét đến loại đường

+ Thông số tải trọng giao thông: số lần tải trọng trục tính toán 130kN tích lũy trong thời kỳ thiết kế

+ Yếu tố nhiệt theo tiêu chuẩn Pháp

Mô đun đàn hồi tính toán và trị số Poisson được đưa vào phần mềm tính toán

để xác định các ứng suất và biến dạng tại các vị trí tương ứng với vị trí xác định các thông số tới hạn Các thông số này được lấy như nhau khi tính toán với trạng thái giới hạn khác nhau Mô đun đàn hồi của bê tông nhựa được xác định bằng thí nghiệm uốn động mẫu dầm ngàm ở nhiệt độ tính toán, căn cứ vào điều kiện thực tế, thường là 10oC hay 15oC và tần số tác dụng lực là 10Hz

Bảng 1.3 Mô đun đàn hồi tính toán của bê tông nhựa theo tiêu chuẩn của Pháp

Bê tông nhựa và đá dăm 5400

Trị số mô đun đàn hồi tính toán của bê tông nhựa là một thông số quan trọng trong thiết kế áo đường mềm và trị số này phụ thuộc vào phương pháp tính, trạng thái giới hạn tính toán và thí nghiệm xác định

1.2 Các nghiên cứu liên quan đến nhiệt độ đối với mặt đường bê tông nhựa

1.2.1 Các nghiên cứu của nước ngoài về nhiệt độ khai thác của mặt đường bê tông nhựa

1.2.1.1 Nghiên cứu của Mỹ về nhiệt độ khai thác cho mặt đường bê tông nhựa

- Mô hình nhiệt trong SHRP- Phương pháp cơ học thực nghiệm [6], [30], [62]

Trong nghiên cứu này, mô hình nhiệt trong lớp mặt đường bê tông nhựa được thiết lập từ phân tích chuỗi số liệu đo đạc nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong kết cấu mặt đường ở các vị trí nghiên cứu Phương trình hồi quy được thiết lập từ cơ

sở lý thuyết truyền nhiệt và kết quả đo đạc thực tế Từ một số trạm đo đạc nhiệt độ mặt đường thiết lập phương trình hồi quy nhiệt độ trong các lớp mặt đường theo nhiệt độ không khí, vĩ độ

+ Nhiệt độ cao nhất trên bề mặt đường (Tsurf) (0C) theo công thức sau:

2 air max 0.00618 0.2289 24.4

+ Nhiệt độ cao nhất dưới bề mặt mặt đường 20mm (T20mm) (0C) theo công thức sau:

+ Nhiệt độ bề mặt mặt đường thấp nhất Tmin (0C) được tính theo công thức sau:

Trong đó Tair-min là nhiệt độ không khí thấp nhất tính phụ thuộc độ tin cậy R

Mô hình SHRP được xây dựng chỉ từ một số ít trạm đo đạc với thời gian ngắn nên chưa đánh giá chính xác được nhiệt độ mặt đường Hiện nay Superpave không còn sử dụng mô hình này để lựa chọn mác nhựa

- Mô hình nhiệt trong LTPP- Phương pháp cơ học thực nghiệm

Mô hình LTPP được phát triển từ kết quả phân tích thống kê chuỗi số liệu đo đạc nhiệt độ mặt đường và nhiệt độ không khí trong chương trình theo dõi nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa theo mùa SAPT (Seasonal Asphalt Concrete Pavement Temperature) Có tổng số 309 điểm đo trong thời gian từ 1993-1995 để xây dựng

Công thức (1.10) còn dùng để xác định nhiệt độ cao trong các lớp BTN dưới tùy thuộc vào chiều sâu H tính từ bề mặt đường

+ Nhiệt độ mặt đường thấp nhất TLowPav (0C) được tính theo công thức sau:

Hình 1.3 Quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và nhiệt độ không khí

Từ những kết quả đo đạc kiểm chứng và những phân tích trên, Superpave sử dụng mô hình LTPP để xác định nhiệt độ mặt đường phục vụ lựa chọn mác nhựa

