Nghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt Nam

Nghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt NamNghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Hà Nội – 01/2024

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.NGƯT Nguyễn Bính và TS Nguyễn Hữu Chí – Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ,Trường Đại học Giao thông Vận tải đã hướng dẫn, động viên giúp đỡ và tạo mọi điềukiện tốt nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo tại Bộ môn Máy xây dựngXếp dỡ, các nhà khoa học của Trường Đại học Giao thông Vận tải, Học viện Kỹthuật Quân sự, Trường Đại học Xây dựng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, ViệnKhoa học và Công nghệ GTVT, Phân hiệu Đại học Giao thông Vận tải tại Tp Hồ ChíMinh đã giúp đỡ và góp ý cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận áncủa mình

Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải,phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Cơ khí, Phòng Khoa học công nghệ, Trung tâmKhoa học Công nghệ Giao thông Vận tải cùng các phòng ban chức năng trong Nhàtrường đã tạo điều kiện vật chất giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để đạt đượckết quả mong muốn

Xin trân trọng cảm ơn tới Lãnh đạo Công ty cổ phần đầu tư HSB và Công tyTNHH Kỹ thuật Quang Nhật, Công ty Cổ phần UTC2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợigiúp tôi thực hiện đo đạc thực nghiệm thiết bị tại hiện trường để hoàn thành luận án.Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình tôi đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều về mặt thờigian, ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần để giúp tôi hoàn thành luận án này

NGUYỄN VĂN DŨNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường Bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và tài

liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiêncứu nào Tất cả những nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và thamchiếu đầy đủ

Tác giả luận án

Nguyễn Văn Dũng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

BẢNG THỨ NGUYÊN VÀ KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ vi

BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii

MỤC LỤC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1.Tổng quan về những hư hỏng của mặt đường bê tông nhựa 6

1.1.1.Các biến dạng nứt mặt đường bê tông nhựa 6

1.1.2.Các hư hỏng bề mặt lớp bê tông nhựa 8

1.2.Giới thiệu về công nghệ và máy sửa chữa mặt đường 9

1.2.1.Công nghệ sửa chữa mặt đường BTN 9

1.2.2.Giới thiệu về các máy đốt nóng cỡ nhỏ trên thế giới và Việt Nam 12

1.2.3.Giới thiệu về máy đốt nóng MĐN.01 chế tạo tại Việt Nam 14

1.3.1.Xác định khoảng nhiệt độ cần thiết để đốt nóng mặt đường 16

1.3.2.Xác định chiều sâu cần đốt nóng 19

1.4 Điều kiện biên về môi trường ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt 21

1.4.1.Xác định nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa mặt đường trước khi đốt nóng 21

1.4.2.Điều kiện biên về độ ẩm và gió 22

1.5.Tổng quan các công trình nghiên cứu ở trong và ngoài nước có liên quan đến

luận án 23

1.5.1.Các công trình nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt trong bê tông nhựa 23

1.5.2 Các công trình nghiên cứu các thông số đặc trưng ngọn lửa khí gas trong khoang cháy 31

1.5.3.Các công trình nghiên cứu về xác định thông số làm việc của máy đốt nóng mặt đường 35

1.5.4.Phân tích và nhận xét về các công trình nghiên cứu đã công bố đối với máy đốt nóng mặt đường 43

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 45

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ ĐẶC TRƯNG NGỌN LỬA TRONG KHOANG CHÁY 46

2.1.Các giả thiết khoa học và phạm vi xây dựng mô hình bài toán 46

2.2.Mô hình vật lý của bài toán truyền nhiệt 46

2.3.Mô hình toán các giai đoạn truyền nhiệt 47

2.3.1.Truyền nhiệt bức xạ từ tấm đốt nóng xuống mặt đường 47

2.3.2.Truyền nhiệt đối lưu 49

2.3.3.Truyền nhiệt trong các lớp bê tông nhựa 50

2.4.Mô hình tính toán ngọn lửa trong khoang cháy 58

2.4.1.Xác định đặc tính của ngọn lửa 58

2.4.2.Tính toán chiều dài ngọn lửa khí cháy 58

2.4.3.Tính toán nhiệt độ ngọn lửa trong khoang cháy 61

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 63

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐỐT NÓNG MẶT ĐƯỜNG THÔNG QUA NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT VÀ LÝ THUYẾT CHÁY 64

3.1.Xác định kích thước tấm đốt nóng 64

3.1.1.Cơ sở xác định kích thước của tấm đốt nóng 64

3.1.2.Xác định kích thước tấm đốt nóng mặt đường 64

3.2.Ảnh hưởng nhiệt độ của tấm đốt nóng và thời gian truyền nhiệt 65

3.3.Ảnh hưởng của nhiệt lượng và khoảng cách truyền nhiệt của máy 69

3.4.Mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa 71

3.5.Xác định các thông số kết cấu của khoang cháy 74

3.5.1.Đặc điểm cấu tạo khoang cháy 74

3.5.2.Tính toán thông số nhiệt của ngọn lửa 74

3.5.3.Xác định áp suất và lưu lượng khí cháy hợp lý 77

3.5.4.Xác định suất tiêu hao nhiên liệu của máy đốt nóng mặt đường 79

3.5.5 Mô phỏng các thông số của ngọn lửa trong khoang cháy của máy đốt nóng 80

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 84

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA MÁY ĐỐT NÓNG MẶT ĐƯỜNG 85

4.1.Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm 85

4.2.Vật liệu nghiên cứu thực nghiệm 85

4.3.Quy trình tiến hành thực nghiệm 86

4.3.1Các bước tiến hành thực nghiệm 86

4.3.2 Sơ đồ khối tiến hành đo đạc thực nghiệm 88

4.4.Máy và thiết bị phục vụ thực nghiệm 89

4.4.1.Máy đốt nóng mặt đường bằng bức xạ hồng ngoại 89

4.4.2 Thiết bị đo nhiệt độ mặt đường 89

4.4.3.Các máy và dụng cụ lấy mẫu BTN 91

4.4.4.Thiết bị mô phỏng và đo tốc độ gió môi trường 91

4.4.5.Phương pháp xác định tiêu hao nhiên liệu 92

4.4.6.Phương pháp thay đổi khoảng cách truyền nhiệt 92

4.4.7.Phương án đặt thiết bị đo nhiệt độ 93

4.4.8.Phương án kết nối đầu đo nhiệt độ với máy tính có cài đặt phần mềm đo 94

4.5.Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của máy đến quá

trình đốt nóng mặt đường 95

4.5.1.Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ tấm đốt nóng T m o C .95

