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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt 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 (Tóm tắt LA tiến sĩ)
Trang 1BỘ 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
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2017
Trang 2Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học giao thông vận tải
Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS TRẦN THỊ KIM ĐĂNG
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1- Thư viện quốc gia
2- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải
Trang 3do có nhiều ưu điểm nổi bật như: tạo 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 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 Để những tuyến đường có chất lượng cao, ổn định trong quá trình khai thác, với giá thành hợp lý là mục tiêu của 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 Trong quá trình khai thác, mặt đường bê tông nhựa thường phát sinh các
hư hỏng liên quan đến nhiệt như: Rạn nứt mặt đường, biến dạng trượt trồi, lún vệt bánh xe
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, Nam bộ khí hậu nóng quanh năm nhiệt độ trung bình 27.6oC, Nam Trung bộ như 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 211-06) các thông số liên quan đến nhiệt độ không có sự phân biệt giữa những vùng có khí hậu rất khác nhau Trong thi công và bảo dưỡng sửa chữa mặt đường bê tông nhựa cũng chưa quan tâm về thời gian lu lèn và thông xe trong điều kiện nhiệt độ cho phép
Việc nghiên cứu đối với điều kiện nóng ẩm quanh năm của khu vực Nam bộ ảnh hưởng đến nhiệt độ trong mặt đường bê tông nhựa để có được
Trang 4Yếu tố nhiệt độ 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 do nhiệt độ với các nội dung chính như sau:
- 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 trong thời gian thi công để khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe trong thi công mặt đường bê tông nhựa
Trang 53
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- 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
- 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 Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát nhiệt độ hiện trường tại khu vực Nam bộ (thành phố Hồ Chí Minh, Bình Dương và Long An), thu thập nhiệt độ chuỗi 21 năm ở Trung tâm khí tượng thủy văn Nam bộ, tham khảo nhiệt độ theo QCVN 02/2009 khu vực Nam bộ
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm nhằm lập quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa với các ảnh hưởng của chúng
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- 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 trong bê tông nhựa mặt đường với nhiệt độ không khí và các yếu tố liên quan ở khu vực Nam bộ
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
+ Xác định nhiệt độ thiết kế kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn hiện hành 22TCN 211-06 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
bê tông nhựa nóng trong điều kiện nhiệt độ Việt Nam
Trang 64
6 Cấu trúc của đề tài:
Đề tài: “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” gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chương, phần kết luận, kiến
nghị và định hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo
và phụ lục
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
1.1.2 Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt tới khả năng làm việc của mặt
đường bê tông nhựa
1.1.3 Nhiệt độ thiết kế trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo
đường mềm
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
1.2.2 Các nghiên cứu của nước ngoài về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt của mặt đường bê tông nhựa
1.2.3 Một số nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa nóng trong thời gian thi công
1.2.4 Các nghiên cứu trong nước về nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa
1.3 Đánh giá- đặt vấn đề nghiên cứu
1.3.1 Đánh giá
+ Nghiên cứu của Mỹ: Ba mô hình SHRP, LTPP và RD có quá trình khảo sát công phu, thời gian khảo sát dài, qui mô khảo sát rộng trên
Trang 75
khắp Bắc Mỹ, phương tiện khảo sát hiện đại Nhiệt độ trong bê tông nhựa được xác định thông qua nhiệt độ không khí, bức xạ (được đánh giá thông qua vĩ độ) và có hệ số độ tin cậy