- Nghiên cứu xây dựng mô hình phá hoại lún vệt bánh xe phụ thuộc nhiệt độ

RD (Rutting Damage Model)- Phương pháp cơ học thực nghiệm

Mô hình phá hoại hằn lún vệt bánh xe phụ thuộc vào nhiệt độ xác định mác

PG nhiệt độ cao được sử dụng trong phần mềm LTPPBIND V3.1 (31/10/2005)

Mô hình được phát triển từ thực nghiệm hiện trường tại187 điểm nghiên cứu

ở Mỹ Nhiệt độ không khí từng giờ được theo dõi và được phân tích trong 20 năm

Công thức sau xác định nhiệt độ PG cao (0C) với độ tin cậy R=50%

2

d

Trong đó:

hình phá hoại hằn lún vệt bánh xe (HLVBX)

DD là số ngày có nhiệt độ không khí >100C trong 20 năm (x1000)

RD chiều sâu HLVBX, chọn giới hạn trong khoảng từ 5-13mm

Công thức (1.13) điều chỉnh xác định nhiệt độ PG cao với độ tin cậy khác và với các vĩ độ dự án:

100

PGrel là nhiệt độ mặt đường chọn mác PG cao theo độ tin cậy R (0C)

Z là hệ số phụ thuộc độ tin cậy

CVPG là hệ số biến sai điều chỉnh nhiệt độ hàng năm

1.2.1.2 Nghiên cứu của Trung Quốc về nhiệt độ khai thác mặt đường bê tông nhựa

Ở Trung Quốc cũng có những nghiên cứu về mối quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và nhiệt độ không khí cho từng khu vực Trong một nghiên cứu cho khu vực Thượng Hải, Trung Quốc, từ nhiệt độ không khí, bức xạ nhiệt ở các trạm địa phương, lập phương trình hồi qui về nhiệt độ tmax của mặt đường nhựa lớn nhất ở khu vực Thượng Hải:

max - nhiệt độ không khí;

L- bức xạ nhiệt độ lớn nhất xác định tại khu vực Thượng Hải

1.2.1.3 Một số nghiên cứu của Indonesia về nhiệt độ khai thác của mặt đường bê tông nhựa 37

Nhiệt độ trong lớp mặt đường bê tông nhựa phụ thuộc nhiều vào các yếu tố: Nhiệt độ không khí, độ ẩm, bức xạ nhiệt, tốc độ gió và khả năng tản nhiệt của bề mặt đường Phân bố nhiệt trong mặt cắt kết cấu mặt đường được xem là yếu tố quan trọng liên quan đến đặc tính cường độ của các lớp vật liệu mặt đường nên có khá nhiều các nghiên cứu tương tự trong khu vực Đông Nam Á

Một nghiên cứu khá điển hình trong khu vực Đông Nam Á là nghiên cứu xây dựng mô hình nhiệt của mặt đường cho khu vực khí hậu nhiệt đới tại Indonexia trong phạm vi từ 6o vĩ Bắc đến 11o vĩ Nam Chương trình theo dõi SAGA ghi nhiệt

độ mỗi 30 phút 336 số liệu quan trắc được ghi lại bao gồm: Nhiệt độ không khí, độ

ẩm và nhiệt độ mặt đường theo chiều sâu

Khu vực theo dõi nằm trên quốc lộ Denpasar – Gilimanuk Các yếu tố ảnh hưởng được theo dõi là nhiệt độ và độ ẩm không khí, nhiệt độ trong kết cấu mặt đường theo chiều sâu Để loại bỏ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu khác, việc đo đạc được tiến hành vào thời điểm nắng trong mùa khô

Hình 1.4 Biến thiên theo giờ nhiệt độ không khí, độ ẩm, nhiệt độ bê tông nhựa

1.2.2 Các nghiên cứu của nước ngoài về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt của mặt đường bê tông nhựa

1.2.2.1 Một số nghiên cứu của Nhật Bản về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt độ mặt đường [42]

Ở Nhật Bản, những năm gần đây một số loại mặt đường đảm bảo khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt của mặt đường thấp đang rất phát triển Khả năng hấp thụ bức

xạ này đã giúp giảm nhiệt độ trong các lớp vật liệu mặt đường, như của Santamouris, năm 2013; Kinouchi et al., năm 2004