4.5.2.Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng vận tốc gió môi trường 101

4.5.3.Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách truyền nhiệt 103

4.6 Xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bằng quy hoạch thực nghiệm 105

4.6.1.Phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu 105

4.6.2.Phát biểu mô hình của bài toán tối ưu 111

4.6.3.Xác định vùng nghiên cứu 111

4.6.4.Kế hoạch thực nghiệm bậc 1 112

4.6.5.Thực nghiệm đa yếu tố 114

4.6.6.Giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu xác định chế độ đốt nóng 124

4.7.Đánh giá sản phẩm máy MĐN.01 được chế tạo theo kết quả nghiên cứu của luận án… 128

4.7.1.Giới thiệu cấu tạo của máy MĐN.01 128

4.7.2.Thông số vận hành máy đốt nóng 130

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 133

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 134

I.Kết luận 134

II.Kiến nghị 136

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 138

PHỤ LỤC 144

BẢNG THỨ NGUYÊN VÀ KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng thống kê các dạng số liệu vết nứt dọc mặt đường 6

Bảng 1.2 Bảng thống kê các dạng số liệu vết nứt ngang mặt đường 7

Bảng 1.3 Bảng thống kê các dạng số liệu vết nứt dạng lưới mặt đường 8

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của một số dòng máy đốt nóng điển hình trên thế giới 12

Bảng 1.5 Nhiệt độ quy định của hỗn hợp BTN tương ứng với giai đoạn thi công 17

Bảng 1.6 Nhiệt độ các khâu sản xuất và thi công BTN chặt ( o C) 17

Bảng 1.7 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC) 19

Bảng 1.8 Giá trị nhiệt dung của BTN theo nhiệt độ và loại BTN mặt đường 20

Bảng 1.9 Giá trị tỷ trọng của các loại BTNC 20

Bảng 1.10 Các thông số truyền nhiệt của mặt đường BTN 21

Bảng 1.11 Vận tốc gió trung bình tháng nóng nhất V tb và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại bề mặt ngoài α đl 23

Bảng 2.1 Hệ số bức xạ của các loại vật liệu khác nhau 49

Bảng 2.2 Nhiệt độ tại các nút ở những thời điểm xét P=1÷15; bước thời gian Δτ = 30

55

Bảng 3.1 Xác định kích thước của tấm đốt nóng theo kích thước hư hỏng mặt

đường 65

Bảng 3.2 Giá trị nhiệt độ và mật độ dòng nhiệt theo các thời điểm đốt nóng 66

Bảng 3.3 Giá trị nhiệt độ lớp BTN bề mặt và dòng nhiệt theo thời gian gia nhiệt 67

Bảng 3.4 Giá trị nhiệt độ lớp BTN T5 và dòng nhiệt bức xạ, theo thời gian gia nhiệt 68

Bảng 3.5 Giá trị nhiệt lượng bức xạ phụ thuộc vào khoảng cách truyền nhiệt 69

Bảng 3.6 Giá trị nhiệt lượng, theo khoảng cách truyền nhiệt được xác định 70

Bảng 3.7 Các thông số vật lý đặt trưng của khí nhiên liệu và vật liệu khoang cháy 81 Bảng 4.1 Thông số thiết bị đo nhiệt độ mặt đường 90

Bảng 4.2 Thông số nhiệt kế hồng ngoại 91

Bảng 4.3 Thông số máy cắt mặt đường BTN 91

Bảng 4.4 Thông số quạt gió công nghiệp 92

Bảng 4.5 Mức và khoảng biến thiên các yếu tố đầu vào dạng bậc 1 112

Bảng 4.6 Giá trị Z 1 , Z 2 , Z 3 được chạy ngẫu nhiên từ phần mềm Minitab 21 .112

Bảng 4.7 Giá trị các biến của ma trận thực nghiệm bậc 1 113

Bảng 4.8 Bảng giá trị thống số đầu vào và đầu ra chạy phần mềm Minitab 21 113

Bảng 4.9 Mức và khoảng biến thiên các yếu tố đầu vào dạng bậc 2 115

Bảng 4.10 Ma trận thực nghiệm và kết quả thực nghiệm ở dạng mã hóa 116

Bảng 4.11 Giá trị các hệ số hồi quy của hàm 1 Y 117

Bảng 4.12 Giá trị các hệ số hồi quy của hàm 2 Y 119

Bảng 4.13 Giá trị các hệ số hồi quy của hàm 3 Y 121

Bảng 4.14 Giá trị các hệ số hồi quy của hàm 4 Y 123

Bảng 4.15 Bảng phương trình hồi quy đơn mục tiêu 125

Bảng 4.16 Mục tiêu tối ưu và miền ràng buộc 126

Bảng 4.17 So sánh các thông số làm việc của lý thuyết và thực nghiệm 128

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các vết nứt dọc và ngang tuyến đường 6

