Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: 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

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

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

iii

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

vii

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

KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN Ý NGHĨA

T Nhiệt độ vật liệu

Nhiệt độ bề mặt mặt đường bê tông nhựa Tmđ

Nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm T2cm

Nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 5cm T5cm

Nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 7cm T7cm

Nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 12cm T12cm

Nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu H

oC oC oC oC oC oC oC oC

Th Tkk Nhiệt độ không khí

caoT

Nhiệt độ không khí cao

kk TBT

Nhiệt độ không khí trung bình

kk thapT

Nhiệt độ không khí thấp

Nhiệt độ ảnh hưởng biến dạng phá hoại vĩnh cửu Teff(PD)

ĐV

Nhiệt độ ảnh hưởng phá hoại mỏi tương đương Teff(FC)

ttT

Nhiệt độ tính toán cường độ theo độ võng đàn hồi

ttT

Nhiệt độ tính toán theo điều kiện cân bằng trượt

ttT

Nhiệt độ tính toán theo điều kiện nứt mỏi

kk caoDNB

Nhiệt độ cao ở Đông Nam bộ

kk T TBDNB

Nhiệt độ trung bình ở Đông Nam bộ

kkMK T TBDNB

Nhiệt độ trung bình mùa khô ở Đông Nam bộ

kkMM T TBDNB

Nhiệt độ trung bình mùa mưa ở Đông Nam bộ

kk thapDNB

Nhiệt độ thấp mùa khô ở Đông Nam bộ

kk caoTNB

Nhiệt độ cao ở Tây Nam bộ

kk T TBTNB

Nhiệt độ trung bình ở Tây Nam bộ

kkMK T TBTNB

Nhiệt độ trung bình mùa khô ở Tây Nam bộ

kkMM T TBTNB

Nhiệt độ trung bình mùa mưa ở Tây Nam bộ

kk thapTNB

Nhiệt độ thấp mùa khô ở Tây Nam bộ

H Mm Độ sâu trong bê tông nhựa mặt đường

viii

KÝ HIỆU THỨ NGUYÊN Ý NGHĨA

W Độ ẩm môi trường %

caoW

Độ ẩm môi trường cao %

kk TBW

Độ ẩm môi trường trung bình %

thapW

Độ ẩm môi trường thấp %

V Vận tốc gió m/s

E Mô đun đàn hồi Mpa

Mô đun độ cứng Mpa St,T

σ Ứng suất tác dụng Mpa

ε Biến dạng M

Cường độ kéo uốn Mpa Rku

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

tđ

Bảng 1.7. Các trị số

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 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

TT Tên bảng Trang

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

TT Tên hình Trang

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

xii

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,

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 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.

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.

Phần phụ lục có 157 trang bao gồm:

Phụ lục 1: số liệu thu thập về nhiệt độ không khí trong 21 năm (từ 1995 đến

2015) ở đài Khí tượng thủy văn Nam bộ.

Phục lục 2: thực nghiệm hiện trường tại 3 trạm ở thành phố Hồ Chí Minh,

tỉnh Long An và tỉnh Bình Dương về nhiệt độ không khí, nhiệt độ bê tông nhựa ở

mặt đường đường và ở các độ sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm, độ ẩm không khí và tốc

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:

(1.1) Eb/a = 28100. e-0,0446 t

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:

(1.2) E b/a = k (t55 – t )- E55

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:

(1.3) E b/a = E (1 – 0,03h )(1-1,18 logt/10)

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:

TtS ,

  

    

, Tt

(1.4)

Trong đó:

St,T- mô đun độ cứng phụ thuộc thời gian tác dụng của tải trọng và nhiệt

độ, MPa;

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

Mô đun đàn hồi E (Mpa) ở nhiệt độ Cường độ

Loại vật liệu kéo uốn 10-15oC 30oC 60oC Rku (Mpa)

1 2 3 4 5

1. Bê tông nhựa chặt (Đá 1800-2200 420 300 2.2-2.8 Dăm ≥ 50%)

2. Bê tông nhựa chặt (Đá 1600-2000 350 250 1.6-2.0 Dăm ≥ 35%)

3. Bê tông nhựa chặt (Đá 1200-1600 280 200 1.2-1.6 Dăm ≥ 20%)

4. Bê tông nhựa rỗng 1200-1600 320 250 1.2-1.6

5. Bê tông nhựa cát 225 190 1.1-1.3

6. Đá dăm đen nhựa đặc 800-1000 350 chêm chèn

7. Thấm nhập nhựa 400-600 280-320

8. Đá, sỏi trộn nhựa lỏng 400-500 220-250

(Các giá trị mô đun đàn hồi trong bảng 1.1 là mô đun đàn hồi tĩnh theo 22TCN

211-06)

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

Giá trị mô đun đàn hồi tính toán (Mpa) ứng với trạng thái giới hạn tính toán

Ứng suất cắt trượt ở nhiệt độ Điều kiện tải trọng và loại hỗn hợp

Ứng suất kéo 20oC 30oC 40oC 50oC Độ võng đàn hồi (10oC)

Tải trọng tức thời

Loại bitum 40/60 6000 4400 2600 1550 850 520

Loại bitum 60/90 4500 3200 1800 1100 650 460

Tải trọng dài hạn

Loại bitum 40/60 480 420 360 300

Loại bitum 60/90 400 350 300 250

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

Mô đun đàn hồi Mô hình thí nghiệm Tiêu chuẩn tính toán tính toán (Mpa)

15oC Uốn động mẫu dầm ngàm NFP 98-086

5400 Bê tông nhựa và đá dăm

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.

0.00618

0.2289

24.4







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

surf

2 L at

L at

T air max 

(1.5)

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

0.00589

0.21848

22.4801







thức sau:

T 20

2 L at

L at

T 0.9545 air max 

(1.6)

Trong đó Lat là vĩ độ trạm khí tượng; Tair-max là nhiệt độ không khí cao nhất

Z S .





(0C) tính phụ thuộc độ tin cậy R

T air

max

T tb

7max

air



(1.7)

Với Ttb7max là nhiệt độ không khí trung bình 7 ngày cao nhất; Sair là độ lệch

chuẩn của chuỗi số liệu nhiệt độ trong 20 năm; Z là hệ số phụ thuộc độ tin cậy khi

R=98% thì Z= 2.055 và khi R=50% thì Z=0.

0.859

1.7





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

air

min

T 

T min

(1.8)

Z S .





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

T air

min

T tb

min

air



(1.9)

Với Ttbmin là nhiệt độ không khí trung bình 1 ngày thấp nhất; Sair là độ lệch

chuẩn của chuỗi số liệu nhiệt độ trong 20 năm; Z là hệ số phụ thuộc độ tin cậy khi

R=98% thì Z= 2.055 và khi R=50% thì Z=0.

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

mô hình.

0.0025

15.14lg(

25)

)







(9 0.61 S 

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

HighPav

54.32 0.78 T  air

2 L at

2 air

max



(1.10)

Trong đó Tair-max là nhiệt độ không khí trung bình 7 ngày cao nhất (0C); H là

chiều sâu tính từ bề mặt đường (mm). Z và Sair xác định như trên.

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.

0.004

6.26lg(

25)

)

 







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

T LowPav

1.56 0.72 T  air

2 L at

2 (4.4 0.52 S  air

min



(1.11)

Trong đó Tair-min là nhiệt độ không khí trung bình 1 ngày thấp nhất (0C); H là

chiều sâu tính từ bề mặt mặt đường (mm). Z và Sair xác định như trên.

Hình (1.3) thể hiện đường phân tích thống kê mô hình LTPP giữa nhiệt độ

mặt đường và nhiệt độ không khí. Hình (1.4) thể hiện nhiệt độ mặt đường theo

chiều sâu và hình (1.5) thể hiện kiểm chứng thực tế của mô hình nhiệt theo LTPP.

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.

0.96



48.2 14 



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

dPG

(1.12)

Trong đó:

PGd là nhiệt độ mặt đường sử dụng để lựa chọn mác PG cao dựa trên mô

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:



rel

PG d

Z PG CVPG . d 100

(1.13)

Trong đó:

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

0.000034.(

20)





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

L at

(1.14)

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+0,07L

(1.15) tmax= 8.68+0,874to

Trong đó:

max - nhiệt độ không khí;

tmax - Nhiệt độ mặt đường. to

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

)

0 ( a ự h n g n ô t ê b g n ờ ư đ t ặ m ộ đ t ệ i h N

đạc được tiến hành vào thời điểm nắng trong mùa khô.

Thời gian

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

Hỗn hợp Tên

NPC+CWP+NZ NCZ

NPC+CWP+FA NCF

URHC+CWP+NZ UCZ

URHC+CWP+FA UCF

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

)

Thời gian đầm lèn tối ưu

Nhiệt độ đầm lèn tối ưu

0 ( h n ì b g n u r t g n ờ ư đ t ặ m ộ đ t ệ i h N

Thời gian (giờ)

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).

)

0 ( ộ đ t ệ i h N

Thời gian (phút)

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 2

t   

 c 

 x 

 y 

 z 

  

 q v c  

(1.16)

a 

λ- hệ số dẫn nhiệt;

 c 

- hệ số khuếch tán nhiệt (m2/s)

Để khảo sát sự phân bố nhiệt của kết cấu áo đường mềm, tác giả đã tìm cách giải phương trình vi phân dẫn nhiệt bằng bài toán cụ thể với một kết cấu áo đường bê tông nhựa như sau:

(1.17)

  

 Fq j

 j

tV  j



1 

gradt

.

q j

m 1



Theo định luật Phurie:

t   

Đối với bài toán phẳng:

λ – hệ số dẫn nhiệt; δ- bề dày tấm; Gradt- gradien nhiệt độ; tm1, tm2 tương

ứng là nhiệt độ hai mặt ở cùng thời điểm.

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.

1 

2121

749

463







m 1

m 2

m 1

m 1  k 

1 

874,0

74,2

874,0









m 1

m 2

m 3

m 2

b) Lập các phương trình số cho các phân tố

1 

893,3

785

892,3









m 14

m 15

m 16

m 15



05,4

276

90,92









m 15

m 16

…

c) Kết luận:

Từ việc giải phương trình dẫn nhiệt trong một kết cấu áo đường cụ thể có

chiều dày 52.2cm gồm có lớp bê tông nhựa dày 14cm, lớp đá dăm dày 38.5cm trên

nền đất để khảo sát sự phân bố nhiệt trong bê tông nhựa ta rút ra được một số kết

luận như sau:

+ 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

exp(

cos(

)

T 





tZK 



xác định như sau:

(

TZ ,

)

tbmat

max

 2 

(1.19)

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.





t tbmat

t  4

(1.20)



tbmat



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

max Z

max

(1.21)

Zmax- chiều sâu mà tại đó nhiệt độ chỉ dao động xung quanh một khoảng ∆t

(

Lnt

)







nào đó và rút ra được công thức sau:

max

 3618

(1.22)

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

GS.TS Dương Học Hải đã xác định trị số Zmax=0.4m và với Zmax=0.4m. ∆t

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

1.5 dưới đây:

Bảng 1.5. Hệ số truyền nhiệt

30 20-30 10-20 10 tn.max(oC)

α (m2/h) 0.0012 0.0014 0.0018 0.0030

Trị số biên dao động nhiệt lớn nhất trong ngày tại bề mặt lớn nhất và nhỏ

nhất của mặt đất quan trắc được trong ngày.

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

cùng nhiệt lượng đi vào Q1, đi ra Q2, thì ở bất kỳ thời điểm nào nhiệt lượng giữ lại

∆Qd = ∆Q1

(1.23)

trong hai lớp là:

h 1





(1.24)

 d

 1

dt dz

Theo định luật Fourier ta có:

exp(

.2[

exp(

cos(

)



]1) 







 11

hm 11

hm d

 d

 4

Thay công thức (1.8) vào công thức (1.13) rồi đạo hàm hai vế ta có:

Đặt vế phải là Fđ(λd, ad, hd) vế trái là F1(λ1, a1, h1). Tính toán cho bê tông nhựa có

λ1=0,9kcal/m.h.oC, α1=0,0024 m2/h và với nền đất tự nhiên có λd=1,2 kcal/m.h.oC, hệ số

αd phụ thuộc vào tn,max, Zmax, Tmđường bảng 1.6 như sau:

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

d, (m2/h)

αt/t αt/t Tmđường (oC) Tmđường (oC)

+70 0,0011504 +40 0,0023198

+60 0,0013197 +35 0,0027442

+50 0,0013869

+ Phương pháp tương đương theo nhiệt kháng:

Theo phương pháp này thì bề dày lớp bê tông nhựa được chuyển đổi từ bề

(1.25)

h h d  1  1 d

dày nền đất tự nhiên theo điều kiện:

tđ sẽ được lấy theo công thức:

Có thể tính λd theo hai trường hợp. Nếu lấy theo trị số vật lý thì λd=1,2

(1.26)

tđ đ  

t ./ Ca t .  d

Kcal/m.h.oC, còn nếu lấy theo trị số tính toán thì λd

Trong đó: C- tỷ nhiệt của đất (Kcal/kg.oC);

tđ

γ- dung trọng của đất (kG/m3).

đ với λd=2000-2200 kG/m3 theo

Tùy theo loại đất ta có thể tính các trị số

bảng 1.7 như sau:

tđ

đ tùy thuộc vào loại đất

Bảng 1.7. Các trị số

d,(Kcal/m.h.oC)

Loại đất C,(Kcal/kg.oC) λt/d

Sét có W= 20% 1,2-1,58 0,357

Sét có W= 40% 0,473

Á sét 1,39 0,346

Á cát 1,55 0,322

+ Phương pháp tương đương theo nhiệt độ:

Theo phương pháp này thì việc qui đổi tuân theo giả thiết: hai lớp vật liệu

được gọi là tương đương về phương diện truyền nhiệt nếu tại cùng thời điểm nhiệt

độ trên mặt của hai lớp vật liệu như nhau thì nhiệt độ tại mặt dưới của chúng cũng

bằng nhau.

Theo phương pháp này thì lớp bê tông nhựa có chiều dày h1, hệ số truyền

nhiệt độ a1, lớp đất tự nhiên có bề dày hd, hệ số truyền nhiệt độ ad, sẽ tương đương

nhau nếu ở cùng thời điểm T trong ngày mà nhiệt độ trên mặt đất (Tmđ) bằng nhiệt

độ trên mặt đường (Tmđường) thì nhiệt độ dưới lớp đất hd là td và lớp dưới mặt bê tông

nhựa h1 là t1 phải bằng nhau.



mđđuon

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

 11

d hmhm  d

mđ 

T   t 

. h

Ta có:



m 1

. h 1

a 1 a

 2 a

 2 a 1

h 1  h d

Trong đó: ; (1.27)

1.2.4.3. Nghiên cứu phân loại nhựa đường theo Superpave (nhựa đường PG) và đề

xuất áp dụng trong xây dựng đường Bộ Việt Nam, Đề tài cấp bộ 2015 Mã số đề tài

DT 154015 [4]

Trong đề tài, nhóm tác giả khảo sát nhiệt độ bằng phương pháp chuyên dụng.

Nhiệt độ được đo từ các đầu đo cảm biến K, máy đo đa kênh TDS 302 của hãng

Tokyo Sokki Kenkyujo có 10 kênh đo cùng lúc, khả năng lấy mẫu là 1s/1 kết quả.

Kết quả tổng hợp 6 ngày được 688 bộ số liệu của 6 đầu đo ở cách mặt

đường, độ sâu dưới mặt đường lần lượt là 20mm, 50mm, 90mm, 117mm và không

khí cách mặt đường 2000mm. Xử lý số liệu bằng phần mềm Minitab.

Qua kết quả đo nhiệt độ các lớp mặt đường bê tông nhựa ở Hà Nội trong thời

gian cao điểm nắng nóng cuối tháng 5, đầu tháng 6, nhóm nghiên cứu rút ra những

kết luận sau:

+ Nhiệt độ đo được trong kết cấu mặt đường giảm dần theo chiều sâu. Nhiệt

độ cao nhất của bề mặt mặt đường chưa đến 70oC.

+ Có thể dùng các phương trình hồi qui thiết lập được để xác định nhiệt độ

mặt đường khi biết nhiệt độ không khí.

+ Quan hệ giữa nhiệt độ trong kết cấu mặt đường của điểm nghiên cứu Thn ở

chiều sâu H với nhiệt độ không khí Tkk xác định được bằng phương trình hồi qui:

Thn = -22.73 + 2.30Tkk - 8.81lg(H+25) (1.28)

+ Có thể dùng các phương trình hồi qui rút ra được khi phân tích trạm Hà

Nội để kiểm chứng các mô hình SHRP và LTPP khi lựa chọn mác nhựa ở nhiệt độ

cao ở Việt Nam.

T20mm = -49.41 + 2.62Tkk (1.29)

T20mm = 3.737 + 0.8955Tmặt đường (1.30)

+ Đề tài đã đề xuất phương pháp lựa chọn mác nhựa đường PG phù hợp với

điều kiện nhiệt độ vùng, đặc tính dòng xe và theo chiều sâu kết cấu áo đường.

+ Xây dựng tiêu chuẩn phân cấp nhựa đường PG phù hợp với điều kiện

Việt Nam.

+ Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm nhựa đường PG phù hợp với điều

kiện Việt Nam.

1.2.4.4. Nghiên cứu chế độ nhiệt phục vụ tính toán thiết kế kết cấu mặt đường bê

tông nhựa trong điều kiện Việt Nam, đề tài cấp bộ 2009-2011, mã số DT093013 [9]

Trong đề tài này, nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát trực tiếp nhiệt độ không

khí, mặt đường và trong lớp bê tông nhựa tại các hiện trường ở ba địa phương là Hà

Nội, Nghệ An và thành phố Hồ Chí Minh. Tiến hành xử lý số liệu và lập được mối

quan hệ như sau:

1) Khu vực thành phố Hà Nội:

+ Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ lớp bê tông nhựa ở chiều sâu

h 083.0

h 263.1

014.0

92.12











bất kỳ theo phương trình.

2 T 019.0 a

T 124.0 a

hT . a

(1.31)

2) Khu vực thành phố Vinh- Nghệ An:

+ Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ lớp bê tông nhựa ở chiều sâu

h 091.0

h 269.1

622.23











(1.32)

2 T 048.0 a

T 054.1 a

hT .1.0 a

bất kỳ theo phương trình.

3) Khu vực thành phố Hồ Chí Minh:

+ Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ lớp bê tông nhựa ở chiều sâu

h 009.0

h 397.5

149.0

51.103











bất kỳ theo phương trình.

2 T 0165 a

T 26.7 a

hT . a

(1.33)

Trong đó:

T- nhiệt độ lớp bê tông nhựa ở độ sâu h (oC);

h- chiều sâu cần tính (cm);

Ta- nhiệt độ không khí (oC).

1.3. Đánh giá- đặt vấn đề nghiên cứu

1.3.1 Đánh giá

Qua các nghiên cứu về nhiệt độ trong bê tông nhựa và các yếu tố ảnh hưởng

có thể rút ra một số nhận xét sau:

+ 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 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.

Phương trình tính nhiệt độ trong bê tông cũng được chia thành hai trường hợp là

tính cho nhiệt độ cao theo SHRP bởi công thức (1.5) và (1.6) và tính cho nhiệt độ

thấp bởi công thức (1.8) và (1.9), theo LTPP bởi công thức (1.10) và tính cho nhiệt

độ thấp bởi công thức (1.11).

+ 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. Ở đây thanh

kim loại ngoài tác dụng tải nhiệt còn có tác dụng chịu kéo uốn cho bê tông nhựa

rất tốt. Tuy giá thành bê tông nhựa tăng cao nhưng 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. Nghiên cứu thứ hai nằm trong nhóm

nghiên cứu 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. Nhiệt

độ mặt đường chịu ảnh hưởng của bức xạ nhiệt.

+ 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. Đây là hướng nghiên cứu cần được tham khảo vì Indonesia rất gần

với nước ta. Đặc biệt ở khu vực Nam bộ có độ ẩm cao và nhiệt độ môi trường nóng

quanh năm.

+ Đề tài [4] 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.

+ Từ các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề nhiệt trong bê tông nhựa

cho thấy rõ ràng bê tông nhựa là loại vật liệu chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ. Nhiệt

độ trong bê tông nhựa không những chịu ảnh hưởng từ nhiệt độ không khí mà còn bởi

các yếu tố khác như bức xạ mặt trời, độ ẩm, tốc độ gió...

+ Khu vực Nam bộ chưa được khảo sát đánh giá tác động của nhiệt không khí

tác động đến kết cấu áo đường bê tông nhựa tại hiện trường, trong khi khu vực này là

có kinh tế phát triển, tập trung nhiều đầu mối giao thông và nhiều hư hỏng sớm của mặt

đường bê tông nhựalại sớm xuất hiện nhiều hư hỏng. Nhiệt độ ở đây cao gần như

quanh năm, mật độ đường có mặt là bê tông nhựa khá cao. Vì thế, cần được khảo sát

đánh giá để xác định nhiệt độ tính toán, thiết kế và khai thác nhằm khắc phục những

hạn chế do nhiệt độ cao đối với mặt đường bê tông nhựa.

+ Tóm lại, tất cả các nghiên cứu trên về nhiệt độ và ảnh hưởng của nhiệt độ

trong bê tông nhựa nhằm đưa ra các biện pháp hạn chế những tác động xấu đến kết

cấu áo đường mềm. Đây là vấn đề mà đề tài này quan tâm và tiến hành nghiên cứu

cho khu vực Nam bộ.

1.3.2. Đặt vấn đề nghiên cứu

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng đối với bê tông nhựa, quyết định tính chất của

vật liệu và các ứng xử cơ học của vật liệu khi chịu tác dụng của tải trọng. Nhiệt độ

khai thác của mặt đường là cơ sở để lựa chọn vật liệu mặt đường, lựa chọn thông số

thiết kế kết cấu mặt đường.