+ Các nghiên cứu của Trung Quốc: Trong hai nghiên cứu của Trung Quốc, một nghiên cứu tản nhiệt trong bê tông nhựa bằng thanh kim loại Thanh kim loại ngoài tác dụng tải nhiệt còn có tác dụng chịu kéo uốn cho bê tông nhựa rất tốt Giải pháp này ngoài giảm nhiệt cho lớp mặt còn có tác dụng gia cường, tăng khả năng kháng trượt và kháng kéo cho lớp bê tông nhựa nên được coi là hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao cho đường có tải trọng nặng và đường cao tốc Ngoài ra, nghiên cứu Trung Quốc về nhiệt của mặt đường bê tông nhựa chịu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí và bức xạ mặt trời
+ Các nghiên cứu của Nhật Bản: Đây là nhóm nghiên cứu cải thiện hấp thụ nhiệt của mặt đường bê tông nhựa bằng cách dùng sơn hay cấp phối hỗn hợp nhựa có độ phản bức xạ nhiệt cao để làm giảm nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa
+ Một số nghiên cứu trong khu vực Đông Nam Á như Indonexia cho thấy nhiệt độ trong bê tông nhựa chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nhiệt độ không khí và độ ẩm không khí Nghiên cứu này cần được tham khảo vì Indonesia rất gần với nước ta
+ Đề tài đã đề xuất phương pháp lựa chọn mác nhựa đường PG, xây dựng Tiêu chuẩn phân cấp nhựa đường PG và xây dựng hệ thống thiết
bị Thử́ nghiệm nhựa đường PG phù hợp với điều kiện nhiệt độ vùng của các tỉnh ở Việt Nam theo Superpave Đây chính là cơ sở để Việt Nam áp dụng những tiêu chuẩn của Superpave trong tương lai
1.3.2 Đặt vấn đề nghiên cứu
Các nghiên cứu về nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa hiện nay có thể chia thành ba xu thế chính:
+ Các nghiên cứu về nhiệt độ khai thác của mặt đường, thay đổi chế
độ nhiệt trong các lớp mặt đường phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng như: độ ẩm không khí,
Trang 86
tốc độ gió, bức xạ mặt trời Kết quả nghiên cứu được sử dụng để lựa chọn vật liệu mặt đường và lựa chọn các thông số của vật liệu bê tông nhựa phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường
+ Các nghiên cứu về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt độ mặt đường
bê tông nhựa trong khai thác để giảm nguy cơ hư hỏng biến dạng của mặt đường và độ bền khai thác mặt đường bê tông nhựa
+ Các nghiên cứu về quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa rải nóng trong quá trình thi công phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt
độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió và chiều dày lớp rải
Trong điều kiện cơ bản của Việt Nam hiện nay, với xu thế điều kiện thời tiết cực đoan, nắng nóng cục bộ và thời gian nắng nóng kéo dài, chất lượng thi công và chất lượng khai thác của mặt đường bê tông nhựa bị ảnh hưởng nhiều Việc nghiên cứu về nhiệt độ khai thác mặt đường và kiểm soát nhiệt độ trong thi công mặt đường bê tông nhựa rải nóng là cần thiết
Đề tài nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sau:
- Điều kiện khí hậu khu vực Nam bộ và các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ khai thác của mặt đường bê tông nhựa;
- Nghiên cứu thực nghiệm tìm sự phân bố nhiệt trong bê tông nhựa đồng thời lập phương trình quan hệ của nhiệt độ trong bê tông nhựa với nhiệt độ không khí và một số yếu tố ảnh hưởng cơ bản;
- Đề xuất nhiệt độ tính toán lớp bê tông nhựa của kết cấu áo đường mềm cho khu vực Nam bộ khi sử dụng một số tiêu chuẩn hiện hành
- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa rải nóng trong thời gian thi công, khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe trong điều kiện nhiệt độ môi trường Nam bộ
Trang 97
CHƯƠNG 2 THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN NHIỆT
ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM KHU VỰC NAM BỘ 2.1 Các yếu tố khí hậu có ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường
2.1.1 Trao đổi nhiệt giữa lớp bê tông nhựa mặt đường và môi trường xung quanh
Hình 2.1 Trao đổi nhiệt giữa bê tông nhựa và môi trường xung
quanh
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí:
2.2 Khu vực Nam bộ trong phân vùng khí hậu đường sá Việt
2.3.1 Mạng lưới giao thông khu vực Nam bộ
2.3.2 Đặc điểm mạng lưới đường bộ khu vực Nam bộ
2.4 Thu thập và phân tích dữ liệu điều kiện khí hậu khu vực
Nam bộ
Trang 108
2.4.1 Thu thập dữ liệu nhiệt độ khu vực Nam bộ
2.4.2 Phân tích dữ liệu nhiệt độ tại khu vực Nam bộ
2.5 Kết luận
+ Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất theo Superpave của khu vực Nam bộ như sau:
Nhiệt độ không khí cao nhất khu vực Nam bộ: Tcao kk 35 9oC
Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ: TTB kk 27 6oC
Nhiệt độ không khí thấp nhất khu vực Nam bộ: Tthap kk 19 6oC
+ Nhiệt độ cao, trung bình và thấp nhất trung bình theo QCVN 02/2009
của khu vực Nam bộ như sau:
Nhiệt độ không khí cao nhất khu vực Nam bộ: Tcao kk 31 7oC
Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ: TTB kk 27 0oC
Nhiệt độ không khí thấp nhất khu vực Nam bộ: Tthap kk 23 8oC
+ Độ ẩm không khí trung bình của khu vực Nam bộ là:
Trang 119
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
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
3.1.1 Lựa chọn hiện trường
3.1.2 Phương pháp theo dõi thu thập số liệu nhiệt độ mặt đường và các yếu tố ảnh hưởng
3.1.3 Mô hình thống kê và xử lý số liệu
3.2 Nghiên cứu thực nghiệm - tổng hợp số liệu thực nghiệm
3.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm- tổng hợp số liệu thực nghiệm
Hình 3.2 Đồ thị nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa theo
Nhật độ không khí
Trang 1210
Hình 3.3 Đồ thị nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm và
tốc độ gió theo thời gian
3.2.2 Nhận xét
3.2.3 Theo dõi quá trình hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa nóng trong
quá trình thi công
3.3 Xây dựng phương trình quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình khai thác
- Để xây dựng phương trình thực nghiệm dựa trên số liệu đo đạt
nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa ở các
độ sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm các các trạm ở thành phố Hồ Chí Minh, tỉnh Bình Dương và tỉnh Long An
- Tìm phương trình quan hệ giữa nhiệt độ trong bê tông nhựa với nhiệt độ không khí và các yếu tố liên quan bằng phương pháp bình phương bé nhất, phân tích hồi qui, phân tích phương sai để xác định giá trị các hệ số trong mô hình hồi qui, kiểm tra mô hình theo độ tương thích của chúng
- Ngày nay việc tìm phương trình hồi qui thực nghiệm được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên dụng như: MiniTAB, SPSS hay dùng hàm excel Trong luận án này tác giả dùng phần mềm MiniTAB
3.3.1 Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa (T), nhiệt độ không khí (T kk ) và độ ẩm không khí (W)
- Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ trên bề mặt bê tông nhựa
(T mđ ), nhiệt độ không khí (T kk ) và độ ẩm không khí (W)
Tmđ = 2.271Tkk +0.005W2 - 0.799W
(3.1) R=99.23%
Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97%
Trong đó:
Trang 1311
Tmđ- nhiệt độ cần tính trên bề mặt mặt đường (oC);
Tkk- nhiệt độ không khí (oC);
W- độ ẩm không khí (%)
- Nhiệt độ của tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ
không khí và chiều sâu H Bê tông nhựa trong quá trình tỏa nhiệt
Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1) (3.2)
R=98.7%
Giới hạn Tkk: 22oC-29oC Trong đó:
Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);
H- chiều sâu (mm);
Tkk- nhiệt độ bề mặt bê tông nhựa (oC);
- Nhiệt độ của tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ
không khí và chiều sâu H, bê tông nhựa trong quá trình thu nhiệt
Th = 1.548Tkk- 1.194ln(H+1) (3.3)
R=99.2%
Giới hạn Tkk: 28oC-40oC Trong đó:
Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);
H- chiều sâu (mm);
Tkk- nhiệt độ bề mặt bê tông nhựa (oC);
3.3.4 Diễn biến giảm nhiệt độ trong quá trình thi công bê tông nhựa mặt
đường
Với kết quả theo dõi hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa trong quá trình thi công ta được các đường biểu diễn như các hình 3.4a; 3.4b; 3.4c; 3.4d
Để thấy quá trình diễn biến của chúng, ta có thể so sánh từng
cặp với số liệu được đối chứng theo nhóm (xem hình 3.17), như sau:
Trang 1412
So sánh quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa có kích cỡ hạt danh định lớn nhất khác nhau, cùng chiều dày và cùng khu vực đo, với mức nhiệt độ không khí khá tương đồng (Hiện trường C và hiện
trường D) Hình 3.17(a)
So sánh quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa có kích cỡ danh định như nhau (19mm), có chiều dày khác nhau (5cm và 7cm) Lưu ý, đây là số liệu đo ở hiện trường của 02 khu vực khác nhau Hiện trường A&B, lớp BTNC19 dày 5 cm, nhiệt độ không khí dao động từ 29-31oC, hiện trường D, lớp BTNC 19 dày 7cm, nhiệt độ không khí dao động từ 20-22oC Hình 3.17(b)
So sánh quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa có chiều dày như nhau (5cm), sử dụng loại nhựa đường khác nhau (nhựa thường 60/70 và nhựa PMBIII) Trong việc so sánh này, nhiệt độ môi trường rất khác nhau, nhiệt độ không khí của hiện trường A&B (hỗn hợp bê tông nhựa thường) là 29-31oC, trong khi nhiệt độ không khí của hiện trường E (hỗn hợp nhựa PMBIII) là 32-43oC Hình 3.17(c)
Hình 3.17 (a) So sánh quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa có kích