Hình 1.2 Biến dạng nứt dạng mai rùa 7

Hình 1.3 Biến dạng nứt bẻ khóa khối 7

Hình 1.4 Xác định các kích thước phổ biến của vết nứt dạng lưới 8

Hình 1.5 Bong tróc lớp bề mặt BTN trên mặt đường 8

Hình 1.6 Hư hỏng mặt đường dạng ổ gà 9

Hình 1.7 Công nghệ vá nguội mặt đường BTN 10

Hình 1.8 Các công đoạn gia nhiệt và xới trộn mặt đường BTN đã mềm hóa 11

Hình 1.9 Thi công thử nghiệm máy LJ-80 (Trung Quốc) 13

Hình 1.10 Hình ảnh máy đốt nóng mặt đường MĐN.01 15

Hình 1.11 Quá trình đốt nóng tấm đốt nóng của máy MĐN.01 15

Hình 1.12 Cấu tạo, chiều dày các lớp BTN mặt đường 19

Hình 1.13 Hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ và thành phần cấp phối BTN 21

Hình 1.14 Vị trí đặt đầu đo nhiệt độ theo chiều sâu mặt đường 22

Hình 1.15 Nhiệt độ tại các đầu đo và nhiệt độ mô phỏng bằng mô hình toán 24

Hình 1.16 Giá trị nhiệt độ thay đổi trên mặt đường 25

Hình 1.17 Mô hình truyền nhiệt qua các lớp BTN 26

Hình 1.18 Nhiệt độ lớp BTN theo chiều sâu mặt đường 27

Hình 1.19 Phân tích nhiệt độ đo và nhiệt độ tính toán theo thời gian 27

Hình 1.20 Biểu đồ nhiệt độ khi gia nhiệt mặt đường 28

Hình 1.21 Biểu đồ nhiệt độ khi gia nhiệt bằng phương pháp sử dụng khí nóng và 29

Hình 1.22 Mối quan hệ giữa kích thước lỗ gốm và hệ số dư không khí đến nhiệt độ của đầu đốt 32

Hình 1.23 Ảnh hưởng của việc pha trộn O 2 bằng N 2 với nhiên liệu propan đến chiều dài ngọn lửa khí cháy 33

Hình 1.24 Ảnh hưởng của tỷ lệ của N 2 và CO 2 đến mức độ oxy hóa . 34

Hình 1.25 Mô hình ngọn lửa khuếch tán qua khe hở 2 chiều 34

Hình 1.26 Nhiệt độ phân bố theo chiều sâu mặt đường 35

Hình 1.27 Phổ nhiệt độ mặt đường khi sử dụng 3 phương pháp 36

Hình 1.28 Mô phỏng nhiệt độ của tấm đốt nóng phụ thuộc vào diện tích 38

Hình 1.29 Quy trình gia nhiệt của máy đốt nóng với độ sâu truyền nhiệt 45 mm 39

Hình 1.30 Sơ đồ gia nhiệt mặt đường, nhiệt độ ở 12 phần tử S1÷S12 39

Hình 1.31 Máy đốt nóng mặt đường bằng bức xạ hồng ngoại 40

Hình 1.32 Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí đến các thông số đầu ra (mục tiêu) 41

Hình 1.33 Sơ đồ cấu tạo tổng thể thiết bị gia nhiệt 41

Hình 1.34 Thiết bị được chế tạo để kiểm chứng tính toán lý thuyết 42

Hình 2.1 Sơ đồ truyền nhiệt từ máy đốt móng 47

Hình 2.2 Các giai đoạn quá trình truyền nhiệt từ máy đốt nóng xuống mặt đường 47

Hình 2.3 Mô hình bức xạ truyền nhiệt từ máy đốt nóng xuống mặt đường 48

Hình 2.4 Truyền nhiệt đối lưu trong không gian hẹp 49

Hình 2.5 Mô hình truyền nhiệt xuống mặt đường 50

Hình 2.6 Rời rạc hóa tổng thể môi trường truyền nhiệt 51

Hình 2.7 Phân bố các phần tử truyền nhiệt trong lớp BTN (5 cm) 52

Hình 2.8 Đồ thị mô tả nhiệt độ mặt đường theo nhiệt độ tấm đốt ứng với các thời

điểmgia nhiệt (P1÷P15) ứng với khoảng cách truyền nhiệt a = 5 cm 57

Hình 2.9 Sơ đồ ngọn lửa hỗn hợp khí gas-không khí chảy tầng 58

Hình 2.10 Sự phân bố chiều dài ngọn lửa theo sự thay đổi của vận tốc dòng khí 59

Hình 2.11 Sơ đồ ngọn lửa hỗn hợp khí gas-không khí chảy rối 60

Hình 2.12 Mối quan hệ giữa chiều dài ngọn lửa theo áp suất và lưu lượng khí cháy61 Hình 2.13 Mô hình ngon lửa trong không gian khoang cháy 62

Hình 3.1 Không gian khoang cháy của máy đốt nóng 64

Hình 3.2 Xác định kích thước tấm đốt nóng mặt đường 65

Hình 3.3 Đồ thị mô tả giá trị dòng nhiệt bức xạ xuống mặt đường 66

Hình 3.4 Nhiệt độ bề mặt và dòng nhiệt bức xạ theo thời gian gia nhiệt 67

Hình 3.5 Nhiệt độ lớp BTN dưới cùng và dòng nhiệt bức xạ theo thời gian gia nhiệt 68

Hình 3.6 Dòng nhiệt của MĐN theo khoảng cách truyền nhiệt và nhiệt độ 69

Hình 3.7 Đồ thị phân bố nhiệt độ theo chiều sâu ứng với các nhiệt độ ban đầu của

thiếtbị T m = 800 o C; T m = 700 o C; T m = 650 o C; T m = 600 o C . 71

Hình 3.8 Sơ đồ phân lưới phần tử hữu hạn của mô hình truyền nhiệt 72

Hình 3.9 Kết quả mô phỏng nhiệt độ mặt đường 72

Hình 3.10 Nhiệt độ của các lớp BTN mịn có chiều dày 5 cm 73

Hình 3.11 Giá trị nhiệt độ phân bố theo chiều sâu của mặt đường theo phần mềm Ansys 73