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, 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, cụ thể là tình

trạng lún vệt bánh xe và trượt trồi mặt đường bê tông nhựa xuất hiện phổ biến sau

những đợt nắng nóng kéo dài. 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 rất cần thiết.

Đề tài nghiên cứu này 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 nhắm tìm ra 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 và phương pháp tính toán kết cấu

mặt đường mềm.

- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa rải nóng trong

thời gian thi công để khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe sau khi thi

công trong điều kiện Việt Nam.

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[16]

Nhiệt độ và truyền nhiệt độ là hai trạng thái vật lý luôn tồn tại, tức là nếu có

nhiệt độ thì có sự truyền nhiệt. Truyền nhiệt là quá trình phức tạp xảy ra đồng thời

bởi ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản là: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.

Trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt là dạng truyền nhiệt năng từ vùng có nhiệt độ

cao đến vùng có nhiệt độ thấp do sự truyền năng lượng hoặc do va chạm các phần

tử và các nguyên tử.

Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình xảy ra khi chất lỏng chảy qua bề mặt chất

rắn có sự chêch lệch nhiệt độ giữa bề mặt và môi trường chất lỏng, lúc này bề mặt

chất rắn và chất lỏng có quá trình trao đổi nhiệt được gọi là quá trình trao đổi nhiệt

đối lưu.

Trao đổi nhiệt bức xạ xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách xa

nhau trong môi trường chân không thì sự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và trao đổi

nhiệt đối lưu không tồn tại. Trong trường hợp này sự truyền nhiệt giữa các vật là sự

trao đổi nhiệt bức xạ. Các vật luôn phát ra năng lượng bức xạ truyền đi trong không

gian dưới dạng sóng điện từ tuân theo định luật Maxwell về lý thuyết sóng điện từ

hoặc dưới dạng những photon rời rạc theo lý thuyết Planck. Cả hai lý thuyết này

đều được áp dụng trong việc nghiên cứu về trao đổi nhiệt bức xạ.

Quá trình trao đổi nhiệt giữa mặt đường bê tông nhựa và môi trường xung

quanh trong thời gian khai thác có thể mô tả tóm tắt như sau:

Ban ngày, khi trời nắng, nhiệt độ cao, mặt đường bê tông nhựa hấp thụ bức

xạ nhiệt từ mặt trời. Nhiệt lượng hấp thụ phụ thuộc vào lượng bức xạ nhiệt từ mặt

trời, thường là thay đổi theo vĩ độ khu vực vị trí mặt đường, khả năng phản xạ lại

bức xạ nhiệt từ mặt trời phụ thuộc vào loại và màu sắc vật liệu mặt đường.

Lượng nhiệt hấp thụ được đối lưu với nhiệt độ môi trường. Lượng nhiệt đối

lưu phụ thuộc vào điều kiện độ ẩm của môi trường và tốc độ gió. Trong quá trình

đối lưu, mặt đường có thể hấp thụ bức xạ nhiệt từ không khí hoặc tỏa nhiệt vào

không khí.

Lượng nhiệt hấp thụ vào mặt đường bê tông nhựa có thể truyền vào các lớp

vật liệu phía dưới (lớp móng và nền đất) và các lớp xung quanh, như vỉa hè, lớp vỉa

bê tông. Trong quá trình tỏa nhiệt, nhiệt có thể truyền theo hướng ngược lại, như

trường hợp ban đêm, nhiệt độ hấp thụ vào lớp móng và nền đất truyền ngược lại qua

Bức xạ nhiệt mặt đường lên không khí

lớp mặt bê tông nhựa, theo đối lưu để tỏa nhiệt ra môi trường không khí.

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

Như vậy, phương trình trao đổi nhiệt giữa mặt đường bê tông nhựa và môi









trường có thể được viết như sau [33]:

QQQ



solar

abs

rad

conv

cond

(2.1)

Trong đó:

- tổng dòng nhiệt (W.m-2);

- bức xạ nhiệt mặt trời;

Q solarQ solarQ   - suất phản chiếu của mặt đường;

- phần phản xạ lại bức xạ nhiệt mặt trời từ mặt đường;

- bức xạ nhiệt từ không khí;

- bức xạ nhiệt từ mặt đường lên không khí;

- đối lưu nhiệt với không khí;

absQ radQ convQ condQ

- hấp thụ nhiệt xuống các lớp vật liệu phía dưới.

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

Nhiệt độ không khí chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố của điều kiện môi trường tự

nhiên cũng như yếu tố do con người tác động đến môi trường xung quanh như sau:

- Yếu tố tự nhiên:

+ Tương quan giữa mặt trời và trái đất: yếu tố này chủ yếu là bức xạ mặt trời,

bức xạ tia cực tím làm tăng nhiệt độ bề mặt trái đất.

+ Khói bụi từ hoạt động của núi lửa cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí.

+ Địa hình: địa hình càng cao nhiệt độ không khí càng thấp.

+ Lớp phủ thực vật: lớp phủ thực vật không những làm giảm nhiệt độ mà còn

điều hòa nhiệt độ cho bầu không khí xung quanh.

+ Thủy văn: diện tích mặt nước lớn làm tăng độ ẩm không khí, từ đó làm giảm

nhiệt độ không khí. Gió cũng là yêu tố quan trọng trong việc cải tạo bầu không khí, làm

cho bầu không khí mát mẻ, trong lành hơn ở khu vực đô thị.

+ Kinh độ, vĩ độ cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí. Khi nhiệt độ ở vĩ

độ cao tăng, nhiệt độ ở vĩ độ thấp lại giảm.

- Yếu tố do con người:

+ Hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất ngày càng nóng lên là do các

hoạt động của con người trong quá trình sản xuất, giao thông vận tải, chăn nuôi đại

gia súc, khai thác rừng, cháy rừng…

+ Trong đô thị, do nhà bê tông hóa và nhà cao tầng chắn gió, độ ẩm thấp làm

cho nhiệt độ cũng cao hơn ngoài đô thị.

Như vậy, có thể thấy rằng nhiệt độ khai thác của lớp bê tông nhựa mặt đường

chịu ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên và khí hậu cơ bản sau:

- Nhiệt độ không khí.

- Độ ẩm môi trường (%).

- Tốc độ gió (m/s).

- Bức xạ nhiệt mặt trời, có thể xem là phụ thuộc vị trí (vĩ độ) của tuyến

đường đang khai thác.

- Ngoài ra, nhiệt độ khai thác của lớp bê tông nhựa còn phụ thuộc vào đặc

tính (nhiệt) của vật liệu mặt đường, như là hệ số truyền nhiệt của vật liệu bê tông

nhựa mặt đường, suất phản xạ (nhiệt) từ mặt đường.

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

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

Khu vực Nam bộ bao gồm hai vùng: Đông Nam bộ và Tây Nam bộ. Nhìn

chung, địa hình khu vực Nam bộ khá bằng phẳng, phía Đông và Nam giáp biển,

phía Bắc và Tây Bắc giáp vương quốc Campuchia và một phần phía Đông Bắc giáp

Nam Trung bộ. Trong đó, Đông Nam bộ có độ cao từ 100 - 200m, cấu tạo địa chất

chủ yếu là đất đỏ bazan và đất phù sa cổ. Tây Nam bộ có độ cao trung bình gần 2m,

chủ yếu là đất của phù sa mới. Có một số núi thấp ở khu vực tiếp giáp với tỉnh Kiên

Giang và Campuchia.

Đông Nam bộ về phía Bắc-Tây Bắc giáp Campuchia, phía Đông và Nam

giáp biển Đông, phía Tây-Tây Nam giáp Campuchia và đồng bằng sông Cửu Long,

phía Bắc - Đông Bắc giáp Tây Nguyên và duyên hải Nam Trung bộ. Vùng có diện

tích tự nhiên 23.605 km2, chiếm 7,1% diện tích cả nước. Theo số liệu tổng điều tra

dân số tại thời điểm 01/4/2009, vùng Đông Nam Bộ có khoảng 14 triệu người,

chiếm 16,3% dân số cả nước, trong đó TP. Hồ Chí Minh chiếm 51%. Mật độ dân

số của vùng là 594 người/km2, gấp gần 2,3 lần mật độ dân số chung của cả nước.

Đây cũng là vùng có tỷ lệ tăng dân số cao nhất cả nước (3.2%).

Tây Nam bộ còn gọi là vùng đồng bằng sông Cửu Long: phía Bắc giáp Đông

Nam Bộ, phía Tây giáp Campuchia, phía Nam và Đông giáp biển. Qui mô dân số

toàn vùng hơn 17 triệu dân. Tây Nam bộ có đặc điểm tự nhiên rất đặc biệt là gần

một nửa diện tích bị ngập lũ từ 3 đến 4 tháng trong năm. Điều này gây nhiều khó

khăn cho cuộc sống người dân nhưng cũng mang lại nhiều nguồn lợi. Người dân

xem mùa lũ là mùa khai thác thủy sản tự nhiên, bồi đắp phù sa và rửa phèn cho

đồng ruộng. Nhiều sông rạch còn được xem là con đường giao thông thủy tốt.

Hai hệ thống sông lớn nhất trong vùng là sông Đồng Nai và sông Cửu Long.

Ngược với dòng sông Đồng Nai có lượng phù sa thấp, dòng sông Cửu Long có

lượng nước đổ về trung bình khoảng 4.000 tỷ mét khối và hàng năm vận chuyển

khoảng 100 triệu tấn phù sa, có diện tích 39.734 km². Đồng bằng sông Cửu Long

vẫn còn là một vùng đất thấp, cao độ trung bình so với mặt biển chỉ vào khoảng 2

mét. Một số khu vực như tứ giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười và phía Tây sông

Hậu đang tồn tại ở mức thấp hơn mặt biển. Các nhà nghiên cứu lịch sử và địa chất

về vùng đất này cho rằng, cách đây hàng triệu năm nơi này vốn là một vịnh lớn

nhưng đã được bồi đắp dần bởi lượng phù sa khổng lồ từ sông Cửu Long.

Đồi núi chủ yếu tập trung ở Đông Nam bộ như núi Bà Rá (Bình Phước) cao

736m, núi Chứa Chan (Đồng Nai) cao 839m, núi Bao Quan (Bà Rịa - Vũng Tàu) cao

529m, núi Thị Vải (Bà Rịa - Vũng Tàu) cao 461m, núi Bà Đen (Tây Ninh) cao 986m...

Khu vực phía Tây có dãy Thất Sơn (An Giang) và dãy Hàm Ninh (Kiên Giang).

Nam bộ nằm trong vùng đặc trưng có khí hậu nhiệt đới gió mùa và cận xích

đạo, nền nhiệt ẩm phong phú, ánh nắng dồi dào, thời gian bức xạ dài, nhiệt độ khá

cao. Biên độ nhiệt ngày đêm giữa các tháng trong năm thấp và ôn hòa. Độ ẩm trung

bình hàng năm khoảng từ 80 - 82%. Khí hậu hình thành trên hai mùa rõ rệt là mùa

khô và mùa mưa. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 tới tháng 4.

Lượng mưa hàng năm dao động từ 966 - 1325mm. Mưa phân bố không đều,

giảm dần từ thành phố Hồ Chí Minh xuống khu vực phía Tây và Tây Nam. Đông

Nam có lượng mưa thấp nhất. Lũ ở Nam bộ tương đối nhẹ nhàng, ở đồng bằng sông

Cửu Long người dân xem mùa lũ là “mùa nước nổi”.

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

Điều kiện khí hậu cũng như những điều kiện tự nhiên khác có ảnh hưởng đến

toàn bộ công trình nói chung và mặt đường bê tông nhựa nói riêng. Các ảnh hưởng

ở đây không chỉ là những hư hỏng của công trình nền mặt đường do các yếu tố khí

hậu trong quá trình sử dụng mà còn ảnh hưởng đến công tác thiết kế và các giải

pháp kỹ thuật thích hợp. Phân chia khu vực khí hậu là phân chia lãnh thổ quốc gia

thành các vùng lãnh thổ có các tính chất chủ đạo của các nhân tố khí hậu có ảnh

hưởng đến công trình ở mức độ tương đối giống nhau. Cơ sở để thành lập phân khu

khí hậu là điều kiện địa lý, địa mạo, nhiệt độ, lượng mưa, lượng bốc hơi, chế độ gió,

nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời…

Theo qui chuẩn kỹ thuật Quốc Gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây

dựng của bộ Xây dựng TCVN QCVN 02:2009/BXD[28], Việt Nam thuộc vùng khí

hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa. Lãnh thổ Việt Nam được chia thành hai miền Bắc và

Nam với khí hậu khác biệt.

Miền Bắc từ 16 độ vĩ Bắc, ngang với đèo Hải Vân trở ra Bắc: có mùa đông

lạnh. Vùng đồng bằng tháng lạnh có nhiệt độ trung bình từ 10-15oC.

Miền Nam từ 16 độ vĩ Bắc ngang với đèo Hải Vân trở vào Nam: không có

mùa đông lạnh. Vùng đồng bằng quanh năm nóng và được chia làm hai mùa rõ rệt

là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11

đến tháng 4.

Trên cơ sở phân vùng khí hậu xây dựng, phân chia khu vực khí hậu đường sá

của Việt Nam được chia thành 7 khu vực khí hậu lớn dựa trên sự liên quan giữa vĩ

độ với các nhân tố khí hậu, giữa địa hình, địa lý và cấu tạo địa chất.

Miền Nam được chia thành 3 vùng như sau:

+ Vùng IIA - Khí hậu duyên hải Nam Trung bộ:

Bao gồm toàn bộ đồng bằng và đồi núi thấp dưới 100m thuộc các tỉnh: Quảng

Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận.

Khí hậu cơ bản là nhiệt đới, gió mùa, không có mùa lạnh (trừ phía Bắc có

mùa đông hơi lạnh). Nhiệt độ thấp nhất không dưới 10oC. Nhiệt độ cao nhất có thể

vượt 40oC. Do ảnh hưởng của biển, biên độ nhiệt độ ngày cũng như năm đều nhỏ.

Phần ven biển chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão.

+ Vùng IIB - Khí hậu Tây Nguyên:

Bao gồm toàn bộ đồng bằng và đồi núi cao trên 100m thuộc các tỉnh, thành

phố: Gia lai, Công Tum, Đắc Lắk, Đắc Nông, Lâm Đồng, phía tây Quảng Nam, Đà

Nẳng, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận,

phía Bắc Đồng Nai, Bình Dương và Bình Phước.

Khí hậu vùng núi, nhiệt đới. Khu vực phía Bắc mùa đông chịu ảnh hưởng

một ít gió mùa Đông Bắc. Mức độ lạnh phụ thuộc vào cao độ địa hình.

Mùa mưa và mùa khô tương phản nhau rõ rệt. Cường độ mưa khá lớn. mùa

khô thường thiếu nước. Vùng này ít chịu ảnh hưởng của bão.

+ Vùng IIC - Khí hậu Nam bộ:

Bao gồm toàn bộ đồng bằng thuộc các tỉnh, thành phố: Đồng Nai, Bình

Dương, Bình Phước, Tây Ninh, thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu, 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.

Khí hậu cơ bản của khu vực Nam bộ là nhiệt đới. Nhiệt độ thấp nhất nói chung

không dưới 10oC, nhiệt độ cao nhất vượt 40oC ở phía Bắc và đạt 35-40oC ở phía Nam.

Nhiệt độ trung bình năm từ 24-28oC. Số giờ nắng trung bình trong ngày từ 6 giờ đến 8

giờ (trong năm số giờ nắng >2000 giờ), lượng bức xạ tương ứng là 586 KJ/cm2. Một

năm có hai mùa rõ rệt. Cường độ mưa khá lớn, ít chịu ảnh hưởng của bão.

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

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

2.3.1. Mạng lưới giao thông khu vực Nam bộ

Về giao thông: khu vực Nam bộ có hệ thống các trục giao thông đường bộ,

đường sắt, đường biển và đường hàng không khá tốt so với cả nước. Ngoài ra, ở

Nam bộ còn có đầu mối giao thông và các tuyến giao thông quan trọng mang ý

nghĩa cả nước và quốc tế như: sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất (tương lai có sân bay

Long Thành, tỉnh Đồng Nai), hệ thống cảng Sài Gòn, Vũng Tàu-Thị Vải,

đường xuyên Á nối liền các nước Đông Nam Á, đường sắt Bắc–Nam, quốc lộ 1A,

quốc lộ 51, QL 13, QL 14, QL 20, QL22, QL5, QL60... Hệ thống hạ tầng giao

thông này tạo điều kiện thuận lợi cho vùng có thể mở rộng quan hệ kinh tế của các

tỉnh miền Tây Nam bộ và thành phố Hồ Chí Minh cũng như thành phố Hồ Chí

Minh và các tỉnh Tây Nguyên, các tỉnh duyên hải miền Trung trong việc cung cấp

hàng hóa đầu vào và tiêu thụ sản phẩm.

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

2.3.2. Đặc điểm mạng lưới đường bộ khu vực Nam bộ

Mạng lưới đường bộ được chia thành sáu hệ thống: Quốc lộ, đường tỉnh,

đường huyện, đường xã, đường đô thị và đường chuyên dụng. Đặc điểm nổi bật

nhất của hệ thống giao thông ở Nam bộ là đầu tư đường bộ rất lớn và hơn 90% lớp

mặt đường được làm bằng bê tông nhựa hay đá trộn nhựa.

Hiện nay trong quá trình hoàn thiện qui hoạch chung của hệ thống giao thông

khu vực Nam bộ, đường bộ được ưu tiên đầu tư cả về số lượng và chất lượng công

trình, trong đó mặt đường bê tông nhựa được các nhà đầu tư sử dụng nhiều nhất.

Điều này đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu và các nhà xây dựng sự cấp thiết của

việc giải quyết bài toán hạn chế những nhược điểm của mặt đường bê tông nhựa do

nhiệt độ môi trường gây ra nhằm tiết kiệm kinh phí xây dựng và duy tu bảo dưỡng

chúng.

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

2.4.1. Thu thập dữ liệu nhiệt độ khu vực Nam bộ

2.4.1.1. Phương pháp và vị trí thu thập số liệu

Toàn khu vực Nam bộ có 13 trạm khí tượng thủy văn. Trong đó, Tây Nam

bộ có 8 trạm đặt ở các tỉnh Cần Thơ, Vĩnh Long, Long An, Tiền Giang, Sóc Trăng,

Kiên Giang và Cà Mau; Đông Nam Bộ có 3 trạm đặt ở các khu vực: thành phố Hồ

Chí Minh, Bình Phước và Bà Rịa-Vũng Tàu.

Do điều kiện và nguồn lực hạn chế nên đề tài này chỉ tiến hành thu thập và

xử lý dữ liệu nhiệt độ khu vực Nam bộ theo ba nguồn như sau:

Nguồn thứ nhất: số liệu nhiệt độ từ năm 1995 - 2015 (21 năm) được thu thập

từ đài Khí tượng thủy văn Nam bộ, tại các trạm khu vực Tây Nam bộ là trạm Cần

Thơ ở thành phố Cần Thơ và Đông Nam bộ là trạm Tân Sơn Hòa ở thành phố Hồ

Chí Minh.

Nguồn thứ hai: Xác định nhiệt độ theo QCVN 02/2009 của Bộ Xây Dựng tại

các trạm của khu vực Tây Nam bộ là trạm Cần Thơ ở thành phố Cần Thơ và Khu vực

Đông Nam bộ là trạm Tân Sơn Hòa ở thành phố Hồ Chí Minh.

Nguồn thứ ba: Đo đạc trực tiếp nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong bê tông

nhựa tại mặt đường, ở các độ sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm tại 3 trạm ở thành phố

Hồ Chí Minh, Long An và Bình Dương. Ngoài ra, tại các trạm này còn đo độ ẩm

tương đối của không khí và tốc độ gió.

2.4.1.2. Số liệu thu thập điển hình của đài Khí tượng thủy văn Nam bộ

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

Tháng

Nhiệt độ thấp nhất tháng Nhiệt độ trung bình tháng Nhiệt độ cao nhất tháng

22.5 27.6 35 1

22.5 28.2 35.6 2

24.5 29.5 37.8 3

22.5 29.3 36.5 4

24.4 29.2 37 5

24.2 28.7 35.8 6

24 28.3 36 7

24.5 29.1 36.3 8

23.4 27.5 35 9

22.8 28.2 35.2 10

23.3 28.8 36.3 11

24.5 29.1 36.3 12

Đồ thị nhiệt độ không khí trạm Tân Sơn Hòa thành phố HCM năm 2012

BIỂU ĐỒ NHIỆT ĐỘ NĂM 2012

)

Cực tiểu tháng

C ộ đ (

TB tháng

I

Ộ Đ T Ệ H N

Cực đại tháng

THỜI GIAN (tháng)

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

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

Tháng

Nhiệt độ thấp nhất tháng Nhiệt độ trung bình tháng Nhiệt độ cao nhất tháng

22 26.4 32.5 1

21.8 27 33.4 2

21.5 28.1 34.3 3

22.2 28.6 35.6 4

23 28 34.6 5

23 27.9 33.7 6

22.7 27.6 33.3 7

23.1 27.8 33.6 8

23.2 26.6 32.7 9

24.1 27.5 33.6 10

24.5 28.2 34 11

24.2 27.8 33.5 12

Đồ thị nhiệt độ không khí trạm Cần Thơ năm 2012

BIỂU ĐỒ NHIỆT ĐỘ NĂM 2012

)

C ộ đ (

Cực tiểu tháng TB tháng

I

Cực đại tháng

Ộ Đ T Ệ H N

THỜI GIAN (tháng)

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

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

- Theo Superpave (Superpave Performing Asphalt Pavement):

Trong số liệu thống kê hàng năm của các trạm quan trắc được cung cấpbởi

đài Khí tượng thủy văn Nam bộ trong 21 năm (1995 - 2015) từ hai trạm là Tân Sơn

Hòa ở thành phố Hồ Chí Minh và trạm Cần Thơ ở thành phố Cần Thơ (số liệu chi

tiết ở phần phụ lục 1). Dùng phầm mềm Minitab tính giá trị nhiệt độ cao nhất, trung

bình và thấp nhất theo định nghĩa của Superpave.