Kinouchi et al năm 2004, Hendel et al., năm 2014 đã phát triển loại mặt đường bê tông nhựa có hệ số phản bức xạ lớn và độ sáng thấp sử dụng công nghệ

sơn phủ tiên tiến Các đo đạc tại hiện trường trong nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt

độ trong mặt đường có lớp sơn phủ thấp hơn nhiệt độ trong mặt đường bê tông nhựa thông thường

Synnefa et al, năm 2011 đã nghiên cứu loại mặt đường bê tông nhựa màu, mỏng với khả năng phản xạ bức xạ nhiệt của mặt trời cao Kết quả thí nghiệm của nghiên cứu này cho thấy các mẫu màu trắng nhạt có mức phản xạ bức xạ nhiệt mặt trời cao nhất cũng như có độ giảm nhiệt độ lớn nhất so với mặt đường bê tông nhựa thường

Trong nghiên cứu, tác giả đã sử dụng vật liệu mặt đường là bê tông nhựa rỗng được chèn lỗ rỗng bằng vữa xi măng có khả năng hấp thụ và giữ nước (40-80% theo khối lượng), giảm hấp thụ bức xạ nhiệt Khả năng giảm nhiệt so với mặt đường bê tông nhựa thông thường khi nhiệt độ mặt đường lên tới 60oC theo kết quả nghiên cứu là 10oC đến 20oC tùy thuộc vào loại vữa sử dụng Nghiên cứu sử dụng 4 loại vữa với các thành phần cơ bản như trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Tên gọi và hỗn hợp vật liệu

NCZ NCF UCZ UCF

NPC+CWP+NZ NPC+CWP+FA URHC+CWP+NZ URHC+CWP+FA

NPC – xi măng Pooc lăng thông thường (normal Portland cement)

CWP – bột thải gốm (ceramic waste powder)

NZ – zeolite tự nhiên (natural zeolite)

FA – tro bay (fly ash)

URHC – xi măng đông cứng cực nhanh (ultra-rapid hardening cement)

Thành phần hóa học và tính chất vật lý cơ bản của mỗi loại vật liệu thành phần: Tỉ lệ N/X của vữa lấy giá trị không đổi là 1:3 theo khối lượng Sử dụng xi măng đông cứng nhanh và một số phụ gia đặc biệt

Kết quả các thí nghiệm ở hai hiện trường thi công được thực hiện:

+ Hiện trường 1: Bê tông nhựa rỗng PoA, được thi công sử dụng nhựa đường

60/80, dày 5 cm, độ rỗng dư 23% Vữa được sử dụng 2 loại là UCZ và UCF Theo dõi nhiệt thực hiện từ ngày 1 đến ngày 30/8/2014

+ Hiện trường 2: Bê tông nhựa rỗng PoA, được thi công sử dụng nhựa đường

60/80, dày 5 cm, độ rỗng dư 15% Vữa được sử dụng 2 loại là NCZ và NCF Theo dõi nhiệt thực hiện từ ngày 23/7 đến ngày 26/8/2015

Kết quả nghiên cứu nhiệt độ mặt đường (tại độ sâu 5mm) được đo cho các hiện trường thử nghiệm với các loại vữa khác nhau:

Hình 1.5 Đồ thị biến thiên nhiệt độ từ 19/8 - 21/8/2014 ở hiện trường 1

1.2.2.2 Một số nghiên cứu của Trung Quốc về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt độ mặt đường [49]

Mặt đường nhựa với màu đen hấp thụ bức xạ nhiệt mặt trời rất lớn làm cho nhiệt độ của mặt đường lên cao Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính biến dạng của vật liệu bê tông nhựa, dễ phát sinh hư hỏng như trượt trồi và lún vệt bánh xe Việc giảm nhiệt độ mặt đường là một hướng nghiên cứu