Hình 3.12 Cấu tạo máy đốt nóng (a) và mặt cắt dọc khoang cháy nhiên liệu (b) 74

Hình 3.13 Sơ đồ mô hình ngọn lửa hỗn lưu tại tấm gốm bức xạ nhiệt 75

Hình 3.14 Nhiệt độ theo chiều dày của tấm gốm 76

Hình 3.15 Sự phụ thuộc tốc độ dòng nhiên liệu và nhiệt độ của ngọn lửa 76

Hình 3.16 Nhiệt độ của ngọn lửa khí cháy thay đổi theo tốc độ dòng khí 76

Hình 3.17 Sơ đồ mỏ đốt lồng ống của MĐN 77

Hình 3.18 Đồ thị giá trị lượng tiêu hao nhiên liệu và chiều dài ngọn lửa lý thuyết 79

Hình 3.19 Giá trị của vận tốc trong lỗ gốm theo lượng tiêu hao nhiên liệu 80

Hình 3.20 Khai báo các thông số đầu vào của phần mềm Ansys fluents 81

Hình 3.21 Mô tả véc tơ hướng chuyển động của dòng khí cháy 81

Hình 3.22 Tốc độ dòng khí cháy và nhiệt độ của ngọn lửa 82

Hình 3.23 Chiều dài ngọn lửa và tốc độ phun nhiên liệu 82

Hình 3.24 Mô phỏng áp suất khi cháy và nhiệt độ ngọn lửa qua tấm gốm nhiệt 83

Hình 3.25 Sự phụ thuộc giữa áp lực khí cháy và chiều dài ngọn lửa tại các đường

kínhkhác nhau của vòi phun 83

Hình 4.1 Quy trình thực nghiệm máy đốt nóng mặt đường 86

Hình 4.2 Quy trình thực nghiệm máy đốt nóng mặt đường 88

Hình 4.3 Đầu đo cảm biến nhiệt 89

Hình 4.4 Hình ảnh và phạm vị hoạt động của nhiệt kế hồng ngoại 90

Hình 4.5 Máy cắt mẫu BTN trên mặt đường 91

Hình 4.6 Quạt gió mô phỏng cấp gió và đồng hồ đo gió 91

Hình 4.7 Sử dụng thiết bị cân định lượng để xác định lượng gas 92

Hình 4.8 Kích vít thay đổi chiều cao tấm đốt nóng 92

Hình 4.9 Cơ cấu kích vít nâng chiều cao của tấm đốt nóng từ 3÷7 cm 93

Hình 4.10 Chuẩn bị mặt bằng thực nghiệm MĐN tại mặt đường 93

Hình 4.11 Sơ đồ cắt đường BTN được cắt bỏ và khoan lỗ để đặt đầu đo 93

Hình 4.12 Sơ đồ đặt đầu đo cảm biến nhiệt độ 94

Hình 4.13 Bề mặt đặt 5 đầu đo vào các lỗ khoan và hình ảnh kết nối máy tính 94

Hình 4.14 Giao diện phần mềm đo nhiệt độ mặt đường 95

Hình 4.15 Cài đặt các dữ liệu nhiệt độ và kiểm tra nhiên liệu ban đầu 95

Hình 4.16 Đồ thị mô tả giá trị nhiệt độ tại các lớp BTN theo thời gian gia nhiệt 96

Hình 4.17 Sơ đồ gia nhiệt gián đoạn từ MĐN xuống mặt đường 97

Hình 4.18 Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 600 o C . 97

Hình 4.19 Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 650 o C . 98

Hình 4.20 Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 700 o C . 99

Hình 4.21 Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 750 o C .100

Hình 4.22 Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 800 o C .101

Hình 4.23. Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với chế độ gió cấp 2, a=4 cm, T m = 700o C

102

Hình 4.24. Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với chế độ gió cấp 4, a=4 cm, T m = 700o C

103

Hình 4.25. Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 700 o C (a= 30 mm) 104

Hình 4.26 Chế độ gia nhiệt trên máy ứng với nhiệt độ duy trì T m = 700 o C (a=50 mm) 105

Hình 4.27 Sơ đồ khối thực hiện quy hoạch tối ưu hóa đa mục tiêu 106

Hình 4.28 Sơ đồ mô hình bài toán hộp đen 111

Hình 4.29 Biểu đồ Pareto hệ số hồi quy Y 1 117

Hình 4.30 Ảnh hưởng của X1, X2 đến Y1 117

Hình 4.31 Ảnh hưởng của X 1 , X 3 đến Y 1 .118

Hình 4.32 Ảnh hưởng của X2, X3 đến Y1 118

Hình 4.33 Đồ thị tối ưu giá trị hàm mục tiêu Y 1 .118

Hình 4.34 Biểu đồ Pareto hệ số hồi quy Y 2 119

Hình 4.35 Ảnh hưởng của X1, X2 đến Y2 119

Hình 4.36 Ảnh hưởng của X 1 , X 3 đến Y 2 .120

Hình 4.37 Ảnh hưởng của X2, X3 đến Y2 120

Hình 4.38 Đồ thị tối ưu giá trị hàm mục tiêu Y 2 .120

Hình 4.39 Biểu đồ Pareto hệ số hồi quy Y 3 121

Hình 4.40 Ảnh hưởng của X1, X2 đến Y3 121

Hình 4.41 Ảnh hưởng của X 1 , X 3 đến Y 3 .122

Hình 4.42 Ảnh hưởng của X2, X3 đến Y3 122

Hình 4.43 Đồ thị tối ưu giá trị hàm mục tiêu Y 3 .122

Hình 4.44 Biểu đồ Pareto hệ số hồi quy Y 4 123

Hình 4.46 Ảnh hưởng của X 1 , X 3 đến Y 4 .124

Hình 4.47 Ảnh hưởng của X2, X3 đến Y4 124

Hình 4.48 Đồ thị tối ưu giá trị hàm mục tiêu Y 4 .124

Hình 4.49 Đồ thị tối ưu hóa đa mục tiêu từ thực nghiệm 127

Hình 4.50 Cấu tạo tổng thể của máy đốt nóng MĐN.01 129

Hình 4.51 Cấu tạo khoang cháy của máy đốt nóng 129

Hình 4.52 Cấu tạo bề mặt các tấm gốm nhiệt của máy MĐN.01 130

Hình 4.53 Các bộ phận máy đốt nóng mặt đường của máy MĐN.01 130

Hình 4.54 Các máy đốt nóng đã sử dụng ở Việt Nam 132

Hình 4.55 Cấu tạo bề mặt bức xạ của tấm đốt nóng của một số máy 132

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Theo số liệu thống kế của tổng cục đường bộ thì hệ thống đường bộ Việt Namhiện có tổng chiều dài 570.448 km, trong đó quốc lộ chiếm 24.136 km; đường cao tốcchiếm 816 km; đường tỉnh chiếm 25.741 km; đường huyện chiếm 58.347 km; đường

đô thị 26,953 km; đường xã 144.670 km; đường thôn xóm 181.188 km; và đường nộiđồng

108.597 km Theo tổng cục đường bộ kinh phí dự trù cho hoạt động bảo dưỡng, bàotrì, sửa chữa đường bộ là 25.000 tỷ VNĐ/năm Tuy nhiên, nguồn lực hạn hẹp nên thực

tế nguồn ngân sách hàng năm chi cho công tác động bảo dưỡng, bào trì, sửa chữađường bộ là khoảng 9.000 tỷ VNĐ/năm trong đó (khoảng 2000 tỷ VNĐ chi cho côngtác bảo dưỡng, 7000 tỷ VNĐ chi cho công tác sửa chữa thường xuyên) Công tác duy

tu, sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng đường bộ là hết sức quan trọng, duy trì kỹ thuật, khaithác và đảm bảo ATGT; các kết quả nghiên cứu thực tế của các nước trên thế giới chothấy, chi 1 đồng cho bảo trì đường bộ sẽ tiết kiệm được 3 đồng khi phải đầu tư xâydựng mới các tuyến đường Trong khi đó, vốn bảo trì đường bộ hàng năm chiếmkhoảng 1% tổng giá trị tài sản đường bộ

Theo tiêu chuẩn cơ sở (TCCS) 07.2013 của Tổng cục Đường bộ về công tácduy tu bảo dưỡng, bảo trì, sửa chữa mặt đường bê tông nhựa (BTN) thì công việc sửachữa thường xuyên mặt đường chiếm một tỷ trọng lớn bao gồm các công việc như: Vá

ổ gà, sửa chữa các vết nứt, vết lún…Sửa chữa mặt đường bằng phương pháp đốt nóngtại chỗ có nhiều ưu điểm như do tận dụng được vật liệu của mặt đường cũ nên tiếtkiệm được 30% lượng BTN cấp mới, có tính liền mạch không tạo mép liên kết của mặtđường, không ảnh hưởng đến các công trình ngầm, phù hợp với việc sửa chữa những

hư hỏng có diện tích nhỏ, các khu vực mép cống thoát nước, hố ga Với những ưuđiểm nổi bật như trên, công nghệ sửa chữa mặt đường bằng phương pháp đốt nóng rấtphù hợp với công tác bảo trì và sửa chữa nhỏ mặt đường

Trong phương pháp sửa chữa nóng mặt đường việc vận hành máy đốt nóng(MĐN) cần truyền nhiệt cho mặt đường BTN đến nhiệt độ nhằm đảm bảo chất lượnglớp BTN tái chế dưới ảnh hưởng của điều kiện của môi trường đồng thời thỏa mãn chỉtiêu kinh tế kỹ thuật của máy Do đó, cần nghiên cứu xác định các thông số làm việchợp lý của máy đốt nóng MĐN mặt đường cỡ nhỏ trong điều kiện khai thác thực tế tạiViệt Nam làm cơ sở cho việc vận hành máy có hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu, giảmthời gian thi công đồng thời đảm bảo được chất lượng mặt đường sau khi sửa chữa Vì

vậy, luận án “Nghiên cứu xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt

đường bê tông nhựa cỡ nhỏ khi sửa chữa đường ô tô ở Việt Nam” có tính cấp thiết và

tính thực tiễn cao

2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN

- Xác định được các thông số làm việc của MĐN mặt đường như: nhiệt độ cầnđốt nóng, thời gian đốt nóng, khoảng cách đốt nóng và các thông số kết cấu nhằm đảmbảo chất lượng mặt đường sửa chữa và tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

- Xây dựng cơ sở khoa học cho việc vận hành có hiệu quả và thiết kế, chế tạomáy đốt nóng thay thế thiết bị nhập ngoại

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a) Đối tượng nghiên cứu

MĐN mặt đường cỡ nhỏ có kích thước tấm đốt nóng ≤ 1 m2, di chuyển đẩy tay

do công nhân thực hiện, đốt nóng bằng nguyên lý bức xạ hồng ngoại sử dụng nhiênliệu khí gas, phục vụ công tác sửa chữa nhỏ mặt đường BTN Máy có ký hiệu làMĐN.01 là sản phẩm của đề tài NCKH cấp Trường trọng điểm do NCS thực hiệntrong thời gian nghiên cứu luận án

- Máy đốt nóng được cấu tạo từ 9 bộ phận:

Máy đốt nóng mặt đường cỡ nhỏ MĐN.01

1 Bình nhiên liệu, 2 Giá đỡ cách nhiệt, 3 Vỏ tấm đốt, 4,7 Bánh xe, 5 Tấm đốt

nóng, 6 Quạt gió, 8 Bộ điều khiển nhiên liệu, 9 Tủ điện

b) Phạm vi nghiên cứu

- Máy sử dụng để sửa chữa các vết nứt, hư hỏng có kích thước ≤ 0,5 m2 trên mặtđường BTN Phạm vi đối tượng đốt nóng là mặt đường BTN loại nhựa đường 60/70 độhạt C12,5 bị hư hỏng nhỏ còn khả năng tái chế nóng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm và khảo sát, cụ thể như sau:

a) Nghiên cứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình bài toán truyền nhiệt bức xạ từ máy đốt nóng xuống mặtđường và truyền nhiệt không ổn định trong các lớp BTN bằng phương pháp phần tửhữu hạn (PTHH) để thiết lập phương trình ma trận truyền nhiệt nhằm xác định sơ bộkhoảng

3giá trị các thông số: Nhiệt độ, thời gian và khoảng cách đốt nóng, nghiên cứu lý thuyếtcháy của ngọn lửa để xác định các thông số kết cấu của khoang cháy đây là cơ sở choviệc chế tạo máy MĐN.01, đồng thời là các thông số vận hành của máy khi thựcnghiệm nhằm giảm số lượng bài thí nghiệm.

b) Nghiên cứu thực nghiệm

- Chế tạo máy đốt nóng với mục đích thực nghiệm để xác định các thông số liênquan nhằm kiểm chứng và xác định chính xác các thông số làm việc của máy

- Thực nghiệm trên máy đốt nóng theo ma trận thực nghiệm được thiết lập theophương pháp Taguchi gồm: xác định số thí nghiệm, số lần lặp, các thông số đầu vào:Nhiệt độ tấm đốt nóng, khoảng cách truyền nhiệt, vận tốc gió và xác định các thông sốđầu ra cần đạt được (nhiệt độ các lớp BTN, thời gian truyền nhiệt, tiêu hao nhiên liệu)

c) Nghiên cứu khảo sát

- Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu bề mặt chỉ tiêu thuật ngữtiếng Anh “Response Surface Methods” (RSM), ứng dụng phần mềm minitab để xâydựng các phương trình hồi quy của hàm mục tiêu và khảo sát cực trị đa mục tiêu đểxác định các thông số kỹ thuật của máy đốt nóng mặt đường

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

a) Ý nghĩa khoa học

Xác định được nhiệt độ đốt nóng cần thiết khi sửa chữa mặt đường là điều kiệncho việc nghiên cứu bài toán truyền nhiệt không ổn định từ máy xuống mặt đườngbằng phương pháp PTHH và lý thuyết cháy của ngọn lửa trong khoang cháy, từ đó xácđịnh được khoảng giá trị thông số làm việc của máy là cơ sở khoa học cho việc chế tạomáy đốt nóng

Thực nghiệm tại hiện trường và sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệmtối ưu bề mặt chỉ tiêu để xây dựng các phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu vàkhảo sát đồng thời đa mục tiêu là cơ sở khoa học cho việc xác định thông số làm việccủa máy thỏa mãn yêu cầu của hàm mục tiêu

b) Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu hướng dẫn vận hành máy đốt nóngkhi thi công sửa chữa nhỏ mặt đường Cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế vàchế tạo máy đốt nóng tại Việt Nam

6 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

a) Nghiên cứu lý thuyết

- Sử dụng phương pháp PTHH để giải bài toán truyền nhiệt không ổn định chothiết bị máy đốt nóng mặt đường với các điều kiện biên của môi trường và đối tượngthi

4công Nghiên cứu lý thuyết cháy để xác định thông số kết cấu khoang cháy của máyđốt nóng.

b) Nghiên cứu thực nghiệm

- Xây dựng ma trận thực nghiệm, áp dụng mô hình bài toán quy hoạch thựcnghiệm tối ưu hóa đa mục tiêu cho máy đốt nóng mặt đường để xác định các thông sốlàm việc hợp lý của máy

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Tổng quan về những hư hỏng nhỏ phổ biến của mặt đường BTN, tổng quan vềcông nghệ sửa chữa mặt đường BTN Xác định nhiệt độ và chiều sâu truyền nhiệt, xácđịnh các điều kiện biên của môi trường truyền nhiệt Đánh giá tổng quan các kết quảnghiên cứu ở trong và ngoài nước về những vấn đề có liên quan đến luận án nhưnghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong các lớp BTN, nghiên cứu các thông số kỹ thuậtcủa máy đốt nóng mặt đường, nghiên cứu phương pháp gia nhiệt của máy đốt nóngmặt đường Thông qua việc phân tích các kết quả đã đạt được và định hướng nghiêncứu để nêu lên tính cấp thiết và hình thành các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học của quá trình truyền nhiệt và đặc trưng ngọn lửa trong khoang cháy

Xây dựng mô hình vật lý của quá trình truyền nhiệt, xác định các giả thiết củabài toán truyền nhiệt, xây dựng mô hình toán truyền nhiệt không ổn định từ máy đốtnóng xuống mặt đường có tính toán đến ảnh hưởng của các điều kiện biên của môitrường truyền nhiệt và đối tượng truyền nhiệt là môi trường BTN Thiết lập đượcphương trình ma trận truyền nhiệt bằng phương pháp PTHH Xây dựng mô hình toán

để xác định nhiệt độ của tấm đốt nóng, khoảng cách đốt nóng, thời gian đốt nóng nhằmđạt được nhiệt độ BTN theo yêu cầu Nghiên cứu đặc trưng của ngọn lửa khí gas, xácđịnh mối quan hệ giữa nhiệt độ ngọn lửa theo chiều dài ngọn lửa, tốc độ dòng khí vàlưu lượng khí cháy

Chương 3: Xác định các thông số làm việc của máy đốt nóng mặt đường thông qua nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt và lý thuyết cháy

Từ mô hình toán trong chương 2, xác định các thông số kích thước của tấm đốt

5nóng, khảo sát đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ của tấm đốt nóng và thời gian truyềnnhiệt đến nhiệt độ mặt đường khi đốt nóng, đánh giá ảnh hưởng của nhiệt lượng vàkhoảng cách truyền nhiệt của máy đốt nóng đến nhiệt độ mặt đường, xác định cácthông số làm việc của máy như nhiệt độ tấm đốt nóng, thời gian truyền nhiệt, khoảngcách truyền nhiệt thông qua việc khảo sát mô hình truyền nhiệt từ máy đốt nóng xuốngmặt đường có ảnh hưởng của các điều kiện biên để đạt được nhiệt độ mặt đường theoyêu cầu, đồng thời mô phỏng giá trị nhiệt độ thông qua phần mềm Ansys để đánh giá

độ tin cậy của giá trị được tính toán bằng lý thuyết

Nghiên cứu các thông số đặc trưng của ngọn lửa khí gas để xác định các thông

số của khoang cháy nhằm đạt được nhiệt độ của tấm đốt nóng

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm và xác định thông số làm việc hợp lý bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa đa mục tiêu

Xây dựng mô hình thực nghiệm bằng máy đốt nóng do Việt Nam chế tạo trên

cơ sở việc nghiên cứu lý thuyết Khảo sát đoạn đường hư hỏng, thực hiện quá trình đốtnóng mặt đường khi thay đổi các thông số đầu vào như: Nhiệt độ tấm đốt nóng,khoảng cách truyền nhiệt, tốc độ gió Thiết lập các thiết bị đo các thông số thay đổi vàcác đầu đo cảm biến đo nhiệt độ mặt đường tại các chiều sâu khác nhau Sử dụng phầnmềm để lưu dữ liệu đo nhiệt độ mặt đường

Xác định bộ dữ liệu ma trận thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm,xây dựng được các phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu và tối ưu hóa đa mụctiêu theo phương pháp đáp ứng bề mặt để khảo sát điều kiện cực trị đồng thời của cáchàm mục tiêu thông qua phầm mềm Minitab từ đó xác định các thông số đầu vào thỏamãn các giá trị của hàm mục tiêu Trên cơ sở đó xác định được bộ thông số hợp lý làmviệc của máy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về những hư hỏng của mặt đường bê tông nhựa

1.1.1 Các biến dạng nứt mặt đường bê tông nhựa

1.1.1.1 Nứt dọc, ngang tuyến đường

- Nứt dọc là các vết nứt song song với đường tâm của mặt đường hoặc theohướng nền đường Đây có thể là kết quả của hiện tượng mỏi mặt đường, hoặc kết cấuliên kết kém Khe nối thường là khu vực có độ dày bé nhất của mặt đường, các đườngnứt dọc thường xuất hiện ở chỗ tiếp giáp giữa các vệt rải khi thi công BTN (chỗ tiếpgiáp bị bẩn, bị ẩm khi rải hoặc chỗ tiếp giáp với lề gia cố) Các đường nứt dọc gầnmép phần xe chạy còn có thể xuất hiện các nhánh nứt ngang lan ra phía lề mặt đường

- Vết nứt ngang là các vết nứt đơn vuông góc với đường tâm của mặt đườnghoặc hướng nằm của mặt đường Các vết nứt ngang có thể do các vết nứt phản xạ từlớp bên dưới, chu kỳ nhiệt độ hàng ngày và kết cấu liên kết kém do máy rải hoạt độngkhông đúng cách hoặc thảm phủ trên lớp bê tông có khe co giãn Nứt phản ánh do nứtlan truyền từ lớp móng gia cố xi măng khi bề dày lớp mặt BTN phía trên không đủ.Nứt loại này thường là các vết nứt ngang phần xe chạy và với khoảng cách nhất địnhgiữa các vết nứt Hình dạng hư hỏng của các vết nứt được mô tả trong hình 1.1

Hình 1.1 Các vết nứt dọc và ngang tuyến đường

*) Chỉ số nứt dọc LC

Đối với dạng nứt chạy dọc theo trục của tuyến đường LC (Longitudinal

Cracking), mức độ hư hỏng mặt đường được đánh giá theo bề rộng vết nứt t (mm) Hư hỏng dạng LC được đánh giá là loại L nếu t < 6 mm, loại M nếu 6 mm < t < 19 mm, vàloại H nếu t > 19 mm Theo [30] các kích thước hư hỏng được mô tả trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Bảng thống kê các dạng số liệu vết nứt dọc mặt đường

*) Chỉ số nứt ngang TC: Đối với dạng nứt ngang đường cấp độ hư hỏng mặt đường

được đánh giá theo bề rộng vết nứt t (mm) Theo kết quả tính toán từ [30] ta có bảng 1.2

Bảng 1.2 Bảng thống kê các dạng số liệu vết nứt ngang mặt đường

1.1.1.2 Hư hỏng nứt dạng lưới

Hình 1.2 Biến dạng nứt dạng mai rùa

- Nứt mai rùa (nứt cá sấu) nguyên nhân do bề mặt các lớp nền móng quá mỏng,không đủ cường độ, bão hòa nước hoặc cả kết cấu nền mặt đường không đủ cường độchịu tải trọng xe Nhựa bị lão hóa cũng là một nguyên nhân gây ra loại nứt này Loại

hư hỏng này thường bắt đầu như nứt dọc và kết thúc là nứt cá sấu sau khi gặp tải trọngnặng hư hỏng nứt dạng mai rùa được mô tả trong hình 1.2

- Nứt bẻ khóa khối là các vết nứt khối trông giống như các hình chữ nhật lớnnối liền nhau Nứt khối không liên quan đến tải trọng, mà thường do sự co ngót củamặt đường nhựa do chất kết dính nhựa đường không có khả năng giãn nở và co lạitheo chu kỳ nhiệt độ

Hình 1.3 Biến dạng nứt bẻ khóa khối

- Nứt phản ánh: Các vết nứt xuất hiện khi lớp kết cấu bên dưới mặt đường bị

8nứt (lớp móng dưới bị nứt hoặc thảm chồng lên lớp BTN cũ đã bị nứt không được xửlý),

9trong trường hợp thảm mặt đường BTN tại vị trí cống, trên mặt cầu, hoăc đường BTNthảm trên tấm bê tông xi măng khi chịu tác dụng của bánh xe lớp mặt đường BTNbên trên chịu các ứng suất kéo và có thiên hướng sao chép vết nứt đã hình thành trongcác lớp bên dưới.

- Phân tích kích thước hư hỏng nứt dạng lưới theo [30], biến dạng lưới có kíchthước theo bề rộng cạch trung bình d, mm và độ sâu vết nứt trung bình t, mm

Hình 1.4 Xác định các kích thước phổ biến của vết nứt dạng lưới

Theo [30], Ta có bảng tổng hợp giá trị phần trăm các loại hư hỏng dạng mắt lướinhư bảng 1.3 sau:

Bảng 1.3 Bảng thống kê các dạng số liệu vết nứt dạng lưới mặt đường

1.1.2 Các hư hỏng bề mặt lớp bê tông nhựa

1.1.2.1 Bong tróc và bong bật mặt đường

Hình 1.5 Bong tróc lớp bề mặt BTN trên mặt đường

Bong tróc vật liệu lớp mặt do tính dính kết của chất kết dính trong hỗn hợpBTN không đảm bảo, thường xảy ra khi có nước giữa bề mặt hạt cốt liệu và màngnhựa đường xung quanh Khả năng dính bám giữa bề mặt hạt cốt liệu và nhựa đườngphụ thuộc vào

Cơ sở phân chia cấp độ hư hỏng

10tính chất của nhựa đường, tính chất của cốt liệu, điều kiện môi trường, điều kiện giaothông, công nghệ thi công, công nghệ chế tạo hỗn hợp BTN và phụ gia dính bám sửdụng khi chế tạo hỗn hợp BTN.

1.1.2.2 Hư hỏng dạng ổ gà dạng nhỏ

Hiện tượng mặt đường bị bong lớp BTN dưới tác dụng của nước dẫn đến tìnhtrạng rời rạc bề mặt đường do nhựa đường bị tách khỏi cốt liệu hình thành các vệtbong tróc và tạo thành các ổ gà, gây ra các vết lõm trên mặt đường được mô tả trênhình 1.6

Để thực hiện quá trình sửa chữa nhỏ mặt đường có thể áp dụng công nghệ sửachữa nóng bằng phương pháp đốt nóng hóa mềm mặt đường

1.2 Giới thiệu về công nghệ và máy sửa chữa mặt đường

1.2.1 Công nghệ sửa chữa mặt đường BTN

Sửa chữa nhỏ mặt đường là quá trình khắc phục các hư hỏng nhỏ trên mặtđường như vá các ổ gà, bong tróc, mất vật liệu trên mặt đường nhằm trả lại độ bằngphẳng và ổn định cho mặt đường, công nghệ sử dụng để sửa chữa nhỏ mặt đường như:

1.2.1.1 Công nghệ sửa chữa nguội mặt đường BTN

Tại vị trí mặt đường bị hỏng, sẽ được dùng thiết bị chuyên dụng để cắt và càobóc lớp BTN hỏng, làm sạch mặt đường cũ, sau đó rải lớp BTN mới, thực hiện đầmlèn

Độ sâu của ổ gà Độ sâu của ổ gà

Các vết ổ gà trên mặt đường 10 cm

Vỉa hè

để hoàn thiện lớp BTN nhựa mới Công nghệ này gồm 4 bước thi công được mô tả như hình 1.7

Hình 1.7 Công nghệ vá nguội mặt đường BTN

Theo TCCS 07: 2013/TCĐBVN của Tổng cục đường bộ về bảo dưỡng thườngxuyên đường bộ thì các hư hỏng nhỏ mặt đường thường được xử lý như sau:

a) Khi vá ổ gà, vá các vết vỡ mép mặt đường có chiều sâu ≤ 8 cm trên mặtđường BTN sử dụng hỗn hợp đá trộn nhựa pha dầu hoặc BTNN theo trình tự sau:

- Dùng máy cắt bê tông cắt vuông góc, sắc nét và đào sâu tới đáy chỗ hư hỏng

- Lấy hết vật liệu rời rạc trong khu vực vừa cắt, quét và chải sạch bụi đảm bảochỗ vá phải sạch, khô

- Tưới nhựa dính bám (lượng nhựa từ 0,5÷0,8 kg/m2) lên chỗ vá sửa, lưu ý tưới

cả dưới đáy và xung quanh thành chỗ vá Trường hợp sử dụng nhựa lỏng (TCVN13567- 1:2022) hay nhũ tương (TCVN 13567-1-2-3:2022), chờ nhựa dính bám phântách xong

- Rải hỗn hợp BTNN hay hỗn hợp nguội sử dụng nhựa pha dầu, nhũ tương haymột loại hỗn hợp nguội được chấp thuận, san phẳng kín chỗ hỏng Chiều dày lớp rảiphụ thuộc vào chiều sâu hố đào

- Đầm lèn phần vật liệu rải bằng thiết bị thích hợp đạt độ chặt quy định, hệ sốlèn ép 1,3

b) Khi vá ổ gà, vá các vết vỡ mép mặt đường với chiều sâu ổ gà, vết vỡ > 8 cmtrên mặt đường đá dăm láng nhựa hoặc thấm nhập nhựa, theo trình tự sau:

- Dùng cuốc chim, xà beng cuốc sửa cho vuông thành sắc cạnh và đào sâu tớiđáy vị trí hư hỏng;

- Quét sạch các vật liệu rời rạc và bụi trong khu vực hư hỏng, đảm bảo sạch, khô;

- