Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.Nghiên cứu phân bố nhiệt độ trong kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ THU THẢO NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CÓ LỚP MÓNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG CHO KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG Ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số : 9580205 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ Đà Nẵng, Năm 2023 Cơng trình hoàn thành Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hồng Hải PGS.TS Nguyễn Quang Phúc Phản biện 1: ……………… Phản biện 2: ……………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án đơn vị chuyên môn Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng vào lúc giờ, ngày ……… tháng ……… năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viên Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với phát triển kinh tế - xã hội, phương tiện giao thông vận tải đường ngày tăng lên lưu lượng tải trọng trục xe Do vậy, tuyến đường cấp cao ngày xây dựng nhiều để đáp ứng nhu cầu Tuy nhiên nguồn vật liệu sử dụng cho xây dựng đường ngày giảm, việc thiết kế xây dựng đường cần phải cân nhắc sử dụng nguồn vật liệu tiết kiệm Theo nghiên cứu Ban quản lý đường liên bang Hoa Kỳ [1, 2], loại kết cấu mặt đường mềm (KCMĐ) với lớp mặt bê tơng nhựa (BTN) đặt lớp móng gia cố xi măng (GCXM) có nhiều ưu điểm ngày sử dụng, đặc biệt lớp móng GCXM có cường độ độ ổn định cường độ cao nên chiều dày lớp móng nhỏ giúp tiết kiệm nguồn vật liệu móng đường khai thác từ thiên nhiên Khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng đà phát triển, nhu cầu xây dựng tuyến đường nhiều, việc tiết kiệm vật liệu KCMĐ cần thiết Tuy nhiên, loại KCMĐ có nhược điểm, dễ xuất vết nứt tượng nứt phản ảnh từ lớp móng GCXM lan truyền lên lớp mặt BTN, mà nguyên nhân phần chịu ảnh hưởng bất lợi nhiệt độ Ngồi ra, BTN có tính chất đàn hồi-nhớt-dẻo nên cường độ mặt đường chịu ảnh hưởng nhiều vào nhiệt độ tác dụng tải trọng xe chạy Dưới tác dụng lặp tải trọng xe chạy, mặt đường BTN dễ phát sinh biến dạng dẻo nhiệt độ cao (hiện tượng lún vệt bánh xe); ngược lại nhiệt độ thấp BTN trở nên dịn, dễ gãy vỡ xuất vết nứt Có thể nói giai đoạn khai thác, nhiệt độ yếu tố có ảnh hưởng lớn đến chất lượng tuổi thọ KCMĐ Từ cho thấy đề tài “Nghiên cứu phân bố nhiệt độ kết cấu mặt đường mềm có lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng cho khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng” thiết thực, giúp dự báo xác phân bố nhiệt độ KCMĐ điều kiện làm việc thực tế, cung cấp thông số nhiệt độ vật liệu phù hợp cho tính tốn thiết kế KCMĐ, nhằm giảm tượng hư hỏng, nâng cao chất lượng khai thác tăng tuổi thọ cho KCMĐ Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phát triển mô hình dự đốn phân bố nhiệt KCMĐ mềm có cấu tạo lớp mặt BTN lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPĐD GCXM) thuộc khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng, từ đánh giá ảnh hưởng điều kiện khí hậu đến phân bố nhiệt độ KCMĐ, đồng thời làm đề xuất nhiệt độ áp dụng thực tiễn công tác thiết kế, kiểm tra đánh giá chất lượng KCMĐ, nhằm hạn chế hư hỏng KCMĐ tác dụng tải trọng khí hậu thời tiết q trình khai thác Mục tiêu cụ thể sau: - Phát triển thiết bị xác định thông số nhiệt lý vật liệu mặt đường phịng thí nghiệm, áp dụng xác định thông số nhiệt lý cho vật liệu BTN CPĐD GCXM; - Nghiên cứu phân bố nhiệt độ KCMĐ thực nghiệm kích thước thật theo thời gian thực, có xét đến ảnh hưởng thơng số điều kiện khí hậu khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng; - Phát triển mơ hình dự đốn nhiệt độ lớp mặt BTN lớp móng CPĐD GCXM áp dụng cho khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng dựa kết quan trắc thực nghiệm mô số; - Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày lớp mặt BTN đến phân bố nhiệt độ KCMĐ mềm có lớp móng CPĐD GCXM, làm sở đề xuất cấu tạo chiều dày hợp lý lớp mặt BTN lớp móng CPĐD GCXM khuyến nghị nhiệt độ tham chiếu sử dụng thiết kế, kiểm tra đánh giá chất lượng KCMĐ mềm khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi nhiệt độ KCMĐ mềm gồm lớp mặt bê tông nhựa lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng Phạm vi nghiên cứu: - Vật liệu đá dăm cấp phối đá dăm loại mỏ đá Hòa Nhơn thành phố Đà Nẵng; - KCMĐ gồm lớp mặt BTN chặt 12,5 dày 13 cm, lớp móng CPĐD Dmax31,5 gia cố 4% xi măng dày 15 cm, lớp móng CPĐD loại Dmax 37,5 dày 15 cm đường cát; - Khí hậu tỉnh Quảng Nam lấy trạm khí tượng Tam Kỳ khí hậu thành phố Đà Nẵng lấy đài khí tượng Trung trung địa 660 Trưng Nữ Vương Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp phân tích, thống kê kết hợp nghiên cứu lý thuyết; - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm; - Phương pháp mô số Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học luận án: - Luận án xây dựng phương pháp tiếp cận nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khí hậu đến phân bố nhiệt KCMĐ mềm, áp dụng cụ thể cho khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng; đồng thời ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số nhiệt lý vật liệu mặt đường phân bố nhiệt độ KCMĐ; - Phát triển mơ hình dự báo phân bố nhiệt độ KCMĐ mềm có lớp móng CPĐD GCXM khu vực khí hậu Quảng Nam-Đà Nẵng, dựa phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến, mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) mô phần mềm ANSYS; đồng thời mở rộng nghiên cứu cho loại KCMĐ sử dụng vật liệu khác nhau, vùng khí hậu khác Ý nghĩa thực tiễn luận án: - Phát triển thiết bị cho phép xác định thông số nhiệt lý vật liệu mặt đường giúp cho việc dự báo phân bố nhiệt độ KCMĐ xác Thiết bị phù hợp với loại vật liệu mặt đường kích cỡ mẫu thí nghiệm chế bị theo phương pháp chế bị mẫu sử dụng Đây thiết bị hoàn toàn Việt Nam, nhóm nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện tiến hành thủ tục đăng ký thương mại hóa; - Luận án đề xuất nhiệt độ tham chiếu để đơn vị có liên quan xem xét lựa chọn nhiệt độ sử dụng tính tốn thiết kế kết cấu mặt đường thuộc khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng, đồng thời kiến nghị xem xét sử dụng mơ hình dự báo nhiệt độ để dự báo nhiệt độ mặt đường thực thí nghiệm mô đun đàn hồi KCMĐ mềm Cấu trúc luận án Luận án có cấu trúc gồm có phần Mở đầu, chương (Chương 127 trang, chương 2-22 trang, chương 3-31 trang, chương 4-38 trang), kết luận kiến nghị, 26 bảng biểu, 55 hình vẽ, mục lục Tổng luận án trình bày 127 trang A4 không kể phụ lục CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHÂN BỐ NHIỆT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CÓ LỚP MÓNG BẰNG VẬT LIỆU GIA CỐ XI MĂNG 1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đặc điểm làm việc kết cấu mặt đường mềm có lớp móng sử dụng vật liệu gia cố xi măng Trong trình khai thác KCMĐ thường xuất hiện tượng nứt phản ảnh, vết nứt mặt tiếp xúc lớp móng gia cố xi măng lớp mặt bê tông nhựa phát triển lên phía Khi vết nứt xuất lớp móng gia cố độ mở rộng đạt đến mức độ định ứng xử khe nối ứng suất tập trung đáy lớp BTN xuất vị trí Sự co giãn lớp móng GCXM ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ hay tác dụng tải trọng nặng làm cho chiều rộng khe nứt tăng lên Khi ứng suất kéo đáy lớp BTN vượt cường độ chịu kéo cho phép, làm xuất vết nứt phản ảnh Ngoài ra, lớp mặt BTN KCMĐ nhạy cảm với nhiệt độ Trị số mô đun đàn hồi lớp BTN phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc thực tế Do đó, nhiệt độ thay đổi làm ảnh hưởng đến chất lượng mặt đường BTN nứt nhiệt độ thấp, hằn lún nhiệt độ cao, … Do vậy, việc xác định phân bố nhiệt độ KCMĐ giúp cung cấp sở liệu cho việc nghiên cứu ứng xử KCMĐ ảnh hưởng nhiệt độ Giúp hạn chế tượng hư hỏng cho KCMĐ 1.2 Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt kết cấu mặt đường Do KCMĐ có kích thước theo phương ngang phương dọc lớn nhiều so với chiều sâu nên truyền nhiệt KCMĐ xem “truyền nhiệt chiều” [12,14] Phương trình truyền nhiệt chiều cho KCMĐ nhiều lớp viết dạng sau: 𝑖 𝜕 𝑇𝑖 (𝑧, 𝑡) 𝜕𝑇𝑖 (𝑧, 𝑡) = 𝜌𝑖 𝑐𝑖 𝜕𝑧 𝜕𝑡 𝑧𝑖−1 < 𝑧 < 𝑧𝑖 , 𝑡 > (1.1) Trong đó: Ti(z,t) - trường nhiệt độ lớp thứ i (0C); z - khoảng cách từ mặt đường đến độ sâu cần quan trắc (m); t - thời gian (s); i - độ dẫn nhiệt lớp thứ i (W/(m.oC)); i - khối lượng thể tích lớp thứ i, (kg/m3); Ci - nhiệt dung riêng lớp thứ i (J/(kg oC )) Dòng nhiệt bề mặt KCMĐ đo trực tiếp xác định thơng qua dịng nhiệt đến bề mặt KCMĐ phương trình (1.4) 1 𝜕𝑇1 (𝑧,𝑡) 𝜕𝑧 | 𝑧=0 = 𝑞𝑠 − 𝑞𝑙 − 𝑞𝑐 (1.4) Trong đó: 1 - độ dẫn nhiệt lớp thứ (W/(m oC)); qs - xạ mặt trời thực tế KCMĐ hấp thụ (W/m2); ql - xạ sóng dài KCMĐ phát mơi trường xung quanh (W/m2); qc - dòng nhiệt đối lưu (W/m2) 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình truyền nhiệt kết cấu mặt đường 1.3.1 Ảnh hưởng điều kiện khí hậu Điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến dòng nhiệt bề mặt KCMĐ thể phương trình (1.4) 1.3.2 Ảnh hưởng tính chất vật liệu Ngoài độ phản xạ độ phát xạ bề mặt KCMĐ, nhiều nghiên cứu cho thấy nhiệt độ KCMĐ chịu ảnh hưởng đặc tính nhiệt vật liệu làm KCMĐ [31,34], bao gồm: Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng độ khuếch tán nhiệt Độ phản xạ độ phát xạ bề mặt KCMĐ ảnh hưởng đến truyền nhiệt xạ KCMĐ mơi trường xung quanh, đặc tính nhiệt vật liệu KCMĐ ảnh hưởng đến truyền dẫn nhiệt bên KCMĐ Đây thơng số có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu dự đoán phân bố nhiệt KCMĐ 1.4 Các nghiên cứu dự đoán phân bố nhiệt KCMĐ Nghiên cứu dự đốn nhiệt độ KCMĐ chia thành hai hướng nghiên cứu: (i) Hướng nghiên cứu dựa lời giải lý thuyết truyền nhiệt gồm có phương pháp giải tích phương pháp số (sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn) Với hướng phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ưu điểm ngày cân nhắc sử dụng Hầu hết hãng phần mềm thương mại sử dụng phương pháp này; (ii) Hướng nghiên cứu theo phương pháp thực nghiệm thống kê gồm: Hồi quy tuyến tính, hồi quy phi tuyến, mạng nơron nhân tạo (ANN) Với hướng chủ yếu dự đoán nhiệt độ cho riêng lớp BTN, hồi quy phi tuyến mô tả tổng quát trường nhiệt độ phân bố BTN nên phù hợp cho việc xây dựng mơ hình dự đốn tổng qt theo độ sâu thời gian lớp BTN Mơ hình ANN hướng tiếp cận lĩnh vực dự đoán phân bố nhiệt độ hứa hẹn mang lại kết khả quan nên cần tập trung để nghiên cứu 1.5 Kết luận chung Kết tổng quan cho thấy, chưa tìm thấy nghiên cứu phân bố nhiệt cho KCMĐ gồm lớp mặt BTN lớp móng CPĐD GCXM, ảnh hưởng nhiệt độ đáng kể lớp vật liệu Nhiệt độ KCMĐ thay đổi theo không gian thời gian, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu vùng Việc áp dụng mơ hình nghiên cứu tác giả giới thực vào điều kiện khí hậu Việt Nam khó khả thi, cần xem xét Các mơ hình thực nghiệm phát triển dựa phân tích thống kê từ số liệu quan trắc nhiệt độ KCMĐ điều kiện khí hậu cụ thể nên dù có độ xác cao, khơng thể áp dụng cho KCMĐ có đặc tính nhiệt lý vật liệu, bề dày vật liệu hay điều kiện khí hậu khác với mơ hình thực nghiệm Với phát triển cơng cụ tính tốn đại, để tiết kiệm chi phí thời gian kết hợp nghiên cứu thực nghiệm với mô số để mơ hình dự đốn có phạm vi ứng dụng rộng rãi CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG XÁC ĐỊNH ĐỘ KHUẾCH TÁN VÀ ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA VẬT LIỆU KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG 2.1 Khái quát nghiên cứu xác định thông số nhiệt lý vật liệu kết cấu mặt đường Một số nghiên cứu tác giả Chen cộng sự, Côté Konrad, Hassn cộng sự, Luca Mrawira, Yan cộng [36– 38,71,72] thơng số nhiệt lý vật liệu có giá trị thay đổi lớn phụ thuộc nhiều vào yếu tố đặc điểm hóa học vật liệu, cấp phối hạt, độ rỗng dư, độ chặt vật liệu, trạng thái vật lý vật 13 thông số nhiệt lý có ưu điểm: xét ảnh hưởng nhiệt độ vật liệu KCMĐ làm việc thực tế; mẫu thí nghiệm chế tạo theo phương pháp Marshall hay Proctor khoan trường Thí nghiệm thơng số nhiệt lý BTN CPĐD GCXM từ mẫu khoan trường mơ hình quan trắc nhiệt độ thực tế giá trị độ khuếch tán độ dẫn nhiệt loại vật liệu thể Hình 2.9 Hình 2.12 Sau đó, kết sử dụng để tính tốn nhiệt dung riêng loại vật liệu Hình 2.9 Tương quan độ dẫn Hình 2.12 Tương quan độ khuếch nhiệt nhiệt độ bề mặt mẫu Tsur tán nhiệt nhiệt độ bề mặt mẫu Tsur CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CÓ LỚP MÓNG CPĐD CỐ XI MĂNG 3.1 Mơ hình thực nghiệm Mơ hình thực nghiệm xây dựng có kích thước 2m x 6m, xây dựng khuôn viên trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Kết cấu mặt đường thực nghiệm gồm lớp mặt BTN chặt 12,5 dày 13 cm đặt lớp móng cấp phối đá dăm Dmax31,5 gia cố 4% xi 14 măng dày 15cm lớp móng cấp phối đá dăm loại Dmax37,5 dày 15 cm lớp cát thể Hình 3.1 3.2 Vật liệu Tất loại vật liệu BTN 12,5, cấp phối đá dăm Dmax31,5 gia cố 4% xi măng cấp phối đá dăm loại Dmax37,5 thí nghiệm kiểm tra đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thi công nghiệm thu lớp vật liệu Hình 3.1 Mơ hình KCMĐ thực nghiệm quan trắc nhiệt độ 3.3 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 3.3.1 Thi cơng kết cấu mặt đường 15 Một số hình ảnh thi cơng bảo dưỡng lớp vật liệu thể Hình 3.4 Sau thi cơng tiến hành thí nghiệm độ chặt đất chất lượng lớp vật liệu Kết cho thấy việc lu lèn đất thi công lớp vật liệu đạt yêu cầu 3.3.2 Thiết kế hiệu chỉnh thiết bị quan trắc nhiệt độ KCMĐ Thiết bị hiệu chỉnh tương tự đọc đo nhiệt độ thiết bị đo phịng thí nghiệm chương Sơ đồ tổng quát hoạt động thiết bị thể Hình 3.5 3.3.3 Lắp đặt thiết bị 16 Cảm biến nhiệt lắp đặt để theo dõi nhiệt độ lớp CPĐD GCXM giai đoạn bảo dưỡng 14 ngày, theo phương pháp khác (bao bố tưới ẩm, vải địa tưới ẩm nhũ tương) độ sâu 4cm, 8cm 12cm Ở giai đoạn thi công bảo dưỡng xong, cảm biến nhiệt lắp đặt độ sâu cách bề mặt lớp BTN 0cm, cm, cm, cm, 10 cm, 13 cm cách bề mặt lớp CPDD GCXM cm, cm, cm, 12 cm 15 cm (xem Hình 3.6) Cuối cùng, tiến hành quan trắc nhiệt độ KCMĐ với tần suất đọc liệu 10 phút/lần Thời gian quan trắc từ ngày 18/01/2021 đến ngày 23/12/2021 3.4 Kết quan trắc bàn luận 3.4.1 Ảnh hưởng phương pháp bảo dưỡng đến phân bố nhiệt độ lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng Hình 3.8 cho thấy, phương sai nhiệt độ theo phương pháp bảo dưỡng khác có khác biệt, phương pháp bao bố tưới ẩm có khoảng tứ phân vị ngắn nhất, dao động quanh nhiệt độ trung bình 17 khoảng 1°C đến 2°C, phương pháp nhũ tương nhựa đường có khoảng tứ phương vị rộng, dao động quanh nhiệt độ trung bình khoảng đến 6°C tùy độ sâu Điều giải thích ảnh hưởng việc tưới nước hàng ngày khả trì độ ẩm bề mặt CPĐD GCXM phương pháp bao bố tưới ẩm vải địa tưới ẩm thời gian bảo dưỡng Ngược lại, bề mặt màu đen nhũ tương phần làm tăng khả hấp thụ nhiệt từ cường độ xạ mặt trời làm tăng nhiệt độ CPĐD GCXM so với nhiệt độ khơng khí 3.4.3 Phân bố nhiệt độ kết cấu mặt đường quan trắc Hình 3.14a Diễn biến nhiệt độ sâu lớp BTN CPĐD GCXM Hình 3.14a Hình 3.15a cho thấy nhiệt độ KCMĐ thay đổi theo không gian (độ sâu quan trắc KCMĐ) thời gian ngày Quan hệ nhiệt độ với độ sâu cách bề mặt (Depth) thời gian ngày (Time) quan hệ phi tuyến Vì vậy, để dự đoán trường phân bố nhiệt độ KCMĐ, mơ hình dự báo phải có xuất biến độ sâu (Depth) biến thời gian (Time) Nhiệt độ trung bình lớp BTN năm khoảng 35oC 18 Hình 3.15a Thống kê tồn nhiệt độ quan trắc KCMĐ theo độ sâu CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH DỰ ĐỐN PHÂN BỐ NHIỆT VÀ ĐỀ XUẤT NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, KIỂM TRA KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CÓ LỚP MÓNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG 4.1 Đặc điểm khí hậu khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng Quảng Nam nằm vùng Trung Bộ Việt Nam Tọa độ địa lý Quảng Nam nằm khoảng 14,45o đến 16,05o vĩ Bắc 107,52o đến 109,27o kinh độ Đông Đà Nẵng nằm 15o55’ đến 16o14’ vĩ Bắc 107o18’ kinh độ Đơng Các số liệu khí hậu (nhiệt độ khơng khí, độ ẩm, lượng mưa, tốc độ gió, cường độ xạ mặt trời) thu thập từ trung tâm khí tượng Trung trung (Đà Nẵng) trạm khí tượng Tam Kỳ Quảng Nam Kết phân tích cho thấy, giá trị nhiệt độ khơng khí, độ ẩm cường độ xạ thông số biến đổi theo quy luật thời gian có tương quan với nhiệt độ KCMĐ, thơng số cịn lại mang tính ngẫu nhiên 19 4.2 Phân tích tương quan độ nhạy thơng số khí hậu nhiệt độ KCMĐ khu vực nghiên cứu Kết phân tích tương quan nhiệt độ quan trắc từ mơ hình thực nghiệm thơng số khí hậu địa phương cho thấy, sử dụng mơ hình dự đốn phân bố nhiệt độ chung cho khu vực Quảng Nam Đà Nẵng Các biến đầu vào mơ hình dự đốn phân bố nhiệt độ KCMĐ gồm: biến thời gian (Time), độ sâu (Depth), biến nhiệt độ bề mặt KCMĐ Tsuf, nhiệt độ khơng khí (Tair) biến nhiệt độ khơng khí trung bình ngày hơm trước (Tavg) 4.3 Phát triển mơ hình dự đốn phân bố nhiệt độ lớp BTN 4.3.1 Mơ hình dự đốn phân bố nhiệt độ lớp BTN theo phương pháp hồi quy 𝑇𝑝𝑎𝑣𝑒 = −0,88065 + 1,03320 𝑇𝑠𝑢𝑓 + (0,32322 𝑇𝑎𝑖𝑟 − 0,26008𝑇𝑠𝑢𝑓 )sin(2π𝑇𝑖𝑚𝑒/24 − 0,59002) + log(𝐷𝑒𝑝𝑡ℎ + 0,78098)(−0,47465𝑇𝑎𝑖𝑟 + 1,14710 𝑇𝑎𝑣𝑔 − 0,49832𝑇𝑠𝑢𝑓 + 3,44770sin(2π𝑇𝑖𝑚𝑒/24 + 9,24490) Kết sai số RMSE nhiệt độ dự đoán với kết đo đạc thực tế nhỏ RMSE=1,49oC hệ số xác định R2=0,967 Mô hình xây dựng sở liệu nhiệt độ khơng khí Tair = 15,5oC ÷ 39,6oC, nhiệt độ bề mặt BTN Tsuf = 17oC ÷ 67,4oC lớp BTNC 12,5 có chiều dày từ 13cm trở xuống 4.3.2 Mơ hình dự đốn phân bố nhiệt độ lớp BTN theo phương pháp mạng nơ ron nhân tạo ANN Trong tổng số 138816 quan sát toàn liệu quan trắc nhiệt độ lớp BTN, nghiên cứu sử dụng 70% cho việc học (training), 15% cho việc xác thực (validation) 15% lại cho việc kiểm tra (test) Sơ đồ cấu trúc mạng ANN thể Hình 4.16 20 Mơ hình đạt kết tốt trường hợp có lớp ẩn 38 nơron lớp ẩn Với hệ số tương quan R = 0,9976, với R2 = 0,996 sai số RMSE = 0,582oC 4.4 Ứng dụng phần mềm ANSYS mô phân bố nhiệt độ KCMĐ 21 Sử dụng kết thông số nhiệt lý BTN CPĐD GCXM thí nghiệm từ chương để đưa vào mơ hình mơ Mơ ANSYS cho KCMĐ tương tự KCMĐ mơ hình thực nghiệm chương (Hình 4.20) Kết tính tốn sai số RMSE nhiệt độ mô đo thực tế RMSE = 0,3oC÷1,5oC 4.5 So sánh kết mơ hình dự đoán phân bố nhiệt độ phát triển Theo hướng thực nghiệm thống kê dự đoán phân bố nhiệt độ BTN, điều kiện cho phép nên ưu tiên sử dụng kết dự đoán theo phương pháp ANN có độ xác cao Trường hợp nghiên cứu tiếp cận theo hướng lý thuyết để dự đoán nhiệt độ cho KCMĐ, sử dụng mơ phần mềm ANSYS 4.6 Ảnh hưởng chiều dày lớp mặt BTN đến phân bố nhiệt độ lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng Biên độ dao động nhiệt độ lớn lớp CPĐD GCXM có quan hệ theo hàm logarit với chiều dày BTN: ∆𝑇𝑚𝑎𝑥𝐶𝑃Đ𝐷 𝐺𝐶𝑋𝑀 = −7,251ln(ℎ𝐵𝑇𝑁 ) + 26,575 R² = 0,9974 Với chiều dày lớp BTN 15 cm (bằng chiều dày lớp CPĐD GCXM), xác định biên độ dao động nhiệt độ lớn lớp CPĐD GCXM 6,9oC 4.7 Đề xuất nhiệt độ áp dụng thực tiễn công tác kiểm tra thiết kế KCMĐ cho khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng Đối với khu vực Đà Nẵng - Quảng Nam khu vực có khí hậu tương tự, nên sử dụng nhiệt độ tham chiếu tính tốn mơ đun đàn hồi BTN 35oC Sử dụng mơ hình phát triển để dự đốn nhiệt độ cung cấp cho thí nghiệm đo mô đuyn đàn hồi KCMĐ mềm 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Những kết đạt luận án (1) Phát triển thiết bị xác định thơng số nhiệt lý vật liệu KCMĐ có tính tồn khối Thiết bị xác định thơng số nhiệt lý có ưu điểm: xét ảnh hưởng nhiệt độ vật liệu KCMĐ làm việc thực tế; nhiệt độ tiếp xúc với bề mặt mẫu; mẫu thí nghiệm chế tạo theo phương pháp Marshall hay Proctor khoan trường Áp dung xác định thông số nhiệt lý cho vật liệu BTNC 12,5 CPĐD Dmax 31,5 GCXM 4% (2) Nghiên cứu phương pháp bảo dưỡng có ảnh hưởng đến phân bố nhiệt lớp móng CPĐD GCXM giai đoạn bảo dưỡng Trường hợp bảo dưỡng bao bố kết hợp tưới ẩm cho kết tốt với diễn biến nhiệt độ lớp CPĐD GCXM bị biến động đạt cường độ cao phương pháp bảo dưỡng Phương pháp bảo dưỡng nhũ tương cho kết ưu việt nên hạn chế áp dụng thực tiễn (3) Xây dựng mô hình thực nghiệm KCMĐ mềm kích thước 2m x 6m gồm lớp mặt BTNC 12,5 dày13cm lớp móng CPĐD Dmax 31,5 GCXM 4% dày 15cm; đồng thời phát triển thiết bị quan trắc nhiệt độ tự động cho phép thu thập liệu nhiệt độ KCMĐ mơ hình thực nghiệm theo thời gian thực Nhiệt độ thu thập 10 phút/ lần bề mặt độ sâu cách bề mặt lớp BTN 2cm, 5cm, 7cm, 10cm, 13cm; cách bề mặt lớp CPĐD GCXM 3cm, 6cm, 9cm, 12cm 15cm Thời gian quan trắc từ 18/01/2021 đến 23/12/2021 (4) Xây dựng mơ hình dự báo phân bố nhiệt độ KCMĐ dựa phương pháp phân tích hồi, ANN mơ ANSYS Mơ hình sử dụng biến đầu vào thu thập dễ dàng gồm: Tsuf, Tair, Tavg, Time Depth Cả 03 mơ hình dự báo 23 cho độ xác cao: hồi quy phi tuyến cho sai số RMSE=1,49oC R2=0,967; ANN cho RMSE=0,582oC R2=0,996; phân tích mơ phần mềm ANSYS cho RMSE từ 0,3oC đến 1,5oC (5) Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày lớp mặt BTN đến phân bố nhiệt lớp móng CPĐD GCXM; xây dựng phương trình tương quan chiều dày lớp mặt BTN với biên độ dao động nhiệt độ bề mặt lớp CPĐD GCXM (phương trình 4.6) chiều dày lớp mặt BTN với chênh lệch dao động nhiệt độ lớn bề mặt đáy lớp móng CPĐD GCXM (phương trình 4.5) (6) Đề xuất xem xét nhiệt độ tham chiếu sử dụng xác định mô đun đàn hồi mặt đường BTN cho khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng 35oC Với KCMĐ có lớp mặt BTN, mốc nhiệt độ quy định tính trượt 60oC phù hợp với BTN lớp BTN lớp mặt chọn mốc nhiệt độ trung bình cao quan trắc 67oC Mốc nhiệt độ tính kéo uốn 10oC đến 15oC tiêu chuẩn phù hợp với trường hợp nghiên cứu Những đóng góp luận án Về mặt khoa học: (1) Luận án xây dựng phương pháp tiếp cận nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khí hậu đến phân bố nhiệt KCMĐ mềm, áp dụng cụ thể cho khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng; đồng thời ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số nhiệt lý vật liệu mặt đường phân bố nhiệt độ KCMĐ; (2) Phát triển mô hình dự báo phân bố nhiệt độ KCMĐ mềm có lớp móng CPĐD GCXM khu vực khí hậu Quảng Nam-Đà Nẵng, dựa phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến, mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) mô phần mềm ANSYS; đồng thời có 24 thể mở rộng nghiên cứu cho loại KCMĐ sử dụng vật liệu khác nhau, vùng khí hậu khác Về mặt thực tiễn: (1) Phát triển thiết bị cho phép xác định thông số nhiệt lý vật liệu mặt đường giúp cho việc dự báo phân bố nhiệt độ KCMĐ xác Thiết bị phù hợp với loại vật liệu mặt đường kích cỡ mẫu thí nghiệm chế bị theo phương pháp chế bị mẫu sử dụng Đây thiết bị hoàn toàn Việt Nam, nhóm nghiên cứu tiếp tục hồn thiện tiến hành thủ tục đăng ký thương mại hóa (2) Luận án đề xuất nhiệt độ tham chiếu để đơn vị có liên quan xem xét lựa chọn nhiệt độ sử dụng tính toán thiết kế kết cấu mặt đường thuộc khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng, đồng thời kiến nghị xem xét sử dụng mơ hình dự báo nhiệt độ để dự báo nhiệt độ mặt đường thực thí nghiệm mô đun đàn hồi KCMĐ mềm Kiến nghị hướng nghiên cứu (i)Tiếp tục hoàn thiện thiết bị để thương mại hóa; (ii) Ứng dụng thiết bị xác định thông số nhiệt lý phát triển để xác định thông số nhiệt lý cho loại vật liệu KCMĐ có tính chất tồn khối (BTN, CPĐD GCXM, bê tơng xi măng,…) với đặc tính vật liệu khác nhau; (iii) Nghiên cứu phân bố nhiệt độ cho KCMĐ với trường hợp bề dày lớp vật liệu, đặc tính vật liệu phân vùng khí hậu khác; (iv) Nghiên cứu ảnh hưởng phân bố nhiệt độ đến ứng xử lớp KCMĐ điều kiện làm việc thực tế (tải trọng, khí hậu,…) i DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÁC CƠNG BỐ QUỐC TẾ [1] Thao T.T Tran, Hai H Nguyen, Phuong N Pham , Teron Nguyen, Phuc Q Nguyen, Hung N Huynh “Temperature-related thermal properties of paving materials: Experimental analysis and effect on thermal distribution in semi-rigid pavement”, Road Materials and Pavement Design (2023) https://doi.org/10.1080/14680629.2023.2170270 (SCIE Q1) [2] Thao T T Tran, Teron Nguyen, Phuong N Pham, Hai H Nguyen, and Phuc Q Nguyen, “Thermal distribution in cementtreated base: Effect of curing methods and temperature estimation using Artificial Neural Networks,” Construction and Building Materials, vol 279, p 122528, 2021, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122528 (SCIE Q1) [3] Phuong N Pham*, Thao T T Tran, Phat Nguyen, Tuan A Truong, Rafat Siddique, Yue Liu, Yan Zhuge, “Rubberized cement-stabilized aggregates: Mechanical performance, thermal properties, and effect on temperature fluctuation Geotechnics (2023) in road pavements”, Transportation https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2023.100982 (SCIE Q1) [4] Thao T T Tran, Hai H Nguyen, Phuc Q Nguyen, Teron Nguyen, Phuong N Pham, and Viet T Tran, “Developing Statistical Models to Predict Temperature Distribution in Asphalt Concrete in Danang City”, Emerging Technologies Infrastructure, CIGOS 2021, and Applications Springer for Green Singapore, 2022 https://doi.org/10.1007/978-981-16-7160-9 (chỉ số Scopus) [5] Thao T T Tran, Hai H Nguyen, Phuc.Q Nguyen, P.N Pham, ii “Developing an Apparatus to Determine Thermal Diffusivity of Paving Materials”, 1st International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures 2020, Springer Singapore, 2021 https://doi.org/10.1007/978-981-16-0945-9 (chỉ số Scopus) [6] Thao T.T Tran, Hai H Nguyen, Phuong N Pham, Phuc Q Nguyen “Effect of asphalt concrete layer thickness on temperature distribution in the semi-rigid pavement”, The 4th international conference on transportation infrastructure and sustainable development (TISDIC – 2023), IOP Conf Ser Mater Sci Eng 1289 (2023) 012060 https://doi.org/10.1088/1757899x/1289/1/012060 (chỉ số WOS) CÁC CÔNG BỐ TRONG NƯỚC [1] Trần Thị Thu Thảo, Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Quang Phúc, Lê Đức Châu, “Ảnh hưởng phương pháp bảo dưỡng đến phân bố nhiệt cường độ lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng”, Hội thảo khoa học: Đổi công nghệ cho phát triển bền vững, TI4SD 2020, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 19, trang 16–20, 2021 https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/7506 [2] Nguyễn Hồng Hải, Trần Thị Thu Thảo, Hoàng Văn Tỉnh, Tôn Thất Bảo Nam, Huỳnh Ngọc Hùng “Phân bố nhiệt độ KCMĐ bê tông nhưa: Thực nghiệm mô số,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol Vol 20, số 5, trang 50–55, 2022 https://jstud.vn/jst-ud/article/view/7778 [3] Trần Thị Thu Thảo, Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Quang Phúc, Huỳnh Ngọc Hùng, Phạm Ngọc Phương “Ảnh hưởng thơng số khí hậu đến phân bố nhiệt độ KCMĐ bê tông nhựa”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, Vol 20, số 10.2, trang 1–5, 2022 https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/7987 iii [4] Trần Thị Thu Thảo, Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Quang Phúc “Dự đốn nhiệt độ bê tơng nhựa phục vụ thí nghiệm đo võng đàn hồi cần Benkelman dựa liệu phân tích theo mạng nơron nhân tạo”, Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Vol 74, Số (04/2023), trang 292-306 https://doi.org/10.47869/tcsj.74.3.5 [5] Trần Thị Thu Thảo, Phạm Ngọc Phương, Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Quang Phúc “Dự báo phân bố nhiệt độ lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng có xét đến ảnh hưởng cốt liệu cao su chiều dày tầng mặt bê tơng nhựa”, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Vol 74, Số (10/2023), trang 1002-1016 https://doi.org/10.47869/tcsj.74.8.12 [6] Phạm Ngọc Phương, Trần Thị Thu Thảo, Trần Thanh Tuyền, “Ảnh hưởng cốt liệu xỉ thép đến tính chất lý nhiệt lý cấp phối đá dăm - xỉ thép gia cố xi măng”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng Đã có kết chấp nhận đăng ngày 30/11/2023