Để giảm nhiệt độ của mặt đường trong mùa hè, có nhiều nghiên cứu về công nghệ đã được thực hiện: tạo ra vật liệu mát (vật liệu có khả năng phản xạ nhiệt), vật liệu thay đổi màu sắc phụ thuộc nhiệt độ, mặt đường thấm nước và thu nhiệt trong mặt đường nhựa.Trong số các công nghệ này, công nghệ vật liệu phản xạ thường có hiệu quả làm mát nhanh, nhưng dễ bị hư hại do tác dụng của xe cộ và các yếu tố môi trường Mặt đường thấm nước và mặt đường thu nhiệt có khả năng chống hằn lún kém Các nghiên cứu gần đây cho thấy khả năng có thể can thiệp tính dẫn nhiệt

của mặt đường bằng kết cấu dẫn nhiệt cao và lớp mặt có khả năng kháng nóng hay kết cấu truyền gradient nhiệt nóng

Xu hướng nghiên cứu tập trung giải quyết mục tiêu làm giảm nhiệt độ của lớp bê tông nhựa trong thời gian khai thác bằng giải pháp thoát nhiệt có định hướng sử dụng vật liệu dẫn nhiệt nhanh được đặt trong mặt đường bê tông nhựa Các thanh sắt được đặt trong hỗn hợp, dẫn nhiệt từ mặt đường xuống tới các lớp móng và nền đường

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ tại độ sâu 4 cm dưới bề mặt đường có thể giảm từ 3.6oC đến 6.5oC Theo dõi lún với mẫu đối chứng, sau 500,000 lần tác dụng của tải trọng chiều sâu vệt lún giảm đến 43.4%

1.2.3 Một số nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa nóng trong thời gian thi công

Một số nghiên cứu khác tập trung vào quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa trong và sau khi thi công chính là quá trình truyền nhiệt từ hỗn hợp bê tông nhựa vào môi trường xung quanh: không khí, các lớp vật liệu bên cạnh và phía dưới của lớp rải Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp

bê tông nhựa rải nóng là:

+ Nhiệt độ của lớp rải: đây là yếu tố quan trọng, vì nó quyết định hầu hết các

quá trình truyền nhiệt, đặc biệt là quá trình tỏa nhiệt phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt

độ giữa nhiệt độ mặt đường và nhiệt độ không khí Quá trình hấp thụ nhiệt từ lớp bê tông nhựa rải nóng vào các lớp dưới cũng phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa mặt đường và các lớp dưới

+ Chiều dày lớp rải: ảnh hưởng đến quá trình tỏa nhiệt ra không khí và hấp

thụ nhiệt của lớp dưới

+ Nhiệt độ không khí: chênh lệch nhiệt độ giữa mặt đường và không khí + Tốc độ gió: quyết định lượng nhiệt truyền ra không khí qua đối lưu

Theo hướng nghiên cứu này, H.L ter Huerne, A.G Dorée và S.R Miller năm 2008 đã theo dõi nhiệt độ của hỗn hợp bê tông nhựa rải nóng trong quá trình thi công, sử dụng một số công nghệ khác nhau Nhóm H.L ter Huerne, A.G Dorée

và S.R Miller đã sử dụng máy ảnh hồng ngoại điều khiển bằng tay Máy ảnh hồng ngoại công nghiệp được gắn trên máy rải và máy quét hồng ngoại tự động được gắn trên máy rải đồng thời theo dõi nhiệt độ bằng nhiệt kế số

Nghiên cứu ban đầu này được tiếp tục sau đó với nhóm nghiên cứu [29] từ trường này gồm có Alexandr Vasenev, Frank Bijleveld, Timo Hartmann và André G Dorée, năm 2012 Nhóm nghiên cứu đã thiết lập các chỉ dẫn đối với khoảng đầm nén cho hỗn hợp bê tông nhựa (hình 1.8), dự báo quá trình hạ nhiệt và thiết lập hệ thống theo dõi nhiệt tự động để kiểm soát quá trình thi công

Hình 1.6 Đường cong hạ nhiệt của lớp bê tông nhựa mới rải

Nghiên cứu này đã xây dựng được phương trình và phần mềm có tên gọi là PaveCool có tác dụng dự báo tốc độ hạ nhiệt với thông số đầu vào bao gồm:

+ Loại, tình trạng mặt đường (ẩm, khô, băng, tuyết) và nhiệt độ mặt đường + Loại hỗn hợp, chất dính kết và nhiệt độ hỗn hợp tại hiện trường

+ Chiều dày lớp rải

+ Các điều kiện môi trường: nhiệt độ không khí, tốc độ gió, mây che phủ, vĩ độ + Nhiệt độ bắt đầu và kết thúc lu lèn, ngày và giờ

Tiếp tục với hướng nghiên cứu này [67], nhóm nghiên cứu Yuhong Wang, P.E; Songye Zhu, M.ASCE; và Alvin S T Wong năm 2014 đã xây dựng phương trình mô phỏng quá trình hạ nhiệt trên cơ sở khái niệm cơ bản quá trình hạ nhiệt Nghiên cứu cũng thực hiện đo quá trình hạ nhiệt của lớp mặt bê tông nhựa rải mới ở

2 hiện trường bằng sensor nhiệt, đồng thời theo dõi các tham số khác như nhiệt độ không khí, tốc độ gió, tỉ lệ mây che phủ, Kết quả sau khi đo được đối chứng với đường tính toán theo phương trình mô phỏng Kết quả nghiên cứu thể hiện trong hình (1.7)

Thời gian (giờ)

Hình 1.7 Đối chứng số liệu đo thực tế và giá trị tính toán theo mô hình

ở 2 hiện trường

1.2.4 Các nghiên cứu trong nước về nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa

1.2.4.1 Nghiên cứu phân bố nhiệt trong bê tông nhựa bằng cách giải phương trình truyền nhiệt bằng phương pháp số [15]

Nghiên cứu dựa trên phương trình vi phân dẫn nhiệt của vật rắn là mối quan

hệ giữa nhiệt độ tại một điểm bất kỳ trong vật biến thiên theo không gian và thời gian của quá trình dẫn nhiệt:

t y

t x

t c

2 2

Theo định luật Phurie: q j .gradt

Đối với bài toán phẳng:



m j

t t

Trên cơ sở đó, tác giả tính toán cho một kết cấu áo đường cụ thể như sau: Chọn áo đường bê tông nhựa kiểu đơn giản gồm hai lớp vật liệu, dày 52.5cm

+ Lớp trên là bê tông nhựa dày 14cm, có các thông số nhiệt:

Hệ số dẫn nhiệt λ1= 1.0416 W/mđộ, Mật độ ρ1= 2100 kg/m3, Nhiệt dung riêng: c1=1666.6 J/kgđộ

+ Lớp dưới là đá dăm, dày 38.5 cm, có các thông số nhiệt:

Hệ số dẫn nhiệt λ2= 2.70 W/mđộ, Mật độ ρ2= 2630 kg/m3, Nhiệt dung riêng:

c2=775 J/kgđộ

+ Lớp dưới cùng là đất gia cố xi măng đầm chặt, các thông số nhiệt:

Hệ số dẫn nhiệt λ3= 2.15 W/mđộ, Mật độ ρ3= 2320 kg/m3, Nhiệt dung riêng:

c3= 810 J/kgđộ

a) Chọn các phân tố thể tích, bước thời gian

Dòng nhiệt chủ yếu hướng chiều sâu, nên nhiệt độ thay đổi theo hướng đó, gọi là hướng x

Chia bề dày áo đường thành 15 khoảng đều nhau ∆x=3.5cm Chúng ta xác định nhiệt độ tại các bề mặt ký hiệu là t1, t2, t15, t16

Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được phân thành các phân tố 1, 2, 3 và 4, phần còn lại là các phân tố đá dăm

b) Lập các phương trình số cho các phân tố

1 1

1 2

m

m m

16

1 15

1

14 8,785 3,892893

,

90,92276

,805

+ Do ảnh hưởng trực tiếp của nhiệt độ không khí và bức xạ mặt trời, nhiệt

độ mặt trên cùng của áo đường bê tông nhựa dao động tuần hoàn không phải hàm điều hòa

+ Biên độ dao động nhiệt độ của các lớp trong áo đường bê tông nhựa giảm dần từ mặt trên cùng đến mặt dưới cùng Thời điểm nhiệt độ đạt cực đại tại mặt trên cùng là 12 giờ, thời điểm nhiệt độ đạt cực đại chậm dần đối với các lớp dưới

+ Phân bố nhiệt trong áo đường là đường cong, luôn có một điểm gãy khúc nằm tại vị trí tiếp giáp giữa vật liệu nhựa bê tông và lớp đá dăm Độ cong của đường phân bố nhiệt độ tập trung trong lớp vật liệu bê tông nhựa Trong lớp đá dăm đường phân bố nhiệt gần như là đường thẳng

1.2.4.2 Nghiên cứu quy luật phân bố nhiệt sử dụng phương trình truyền nhiệt trong môi trường bán không gian đồng nhất [17]

Nghiên cứu trực tiếp về mặt lý thuyết qui luật phân bố nhiệt độ trong lớp mặt đường bê tông nhựa là vấn đề khó khăn do tính phức tạp của các các yếu tố ảnh hưởng và của bản thân các lớp vật liệu mặt đường Vì vậy, thông thường có thể áp dụng phương pháp gián tiếp để nghiên cứu xác định qui luật phân bố nhiệt độ trong lớp mặt đường như sau:

Sử dụng và giải phương trình truyền nhiệt trong môi trường bán không gian đồng nhất để tìm qui luật phân bố nhiệt độ của nền đất

Nhiệt độ bề mặt của hệ được xem là dao động điều hòa, tuân theo điều kiện biên:

t(z=0,T)=ttbmặt + tn.max.cosωT (1.18)Trong đó:

Ttbmặt- nhiệt độ trung bình ngày đêm ở bề mặt, oC;

tn.max- biên độ dao động nhiệt độ lớn nhất trong ngày tại bề mặt, oC;





  2 - tần số dao động nhiệt độ tại bề mặt (τ là chu kỳ tính bằng 24 giờ) Qui luật phân bố nhiệt trong nền đất tại chiều sâu Z và ở thời điểm T được xác định như sau:

) 2 cos(

).

2 exp(

. .max

) ,

t Z K t

Trong đó:

α là hệ số truyền nhiệt độ tính toán, (m2/giờ);

Nhiệt độ trung bình bề mặt ttbmặt là trị số trung bình cộng của nhiệt độ đo được ở bốn thời điểm: 1 giờ, 7 giờ, 13 giờ và 19 giờ trong ngày

4

19 13 7

t

 (1.20) K- hệ số xét đến ảnh hưởng của phân bố nhiệt độ ở trường nhiệt dừng:

max

max

Z

t t

Xử lý số liệu chuỗi 20 năm quan trắc của đài khí tượng Láng (Hà Nội),

=0.5oC, xác định được hệ số truyền nhiệt độ tính toán α tùy vào trị số tn.max bảng 1.5 dưới đây:

Bằng cách dựa trên kết quả phân bố nhiệt trong nền đất để tìm qui luật phân

bố nhiệt trong lớp mặt đường bê tông nhựa bằng cách qui đổi ra lớp bê tông nhựa tương đương theo ba phương pháp qui đổi sau:

+ Phương pháp tương đương theo nhiệt lượng giữ lại của hai kết cấu:

Hình 1.8 Sơ đồ đổi bề dày theo điều kiện tương đương về nhiệt lượng

Theo phương pháp này thì lớp bê tông nhựa có chiều dày h1, hệ số truyền nhiệt λ1, hệ số truyền nhiệt độ α1, sẽ tương đương với lớp đất tự nhiên có bề dày hd,

hệ số truyền nhiệt λd và hệ số truyền nhiệt αd Nếu cùng một đơn vị thời gian có