Theo định nghĩa của Superpave, nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ trung bình 7

ngày cao nhất của chu kỳ, nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ 1 ngày thấp nhất của chu

kỳ, chuỗi số liệu tính toán nhiệt độ không thấp hơn 20 năm.

- Theo QCVN 02:2009:

Từ chuỗi số liệu các giá trị nhiệt độ trung bình tháng cao nhất, trung bình và

giá trị trung bình tháng thấp nhất của 2 trạm Tân Sơn Hòa và Cần Thơ, dùng phần

mềm miniTAB tính giá trị nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất cho khu vực

Nam bộ.

- Số liệu khảo sát tại hiện trường:

Số liệu khảo sát hiện trường tại các trạm ở thành phố Hồ Chí Minh, Long An

và Bình Dương, sau khi được sàng lọc để loại bỏ những sai số do máy móc, do vận

hành các thiết bị…, sẽ được sử dụng để lập phương trình hồi qui quan hệ giữa nhiệt

độ trong bê tông nhựa với nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng.

2.4.2.1. Phần mềm miniTAB

Phần mềm Minitab là phần mềm máy tính giúp ta tính toán các số liệu

thống kê hiệu quả, tiết kiệm thời gian tính toán. Hiện nay phần mềm này được

phát triển thành công cụ phân tích và trình bày dữ liệu rất hữu hiệu có độ tin cậy

lên đến 95%.

Ta có thể sử dụng phần mềm này trong các tính toán thống kê sau:

+ Ước lượng và kiểm định giá trị trung bình;

+ Kiểm định hai giá trị trung bình;

+ Phân tích phương sai;

+ Tương quan và hồi qui.

2.4.2.2. Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất khu vực Đông Nam bộ theo

Superpave

a) Nhiệt độ cao của 21 năm từ năm 1995 đến năm 2015 tại trạm Tân Sơn

Hòa - TP. Hồ Chí Minh:

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

Trạm Tân Sơn Hòa Trạm Cần Thơ

Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Cần Thơ

Năm Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện

(oC) 37.6 19/3 (oC) 34.5 10/5

37.5 07/5 34.4 15/3

36.9 27/4 34.3 30/4

1995 36.6 04/4 34.2 14/3

36.5 06/5 34.0 12/3

36.3 03/5 33.9 02/4

36.2 15/3 33.8 10/3

38.2 25/3 34.5 31/3

37.8 27/3 34.4 19/4

37.3 26/3 34.3 10/4

1996 37.2 24/3 34.1 07/5

36.4 07/5 34.0 15/3

36.2 19/2 33.8 02/5

36.1 23/3 33.7 06/4

39.0 30/3 34.7 04/5

38.0 31/3 34.5 18/4

37.3 26/3 34.3 13/5

1997 37.0 01/4 34.0 14/4

36.9 27/3 33.8 23/3

36.5 19/4 33.7 22/3

Trạm Tân Sơn Hòa Trạm Cần Thơ

Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Cần Thơ

Năm Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện

(oC) 36.4 24/3 (oC) 33.5 26/4

39.3 7/5 36.0 23/4

39.1 29/3 35.9 17/4

38.8 30/3 35.8 11/4

1998 38.1 06/5 35.7 29/4

37.8 08/3 35.6 11/3

37.7 10/3 35.5 16/3

37.6 04/4 35.2 13/3

35.9 23/3 34.3 19/3

35.8 13/4 34.0 27/3

35.7 26/2 34.2 17/4

1999 35.6 25/6 34.1 14/4

35.5 29/3 33.5 03/4

35.4 25/2 33.7 10/3

35.3 24/6 33.6 11/3

36.5 30/4 34.5 03/4

36.3 01/5 34.2 05/4

36.2 07/4 34.1 22/4

2000 36.1 19/5 33.8 20/4

35.9 03/5 33.7 21/4

35.8 05/4 33.6 15/4

35.5 18/5 33.4 22/2

38.5 10/5 35.5 20/4

37.4 09/5 35.2 21/4

37.3 08/5 34.7 09/4

2001 37.1 14/4 34.5 07/4

Trạm Tân Sơn Hòa Trạm Cần Thơ

Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Cần Thơ

Năm Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện

(oC) 37.0 11/5 (oC) 34.4 18/4

36.9 13/4 34.3 14/4

36.8 09/3 34.2 15/4

38.4 03/5 35.4 09/5

38.3 05/5 34.9 29/3

38.0 01/6 34.7 10/4

2002 37.7 24/5 34.6 23/3

37.6 04/5 34.5 28/4

37.5 08/6 34.4 24/3

37.4 29/5 34.3 19/4

38.4 29/4 35.2 13/4

38.0 04/4 35.0 05/4

37.7 28/4 34.9 29/4

2003 37.5 08/3 34.8 03/4

37.3 05/4 34.7 11/4

37.2 06/5 34.6 30/4

37.0 08/5 34.5 10/4

38.3 06/5 35.4 18/4

37.0 02/5 35.2 14/4

36.8 12/4 35.1 27/4

2004 36.4 22/4 35.0 22/4

36.3 29/4 34.8 21/4

36.2 12/4 34.7 26/3

36.1 07/5 34.5 20/4

38.4 03/4 36.5 06/5

38.2 06/5 36.0 01/5

Trạm Tân Sơn Hòa Trạm Cần Thơ

Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Cần Thơ

Năm Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện

(oC) 37.7 02/5 (oC) 35.7 07/5

2005 37.5 17/5 35.5 29/4

37.4 07/5 35.4 03/5

37.3 19/3 35.3 04/5

37.2 01/5 35.2 11/4

36.8 19/3 34.8 03/5

36.5 20/3 34.7 05/5

36.3 24/2 34.6 06/5

2006 36.2 13/4 34.5 24/5

36.0 14/4 34.4 28/4

35.9 21/3 34.3 23/4

35.7 01/4 34.2 15/4

36.8 06/4 35.9 17/4

36.7 12/3 35.3 02/4

36.5 02/4 34.8 01/4

2007 36.4 11/3 34.7 10/6

36.3 23/5 34.5 24/4

36.2 07/4 34.4 26/5

36.0 02/5 34.3 23/4

37.0 24/4 34.9 21/4

36.0 14/4 34.7 12/4

36.1 23/4 34.6 07/4

2008 36.0 03/4 34.5 03/4

35.8 15/7 34.4 14/4

35.6 22/6 34.3 09/4

35.5 25/4 34.2 08/4

Trạm Tân Sơn Hòa Trạm Cần Thơ

Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Cần Thơ

Năm Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện

(oC) 37.2 19/4 (oC) 35.2 18/4

37.0 18/4 35.1 19/4

36.8 25/3 35.0 24/3

2009 36.7 19/2 34.9 23/3

36.6 21/2 34.7 26/3

36.5 14/6 34.6 29/3

36.3 12/6 34.5 19/3

38.5 31/5 36.7 16/5

38.2 13/5 36.5 08/5

38.1 18/5 36.1 11/5

2010 38.0 10/5 36.0 15/5

37.8 26/4 35.9 17/5

37.6 24/4 35.8 13/5

37.5 17/5 35.7 18/5

37.0 08/5 34.6 08/5

36.5 12/3 34.5 18/4

36.0 30/4 34.3 10/3

2011 35.8 17/4 34.2 17/4

35.7 11/3 34.1 04/4

35.6 09/4 34.0 26/4

35.5 07/4 33.9 27/4

37.8 14/3 35.6 26/4

37.0 10/5 35.5 23/4

36.8 02/5 34.8 21/4

2012 36.7 02/3 34.7 18/4

36.6 10/3 34.6 15/4

Trạm Tân Sơn Hòa Trạm Cần Thơ

Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Cần Thơ

Năm Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện Giá trị nhiệt độ Ngày xuất hiện

09/4 (oC) 34.5 06/4 (oC) 36.5

03/3 34.3 07/3 36.4

06/4 35.7 31/3 39.0

14/5 35.6 05/4 37.9

14/4 35.5 29/3 38.0

2013 16/2 35.3 05/5 37.5

26/2 35.2 30/3 37.3

11/5 35.0 01/4 37.2

24/2 34.8 04/4 37.1

16/3 35.9 25/4 37.9

25/4 35.8 04/5 37.8

15/3 35.7 22/4 37.4

2014 12/3 35.6 20/4 37.2

26/4 35.5 23/4 37.1

17/3 35.4 26/4 37.0

10/6 35.3 29/3 36.9

21/5 36.0 04/5 38.0

19/5 35.7 18/5 37.8

10/5 35.6 06/5 37.6

2015 25/3 35.5 05/5 37.5

09/4 35.4 24/4 37.4

18/5 35.3 26/4 37.3

26/4 35.2 10/5 37.2

Nhiệt độ trung bình của 7 ngày cao nhất từ bảng 2.3 này là chính là nhiệt độ

cao thiết kế được tính như sau:

1*6.37

1*5.37

1*9.36

1*5.36

1*3.36

1*2.36



o 8.36



kk T cao

1*6.36 1111111 

Tương tự ta tính nhiệt độ cao của các năm từ 1995 đến 2015 dựa vào số liệu

nhiệt độ của trạm Tân Sơn Hòa trong phụ lục 1 như trong bảng 2.4 như sau:

Bảng 2.4. Nhiệt độ không khí cao nhất từ năm 1995 đến 2015

của trạm Tân Sơn Hòa

kk ( CT o ) cao

Năm

1995 36.8

1996 37.0

1997 37.3

1998 38.3

1999 35.6

2000 36.0

2001 37.3

2002 37.8

2003 37.6

2003 36.7

2005 37.7

2006 36.2

2007 36.4

2008 36.0

2009 36.7

2010 38.0

2011 36.0

2012 36.8

2013 37.7

2014 37.3

2015 37.5

Nhiệt độ cao của khu vực Đông Nam bộ là nhiệt độ trung bình cao của số

o 0.37

kk T caoDNB

liệu thống kê trong 21 năm được tính toán bởi Minitab như sau:

b) Nhiệt độ trung bình theo tháng của 21 năm từ năm 1995 đến năm 2015,

tại trạm Tân Sơn Hòa, TP Hồ Chí Minh bảng 2.5:

Bảng 2.5. Nhiệt độ không khí trung bình tháng

của trạm Tân Sơn Hòa Thành phố Hồ Chí Minh

Năm Tháng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1995 26.6 26.6 28 29.7 29.1 28.5 27.6 27.5 27.2 27.6 26.9 25.7

1996 25.7 26.6 28.2 29.2 28.4 28.1 27.2 28 27.5 27.1 27 25.9

1997 25.5 27.3 28 29.2 28.9 28.8 27.3 28 28.1 27.9 27.9 28

1998 28.5 28.5 29.7 30.3 30.7 28.9 28.8 28 27.6 27.8 26.6 26.3

1999 27.1 27.3 28.9 28.6 28.4 27.9 27.4 27.9 28.2 27.3 27.2 25.7

2000 27.4 27.7 28.5 29.1 28.7 28.1 27.7 27.9 28.2 26.7 27.4 27

2001 27.3 27.6 28.9 30 29.3 28.1 28.7 27.7 28.4 27.9 26.8 27.2

2002 27.1 27.3 28.6 30 30.5 28.9 28.9 27.7 28.1 27.9 27.8 28.1

2003 26.7 28 29 30.3 28.7 28.9 27.9 28.1 27.7 27.2 27.8 26.6

2004 27.2 26.7 28.5 30.1 29.5 28.1 27.8 28 27.9 27.5 28 26.6

2005 26.2 27.7 28.4 29.8 29.7 28.9 27.5 28.4 27.9 27.6 27.5 26.2

2006 27.2 28.2 28.6 29.5 29.2 28.4 27.9 27.6 27.6 27.7 28.8 27.3

2007 27.3 27.2 28.8 30.1 28.9 28.7 27.7 27.7 27.7 27.5 26.9 27.6

2008 27.2 27.3 28.2 29.5 28.2 28.6 28.3 27.7 27.7 28 27.2 26.9

2009 25.9 27.7 29.3 29.4 28.5 29.2 28 28.6 27.6 27.7 28.4 27.5

2010 27.3 28.4 29.4 30.3 31.3 29.3 28.3 27.9 28.6 27.5 27.2 27.4

2011 26.9 27.5 28.3 29 29.4 28.5 27.9 28.4 28.1 28 28.1 27.2

2012 27.6 28.2 29.5 29.3 29.2 28.7 28.3 29.1 27.5 28.2 28.8 29.1

2013 27.3 29 29.3 30.4 29.8 28.9 28.1 28.3 27.6 27.7 28.1 26.6

2014 26 26.9 29.1 30.2 30.5 28.7 28 28.4 28.2 28.1 28.8 27.9

2015 26.4 26.8 29 29.9 30.7 29.2 28.9 29 28.6 28.7 29.1 28.6

Sử dụng chương trình Minitab ta tính được nhiệt độ trung bình của không khí

0.28

kkDNB TBMK

vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau) khu vực Đông Nam bộ là:

Sử dụng chương trình Minitab, tính được nhiệt độ trung bình của không khí

o 3.28

kkDNB T TBMM

vào mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10) tại khu vực Đông Nam bộ là:

Sử dụng chương trình Minitab ta tính được nhiệt độ trung bình của không khí

o 1.28

kk TBDNB

cả năm cho khu vực Đông Nam bộ là:

c) Nhiệt độ thấp của 21 năm từ năm 1995 đến năm 2015 tại trạm Tân Sơn

Hòa - TP. Hồ Chí Minh trong bảng 2.6:

Bảng 2.6. Nhiệt độ không khí thấp theo tháng của 21 năm của trạm Tân Sơn

Hòa Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng Năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1995 16.9 18.8 23.4 24.2 23.2 23.9 22.3 23.5 23.3 22.9 20.4 18

1996 20.5 20.1 24.3 21.8 23.8 22.1 22.9 23.3 23.1 23.2 19 20.5

1997 22.2 21.8 23.7 23.5 23.3 22.6 23.9 23.2 23.3 22.8 22.3 22.2

1998 24.1 24.8 24.9 25.2 24 23.9 23 23.9 23.3 22.3 18.7 24.1

1999 20.5 24.3 23.7 24.1 23 23.5 23.9 22.8 22.8 22.3 16.4 20.5

2000 20.7 23.5 23.8 23.2 23.4 22.8 23.2 23.8 22.9 22.1 20.7 20.7

2001 20.4 23.2 24.4 23.6 23 23 23.5 23.8 23.4 20.3 19.2 20.4

2002 21.3 23.9 25.2 24.2 23.9 24.7 22.7 23.6 23.7 23.1 22.6 21.3

2003 21.4 24.7 26.1 23.2 23.4 22.6 23.1 24 22.9 22.3 19.3 21.4

2004 20.9 23.1 25.1 23.8 22.8 23.6 22.9 23.6 23.1 22.1 20.8 20.9

2005 23 20 26 24.9 23.6 23.1 23.6 23.6 22.9 21.9 19.8 23

2006 23.5 24.1 24.2 23.9 24.2 23.7 23.2 23.5 23.7 24.1 20.2 23.5

Tháng Năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2007 19.3 22.5 25.4 23.9 24.1 23.7 22.8 22.7 21.7 20.7 20.4 19.3

2008 21.8 23 25.1 23 23.6 23.3 23.4 23.6 24 21.6 21 21.8

2009 21.8 24.4 24.5 22.5 24.5 23.6 24 23.4 23.3 22.3 22.9 21.8

2010 24 23.9 26.3 26.5 25.1 24 24 23.5 22 22.7 21.8 24

2011 22.5 22.6 22.9 23.5 23.5 23.2 23.2 23.5 23.5 22.8 20.2 22.5

2012 22.5 24.5 22.5 24.4 24.2 24 24.5 23.4 22.8 23.3 24.5 22.5

2013 23.9 24.1 25.5 25 23.9 23.4 23.9 23.9 23.8 24 20 23.9

2014 22.3 24 23.9 25.5 23.6 23.8 24.4 23.8 24 23.6 21.2 22.3

2015 19.7 21.1 24.9 24 26 23.9 23.4 24.5 23 23.2 24.2 22.2

Tương tự, tính nhiệt độ thấp (là nhiệt độ 1 ngày thấp nhất trong năm) của các

năm dựa vào số liệu nhiệt độ của trạm Tân Sơn Hòa như trong bảng 2.7 như sau:

Bảng 2.7. Nhiệt độ không khí thấp nhất từ năm 1995 đến 2015

của trạm Tân Sơn Hòa

( C )

kk T o thap

Năm

16.9 1995

19.0 1996

19.0 1997

18.7 1998

16.4 1999

20.7 2000

19.2 2001

20.8 2002

19.3 2003

20.8 2003

( C )

kk T o thap

Năm

19.4 2005

20.2 2006

18.8 2007

21.0 2008

19.4 2009

21.8 2010

20.2 2011

22.5 2012

20.0 2013

19.5 2014

17.7 2015

Nhiệt độ thấp của khu vực Đông Nam bộ là nhiệt độ trung bình thấp dựa trên

o 6.19

kk T thapDNB

số liệu thống kê thu được trong 21 năm, dung phần mềm MiniTAB thu được:

2.4.2.3. Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất khu vực Tây Nam bộ theo

Superpave

a) Nhiệt độ cao của 21 năm từ năm 1995 đến năm 2015 tại trạm Cần Thơ -

TP. Cần Thơ:

Nhiệt độ trung bình của 7 ngày cao nhất này là chính là nhiệt độ cao thiết kế

1*5.34

1*4.34

1*3.34

1*0.24

1*9.33

1*8.33



o 2.34



kk T cao

1*2.34 1111111 

được tính như sau:

Tương tự, ta tính nhiệt độ cao của các năm dựa vào số liệu nhiệt độ của trạm

Cần Thơ Bảng 2.3 như trong bảng 2.8 sau:

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

thành phố Cần Thơ

kk ( CT o ) cao

Năm

1995 34.2

1996 34.1

1997 34.1

1998 35.7

1999 33.9

2000 33.9

2001 34.7

2002 34.7

2003 34.8

2003 35.0

2005 35.7

2006 34.5

2007 34.8

2008 34.5

2009 34.9

2010 36.1

2011 34.2

2012 34.9

2013 35.3

2014 35.6

2015 35.5

Nhiệt độ cao của khu vực Tây Nam bộ là nhiệt độ trung bình cao của số liệu

thống kê trong 21 năm, được tính toán bởi Minitab như sau:

C

o 8.34

kk T caoTNB

d) Nhiệt độ trung bình theo tháng của 21 năm từ năm 1995 đến năm 2015

tại trạm Cần Thơ, TP. Cần Thơ bảng 2.9:

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

thành phố Cần Thơ

Năm Tháng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1995 25.7 25.5 27.1 28.8 28.5 27.7 27.1 27 26.5 27.1 26.8 25.2

1996 24.8 25.5 27.1 28.4 27.6 27.2 26.7 27.2 26.8 26.5 26.6 25.3

1997 24.7 26.3 26.8 28 27.9 27.5 26.3 26.7 27.1 27.3 27.1 26.9

1998 26.9 27.1 28.3 29 29.6 27.9 27.7 27.2 26.5 26.8 26.5 25.3

1999 26.1 26.2 27.4 27.8 27.4 26.7 26.7 26.8 26.9 26.4 26.8 26.2

2000 26.1 26.2 27.4 27.8 27.4 26.7 26.7 26.8 26.9 26.4 26.8 26.2

2001 26.2 26.2 27.5 28.7 27.8 26.8 27.3 26.6 27.4 26.9 26 26

2002 25.3 25.7 27.2 28.9 28.5 27.4 27.7 26.5 26.8 27.2 27.2 27.5

2003 25.6 26.6 27.9 29.1 27.5 28 26.7 26.9 26.7 26.6 27.3 25.5

2004 25.9 25.7 27.4 29 28.1 27.2 26.8 26.7 26.9 26.9 27.4 25.7

2005 25.1 26.6 27.2 28.8 28.5 27.8 26.2 27.2 26.8 27.1 26.7 25.5

2006 26 27 27.5 28.1 27.8 27.1 27 26.7 26.6 27 27.8 26.1

2007 25.8 25.9 27.6 28.8 28 27.7 27.1 26.9 27.2 26.8 26.2 26.5

2008 25.8 26 27.2 28.4 27.3 27.4 27.3 26.7 26.5 27.3 26.5 25.6

2009 24.3 26.6 28.4 28.8 27.7 28.1 27 27.7 27.1 27.1 27.4 26.5

2010 26 27 28.4 29.4 30 28.1 27.4 27.1 27.6 26.9 26.8 26.4

2011 25.9 26.3 27.3 28.1 28.6 27.5 27.2 27.5 27 27.9 27.4 26

2012 26.4 27 28.1 28.6 28 27.9 27.6 27.8 26.6 27.5 28.2 27.8

2013 26.1 27.3 28.3 29.1 28.9 27.9 27.2 27.3 27.1 27.3 27.5 25.5

2014 24.7 25.8 27.7 29.1 29.3 27.6 27.5 27.7 27.3 27.5 28 26.9

2015 25.6 27.8 29.3 29.5 27.9 28.2 28.1 27.6 28 28.6 27.8 25.6

Dựa vào chương trình Minitab, ta tính được nhiệt độ trung bình của không

9.26

kkTNB T TBMK

khí vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau) khu vực Tây Nam bộ là:

o 3.27

Nhiệt độ trung bình của không khí vào mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10)

kkTNB T TBMM

tại khu vực Tây Nam bộ là:

o 1.27

kk TBTNB

Nhiệt độ trung bình của không khí chung cả năm tại khu vực Tây Nam bộ là:

e) Nhiệt độ thấp nhất của 21 năm, từ năm 1995 đến năm 2015 tại trạm Cần

Thơ - TP. Cần Thơ:

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

thành phố Cần Thơ

Tháng Năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1995 18.6 20 21.7 23.4 23.3 23.6 22.9 23.1 22.9 22.7 22.2 18.9

1996 19.7 21 19.6 23.1 23.1 23.2 22.5 22.4 22.8 21.5 22.2 19.5

1997 20.1 22 21 23.4 23.1 23.3 21.9 22.3 23.1 22.3 23.2 22.1

1998 22.5 22.9 22.7 24.4 22.5 23.2 22.4 22.9 22.9 23.4 22.3 18.7

1999 21.5 20.1 23 23.4 22 22.4 21.4 23 22.2 21.2 22.1 20.9

2000 21.5 20.1 23 23.4 22 22.4 21.4 23 22.2 21.2 22.1 20.9

2001 21.4 20.2 22 23.9 22.4 22.5 21.6 22.6 23.6 22.6 20.6 19.6

2002 19.4 19.7 20.9 23.1 22.9 23.4 23.1 22 22.8 22.9 23.2 24.1

2003 18.9 20.4 22.8 23.7 23.2 23.2 22.2 21.9 23.2 22.9 22.7 19.9

2004 21.4 20.8 22.6 24.1 23 23 21.9 22.5 23 22.6 22.1 20

2005 19.4 19.8 21.3 22.6 24.5 23.7 21.8 22.6 23.1 23.1 22.4 19

2006 20.5 22 22.3 23.2 23.4 23.2 22.6 22.6 22.5 22.9 22.6 19.4

2007 18.5 19.1 21.5 23.9 22.5 23.4 22.7 22.3 23 23.2 20.5 19.8

2008 20.8 20.5 21.5 23.4 21.9 22.7 22.5 22.2 22.7 23.5 22.9 20.9

2009 18.4 21.2 23.6 24.5 23.7 23.4 22.9 23.3 23.2 22.7 23 21.2

2010 21.5 21.5 24 24.3 25.7 23.8 23.3 23.5 23 22.1 23.3 21.4

2011 19.8 20.8 23 23.7 23.9 22.7 22 22.6 22.5 23.4 22.9 20

2012 22 21.8 21.5 22.2 23 23 22.7 23.1 23.2 24.1 24.5 24.2

2013 21.6 22.6 23.7 24.5 24.1 23.9 22.8 23.6 23.5 23.4 24.1 20

2014 17.7 20.1 21.1 23.3 24.7 23.4 23.1 23.5 22.8 23.5 23.8 21.5

2015 19.6 20.7 22.3 24.1 25.6 23.1 23.1 24.1 22.9 23.8 24.5 22.1

Tương tự, ta tính nhiệt độ thấp (nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ 1 ngày thấp

nhất của năm) trong suốt 21 năm dựa vào số liệu nhiệt độ của trạm Cần Thơ- thành

phố Cần Thơ trong phụ lục 1 như trong bảng 2.11 sau:

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

thành phố Cần Thơ

( C )

kk T o thap

Năm

1995 18.6

1996 19.5

1997 20.1

1998 18.7

1999 20.1

2000 20.1

2001 19.6

2002 19.4

2003 18.9

2003 20.0

2005 19.0

2006 19.4

2007 18.5

2008 20.5

2009 18.4

2010 21.4

2011 19.8

2012 21.5

2013 20.0

2014 17.7

2015 19.6

6.19

Nhiệt độ thấp của khu vực Tây Nam bộ là nhiệt độ trung bình thấp của số

kk T thapTNB

liệu thống kê trong 21 năm:

Bảng 2.12. So sánh nhiệt độ không khí theo mùa tại khu vực Đông Nam Bộ và

Tây Nam Bộ

Chênh lệch

kkMK T ( DNB T 

kkMM ) TNB

Nhiệt độ Mùa mưa Mùa khô

Nhiệt độ trung bình 28.3oC 28.0oC 0.3oC Đông Nam bộ

Nhiệt độ trung bình Tây Nam bộ 27.3oC 26.9oC 0.4oC

Bảng 2.13. So sánh nhiệt độ không khí của Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ

kk T  ( DNB T

kk ) tNB

Nhiệt độ Đông Nam bộ Tây Nam bộ Chênh lệch

Nhiệt độ cao 37.0oC 34.8oC 2.2oC

Nhiệt độ trung bình năm 28.1oC 27.1oC 1.0oC

Nhiệt độ thấp 19.6oC 19.6oC 0oC

Kết luận:

+ Nhiệt độ giữa hai mùa, mùa khô và mùa mưa chênh lệnh nhau là 0.3oC và

0.4oC như trong bảng 2.12 là rất nhỏ. Vì vậy, không cần phân biệt theo mùa khi

khảo sát nhiệt độ cũng như các yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ như độ ẩm.

+ Nhiệt độ giữa khu vực Đông Nam bộ và Tây Nam bộ có chênh lệch 2.1oC

đối với nhiệt độ cao nhất, 1oC đối với nhiệt độ trung bình và 0oC đối với nhiệt độ

thấp nhất như trong bảng 2.13. Vì vậy, không cần phân biệt theo khu vực khi khảo

sát nhiệt độ cũng như các yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ như độ ẩm.

+ Theo qui chuẩn kỹ thuật quốc gia, số liệu điều kiện tự nhiên dùng cho xây

dựng QCVN 02:2009 của bộ Xây Dựng thì hai khu vực Đông Nam bộ và Tây Nam

bộ được xác định chung là khu vực Nam Bộ ( khu vực IIC).

+ Qua kết quả trên, cho thấy chêch lệch nhiệt độ của khu vực Đông Nam bộ

và Tây Nam bộ không nhiều. Vì vậy, khi tính toán và xử lý số liệu đo để tìm

phương trình hồi qui quan hệ của nhiệt độ trong bê tông và các yếu tố ảnh hưởng,

không cần phân biệt khu vực Tây Nam bộ và Đông Nam bộ, cũng như không cần

phân biệt theo mùa khô và mùa mưa.

+ Từ 4 kết luận trên ta tính lại nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ trung bình và nhiệt

độ thấp nhất các số liệu từ trạm Tân Sơn Hòa và trạm Cần Thơ cho khu vực Nam

Bộ bằng phần mềm Minitab như sau:

Nhiệt độ cao khu vực Nam bộ được tính từ 21 giá trị của trạm Cần Thơ và 21

o 9.35

giá trị của trạm thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1995 đến 2015. Dùng chương trình

kk T cao

Minitab, tính được giá trị trung bình cao nhất của Nam bộ là:

Nhiệt độ trung bình được tính của trạm Cần Thơ và trạm thành phố Hồ Chí

o 6.27

Minh từ năm 1995 đến 2015. Dùng chương trình Minitab tính giá trị trung bình của

kk T TB

21 năm có kết quả như sau:

Nhiệt độ thấp được tính từ 21 giá trị của trạm Cần Thơ và 21 giá trị của trạm

o 6.19

thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1995 đến 2015. Dùng chương trình Minitab để tính

kk T thap

giá trị trung bình thấp nhất của 21 năm, có kết quả như sau:

2.4.2.4. Nhiệt độ cao trung bình, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ thấp trung bình

của trạm Tân Sơn Nhất - thành phố Hồ Chí Minh và trạm Cần Thơ- thành phố Cần

Thơ theo QCVN 02:2009[28]

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)

Tháng Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Nhiệt độ (oC) 31.6 32.9 33.9 34.6 34 32.4 32.0 31.8 31.3 31.2 31.0 30.8 TP.HCM

Nhiệt độ (oC) 30.0 30.9 32.5 33.4 32.9 31.6 31.1 30.7 30.7 30.5 30.2 29.3 Cần Thơ

7.31

+ Dùng phần mềm Minitab để tính nhiệt độ không khí cao nhất trung bình từ

kk T cao

các giá trị trong bảng 2.14 cho khu vực Nam bộ:

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)

Trạm 1 2 3 4 5 8 9 10 11 12 Tháng 7 6

26.0 26.8 28.0 29.2 28.8 27.8 27.5 27.4 27.2 27.0 26.7 26.0

25.2 25.9 27.1 28.3 27.7 27.0 26.7 26.6 26.6 26.7 26.6 25.4 Nhiệt độ(oC) TP.HCM Nhiệt độ(oC) Cần Thơ

kk T TB

+ Dùng phần mềm Minitab tính nhiệt độ không khí trung bình từ các giá trị o 0.27

trong bảng 2.15 cho khu vực Nam bộ: 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)

Tháng Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

21.1 22.5 24.4 25.8 25.2 24.6 24.3 24.3 24.4 23.9 22.8 21.4

22.1 22.6 23.7 24.9 25.0 24.5 24.3 24.2 24.3 24.3 24.1 22.6 Nhiệt độ (oC) TP. HCM Nhiệt độ (oC) Cần Thơ

o 8.23

+ Dùng phần mềm Minitab để tính nhiệt độ không khí thấp nhất trung bình

kk T thap

từ các giá trị trong bảng 2.16 cho khu vực Nam bộ:

2.4.2.5. Độ ẩm tương đối của trạm Tân Sơn Nhất - thành phố Hồ Chí Minh và trạm

Cần Thơ- thành phố Cần Thơ theo QCVN 02:2009

Bảng 2.17. Độ ẩm tương đối trung bình của khu vực TP.Hồ Chí Minh và

Cần Thơ (QCVN 02:2009 BXD)

Tháng Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

72 70 70 72 79 82 83 83 85 84 80 77 Độ ẩm (%) TP.HCM

81.6 80.3 78.3 79.3 84.3 87 86.7 87.5 87.9 87.1 84.9 82.8 Độ ẩm (%) Cần Thơ

+ Dùng phần mềm Minitab để tính độ ẩm trung bình và độ ẩm trung bình

%9.80kk

%9.87

kk TBcaoW

TBW

cao từ các giá trị trong bảng 2.17 chung cho khu vực Nam bộ:

Bảng 2.18. Độ ẩm tương đối thấp nhất của khu vực TP.Hồ Chí Minh

và Cần Thơ (QCVN 02:2009 BXD)

Tháng Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Độ ẩm (%) 23 22 20 21 26 30 40 44 43 40 33 29 TP.HCM

Độ ẩm (%) 32 37 30 21 27 39 50 42 48 40 31 36 Cần Thơ

+ Dùng phần mềm Minitab để tính độ ẩm thấp nhất từ các giá trị trong bảng

thapW

%5.33kk

2.18 cho khu vực Nam Bộ:

2.5. Kết luận

Qua nghiên cứu điều kiện tự nhiên của Nam bộ, có thể rút ra một số kết

luận sau:

+ Nam bộ có khí hậu nhiệt đới gió mùa, thời tiết ấm, ổn định, không có mùa

lạnh, không có sự chênh lệch cao về nhiệt độ giữa các mùa cũng như giữa khu vực

Đông Nam bộ và Tây Nam bộ.

+ Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất theo Superpave của khu vực

9.35

Nam bộ như sau:

kk cao

6.27

Nhiệt độ không khí cao nhất khu vực Nam bộ:

kk T TB

6.19

Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ:

kk thap

Nhiệt độ không khí thấp nhất khu vực Nam bộ:

của + Nhiệt độ cao, trung bình và thấp nhất trung bình theo QCVN 02/2009

7.31

khu vực Nam bộ như sau:

kk cao

Nhiệt độ không khí cao nhất khu vực Nam bộ:

0.27

kk T TB

8.23

Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ:

kk T thap

Nhiệt độ không khí thấp nhất khu vực Nam bộ:

TBW

%9.87

%9.80kk + Độ ẩm không khí trung bình của khu vực Nam bộ là:

kk TBcaoW

+ Độ ẩm không khí trung bình cao của khu vực Nam bộ là:

%5.33kk

thapW

+ Độ ẩm không khí thấp nhất của khu vực Nam bộ là:

+ Với những đặc tính khí hậu như trên, có thể tiến hành bố trí 03 trạm khảo sát

nhiệt độ không khí và nhiệt độ trong bê tông nhựa tại các khu vực thành phố Hồ Chí

Minh, Long An, Bình Dương để đại diện cho khu vực Nam bộ.

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

3.1.1.1. Địa điểm đặt trạm khảo sát:

Căn cứ vị trí địa lý của khu vực Nam bộ bao gồm hai khu vực là Đông Nam

bộ và Tây Nam bộ, trong đó thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm của khu vực Nam

bộ. Vì vậy, chọn 3 vị trí đặt trạm khảo sát là thành phố Hồ Chí Minh, tỉnh Bình

Dương đại diện cho Đông Nam bộ và tỉnh Long An đại diện cho Tây Nam bộ. Ba địa

phương trên đại diện cho khu vực Nam bộ.

3.1.1.2. Trạm khảo sát:

- Trạm 1: Đường Chu Văn An, quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh.

Hình 3.1. Thiết bị đo nhiệt độ tại trạm thuộc quận Bình Thạnh

thành phố Hồ Chí Minh

- Trạm 2: Đường quốc Lộ 50, tỉnh Long An.

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

- Trạm 3: Đường Tỉnh Lộ 43, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương.

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

3.1.1.3. Khối lượng khảo sát:

Khu vực Nam bộ, thời tiết có hai mùa là mùa khô và mùa mưa. Vì vậy chia

làm ba đợt cho mỗi mùa. Tổng cộng hai mùa có 6 đợt đo. Thời gian đo mỗi đợt là 3-5

ngày, mỗi ngày đo suốt 24h (từ 0 giờ đến 24 giờ), 15 phút ghi nhận số liệu một lần.

Để có tính thống nhất, vị trí chọn các trạm có kết cấu mặt đường giống nhau cụ

thể là mặt đường bê tông nhựa dày 12cm gồm 5cm bê tông nhựa hạt mịn (hạt nhỏ) lớp

trên và 7cm bê tông nhựa thô (hạt vừa) lớp dưới. Phần móng là cấp phối đá dăm loại

một dày 40cm, bù cao độ bằng cấp phối đá dăm loại 2.

Hình 3.4 Sơ đồ vị trí đặt đầu đo nhiệt độ

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

ảnh hưởng

3.1.2.1. Phương pháp đo

Phương pháp xác định nhiệt độ mặt đường sử dụng thiết bị chuyên dụng.

Chôn đầu cảm ứng nhiệt trong lớp bê tông nhựa lúc thi công mặt đường bê tông

nhựa và dùng đầu còn lại nối với thiết bị đo tự động. Nhờ thế ta có thể đo liên tục

không giới hạn thời gian và không gian.

Thông số nhiệt độ không khí: Ở mỗi trạm đo, cảm biến đo nhiệt đặt ở cao độ

2.0m cách mặt đường, trong bóng râm, tránh tác động của gió, bức xạ mặt trời và

các tác nhân khác.

Các thông số nhiệt độ mặt đường (VT1), nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm

(VT2), ở độ sâu 5cm (VT3), ở độ sâu 7cm (VT4), ở độ sâu 12cm (VT5) như hình 3.4.

Nhiệt độ đo được bằng hai thiết bị OPERATION MANUAL CE 88598, 4

channel K thermometer SD logger (hình 3.5). Bố trí 6 đầu đo như sau:

+ Đầu đo nhiệt độ không khí : Dùng để đo nhiệt độ không khí, bố trí cách

mặt đường 2 mét trong mái che, tránh tác động trực tiếp của bức xạ nhiệt mặt trời,

không khí thoáng, lưu thông tốt.

+ Đầu đo nhiệt độ bề mặt (VT1): Dùng để đo nhiệt độ mặt đường bê tông

nhựa. Đầu đo này được đặt trực tiếp trên mặt đường.

+ Đầu đo nhiệt độ bê tông ở độ sâu 2cm (VT2): Dùng để đo nhiệt độ trong bê

tông nhựa ở độ sâu 2cm. Đầu đo này được đặt lúc thi công mặt đường bê tông nhựa.

+ Đầu đo nhiệt độ bê tông ở độ sâu 5cm (VT3): Dùng để đo nhiệt độ trong bê

tông nhựa ở độ sâu 5cm. Đầu đo này được đặt lúc thi công mặt đường bê tông nhựa.

+ Đầu đo nhiệt độ bê tông ở độ sâu 7cm (VT4): Dùng để đo nhiệt độ trong bê

tông nhựa ở độ sâu 7cm. Đầu đo này được đặt lúc thi công mặt đường bê tông nhựa.

+ Đầu đo nhiệt độ bê tông ở độ sâu 12cm (VT5): Dùng để đo nhiệt độ trong bê

tông nhựa ở độ sâu 12cm. Đầu đo này được đặt lúc thi công mặt đường bê tông nhựa.

Tất cả các đầu đo được nối với một thiết bị đo tự động. Các số liệu này được

ghi lại thành file sau mỗi chu kỳ 24 giờ, với thang đo là 15 phút (15 phút thiết bị lại

tự động ghi số liệu một lần).

+ Thông số tốc độ gió: Ở mỗi trạm đo, đặt thiết bị đo tốc độ gió Heat Index

ANEMOMETER AN25, EXTECH INSTRUMENTS (ảnh 3.5) cách mặt đường là 2.0m.

+ Thông số độ ẩm: Ở mỗi trạm đo, đặt thiết bị đo độ ẩm Heat Index

ANEMOMETER AN25, EXTECH INSTRUMENTS (ảnh 3.5) ở cao độ 2,0m cách

mặt đường.

3.1.2.2. Dụng cụ đo

Thiết bị khảo sát nhiệt độ:

Hiện nay có nhiều loại cảm biến đo nhiệt độ như: cặp nhiệt điện, nhiệt điện

trở, cảm biến nhiệt bán dẫn, nhiệt kế bức xạ, …việc chọn loại cảm biến nào phụ

thuộc vào một số yếu tố như: độ chính xác, môi trường, khoảng đo nhiệt, giá thành,

linh hoạt. Trong đề tài này chọn cảm biến kiểu cặp nhiệt điện loại K, có đặc điểm

kỹ thuật sau:

+ Độ chính xác yêu cầu: ± 0.1oC.

+ Giới hạn khoảng nhiệt độ cần đo: 0 oC -80oC

+ Linh hoạt, dễ lắp ráp.

+ Giá thành phù hợp.

Máy đo nhiệt từ các đầu đo cảm biến loại K được chọn là loại đa kênh

OPERATION MANUAL CE 88598, 4 channel K thermometer SD logger (ảnh 3.4),

khả năng lấy mẫu 1s/1 kết quả. Đây là thiết bị có độ tin cậy cao có thể phục vụ khảo

sát nhiệt độ dài ngày.

Hình 3.5 Thiết bị đo nhiệt độ

Thiết bị khảo sát độ ẩm không khí và tốc độ gió:

Đo độ ẩm và tốc độ gió bằng thiết bị Heat Index ANEMOMETER AN25,

EXTECH INSTRUMENTS. Đo trực tiếp tại hiện trường với thời gian đo là 15 phút

(15 phút lấy số liệu một lần).

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

3.1.3. Mô hình thống kê và xử lý số liệu

Số liệu đo đạc thực nghiệm nhiệt độ không khí, tốc độ gió và độ ẩm không

khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa với các độ sâu cách bề mặt lần lượt là 2cm, 5cm,

7cm và 12cm được chuyển thành file và lưu vào máy tính.

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 nhỏ 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.

3.1.3.1. Xử lý chuỗi thống kê số liệu thực nghiệm:

Trong việc xử lý các số liệu thực nghiệm thì đường cong phân bố thực

nghiệm khác với đường cong lý thuyết. Thông thường thì với một tập số liệu người

ta xây dựng lên được một đường cong thực nghiệm. Như vậy vấn đề đặt ra là đường

cong thực nghiệm đó thể hiện đường cong lý thuyết nào? cũng có thể đặt ra vấn đề

tương tự ngược lại, đường cong lý thuyết nào phản ánh đường cong thực nghiệm

vừa thu được?

Bài toán “làm trơn” các chuỗi thống kê là bài toán tìm đường cong phân phối

lý thuyết sao cho nó mô tả tốt nhất hàm thực nghiệm.

Thông thường người ta dùng phương pháp bình phương nhỏ nhất là chọn

trước dạng đường cong lý thuyết song chưa xác định cụ thể vì còn phụ thuộc một số

tham số. Do điều kiện xấp xỉ tốt nhất là tổng bình phương độ lệch từ các điểm thực

nghiệm với lý thuyết tương ứng là nhỏ nhất mà xác định các thông số chưa biết.

Tuy nhiên việc “làm trơn” chuỗi thống kê này ngày nay với sự trợ giúp của

công nghệ đã có các phần mềm chuyên dụng như MiniTAB giúp xử lý sai số (là các

số liệu kì dị) rất hiệu quả trước khi tìm phương trình hồi qui thực nghiệm.

3.1.3.2. Giới thiệu phương pháp bình phương bé nhất:

Phương pháp bình phương bé nhất thường được dùng để lập công thức thực

nghiệm. Khi cần tìm mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng x và y, ta tiến hành thí

nghiệm rồi quan sát, đo đạc. Bảng giá trị tương ứng dưới đây được thành lập:

X X1 X2… Xi… Xn

Y Y1 Y2… Yi… Yn

Từ bảng trên ta lập mối quan hệ y=f(x). Ở đây f(x) là gần đúng. Hàm số xấp

xỉ của hàm số f(x) được xác định bằng phương pháp bình phương bé nhất. Để việc

tính toán đơn giản với sai số chấp nhận được, ta có thể dùng hàm số xấp xỉ đã biết

và thường hay dùng trong thực tế thực nghiệm. Giả sử hàm thực nghiệm có dạng là.

y= f(x) = ax + b

Giải phương trình hồi qui có dạng y=f(x)= ax + b bằng phương pháp bình

phương bé nhất.

Các cặp số (x1,y1), (x2,y2),… (xn,yn) nhận được từ thí nghiệm chỉ là những

giá trị gần đúng của x, y nên chúng không hoàn toàn là nghiệm đúng của phương

trình:

y= ax + b

Nghĩa là :

y1 ax1 b = v1

y2 ax2 b = v2

…

Yn axn b = vn

Trong đó vi là các sai số.

Phương pháp bình phương bé nhất nhằm xác định các hệ số a và b sao cho

(

min





2 ) 

tổng bình phương của các sai số nói trên là bé nhất.

b i

Tức là :

 v 

(









b i





S  a 





(









b i



S  a  S  b 

     

S  b 

      

Như vậy a,b phải thỏa mãn phương trình :





2 i

yx i









      

Rút gọn, ta được hệ phương trình sau

Đây là hệ phương trình hai ẩn số a và b, n là số lần làm thí nghiệm. Giải



2 i

yx i

  y

  x



  x

phương này ta được nghiệm a,b như sau :



1 n

)



)



2 i



(



(

;

Cũng làm tương tự như trên đối với các dạng tổng quát khi cần tìm phương

trình quan hệ với nhiều biến. Trong đề tài này là các biến nhiệt độ không khí (Tkk), độ

ẩm (W) và chiều sâu trong lớp bê tông nhựa mặt đường (H).

3.1.3.3. Kiểm định thống kê

Tiêu chuẩn thống kê Student và Fisher được dùng để kiểm định.

a) Kiểm tra ý nghĩa của các hệ số trong phương trình hồi qui

Kiểm tra này nhằm xem các hệ số bj trong phương trình hồi qui có khác với độ

tin cậy chấp nhận hay không. Chuẩn Student được sử dụng để kiểm tra theo các bước:



+ Tính chuẩn tm theo công thức:

bj- là hệ số ứng với yếu tố thứ j trong phương trình hồi qui, j=0, 1, 2,…

Sbj- độ lệch quân phương của hệ số bj.

+ Tra bảng tb(P,f) ứng với ý nghĩa P chọn trước, f là bậc tự do ứng với

phương sai tái hiện của từng phương án chọn.

+ Nếu tj > tb : bj có ý nghĩa;

+ Nếu tj < tb : bj không có ý nghĩa và loại khỏi phương trình hồi qui.

b) Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi qui với thực nghiệm

Ta dùng phân phối Fisher để kiểm tra theo các bước sau:

+ Viết phương trình hồi qui với các hệ số.

F  tn

2 S tt 2 S th

2 ttS - phương sai tương thích.

2 thS - phương sai tái hiện.

+ Tính Ftn theo công thức:

+ Fb tra bảng fb(P, f1, f2) ứng với P đã chọn, bậc tự do f1, f2.

+ Nếu Ftn > Fb : phương trình hồi qui phù hợp.

+ Nếu Ftn < Fb : phương trình hồi qui không phù hợp thì kiểm tra lại công

việc tính toán, chọn mô tả toán học ở mức cao hơn.

Số liệu đo được xử lý trên máy tính bằng phần mềm miniTAB nhằm tìm ra

miền giá trị đo và loại bỏ những giá trị kỳ dị của các biến sau:

+ Độ ẩm môi trường (%).

+ Tốc độ gió (m/s).

+ Nhiệt độ không khí.

+ Nhiệt độ bề mặt mặt đường.

+ Nhiệt độ trong bê tông nhựa ở các độ sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm.

Các thông số trên đều đo đạc theo thời gian với chu kỳ 24 giờ.

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

Thực hiện nghiên cứu trực tiếp từng hiện trường theo kế hoạch, các tham số

cần khảo sát là nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt mặt đường, nhiệt độ của bê tông

lần lượt ở các độ sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm, tốc độ gió, độ ẩm không khí.

Bảng 3.1. Kế hoạch khảo sát nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa,

độ ẩm và tốc độ gió

Đợt Trạm khảo sát Ngày khảo sát Số ngày

5 5/3/2015-9/3/2015 Trạm 1 1

3 2/3/2015-4/3/2015 Trạm 2

2 10/3/2015-11/3/2015 Trạm 3

5 4/4/2015-8/4/2015 Trạm 1 2

3 1/4/2015-3/4/2015 Trạm 2

3 9/4/2015-11/4/2015 Trạm 3

5 6/6/2015-10/6/2015 Trạm 1 3

3 3/6/2015-5/6/2015 Trạm 2

3 11/6/2015-13/6/2015 Trạm 3

5 14/8/2015-18/8/2015 Trạm 1 4

3 10/8/2015-13/8/2015 Trạm 2

3 19/8/2015-21/8/2015 Trạm 3

5 10/9/2015-14/9/2015 Trạm 1 5

3 7/9/2015-9/9/2015 Trạm 2

3 15/9/2015-17/9/2015 Trạm 3

5 20/12/2015-24/12/2015 Trạm 1 6

2 18/12/2015-19/12/2015 Trạm 2

2 25/12/2015-26/12/2015 Trạm 3

Trạm 1: ở thành phố Hồ Chí Minh, Trạm 2: ở Long An, Trạm 3: ở Bình Dương.

Số liệu thực nghiệm được lưu thành file theo từng chu kỳ đo. Sau mỗi đợt đo

số liệu sẽ được chuyển về máy tính và được xử lý trên máy tính với sự hỗ trợ của

phần mềm miniTAB nhằm loại bỏ các số liệu kỳ dị.

Từ số liệu khảo sát nhiệt độ (phụ lục 2), đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí

và nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trong lớp bê tông nhựa mặt đường và đồ thị biến

thiên các yếu tố khí hậu cơ bản: nhiệt độ không khí, độ ẩm và tốc độ gió theo thời

gian trong ngày (xem hình 3.7 và hình 3.8)

)

Nhiệt độ không khí Nhiệt độ không

Nhiệt độ bề mặt đường

i

Nhiệt độ sâu 2cm

C o ( ộ đ t ệ h N

nhiệt độ sâu 5cm

Nhiệt độ sâu 7cm

Nhiệt độ sâu 12cm

80 70 60 50 40 30 20 10 0 -1

11 13 15 17 19 21 23 25

Thời gian (giờ)

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

Hình 3.8 Đồ thị nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm và tốc độ gió

theo thời gian

3.2.2. Nhận xét

Từ kết quả khảo sát nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió và đồ thị hình 3.2; hình 3.3

biểu diễn biến thiên của nhiệt độ và độ ẩm theo thời gian có thể rút ra nhận xét sau:

+ Nhiệt độ trong bê tông nhựa biến thiên cùng với nhiệt độ không khí, đạt

cực đại vào khoảng 11giờ đến 14 giờ trong ngày, giảm dần đến nửa đêm và sau đó

tăng dần đến trưa hôm sau.

+ Nhiệt độ và độ ẩm môi trường tỷ lệ nghịch với nhau. Nhiệt độ từ khoảng 9

giờ trở đi bắt đầu tăng nhanh thì độ ẩm cũng giảm rất nhanh. Lúc này mặt đường bê

tông nhựa bắt đầu hấp thu nhiệt. Quá trình thu này càng lúc càng mạnh, đạt đến

đỉnh điểm vào khoảng thời gian từ 11 giời đến 14 giờ, sau đó giảm dần đến 17 giờ.

Tương tự, từ khoảng 17 giờ nhiệt độ giảm nhanh thì độ ẩm cũng bắt đầu tăng

nhanh. Lúc này quá trình tỏa nhiệt của bê tông nhựa cũng bắt đầu và tiếp tục cho

đến 9 giờ hôm sau.

+ Khi tính toán và phân tích nhiệt độ của bê tông nhựa và các yếu tố ảnh

hưởng thì phải chú ý đến quá trình thu nhiệt của bê tông nhựa vì nhiệt độ không khí

cao, độ ẩm thấp, nhiệt độ trong bê tông nhựa giảm theo chiều sâu và quá trình tỏa

nhiệt của bê tông nhựa khi nhiệt độ không khí thấp, độ ẩm cao, nhiệt độ trong bê

tông nhựa sẽ tăng theo chiều sâu.

+ Nhiệt độ trong bê tông nhựa có sự chênh lệch giữa các lớp (chênh lệch

cao) rõ nét khi bê tông nhựa trong quá trình hấp thụ nhiệt vì nhiệt độ không khí

cũng như trong bê tông nhựa lúc này khá cao, trong khi bê tông nhựa trong quá

trình tỏa nhiệt sự chênh lệch nhiệt độ rất ít vì nhiệt độ môi trường ổn định và

tương đối thấp.

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

3.2.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa nóng

Quá trình hạ nhiệt của mặt đường bê tông nhựa mới rải phụ thuộc vào nhiều

yếu tố như: Yếu tố thời gian, các yếu tố của môi trường, yếu tố về tính chất vật liệu

bê tông nhựa, nhiệt độ thi công, độ rỗng của hỗn hợp bê tông nhựa, thiết bị lu lèn và

chiều dày lớp rải:

+ Thời gian: Nhiệt độ của bê tông nhựa giảm dần theo thời gian thi công;

+ Yếu tố của môi trường như nhiệt độ không khí, tốc độ gió, độ ẩm không

khí có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa.

+ Yếu tố liên quan đến tính chất vật liệu: hệ số truyền nhiệt (λ) của vật liệu

càng cao thì nhiệt độ bê tông nhựa hạ càng nhanh;

+ Yếu tố về nhiệt độ thi công: nhiệt độ thi công của mỗi loại bê tông nhựa có

những yêu cầu khác nhau nên quá trình hạ nhiệt cũng khác nhau;

+ Lớp rải lớp bê tông nhựa có độ dày càng lớn thì nhiệt độ giảm càng chậm;

+ Độ rỗng càng lớn thì nhiệt độ giảm càng nhanh.

+ Thiết bị lu lèn cũng ảnh hưởng đến quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê

tông nhựa.

3.2.3.2. Lựa chọn hiện trường theo dõi quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa trong

quá trình thi công

Việc lựa chọn hiện trường để theo dõi quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa

trong quá trình thi công có một số đặc điểm rất khác với quá trình khai thác là: Thời

gian thi công ngắn, thời tiết trong quá trình thi công thường chọn ngày nắng tốt, nhiệt

độ môi trường ổn định (30oC), không có sự khác biệt lớn bởi môi trường xung quanh.

Hai hiện trường trong cùng một dự án, tại các đoạn khác nhau, với cùng loại

hỗn hợp bê tông nhựa chặt, hạt thô (BTNC19) được sử dụng là nhựa đường thông

thường 60/70 – chiều dày 5cm (hiện trường A&B).

Ba hiện trường của 02 dự án với 03 loại hỗn hợp khác nhau. Hỗn hợp

BTNC12.5 (hiện trường C) và BTNC19 (hiện trường D) ở dự án thử nghiệm đều có

chiều dày 7cm và BTNC12.5 sử dụng nhựa đường PMBIII (hiện trường E) của

đường cao tốc có chiều dày 5cm. Nhiệt độ không khí được đồng thời đo cũng bằng

sensor đặt trong không khí, sát lề đường, cách mặt đường 2m.

3.2.3.3. Phương pháp theo dõi quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa

Tương tự như phương pháp theo dõi nhiệt độ khai thác, thiết bị chuyên dụng

được chôn một đầu vào lớp bê tông nhựa ở độ sâu cần theo dõi, đầu còn lại được lắp

vào thiết bị đo nhiệt độ tự động.

Quá trình theo dõi từ lúc thảm bê tông đến lúc nhiệt độ bê tông còn 50oC thì

dừng theo dõi.

Cài đặt máy 5 phút ghi nhận số liệu một lần, tự động lưu thành file vào

3.2.3.4. Đường hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường khi rải

trong máy.

Đường cong hạ nhiệt được xây dựng cho các hiện trường đo thử nghiệm

được thể hiện trong hình 3.9a; 3.9b; 3.9c và 3.9d.

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

Hình 3.9b. Đường hạ nhiệt hiện trường D

160

140

120

)

100

1 2 6 . 9 1 1 5 . 6

1 1 0 . 3

1 0 3

1 0 6 . 4

9 8 . 1

9 4 . 6

9 1 . 4

8 9 8 6 . 6

8 4 . 4

i

8 2 . 1

8 0 . 1

7 3

7 8 . 2

7 6 . 2

7 4 . 2

C o ( ộ đ t ệ h N

7 1 . 3

6 9 . 9

6 4

6 8 . 7

6 7 . 4

6 6 . 5

6 5 . 2

6 2 . 8

6 1 . 2

6 0 . 8

5 9 . 7

5 9 . 3

5 8 . 6

0 3

8 2

6 2

8 . 6 2

6 . 7 2

7 . 8 2

4 . 7 2

9 . 9 2

3 . 7 2

2 . 7 2

9 . 5 2

6 . 9 2

7 . 5 2

2 . 8 2

6 . 5 2

8 . 6 2

2 . 9 2

4 . 5 2

5 . 0 3

9 . 7 2

7 . 7 2

8 . 8 2

2 . 6 2

5 . 8 2

6 . 5 2

0 '

20 '

40 '

60 '

80 '

100 '

120 '

140 '

160 '

Thời gian (phút)

Điểm đo -3cm

Điểm đo -7cm

160

140

120

1 1 4 3 0 8 5 9

1 2 3

Hình 3.9c. Đường hạ nhiệt hiện trường C

)

1 1 6

100

1 1 0

1 0 5

9 8

1 0 2

9 5

9 2

9 0

8 8

8 6

8 4

8 3

8 2

8 0

7 9

7 7

7 6

7 4

7 3

7 2

7 1

6 9

6 8

6 7

C o ( ộ đ t ệ i h N

6 6

6 5

6 4

6 3

6 2

6 1

6 0

7 3

5 3

9 3

4 3

1 4

0 4

8 3

9 3

1 4

0 4

1 4

0 4

3 4

1 4

8 3

7 3

0 4

6 3

1 4

4 3

5 3

3 3

4 3

2 3

3 3

1 3

2 3

0 '

50 '

100 '

150 '

200 '

Thời gian (phút)

Điểm đo -5cm

Điểm đo ngoài không khí

Hình 3.9d. Đường hạ nhiệt hiện trường E

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 đạc 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,

các cách này đều có độ chính xác cao, tin cậy. Trong luận án này tác giả dùng phần

mềm MiniTAB. MiniTAB là phần mềm chuyên dụng để xây dựng phương trình hồi

qui thực nghiệm được sử dụng phổ biến nhất.

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

tốc độ gió

3.3.1.1. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt mặt đường bê tông nhựa và

nhiệt độ môi trường (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường là quan

hệ tuyến tính, hệ số quan hệ của hai đại lượng này R2=84.64% >80% là quan

hệ mạnh.

3.3.1.2. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bê tông

nhựa ở sâu 2cm cách mặt đường (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu

2cm cách mặt đường là quan hệ tuyến tính và hệ số điều chỉnh của hai đại lượng

này R2=82,85% >80% là quan hệ mạnh.

3.3.1.3. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bê tông

nhựa ở sâu 5cm cách mặt đường (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu

2cm cách mặt đường là quan hệ tuyến tính và hệ số điều chỉnh của hai đại lượng

này R2=80,75% >80% là quan hệ mạnh.

3.3.1.4. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bê tông

nhựa ở sâu 7cm cách mặt đường(số liệu ở phụ lục 2).

Hình 3.13. Quan hệ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa

ở độ sâu 7cm

Với đường biểu diễn nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu

7cm cách mặt đường là quan hệ tuyến tính và hệ số điều chỉnh của hai đại lượng

này R2=86,8% >80% là quan hệ mạnh.

3.3.1.5. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bê tông nhựa

ở sâu 12cm cách mặt đường (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu

12cm cách mặt đường là quan hệ tuyến tính và hệ số điều chỉnh của hai đại lượng

này R2=87,18% >80% là quan hệ mạnh.

3.3.1.6. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa và độ ẩm

(số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa và độ ẩm không khí là

quan hệ bậc 2 ( phi tuyến) và hệ số quan hệ của hai đại lượng này R2 = 59,21%.

3.3.1.7. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm với mặt

đường và độ ẩm (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm so với mặt đường

và độ ẩm không khí là quan hệ bậc 2 ( phí tuyến). Hệ số điều chỉnh của hai đại

lượng này R2=50,44%.

3.3.1.8. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm với mặt

đường và độ ẩm (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm so với mặt đường

và độ ẩm không khí là quan hệ bậc 2 (phí tuyến). Hệ số điều chỉnh của hai đại lượng

này R2=34,12%.

3.3.1.9. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 7cm với mặt

đường và độ ẩm (số liệu ở phụ lục 2)

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

Với đường biểu diễn nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm so với mặt đường

và độ ẩm không khí là quan hệ bậc 2 ( phí tuyến). Hệ số điều chỉnh của hai đại

lượng này R2=34,02%.

3.3.1.10. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và tốc độ gió (số liệu ở

phụ lục 2)

Hình 3.19. Quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và tốc độ gió

Với đường biểu diễn nhiệt độ bê tông nhựa mặt đường vàtốc độ gió. Hệ số điều

chỉnh của hai đại lượng này R2=6,57%.

3.3.1.11. Đường biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa theo chiều sâu h (số

liệu ở phụ lục 2)

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

3.3.2. Nhận xét

+ Theo đường biểu diễn từ hình 3.5 đến hình 3.9, quan hệ giữa nhiệt độ bề

mặt bê tông nhựa cũng như nhiệt độ bê tông nhựa ở độ sâu 2cm, 5cm, 7cm 12cm và

nhiệt độ không khí là quan hệ tuyến tính. Tức quan hệ giữa nhiệt độ không khí và

nhiệt độ trong bê tông nhựa là phương trình bậc nhất.

+ Theo đường biểu diễn ở các từ hình 3.10 đến hình 3.13, quan hệ giữa độ

ẩm không khí và nhiệt độ bề mặt cũng như nhiệt độ ở độ sâu 2cm, 5cm và 7cm của

bê tông nhựa là quan hệ phi tuyến (bậc 2). Tuy nhiên càng về sâu như hình 3.12 và

hình 3.13 thì hệ số R2 của chúng càng giảm. Phương trình quan hệ giữa độ ẩm và

nhiệt độ trong bê tông nhựa là phương trình bậc hai. Vì vậy, khi lập phương trình

hồi qui nhiệt độ trong bê tông nhựa theo chiều sâu H không xét đến độ ẩm.

+ Từ đường biểu diễn ở các hình 3.15 và hình 3.16, quan hệ của nhiệt độ

trong bê tông nhựa theo độ sâu của lớp bê tông nhựa mặt đường là quan hệ phi

tuyến tính dạng hàm logarit.

+ Ở hình 3.14, nhiệt độ trong bê tông nhựa và tốc độ gió không tìm được mối

quan hệ, R2= 0.065. Tốc độ gió trong các khoảng thời gian theo dõi khá nhỏ, chỉ từ

0 m/s đến cao nhất là 2.8 m/s. Trong phạm vi thay đổi này, tốc độ gió không có ảnh

hưởng gì đến nhiệt độ mặt đường, thể hiện ở mối quan hệ đơn không có hàm xác

định. Có thể bỏ yếu tố vận tốc gió trong phương trình hồi qui.

+ Để phản ảnh đúng quá trình tỏa nhiệt và hấp thụ nhiệt của mặt đường bê

tông nhựa, khi lập các phương trình hồi qui quan hệ giữa nhiệt độ của bê tông nhựa,

nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng của chúng là độ ẩm thì tách số liệu của

hai quá trình thành: quá trình hấp thụ nhiệt từ khoảng 9 giờ đến 17 giờ, khi nhiệt độ

không khí cao và độ ẩm thấp và quá trình tỏa nhiệt khoảng từ 17 giờ đến 9 giờ sáng

ngày hôm sau, để dễ dàng phân tích và tính toán đúng với thực tế.

+ Mặt khác, do tính chất phức tạp của bài toán truyền nhiệt, truyền ẩm tại

mặt đường bê tông nhựa (nếu giải đầy đủ thì cần có ít nhất 4 phương trình vi phân

cùng một lúc, trong đó 2 phương trình truyền nhiệt và truyền ẩm trong không khí và

2 phương trình truyền nhiệt và truyền ẩm trong bê tông nhựa) nên trong luận án chỉ

đề cập đến khía cạnh thực nghiệm.

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)

3.3.3.1. Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ trên bề mặt bê tông nhựa (Tmđ), nhiệt độ

không khí (Tkk ) và độ ẩm không khí (W)

Qua nhận xét ở mục 3.2.2 và mục 3.3.2 thì dạng phương trình nhiệt độ bề

mặt của mặt đường bê tông nhựa có dạng:

T = f(Tkk,W) = aTkk + bW2 +cW + d

Giải phương trình hồi qui dạng T = aTkk + bW2 + cW + d bằng phương pháp

bình phương cực tiểu. Phương pháp này nhằm xác định các hệ số a, b, c, và d sao

(

aTkk

bW2

)d +

min





cho tổng bình phương của các sai số nói trên là bé nhất.

Nghĩa là:

 v 

Tmđ = 2.271Tkk +0.005W2 - 0.799W

(3.1)

Với sự hỗ trợ của phần mềm MiniTAB tìm được phương trình sau:

R=99.23%

Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97%

Trong đó:

Tmđ- nhiệt độ cần tính trên bề mặt mặt đường (oC);

Tkk- nhiệt độ không khí (oC);

W- độ ẩm không khí (%).

3.3.3.2. 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

Qua nhận xét ở mục 3.2.2 và mục 3.3.2 phương trình nhiệt độ của bê tông

nhựa ở độ sâu H bất kỳ, bê tông trong quá trình tỏa nhiệt có dạng như sau:

Th = f(Tkk,H) = aTkk + bln(H+1) + c

Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1)

(3.2)

Với sự hỗ trợ của phần mềm MiniTAB tìm được phương trình hồi qui sau:

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 không khí (oC);

3.3.3.3. Nhiệt độ của tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và

chiều sâu H bất kỳ, bê tông nhựa trong quá trình thu nhiệt

Qua nhận xét ở mục 3.2.2 và mục 3.3.2 phương trình nhiệt độ của bê tông

nhựa ở độ sâu bất kỳ, bê tông nhựa trong quá trình thu nhiệt có dạng như sau:

Th = f(Tkk,H) = aTkk + bln(H+1) + c

Th = 1.548Tkk- 1.194ln(H+1)

(3.3)

Với sự hỗ trợ của phần mềm MiniTAB tìm được phương trình hồi qui sau:

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 không khí (oC);

3.3.4. Bảng đối chứng nhiệt độ đo thực tế và nhiệt độ tính từ công thức (3.1),

(3.2), (3.3).

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

Thời gian KK W-KK h20 MĐ h50 h70

38.8 27.5 38.8 9.5 37.8 37.6 44.6

40.0 28.3 40.1 10 39.0 38.4 44.5

42.1 29.5 43.1 10.5 41.2 40.5 45.7

43.2 30.3 43.7 11 42.1 41.7 42.6

43.1 30 44.2 11.5 41.9 41.6 41.5

44.2 31 46.3 12 43.5 42.7 40.2

45.4 31.5 48.2 12.5 44.2 43.8 40.1

46.2 32.4 50.2 13 45.3 45.2 38.6

46.5 32.3 50.1 13.5 45.1 44.7 38.5

45.8 32 49.8 14 44.9 44.5 40.1

43.6 32.5 50.5 14.5 44.4 45.3 39.9

35.5 28.2 33.3 18.5 35.5 35.7 85.5

34.6 27.3 31.2 19 34.5 34.8 84.4

34.4 27.1 29.9 19.5 34.4 34.6 82

34.3 27 29.5 20 34.2 34.3 82.3

33.9 27 29.5 20.5 34.0 34.3 86.3

33.6 26.5 28.7 21 33.5 33.8 86.9

33.2 26.3 28.1 21.5 33.4 33.6 84.7

32.8 26 27.4 22 33.3 33.4 84.2

32.6 26 27.2 22.5 33.2 33.3 84.9

32.2 26 27.2 23 33.2 33.3 85.7

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)

Thời gian KK h20 h50 h70 W-KK MĐ

38.9 37.9 37.5 44.6 36.8 27.5 9.5

40.2 39.1 38.7 44.5 38.6 28.3 10

42.0 41.0 40.6 45.7 40.9 29.5 10.5

43.3 42.2 41.8 42.6 43.8 30.3 11

42.8 41.7 41.4 41.5 43.6 30 11.5

44.4 43.3 42.9 40.2 46.4 31 12

45.1 44.1 43.7 40.1 47.5 31.5 12.5

46.5 45.5 45.1 38.6 50.2 32.4 13

46.4 45.3 44.9 38.5 50.0 32.3 13.5

45.9 44.8 44.4 40.1 48.7 32 14

40.9 45.6 45.2 39.9 49.9 32.5 14.5

35.7 35.7 35.7 85.5 32.3 28.2 18.5

34.5 34.6 34.6 84.4 30.2 27.3 19

34.3 34.3 34.4 82 29.6 27.1 19.5

34.2 34.2 34.2 82.3 29.4 27 20

34.2 34.2 34.2 86.3 29.6 27 20.5

33.5 33.6 33.6 86.9 28.5 26.5 21

33.3 33.3 33.4 84.7 27.9 26.3 21.5

32.9 33.0 33.0 84.2 27.2 26 22

32.9 33.0 33.0 84.9 27.3 26 22.5

33.0 85.7 32.9 33.0 27.3 26 23

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)

Thời gian MĐ CT (3.4) Chênh lệch h20 h20 theo CT Chênh lệch

2.0 38.8 38.9 -0.1 9.5 38.8 36.8

1.5 40.0 40.2 -0.2 10 40.1 38.6

1.6 42.1 42.0 0.1 10.5 42.5 40.9

-0.1 43.2 43.3 -0.1 11 43.7 43.8

0.6 43.1 42.8 0.3 11.5 44.2 43.6

-0.1 44.2 44.4 -0.2 12 46.3 46.4

0.7 45.4 45.1 0.3 12.5 48.2 47.5

0.0 46.2 46.5 -0.3 13 50.2 50.2

0.1 46.5 46.4 0.1 13.5 50.1 50.0

1.1 45.8 45.9 -0.1 14 49.8 48.7

0.6 43.6 40.9 2.7 14.5 50.5 49.9

1.0 35.5 35.7 -0.2 18.5 33.3 32.3

1.0 34.6 34.5 0.1 19 31.2 30.2

0.3 34.4 34.3 0.1 19.5 29.9 29.6

0.1 34.3 34.2 0.1 20 29.5 29.4

-0.1 33.9 34.2 -0.3 20.5 29.5 29.6

0.2 33.6 33.5 0.1 21 28.7 28.5

0.2 33.2 33.3 -0.1 21.5 28.1 27.9

0.2 32.8 32.9 -0.1 22 27.4 27.2

-0.1 32.6 32.9 -0.3 22.5 27.2 27.3

-0.1 32.2 32.9 -0.7 23 27.2 27.3

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)

Thời gian h50 h50 theo CT Chênh lệch h70 h70 theo CT Chênh lệch

9.5 37.8 37.9 -0.1 37.6 37.5 0.1

10 39.0 39.1 -0.1 38.4 38.7 -0.3

10.5 41.2 41.0 0.2 40.5 40.6 -0.1

11 42.1 42.2 -0.1 41.7 41.8 -0.1

11.5 41.9 41.7 0.2 41.6 41.4 0.2

12 43.5 43.3 0.2 42.7 42.9 -0.2

12.5 44.2 44.1 0.1 43.8 43.7 0.1

13 45.3 45.5 -0.2 45.2 45.1 0.1

13.5 45.1 45.3 -0.2 44.7 44.9 -0.2

14 44.9 44.8 0.1 44.5 44.4 0.1

14.5 44.4 45.6 -1.2 45.3 45.2 0.1

18.5 35.5 35.7 -0.2 35.7 35.7 0.0

19 34.5 34.6 -0.1 34.8 34.6 0.2

19.5 34.4 34.3 0.1 34.6 34.4 0.2

20 34.2 34.2 0.0 34.3 34.2 0.1

20.5 34.0 34.2 -0.2 34.3 34.2 0.1

21 33.5 33.6 -0.1 33.8 33.6 0.2

21.5 33.4 33.3 0.1 33.6 33.4 0.2

22 33.3 33.0 0.3 33.4 33.0 0.4

22.5 33.2 33.0 0.2 33.3 33.0 0.3

23 33.2 33.0 0.2 33.3 33.0 0.3

3.3.5. 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 3.9a; 3.9b; 3.9c; 3.9d.

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 3.22), như sau:

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 3.22(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, nên có nhiệt độ không khí 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 3.22(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

140

không khí của hiện trường E (hỗn hợp nhựa PMBIII) là 32-43oC. Hình 3.22(c).

C ộ đ

120

100

i

, g n ờ ư đ t ặ m p ợ h n ỗ h ộ đ t ệ h N

100

150

200

Thời gian (phút)

BTNC12.5, 7cm, nhựa 60/70 BTNC19, 7cm, nhựa 60/70

Hình 3.21 (a). So sánh quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa

có kích cỡ cốt liệu khác nhau

160

ộ đ

140

120

100

C

i

, g n ờ ư đ t ặ m p ợ h n ỗ h ộ đ t ệ h N

100

150

Thời gian (phút)

BTNC19, 7cm, nhựa 60/70 BTNC19, 5cm, nhựa 60/70

Hình 3.21 (b). So sánh quá trình hạ nhiệt của BT nhựa có cỡ cốt liệu (19mm)

160

nhưng chiều dày khác nhau

C ộ đ

140

120

100

i

, g n ờ ư đ t ặ m p ợ h n ỗ h ộ đ t ệ h N

100

150

200

Thời gian (phút)

BTNC 12.5, 5 cm, nhựa PMBIII BTNC19, 5cm, nhựa 60/70

Hình 3.21 (c). So sánh quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa có cùng chiều dày

(5cm) nhưng kích cỡ khác nhau

Hỗn hợp có kích cỡ danh định khác nhau không có sự chênh lệch nhiều về

quá trình hạ nhiệt.

Hỗn hợp có chiều dày mỏng hơn, hạ nhiệt nhanh hơn, mặc dù nhiệt độ không

khí của hiện trường rải hỗn hợp có chiều dày nhỏ hơn này cao hơn khoảng 10oC.

Thời gian lu lèn tính đến thời điểm kết thúc lu là 80oC [24], [27] (hỗn hợp sử dụng

nhựa thường) cần nhanh hơn khoảng 15 phút (75 phút so với 60 phút). Nếu xét đến

mức chênh nhiệt độ không khí khác nhau thì còn cần nhanh hơn nữa.

Chưa thể khẳng định qui luật về việc hỗn hợp sử dụng nhựa đường cải thiện.

Ở đây là PMBIII so với hỗn hợp sử dụng nhựa đường thường, do không có đối

chứng đồng điều kiện. Tuy so sánh cùng hỗn hợp, cùng chiều dày, nhưng lại khác

nhau về kích cỡ danh định và nhiệt độ không khí của hiện trường đo. Tuy nhiên, về

thời gian lu lèn thì cần hết sức lưu ý về yêu cầu đối với hỗn hợp sử dụng PMBIII.

Tính đến thời điểm tương ứng với nhiệt độ kết thúc lu của hỗn hợp sử dụng PMBIII

(100oC), thì thời gian lu chỉ có khoảng 35 phút, trong khi với hỗn hợp sử dụng nhựa

đường thường cùng chiều dày là 75 phút. Nếu xét nhiệt độ không khí của hiện

trường đo hỗn hợp sử dụng PMBIII cao hơn hiện trường đo của hỗn hợp sử dụng

nhựa đường thường trung bình là 5oC, thì thời gian này sẽ còn khắc nghiệt hơn và

cần phải ít hơn 35 phút.

Nếu xét thời gian để hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường nguội đến nhiệt độ

60oC, tương đương với tiêu chuẩn của Mỹ [35], [34], thì thời gian tùy thuộc vào

nhiệt độ không khí và chiều dày hỗn hợp là khoảng 140 phút. Theo yêu cầu của Việt

Nam [26], tuy không có số liệu đo nhưng kết quả ngoại suy theo xu thế là khoảng 4

giờ để nhiệt độ mặt đường hạ xuống 50oC. Với hỗn hợp sử dụng nhựa PMBIII thì sẽ

chậm hơn, khoảng 170 phút để hạ nhiệt đến 60oC, và mất khoảng nửa ngày để hạ

xuống 50oC.

3.4. Kết luận chương 3

Một số kết luận được rút ra từ nghiên cứu thực nghiệm trong chương 3:

+ Việc nghiên cứu sự phân bố nhiệt trong bê tông nhựa về lý thuyết khó khăn

và phức tạp do môi trường vật liệu mặt – nền đường và các yếu tố ảnh hưởng. Hầu

hết các nghiên cứu trên thế giới và trong nước đều tiến hành theo hướng thực

nghiệm để nghiên cứu phân bố nhiệt trong bê tông nhựa.

+ Sự hỗ trợ của công nghệ và kỹ thuật ngày nay cũng giúp các nhà nghiên

cứu rất nhiều trong khảo sát nhiệt độ, xử lý số liệu thực nghiệm.

+ Phân bố nhiệt trong lớp bê tông nhựa mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu

tố. Đối với một số khu vực cụ thể, yếu tố tự nhiên chủ yếu có ảnh hưởng đến phân

bố nhiệt theo chiều sâu trong lớp bê tông nhựa mặt đường là nhiệt độ không khí, độ

ẩm môi trường.

Khi xét tổng hợp các yếu tố khí hậu cơ bản là nhiệt độ không khí và độ ẩm

mối quan hệ giữa nhiệt độ tại bề mặt mặt đường bê tông nhựa với các yếu tố khí hậu

này trong điều kiện khu vực Nam bộ xây dựng được từ số liệu khảo sát 24/24 giờ

như sau:

Tmđ = 2.271Tkk +0.005W2 - 0.799W (3.1)

R= 99.23%

Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97%

Trong đó:

Tmđ- nhiệt độ cần tính bề mặt mặt đường (oC);

Tkk- nhiệt độ không khí (oC);

W- độ ẩm không khí (%);

+ Với các phương trình quan hệ nhiệt độ của bê tông nhựa với nhiệt độ

không khí với chiều sâu bất kỳ H thì có thể xác định nhiệt độ tính toán cho bất kỳ vị

trí nào trong bê tông nhựa khi biết nhiệt độ không khí. Tuy nhiên, mối quan hệ này

do chịu ảnh hưởng của đặc điểm quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt của mặt đường nên

sẽ khác nhau. Với điều kiện khí hậu khu vực Nam bộ của Việt Nam, mặt đường

chịu ảnh hưởng của quá trình tỏa nhiệt, nhiệt độ mặt đường theo chiều sâu có thể

Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1)

(3.2)

xác định phụ thuộc vào nhiệt độ không khí theo phương trình.

R= 98.7%

Giới hạn Tkk: 22oC-29oC

Trong đó:

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);

Tkk- nhiệt độ không khí (oC)

H- chiều sâu (mm);

Trong điều kiện mặt đường chịu ảnh hưởng của quá trình thu nhiệt, nhiệt độ

Th = 1.548Tkk - 1.194ln(H+1)

(3.3)

mặt đường theo chiều sâu có thể xác định phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình:

R= 99.2%

Giới hạn Tkk: 28oC-40oC

Trong đó:

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);

Tkk- nhiệt độ không khí (oC)

H- chiều sâu (mm);

+ Các kết quả nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa nhiệt độ trong lớp bê tông

nhựa mặt đường theo chiều sâu phụ thuộc vào một hay một nhóm các yếu tố khí hậu

cơ bản, cũng như là quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường tại các vị trí được xem là quan

trọng như bề mặt đường là vị trí tiếp xúc trực tiếp với bánh xe, nơi dễ xảy ra hiện

tượng trượt – xô dồn vật liệu, hay tại chiều sâu 2cm dưới bề mặt đường, là vị trí

được xem là có nhiệt độ cao nhất có ý nghĩa đối với công tác thiết kế kết cấu mặt

đường. Trên cơ sở mối quan hệ này, tùy thuộc vào trường hợp khi có được các

thông tin từ yếu tố khí hậu, người thiết kế có thể căn cứ nhiệt độ khai thác thực tế

của mặt đường được xác định để lựa chọn giá trị thông số tính toán của vật liệu bê

tông nhựa thích hợp cho mỗi lớp bê tông nhựa, lựa chọn loại vật liệu nhựa đường sử

dụng thích hợp cũng như lựa chọn loại hỗn hợp phù hợp với mỗi lớp bê tông nhựa.

+ Kết quả nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa trong thời

gian thi công nhằm xác định thời gian lu lèn hiệu quả, thời gian thông xe đảm bảo

giao thông sau khi thi công lớp mặt đường bê tông nhựa để tránh hư hỏng sớm dạng

lún vệt bánh xe hay trượt – xô dồn lớp mặt bê tông nhựa. Kết quả nghiên cứu cho

thấy, quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ không khí

và khác nhau cơ bản đối với chiều dày lớp rải và có khả năng khác nhau giữa hỗn

hợp bê tông nhựa thường và bê tông nhựa cải tiến dùng nhựa đường có phụ gia

polime. Kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy:

Do hạ nhiệt nhanh nên thời gian lu lèn hiệu quả lớp bê tông nhựa dày 5 cm

sẽ cần phải ngắn hơn lớp rải dày 7 cm khoảng 20%.

Do đối vối bê tông nhựa sử dụng nhựa đường có phụ gia polime có nhiệt độ

kết thúc lu lèn yêu cầu cao hơn nên thời gian lu lèn của hỗn hợp này so với hỗn hợp

bê tông nhựa thường chỉ bằng khoảng 50%. Kết quả ban đầu này có ý nghĩa thực tế

vì sẽ khuyến cáo cho các nhà thầu thi công hỗn hợp bê tông nhựa có phụ gia polime

trong tổ chức thi công.

Trong điều kiện nhiệt độ khu vực Nam bộ hay nhiệt độ mùa hè ở miền Bắc,

thời gian thông xe để đảm bảo bê tông nhựa nguội đến nhiệt độ khuyến cáo cho

khai thác (50oC) tối thiểu là 4 giờ.

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

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

Theo tiêu chuẩn 22 TCN 211–06 [20] về áo đường mềm, các yêu cầu và chỉ

dẫn thiết kế ban hành theo Quyết định số 52/2006/QĐ-BGTVT ngày 28/12/2006:

Khi tính toán kết cấu áo đường mềm thì cần xác định các thông số tính toán cường

độ và bề dày áo đường mềm tương ứng với thời kỳ bất lợi nhất về chế độ thủy nhiệt.

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

nhiều và nhiệt độ tầng mặt cao. Do vậy khi tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ

lún 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 lại là vào mùa lạnh, do vậy lúc này phải lấy trị số mô đun đàn

hồi tính toán của chúng tương đương với nhiệt độ từ 10-15oC. Khi tính toán điều

kiện cân bằng trượt thì nhiệt độ tính toán bê tông nhựa nằm dưới vẫn được chọn là

30oC, riêng với lớp nằm trên cùng, nhiệt độ được chọn lại là 60oC. Về cơ bản, các

qui định liên quan đến nhiệt độ trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm hiện hành

là khá phù hợp với điều kiện nhiệt độ làm việc của mặt đường thực tế ở Việt Nam.

Các tính toán phân tích sau đây được thực hiện từ số liệu khảo sát nhiệt độ trong lớp

bê tông nhựa mặt đường để đánh giá mức độ phù hợp giữa điều kiện thực tế của

nhiệt độ khai thác mặt đường bê tông nhựa và các qui định liên quan đến nhiệt độ

trong thiết kế kết cấu mặt đường đối với khu vực Nam bộ.

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

Phân tích kết cấu áo đường bê tông nhựa với điều kiện đảm bảo ổn định chống

cắt trượt được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao. Vì khi nhiệt độ cao là lúc bất lợi

nhất cho ổn định cắt trượt của mặt đường bê tông nhựa. Hơn nữa nhiệt độ cao ở khu

vực Nam bộ là nhiệt độ trong ngày khoảng từ 11 giờ đến 14 giờ lúc này mặt đường

bê tông nhựa trong quá trình thu nhiệt, lúc đó lớp mặt (sâu 2cm cách bề mặt bê tông

nhựa) chịu nhiệt độ cao bất lợi nhất cho khả năng chống cắt trượt. Khi tính toán cắt

trượt ta dùng phương trình thu nhiệt (3.3) tính cho lớp mặt ở độ sâu 2cm cách bề mặt

mặt đường bê tông nhựa.

Các phân tích điều kiện nhiệt độ gây bất lợi cho điều kiện cắt trượt mặt

đường bê tông nhựa. Có thể tiến hành tính toán như sau:

Số liệu nhiệt độ không khí dung để tính toán từ 03 từ ba nguồn là: Theo

QCVN 02/2009, số liệu nhiệt độ cao (theo định nghĩa của Suerpave) tính từ dãy số

liệu theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ trong 21 năm và số liệu nhiệt độ trong

điều kiện thời tiết cực đoan trong những năm gần đây tại khu vực Nam bộ. Theo

dãy số liệu nhiệt độ thu được, nhiệt độ cực đoan là 40oC.

Sử dụng phương trình trong trường hợp bê tông nhựa mặt đường trong quá

trình thu nhiệt, theo phương trình (3.3):

Th = 1.548Tkk – 1.194ln (H+1)

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);

H- chiều sâu (mm);

Tkk – Nhiệt độ không khí cao (oC).

+ Số liệu theo QCVN 02:2009: Nhiệt độ không khí cao trung bình theo tháng

Tkk =31.7oC.

+ Số liệu theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ: Nhiệt độ không khí cao (theo

cao =35.9oC.

định nghĩa Superpave) Tkk

+ Số liệu tương đối theo thời tiết cực đoan trong những năm gần đây ở Nam

bộ: Tkk =40oC.

Tính toán theo điều kiện cắt trượt kết cấu áo đường bê tông nhựa được tính ở

độ sâu 2cm.

Kết quả tính toán nhiệt độ của bê tông nhựa ở độ sâu 2cm từ phương trình

(3.3) ứng với số liệu nhiệt độ không khí cao của QCVN 02/2009 (31.7oC), số liệu

theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ nhiệt độ không khí cao (theo định nghĩa

cao =35.9oC.) và số liệu nhiệt độ cực đoan (40oC) được lập thành

Superpave Tkk

bảng 4.1.

100

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

ToC theo chiều sâu Số liệu theo QCVN 02:2009 (oC) Số liệu tính toán theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ (oC) Số liệu tính toán theo thời tiết cực đoan (oC)

T2cm 45.44 51.94 58.28

Từ các số liệu tính toán trong bảng 4.1, nhiệt độ bê tông nhựa dao động từ

45.44oC đến 58.28oC. Nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ trong trường hợp cực đoan, tuy

ít xảy ta nhưng xu thế có khả năng xuất hiện nhiều hơn và dài ngày hơn. Có thể thấy

rằng, nhiệt độ đã được đề xuất trong tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 211–06 mặt đường

mềm hiện hành (60oC) là phù hợp vì nằm trong ngưỡng nhiệt độ khai thác thực tế ở

khu vực Nam bộ.

Như vậy, nhiệt độ sử dụng để xác định tham số tính toán phân tích cắt trượt

của mặt đường bê tông nhựa ở nhiệt độ cao đối với bê tông nhựa có thể lấy theo tiêu

chuẩn hiện hành 22TCN 211 - 06 là:

Ttt

CT= 60oC

Xét đến điều kiện nhiệt độ và độ ẩm ở Nam bộ, mùa hè là thời kỳ bất

lợi nhất vì mưa nhiều và nhiệt độ tầng mặt tương đối cao. Do mưa nhiều làm

cho nền đường yếu hơn, khả năng võng của lớp mặt bê tông nhựa cao hơn.

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

Mặt khác ở khu vực Nam bộ là khu vực có bán nhật triều, thành phố Hồ Chí

Minh và Tây Nam bộ có cao độ thấp, mực nước ngầm cao làm cho nền đường của

khu vực này tương đối yếu. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến độ võng mặt đường bê

tông nhựa.

Do vậy khi tính toán độ võng đàn hồi tính toán ở nhiệt độ trung bình, nhiệt

độ này là phổ biến vào mùa mưa.

Nhiệt độ tính toán là nhiệt độ trung bình của 3 lớp là lớp mặt (cách bề mặt

2cm), lớp giữa và lớp đáy kết cấu áo đường.

Sử dụng phương trình trong trường hợp bê tông nhựa mặt đường trong quá

trình tỏa nhiệt, sử dụng phương trình (3.2).

101

Th = 1.257Tkk + 0.07ln (H+1)

Trong đó:

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);

H- chiều sâu (mm);

TTkk (nhiệt độ không khí trung bình oC)

+ Nhiệt độ không khí trung bình và độ ẩm không khí trung bình theo

TB=27.0oC.

QCVN 02:2009: Tkk

+ Giá trị nhiệt độ không khí trung bình theo số liệu từ đài Khí khí tượng

thủy văn Nam bộ: Tkk=27.6 oC.

Kết quả tính toán nhiệt độ của bê tông nhựa ở độ sâu 2cm từ phương trình

(3.2) ứng với số liệu nhiệt độ không khí trung bình của QCVN 02/2009 (27oC) và

số liệu theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ nhiệt độ không khí trung bình (27.6oC.)

được lập thành bảng 4.2.

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

Số liệu tính toán theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ (oC) ToC theo chiều sâu Số liệu tính toán theo QCVN 02:2009 (oC)

T2cm 34.15 34.91

T6cm 34.23 34.98

T12cm 34.27 35.03

TTB 34.22 34.97

Nhận xét:

Từ các số liệu tính toán trong bảng 4.2 nhiệt độ dao động từ 34.22oC đến

34.97oC. Nhiệt độ trung bình của mặt đường khu vực Nam bộ cao hơn giá trị đề

xuất tính toán trạng thái độ võng của mặt đường trong tiêu chuẩn hiện hành 22TCN

211-06. Đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn độ võng

đàn hồi giới hạn cho điều kiện khí hậu Nam bộ

ĐV= 35oC

Ttt

102

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

Đặc tính cơ bản của bê tông nhựa là khi nhiệt độ trong bê tông nhựa thấp thì bê

tông nhựa có cường độ cao, nhưng lúc này lại có bất lợi là khả năng nứt cũng cao. Vì

vậy điều kiện bất lợi trong trường hợp này là khả năng nứt mỏi ở nhiệt độ thấp.

Tính toán nứt mỏi cho kết cấu áo đường mềm là tính nứt cho đáy của lớp bê

tông nhựa. Phân tích kết cấu áo đường mềm theo trạng thái giới hạn kéo khi uốn

được thực hiện cho bê tông nhựa cả lớp trên và lớp dưới. Phân tích trạng thái giới

hạn này theo ngưỡng nhiệt độ thấp.

Mặt đường bê tông nhựa khu vực Nam bộ thông thường có 2 lớp, lớp trên

5cm và lớp dưới là 7cm. Vì vậy, khi tính toán nứt mỏi là tính toán cho lớp đáy của

từng lớp tức là tính toán ở độ sâu 5cm và 12cm cách bề mặt mặt đường.

Nhiệt độ thấp ở khi vực Nam bộ thường vào ban đêm, lúc này mặt đường

bê tông nhựa trong quá trình tỏa nhiệt, nên tính toán sử dụng phương trình tỏa

nhiệt.

trong quá trình tỏa nhiệt, sử dụng phương trình (3.2):

+ Sử dụng phương trình trong trường hợp bê tông nhựa mặt đường

Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1)

Trong đó:

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu h cách mặt đường (oC);

H- chiều sâu h(mm);

Tkk (nhiệt độ không khí thấp oC)

+ Giá trị nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam bộ theo QCVN 02:2009:

Tkk=23.8oC.

+ Giá trị nhiệt độ không khí thấp từ số liệu của đài Khí tượng thủy văn

Nam bộ: Tkk=19.6oC (theo định nghĩa Superpave).

Kết quả tính toán nhiệt độ của bê tông nhựa ở độ sâu 5cm và 7cm từ phương

trình (3.2) ứng với số liệu nhiệt độ không khí thấp của QCVN 02/2009 (23.8oC) và

số liệu theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ nhiệt độ không khí thấp (19.6oC.) được

lập thành bảng 4.3.

103

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

Số liệu tính toán theo đài khí tượng thủy văn Nam bộ (oC) ToC theo h Số liệu theo QCVN 02:2009 (oC)

T5cm 30.19 24.91

30.25 24.97

T12cm Giá trị tính toán trong bảng 4.3 giá trị tính toán nhiệt độ nứt mỏi bê tông nhựa

dao động từ 24.91oC đến 30.25oC, giá trị tính toán hiện nay theo tiêu chuẩn thiết kế

hiện hành 22TCN 211- 06 là 10 oC -15oC. Trong điều kiện khí hậu Nam bộ nóng ẩm

quanh năm (không có mùa lạnh), phân tích kết cấu áo đường theo trạng thái giới hạn

kéo khi uốn để kiểm soát nứt mỏi, kiến nghị nhiệt độ tính toán:

tt= 25oC

4.2. Đề xuất áp dụng Superpave trong điều kiện khí hậu Nam bộ 4.2.1. Nhiệt độ thiết kế

Theo Superpave nhiệt độ thiết kế được sử dụng để lựa chọn loại nhựa đường.

Đối với bê tông nhựa. Superpave định nghĩa nhiệt độ cao thiết kế là nhiệt độ ở độ

sâu 2cm dưới bề mặt đường và nhiệt độ thấp thiết kế là nhiệt độ tại bề mặt của mặt

đường. Để chọn nhiệt độ tính toán thì chuỗi thống kê phải có số liệu quan trắc nhiệt

độ nhiều năm. Superpave qui định những quan trắc có số liệu lựa chọn phải lớn hơn

20 năm mới được sử dụng để tính toán nhiệt độ lựa chọn loại nhựa đường.

Superpave định nghĩa nhiệt độ cao được tính là trung bình 7 ngày cao nhất

trong năm và nhiệt độ thấp là nhiệt độ nhiệt độ của 1 ngày thấp nhất trong năm.

Sử dụng phương trình nhiệt độ cao, bê tông nhựa trong quá trình thu nhiệt

của mặt đường bê tông nhựa, phương trình tính toán (3.3): Ta có:

Th = 1.548Tkk - 1.194ln(H+1)

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);

H = 20mm (chiều sâu);

Tkk = 35.9oC (Nhiệt độ không khí cao theo định nghĩa của Superpave tính ở

chương 2).

T2cm = 1.548*35.9-1.194*ln(20+1) = 51.9oC

Tcaotk = T2cm = 52.0oC

104

+ Phương trình hồi qui nhiệt độ trong bê tông nhựa ứng với nhiệt độ không

khí thấp, bê tông nhựa trong quá trình tỏa nhiệt của mặt đường bê tông nhựa,

phương trình tính toán (3.2):

tp + 0.07ln(H+1)

Th = 1.257Tkk

Trong đó:

Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);

H= 0mm (chiều sâu);

Tkk=19.6oC (nhiệt độ không khí thấp nhất theo định nghĩa của Superpave tính

ở chương 2)

T0cm = 1.257*19.6 + 0.07*ln(0+1) = 24.6oC

Tthaptk=T0cm= 25oC

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

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu Teff(PD) được định

nghĩa là nhiệt độ thí nghiệm đơn mà tại đó tổng các biến dạng vĩnh cửu có thể xuất

hiện tương đương với khi đo trong mỗi mùa riêng biệt trong cả năm [3].

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu Teff(PD) được tính theo

công thức sau:

Teff(PD) = 30.8-0.12Zcr + 0.92MAATthiết kế

Trong đó:

Teff(PD) - nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu, (oC);

Zcr – chiều sâu giới hạn trong lớp bê tông nhựa, (mm);

MAATthiết kế = MAATtrung bình + KασMAAT

MAATtrung bình – nhiệt độ không khí trung bình năm tính toán theo số liệu

thống kê khí tượng trong khu vực;

σMAAT – độ lệch tiêu chuẩn của phân phối nhiệt độ không khí trung bình năm

cho vị trí địa lý của khu vực dự án;

Kα – Hệ số tính từ mức độ tin cậy R. lấy theo bảng 4.4

105

Bảng 4.4. Độ tin cậy và Kα tương ứng

Độ tin cậy R Kα

50% 0

75% 0.674

85% 1.037

90% 1.282

95% 1.645

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu Teff(PD) được tính theo

99% 2.327

công thức sau:

Teff(PD) = 30.8-0.12Zcr + 0.92MAATthiết kế

Trong đó:

Teff(PD) - nhiệt độ ảnh hưởng, (oC);

Zcr = 20mm (chiều sâu giới hạn ở đây được chọn cùng với chiều sâu tính

toán nhiệt độ thiết kế tức là 20mm cách mặt đường);

MAATthiết kế = MAATtrung bình + KασMAAT

+ Theo đài Khí tượng Thủy văn Nam bộ:

trung bình =27.6oC;

MAATkk

σMAAT = StDEv =1.117 (kết quả tính từ Minitab);

Kα = 1.645 (tra bảng 4.5, ứng với độ tin cậy 95%).

MAATthiết kế = 27.6 + 1.645*1.117= 29.4oC

Teff(PD) = 30.8-0.12*20 + 0.92MAATthiết kế

= 30.8-0.12*20 + 0.92*29.4= 55.4oC

Vậy chọn nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu của bê tông

nhựa mặt đường tại khu vực Nam bộ là:

Teff(PD) = 55oC

106

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

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hiện tượng nứt mỏi Teff(FC) được định nghĩa là

nhiệt độ thí nghiệm đơn mà tại đó tổng phá hoại do mỏi có thể xuất hiện tương

đương với hư hỏng do mỏi khi đo trong mỗi mùa riêng biệt suốt cả năm.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương Teff(FC) có thể được

đánh giá từ nhiệt độ mặt đường trung bình năm theo phương trình sau đây:

Teff(FC) = 0.8 (MAPT) – 2.7

Trong đó:

Teff(FC) - nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương, (oC);

MAPT – nhiệt độ mặt đường trung bình năm (oC) được xác định từ khí hậu

khu vực công trình.

+ Nhiệt độ tính toán ở mặt đường tại khu vực Nam bộ là:

TB + 0.07ln(H+1)

Tmd = MAPT = 1.257Tkk

Trong đó:

Tmđ- Nhiệt độ cần tính mặt đường bê tông nhựa (oC);

H = 20mm (chiều sâu tính toán nhiệt độ thiết kế tức là 20mm cách mặt

đường);

TB nhiệt độ không khí trung bình tại khu vực Nam Bộ (kết quả từ

Tkk

Minitab).

+ Theo đài Khí tượng Thủy văn Nam bộ:

TB =27.6oC.

Tkk

Ttt = 1.257*27.6 + 0.07ln(20+1)

Ttt = MAPT = 34.9oC

+ Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương tại khu vực Nam Bộ là:

Teff(FC) = 0.8* (MAPT) – 2.7

= 0.8* 34.9 – 2.7= 25.2oC

Vậy chọn nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi của bê tông nhựa mặt

đường tại khu vực Nam bộ là:

Teff(PD) = 25oC

107

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

khai thác

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

Trong kỹ thuật thi công đường bộ, người ta cũng rất quan tâm đến ngưỡng

nhiệt độ của bề mặt và trong lớp hỗn hợp mặt đường mới rải cho phép phương tiện

giao thông lưu hành. Theo tiêu chuẩn năm 2008 của bang Pennsylvania – Mỹ,

người ta cho phép phương tiện giao thông lưu thông khi nhiệt độ của mặt đường

asphalt mới rải hạ xuống dưới 60oC. Một nghiên cứu khác vào năm 2002 của

Federal Highway Administration (FHWA)-Mỹ cũng đưa ra kết quả tương tự là

60oC để cho phép phương tiện giao thông lưu hành. Một nghiên cứu khá tổng hợp

được tiến hành ở Anh năm 2011 (Sandberg et al. 2011), bao gồm cả tính chất của

hỗn hợp phụ thuộc nhiệt độ, đưa ra khuyến cáo cho ngưỡng nhiệt để phương tiện

giao thông lưu hành là không quá 35oC.

4.3.2. Nhiệt độ cho phép thông xe ở Việt Nam

Nhiệt độ của mặt đường mới rải để cho phép các phương tiện giao thông lưu

hành là yếu tố rất quan trọng. Nếu nhiệt độ của mặt đường mới rải còn cao mà đã

cho phép các phương tiện, đặc biệt là các xe tải nặng lưu hành sẽ dẫn đến những hư

hỏng do lún hay lún trồi lớp mặt đường mới rải, do đặc tính biến dạng và cường độ

chống cắt trượt (lực dính C và góc ma sát trong φ) chịu ảnh hưởng rất nhiều của

nhiệt độ hỗn hợp. Ở Việt Nam, theo hướng dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ

thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường

bê tông nhựa nóng đối với các tuyến đường có qui mô giao thông lớn theo quyết

định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/03/2008- Bộ Giao Thông vận Tải đưa ra khuyến

cáo về ngưỡng nhiệt độ cho phép phương tiện lưu hành là 50oC. Đây cũng là

ngưỡng nhiệt độ mặt đường trong khai thác vào mùa hè.

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

khai thác

+ Nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa là rất quan trọng

để xác định qui trình lu lèn phù hợp cho các hỗn hợp.

+ Với hỗn hợp sử dụng nhựa đường thường 60/70, chiều dày là 5cm, thời gian

lu lèn cần nhanh hơn so với hỗn hợp tương ứng dày 7cm tối thiểu là 15 phút. Hoàn

108

thành lu lèn cho lớp có chiều dày 5cm tốt nhất trong khoảng 60 phút và lớp có chiều

dày 7cm là 75 phút với điều kiện nhiệt độ thông thường ở Việt Nam, khoảng 30oC.

+ Với hỗn hợp sử dụng nhựa đường cải tiến, thời gian lu lèn ngắn hơn nhiều

so với hỗn hợp sử dụng nhựa đường thông thường, chỉ bằng khoảng 50%. Hỗn hợp

nhựa đường sử dụng nhựa đường PMBIII cần hoàn thành lu tốt nhất trong khoảng

35 phút, với điều kiện nhiệt độ không khí thông thường ở Việt Nam là khoảng 30oC.

+ Để đảm bảo an toàn, tránh khai thác mặt đường trong điều kiện nhiệt độ

hỗn hợp còn cao, gây rủi ro hư hỏng lún sớm. Thời gian bảo dưỡng mặt đường hỗn

hợp bê tông nhựa rải nóng trước khi cho thông xe nên kéo dài đến 4 giờ, trong điều

kiện khí hậu thông thường của Việt Nam.

4.3.4. Kết luận chương 4

- Bước đầu đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường bê tông nhựa khu vực

Nam bộ.

CT= 60oC

+ Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường: Ttt

ĐV= 35oC

+ Nhiệt độ tính toán độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường: Ttt

N= 25oC

+ Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi của lớp bê tông nhựa mặt đường: Ttt

- Đề xuất nhiệt độ chọn nhựa theo PG khu vực Nam bộ.

Cao = 52oC

+ Nhiệt độ cao chọn nhựa: Ttk

Thấp= 25oC

+ Nhiệt độ thấp chọn nhựa: Ttk

- Khuyến cáo thời gian lu lèn và thông xe khi thi công mặt đường bê tông

nhựa rải nóng vào mùa hè với nhiệt độ không khí trung bình 30oC.

+ Thời gian lu lèn:

Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút (đảm bảo nhiệt độ kết

thúc lu lèn của bê tông nhựa rải nóng không thấp hơn 80oC).

Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa là 75 phút ( đảm bảo nhiệt độ kết

thúc lu lèn bê tông nhựa rải nóng không thấp hơn 80oC).

Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu ít nhất là 35 phút (đảm bảo nhiệt độ kết

thúc bê tông nhựa rải nóng sử dụng nhựa đường cải thiện không thấp hơn 100oC).

+ Thời gian chờ thông xe tối thiểu là 4 giờ ( đảm bảo nhiệt độ cao nhất của

bê tông nhựa rải nóng để thông xe là 50oC).

109

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. Các kết quả nghiên cứu chính

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

- Khảo sát nhiệt độ không khí, nhiệt độ bê tông nhựa và các yếu tố ảnh

hưởng (độ ẩm không khí và tốc độ gió) của khu vực Nam bộ. (Số liệu khảo sát ở

phần phụ lục 2).

- Thu thập số liệu nhiệt độ không khí tại trung tâm Khí tượng thủy văn Nam

bộ trong 21 năm (từ naăm 1995 đến 2015), tính toán nhiệt độ không khí cao nhất,

nhiệt độ không khí trung bình và nhiệt độ không khí thấp nhất theo định nghĩa

Superpave tại khu vực Nam bộ. (Số liệu khảo sát ở phần phụ lục 1) được kết quả

như sau:

cao= 35.9oC

Nhiệt độ không khí cao nhất khu vực Nam bộ: Tkk

TB= 27.6oC

Nhiệt độ không khítrung bình khu vực Nam bộ: Tkk

thấp= 19.6oC

Nhiệt độ không khí thấp nhất khu vực Nam bộ: Tkk

- Thu thập số liệu nhiệt độ không khí theo QCVN 02:2009 của Bộ xây dựng,

tính toán nhiệt độ không khí cao nhất, nhiệt độ không khí trung bình và nhiệt độ

không khí thấp nhất tại khu vực Nam bộ được kết quả như sau.

cao= 31.7oC

Nhiệt độ không khí cao nhất khu vực Nam bộ: Tkk

TB= 27.0oC

Nhiệt độ không khítrung bình khu vực Nam bộ: Tkk

thấp= 23.8oC

Nhiệt độ không khí thấp nhất khu vực Nam bộ: Tkk

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

- Phương trình quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt mặt đường bê tông nhựa, nhiệt

Tmđ = 2.271Tkk + 0.005W2 - 0.799W

độ không khí và độ ẩm không khí theo công thức (3.1) đã dẫn ở chương 3.

R=99.23%

Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97%

Trong đó:

Tmđ- nhiệt độ cần tính bề mặt mặt đường (oC);

Tkk- nhiệt độ không khí (oC);

110

W- độ ẩm không khí (%);

- Phương trình quan hệ nhiệt độ của bê tông nhựa với nhiệt độ không khí, mặt

đường chịu ảnh hưởng của quá trình tỏa nhiệt theo công thức (3.2) đã dẫn ở

Th= 1.257Tkk + 0.07ln(H+1)

chương 3.

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 không khí (oC).

- Phương trình quan hệ nhiệt độ của bê tông nhựa với nhiệt độ không khí, mặt

đường chịu ảnh hưởng của quá trình thu nhiệt theo công thức (3.3) đã dẫn ở

Th= 1.548Tkk- 1.194ln(H+1)

chương 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 không khí (oC).

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

- Nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN

211-06 áp dụng cho khu vực Nam bộ.

CT= 60oC

+ Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường: Ttt

ĐV= 35oC

+ Nhiệt độ tính toán độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường: Ttt

N= 25oC

+ Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi của lớp bê tông nhựa mặt đường: Ttt

- Nhiệt độ tính toán chọn lựa nhựa theo Superpave áp dụng cho khu vực

Nam bộ.

111

Cao = 52oC

+ Nhiệt độ cao chọn nhựa: Ttk

Thấp= 25oC

+ Nhiệt độ thấp chọn nhựa: Ttk

- Thời gian lu lèn và thông xe của bê tông thường (60/70) và bê tông cải tiến

PMBIII ở Việt Nam.

+ Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút (đảm bảo nhiệt độ

kết thúc lu lèn của bê tông nhựa rải nóng không thấp hơn 80oC).

+ Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa là 75 phút ( đảm bảo nhiệt độ

kết thúc lu lèn bê tông nhựa rải nóng không thấp hơn 80oC).

+ Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu ít nhất là 35 phút (đảm bảo nhiệt độ

kết thúc bê tông nhựa rải nóng sử dụng nhựa đường cải thiện không thấp hơn

100oC).

+ Thời gian chờ thông xe tối thiểu là 4 giờ ( đảm bảo nhiệt độ cao nhất của

bê tông nhựa rải nóng để thông xe là 50oC).

5.2. Các điểm mới của luận án

- Đã xây dựng 3 phương trình quan hệ giữa nhiệt độ trong bê tông nhựa,

nhiệt độ không khí, chiều sâu H và độ ẩm không khí khu vực Nam Bộ

- Đề xuất nhiệt độ tính toán thiết kế áo đường mềm theo tiêu chuẩn Việt Nam

22TCN 211-06 áp dụng cho khu vực Nam bộ.

- Đề xuất nhiệt độ tính toán chọn nhựa, nhiệt độ ảnh hưởng phá hoại biến

dạng và phá hoại mỏi tương đương của bê tông nhựa mặt đường theo Superpave ở

khu vực Nam bộ.

- Khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe trong quá trình thi công

của mặt đường bê tông nhựa nóng trong điều kiện thi công thông thường vào mùa

hè ở Việt Nam.

112

5.3. Hạn chế của luận án

- Các khảo sát và khuyến cáo nhiệt độ trong thiết kế và thi công mặt đường

bê tông nhựa mới chỉ thực hiện trong phạm vi hẹp và chưa bao quát hết các điều

kiện thời tiết và các khu vực.

- Các phương trình quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường với nhiệt độ không khí

và các yếu tố ảnh hưởng chỉ hạn chế với các yếu tố khí hậu cơ bản và với chiều sâu

hạn chế với kết cấu áo đường truyền thống có lớp bê tông nhựa dày 12 cm.

- Nghiên cứu mới chỉ giới hạn theo 02 hướng về nhiệt độ là nghiên cứu phân

bố nhiệt phục vụ cho thiết kế và thi công, chưa mở rộng sang hướng nghiên cứu thứ

03 là về vật liệu và cấu tạo với xu thế giảm nhiệt cho lớp bê tông nhựa mặt đường.

5.4. Hướng nghiên cứu tiếp

Với những hạn chế của đề tài vừa nêu trên, tác giả có thể đề ra hướng nghiên

cứu tiếp tục như sau:

- Mở rộng nghiên cứu tương tự với thời gian khảo sát liên tục bao quát các

điều kiện thời tiết và cho các khu vực điển hình của Việt Nam, có xét đến hiệu ứng

đô thị.

- Mở rộng nghiên cứu về nhiệt độ khai thác của lớp bê tông nhựa phụ thuộc

vào các điều kiện khác là nhóm các nguồn thu nhiệt phụ thuộc loại lớp móng, cao

độ mực nước ngầm, ....

- Tiếp tục nghiên cứu theo hướng thứ ba về các loại vật liệu và kết cấu mặt

đường có khả năng giảm nhiệt trong điều kiện thời tiết nắng nóng.

113

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

1. TS. Nguyễn Thống Nhất, ThS. Trần Văn Thiện (2014), Ảnh hưởng của nhiệt độ

không khí đến mặt đường bê tông nhựa, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 4/2014.

2. TS. Nguyễn Thống Nhất, ThS. Trần Văn Thiện (2014), Một số nguyên nhân hư

hỏng mặt đường bê tông nhựa phổ biến ở Nam bộ và hướng giải quyết, Tạp chí

Giao thông Vận tải, Số 7/2014.

3. TS. Nguyễn Thống Nhất, ThS. Trần Văn Thiện (2015), Phân bố nhiệt trong bê

tông nhựa khu vực Nam bộ, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 12/2015.

4. PGS-TS. Trần Thị Kim Đăng, Ngô Ngọc Quí, Trần Văn Thiện (2015), Diễn biến

nhiệt độ hỗn hợp asphalt trong quá trình thi công và một số khuyến cáo trong thi

công hỗn hợp asphalt rải nóng, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Số đặc

biệt - 11/2015.

5. TS. Nguyễn Thống Nhất, ThS. Trần Văn Thiện (2016), Nhiệt độ tính toán lớp mặt

đường bê tông nhựa trong kết cấu áo đường mềm khu vực Nam bộ và một số

kiến nghị, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 7/2016.

114

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Trần Đình Bửu, Nguyễn Văn Thái (2008), Nguyên cứu và so sánh một số tính

chất cơ lý của các loại bê tông nhựa ở nhiệt độ cao làm lớp mặt khi sử dụng các

loại bê tông nhựa khác nhau bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm. Tạp chí

cầu đường Việt Nam. Số 3-2008.

2. Nguyễn Quang Chiêu (2008), Các kết cấu mặt đường kiểu mới, NXB Xây Dựng;

3. Phạm Quang Chiêu (2011), Nhựa đường và các loại mặt đường nhựa, NXB Xây

Dựng.

4. Vũ Đức Chính, Trần Thị Thùy Anh, Lương Xuân Chiểu, Trần Trung Dũng,

Phạm Thanh Hà, Nguyễn Tuấn Hiển, Đặng Minh Hoàng, Trần Ngọc Huy, Lưu

Ngọc Lâm, Nguyễn Quang Phúc (2015), Đề tài cấp Bộ năm 2015, Nghiên cứu

phân loại nhựa đường theo Superpave (nhựa đường PG) và đề xuất áp dụng

trong xây dựng đường Bộ Việt Nam, Mã số đề tài DT 154015.

5. Trần Thị Kim Đăng (2004), Mô đun đàn hồi tính toán của bê tông asphalt làm

mặt đường xét đến tính chất tải trọng tác dụng thực tế, Luận án tiến sĩ kỹ thuật,

trường Đại học Giao Thông Vận Tải, Hà Nội.

6. Trần Thị Kim Đăng (2010), Độ bền khai thác & tuổi thọ kết cấu mặt đường bê

tông nhựa, NXB Giao Thông vận Tải Hà Nội.

7. Trần Thị Kim Đăng, Vũ Đức Chính (2009), Một số vấn đề trong thực tế thiết kế

kết cấu mặt đường mềm sử dụng tiêu chuẩn thiết kế hiện hành và giải pháp, tạp

chí KHGTVT, số 28/2009.

8. Trần Thị Kim Đăng, Ngô Ngọc Quí, Trần Văn Thiện (2015), Diễn biến nhiệt độ

hỗn hợp asphalt trong quá trình thi công và một số khuyết cáo trong thi công lớp

hỗn hợp asphalt rải nóng. Tạp chí khoa học Giao Thông vận Tải - trường đại học

Giao Thông Vận Tải, số đặc biệt-tháng 11/2015.

9. Trần Việt Hà (2013), Nghiên cứu chế độ nhiệt phục vụ tính toán thiết kế kết cấu

mặt đường bê tông nhựa trong điều kiện Việt Nam, đề tài cấp bộ 2009-2011, mã

số đề tài: DT093013.

115

10. Dương Học Hải, Nguyễn Quang Phúc, (2015), Về phương pháp thiết kế áo

đường mềm và ảnh hưởng của thiết kế đến việc thời gian gần đây ở nước ta mặt

đường bê tông nhựa bị hư hỏng sớm do hằn lún vệt bánh xe, Cầu đường Việt

Nam số 12- 2015.

11. Phạm Duy Hữu (2005), Vật liệu xây dựng mới, NXB Giao Thông Vận Tải.

12. Phạm Duy Hữu, Đào văn Đông, Nguyễn Ngọc Lân (2013), Nghiên cứu đánh giá

hư hỏng mặt đường bê tông Asphalt có liên quan đến xô dồn và trượt nứt trên

một số quốc lộ Việt Nam, tạp chí GTVT 8/2013.

13. Phạm Duy Hữu, Vũ Đức Chính, Đào Văn Đông, Nguyễn Thanh Sang (2010), Bê

tông Asphalt và hỗn hợp Asphalt, NXB GTVT. Hà Nội.

14. Nguyễn Quang Phúc, Phạm Thanh Hà và Lương Xuân Chiểu (2015), Phân tích

nhiệt độ trong các lớp mặt đường bê tông nhựa ở Hà Nội, Tạp chí khoa học Giao

Thông vận Tải - trường đại học Giao Thông Vận Tải, số đặc biệt-tháng 11/2015.

15. Trịnh Văn Quang, Trần Văn Bảy (2013), Khảo sát trạng thái nhiệt lớp bê tông

nhựa mặt cầu dưới tác động của thay đổi thời tiết bằng PP phần tư hữu hạn, tạp

chí Cầu đường Việt Nam, số 1&2 - 2013.

16. Hoàng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM.

17. Nguyễn Xuân Vinh(2003), Các chuyên đề nâng cao thiết kế đường ô tô, nhà

xuất bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh.

18. Nguyễn Xuân Vinh (1992), Sơ đồ tính toán bề dày mặt đường mềm ứng với mùa

nóng bất lợi của Việt Nam, tạp chí GTVT tháng 6 - 1992.

19. Bộ Giao Thông vận Tải (2002), Qui trình thiết kế áo đường mềm 22TCN 274-

01. NXB Giao thông vận tải.

20. Bộ Giao Thông vận Tải (2007), Qui trình thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-

06. NXB Giao thông vận tải.

21. Bộ Giao Thông vận Tải (2007), Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-

2005 NXB Giao thông vận tải.

22. Bộ Giao Thông Vận Tải (2006), Qui trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt

đường bê tông nhựa sử dụng nhựa đường polime 22TCN 356-06.

116

23. Bộ Giao Thông vận Tải (2008), Qui trình tạm thời về kỹ thuật thi công kỹ thuật

thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám trên đường ô tô quyết định

số 3287/QĐ-BGTVT ngày 29/8/2008.

24. Bộ Giao Thông vận Tải (2014), Hướng dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn

hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường

bê tông nhựa nóng đối với tuyến đường có qui mô giao thông lớn, quyết định số

858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014.

25. Bộ Khoa Học và Công Nghệ (2011), TCVN 8860-2011 Bê tông nhựa – phương

pháp thử.

26. Bộ Khoa Học và Công Nghệ (2011), TCVN 8820-2011 Hỗn hợp bê tông nhựa

nóng – Thiết kế theo Marshall.

27. Bộ Khoa Học và Công Nghệ (2011), TCVN 8819-2011Mặt đường bê tông nhựa

nóng – Yêu cầu thi công và nghiệm thu. Bộ Giao Thông vận Tải.

28. Bộ Xây Dựng (2009), QCVN 02-2009, Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều

kiện tự nhiên dùng trong Xây dựng.

Tiếng Anh

29. Alexander Vasene, Frank Bijleveld, Timo Hartmann, André G.Dorée-“ A read-

time system for prediction cooling within the asphalt layer to support rolling

operations” – Department of construction Management and Engineering,

University of Twente, Enschede, The Netherlands.

30. Alaeddin Mohseni (1998), LTPP Seasonal Asphalt Concrete (AC) Pavement

Temperature Models. Report No FHWA-RD-97-103.

31. A. Synnefa, M. Santamouris, K. Apostolakis (2007), On the development,

optical properties and thermal performance of cool colored coatings for the

urban environment, Sol. Energy 81 (4).

32. A. Synnefa, M. Santamouris, I. Livada (2006), A study of the thermal performance of

reflective coatings for the urban environment, Sol. Energy 80 (8).

33. A.Vasenev, T.Hartmann, A.G.Dorée- “Prediction of the in-asphalt temperature

for road construction operations”- Department of Construction Management and

Engineering, University of Twente, Enschede, The Netherlands.

34. Construction Specification of the Pennsylvania DOT (2008) in the United States.

117

35. Construction Specification of Federal Highway Administration (FHWA) (2002)

in the United States.

36. David Croney, Paul Croney (1991), Design anh performance of road pavements,

McGraw-Hill.

37. Development of asphalt pavement temperature model for tropical climate

conditions in West Bali region. I Made Agus Ariawan; Bambang Sugeng

Subagio; Bagus Hario Setiadji; Udayana University, Denpasar-Indonesia;

Bandung Institute of Technology, Bandung-Indonesia; Diponegoro University,

Semarang-Indonesia.

38. Development of pavement temperature predictive models using

thermophysical properties to assess urban climates in the built environment.

Shashwath Sreedhara,b, Krishna Prapoorna Biligiria.

a-Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology

Kharagpur, Kharagpur 721 302, West Bengal, India

b-School of Civil & Construction Engineering, Oregon State University,

Corvallis, OR, USA.

39. Diefenderfer, B.K., Al-Qadi, I.L., Imad L., Diefenderfer, S.D (2006), Model to

Predict Pavement Temperature Profile: Development and Validation, Journal of

Transportation Engineering, 132 (2), 162-167, American Society of Civil

Engineers.

40. D. Feng, J. Yi, D. Wang (2013), Performance and thermal evaluation of

incorporating waste ceramic aggregates in wearing layer of asphalt pavement, J.

Mater. Civ. Eng. 25 (7).

41. Experimental investigation into the thermal behavior of wearing courses for road

pavements due to environmental conditions.

Emanuele Toraldo, Edoardo Mariani, Susanna Alberti, Maurizio Crispino.

Department of Civil and Environmental Engineering, Politecnico di Milano, 32

Piazza Leonardo Da Vinci, 20133 Milan, Italy.

42. Field measurements of road surface temperature of several asphalt pavements

with temperature rise reducing function. Hiroshi Higashiyama a, Masanori

Sanob, Futoshi Nakanishic Osamu Takahashid , Shigeru Tsukumad.

118

a- Department of Civil and Environmental Engineering, Kinki University, 3-4-1,

Kowakae, Higashiosaka, Osaka 577-8502, Japan.

b - Research Institute for Science and Technology, Kinki University, 3-4-1,

Kowakae, Higashiosaka, Osaka 577-8502, Japan.

c -Technical Department, Kansai Branch, Toa Road Corporation, 1-4-17,

Motomachi, Naniwa-ku, Osaka 556-0016, Japan.

d - Operations Department, The Kanden L&A Co., Ltd., 4-8-17, Nishitenma, Kita-

ku, Osaka 530-0047, Japan.

43. Hassan, H.F., Al-Nuaimi, A.S. &Jafar, T.M.A (2005), Development of Asphalt

Pavement Temperature Models for Oman, Muscat Sultanet Oman, The Journal

of Engineering Research Vol.2.

44. H. Li, J.T. Harvey, T.J. Holland, et al (2013), The use of reflective and

permeable pavements as a potential practice for heat island mitigation and

stormwater management, Environ. Res. Lett. 8 (1).

45. Hendel, M., Colombert, M., Diab, Y., Royon, L (2014), Improving a pavement-

watering method on the basis of pavement surface temperature measurements.

Urban Clim. 10, 189–2.

46. Matic, B., Matic, D., Cosis, D., Sremac, S., Tepic, G., Ranitovic, P (2013), A

Model For The Pavement Temperature Prediction at Specified Depth, Faculty

of Technical Sciences, University of Novi Sad, Serbia.

47. Minhoto, M.J.C., Pais, J.C., Fontes, L.T.P.L (2009), Evaluation of Fatigue

Performance at Different Temperature, 2nd Workshop on Four Point Bending,

University of Minho, ISBN 978-972-8692-42.

48. N. Tran, B. Powell, H. Marks, et al (2009), Strategies for design and

construction of high-reflectance asphalt pavements, Transp. Res. Rec. J. Transp.

Res. Board 2098 (1).

49. Oriented heat release in asphalt pavement induced by high-thermalconductivity

rods. Yinfei Du, Shengyue Wang*, School of Transportation, Southeast

University, Nanjing, 210096, PR China.

119

50. P. Pascual-Mu~ noz, D. Castro-Fresno, P. Serrano-Bravo, et al (2013), Thermal

and hydraulic analysis of multilayered asphalt pavements as active solar

collectors, Appl. Energy 111.

51. Kinouchi, T., Yoshinaka, T., Fukae, N., Kanda, M (2004), Development of cool

pavement with dark colored high albedo coating. Fifth Conference for the Urban

Environment.

52. Rathke, J. & Macpherson, R.A (2006), Modeling Road Pavement Temperatures

with Skin Temperature Observations From The Oklahoma Mesonet, Oklahoma,

Climatological Survey, University of Oklahoma.

53. R.B. Mallick, B.L. Chen, S. Bhowmick (2009), Harvesting energy from asphalt

pavements and reducing the heat island effect, Int. J. Sustain. Eng. 2 (3).

54. Sandberg, U., et al. (2011). “Optimization of thin asphalt layers-State-of-the-art

review, ERA-NET ROAD Project, optimization of thin asphalt layers,

Deliverable No.1.” ERA NET ROAD, European Commission.

55. Santamouris, M (2013), Using cool pav ements as a mitigation strategy tofight

urban heat islanda review of the actual developments. Renewable Sustainable

Energy Rev. 26, 224–240.

56. S. Wang, Q. Zhu, Y. Duan, et al (2014), Unidirectional heat-transfer asphalt

pavement for mitigating the urban heat island effect, J. Mater. Civ. Eng. 26 (5).

57. Synnefa, A., Karlessi, T., Gaitani, N., Santamouris, M., Assimakopoulos, D.N.,

Papakatsikas, C (2011), Experimental testing of cool colored thin layer asphalt

and estimation of its potential to improve the urban microclimate. Build.

Environ. 46, 38–44.

58. Tabatabaie, S.A., Ziari, H., Khalili, M (2008), Modelling Temperature and

Resilient Modulus Asphalt Pavements for Tropic Zones of Iran.Asian, Journal

Of Scientific Research 1 (6) :579-588, 2008, Asian Network for Scientific

Information.

59. T. Asaeda, V.T. Ca (2000), Characteristics of permeable pavement during hot

summer weather and impact on the thermal environment, Build. Environ. 35 (4)

60. Thermal properties of asphalt pavements under dry and wet conditions.

120

Abdushaffi Hassna, Andrea Chiarellia, Andrew Dawsona, and Alvaro Garciaa1,

Nottingham Transportation Engineering Centre, School of Civil Engineering,

University of Nottingham, University Park, Nottingham NG7 2RD, UK.

61. Wahhab, H., Asi, I., Ramadhan, R (2001), Modeling Resilient Modulus and

Temperature Correction for Saudi Roads, Journal of Materials in Civil

Engineering, 13(4), 298-305, American Society of Civil Engineers.

62. William Herb, Mihai Marasteanu and Heinz G.Stefan (2006), Simulation and

Characterization of Asphalt Pavement Temperatures. Project Report No.480-

University of Minnesota. September 2006.

63. W.T. Van Bijsterveld, L.J.M. Houben, A. Scarpas, et al (2001), Using pavement

as solar collector: effect on pavement temperature and structural response,

Transp. Res. Rec. J. Transp. Res. Board 1778 (1).

64. Velasguez, R., Marasteanu, M., Clyne, R.T., Worel, B (2008), Improved Model

To Predict Flexible Pavement Temperature Profile, Third International

Conference on Accelerated Pavement Testing, Madrid, Spain.

65. Yang H.Huang (1993), Pavement analysis anh Design. Prentice Hall.Y. Du, Q.

Shi, S. Wang (2014), Highly oriented heat-induced structure of asphalt

pavement for reducing pavement temperature, Energy Build. 85.

66. Y. Du, Q. Shi, S. Wang (2015), Bidirectional heat induced structure of asphalt

pavement for reducing pavement temperature, Appl. Therm. Eng. 75.

67. Yuhong Wang, P.E; Songye Zhu, M.ASCE; and Alvin S.T.Wong (2014),

“Cooling Time Estimation of Newly Placed Hot-Mix Asphalt Pavement in

Different Weather conditions”-J.Constr.Eng.Manage.2014.140.

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Số liệu nhiệt độ trạm Cần Thơ, thành phố Cần Thơ và trạm Tân

Sơn Hòa, thành phố Hồ Chí Minh

Phụ lục 2. Số liệu nhiệt độ tại các trạm:

- Trạm 1: Đường Chu Văn An, quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh.

- Trạm 2: Đường Quốc Lộ 50, tỉnh Long An.

- Trạm 3: Đường Tỉnh Lộ 43, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương.

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: 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

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

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

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

HÀ NỘI - 2017

Thời gian

  

 Fq j

BIỂU ĐỒ NHIỆT ĐỘ NĂM 2012

)

C ộ đ (

I

Ộ Đ T Ệ H N

THỜI GIAN (tháng)

BIỂU ĐỒ NHIỆT ĐỘ NĂM 2012

)

C ộ đ (

I

Ộ Đ T Ệ H N

THỜI GIAN (tháng)

C

 v 

)

i

C o ( ộ đ t ệ h N

Thời gian (giờ)

)

i

C o ( ộ đ t ệ h N

Thời gian (phút)

)

C o ( ộ đ t ệ i h N

Thời gian (phút)

 v 

C ộ đ

i

, g n ờ ư đ t ặ m p ợ h n ỗ h ộ đ t ệ h N

Thời gian (phút)

ộ đ

C

i

, g n ờ ư đ t ặ m p ợ h n ỗ h ộ đ t ệ h N

Thời gian (phút)

C ộ đ

i

, g n ờ ư đ t ặ m p ợ h n ỗ h ộ đ t ệ h N

Thời gian (phút)

Ttt

CT= 60oC

ĐV= 35oC

tt= 25oC

4.2. Đề xuất áp dụng Superpave trong điều kiện khí hậu Nam bộ 4.2.1. Nhiệt độ thiết kế

CT= 60oC

ĐV= 35oC

N= 25oC

Cao = 52oC

Thấp= 25oC

CT= 60oC

ĐV= 35oC

N= 25oC

Cao = 52oC

Thấp= 25oC

+ Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút (đảm bảo nhiệt độ

Có thể bạn quan tâm

Luận án Tiến sĩ: Phân tích phi tuyến về ổn định và động lực của cấu kiện tấm - vỏ nanocomposite có gân tăng cứng trong kết cấu công trình

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo của phương tiện chuyển động ngầm

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển thuật toán định tuyến hành trình tàu thuỷ nhằm tối thiểu hóa nhiên liệu tiêu thụ

Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tính toán hệ dây neo công trình biển nổi đặt tại vùng biển Việt Nam

Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Đánh giá sự hiện diện một số kim loại nặng trong nghêu trắng Meretrix lyrate và môi trường sống của chúng

Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán ngẫu nhiên tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu trên cơ sở ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng mô hình tiêu hao nhiên liệu cho xe máy trong điều kiện lái thực

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng mô hình tiêu hao nhiên liệu cho xe máy trong điều kiện lái thực

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển mô hình học máy dùng ảnh xạ hình hỗ trợ chẩn đoán bệnh ung thư tuyến giáp thể biệt hoá sau phẫu thuật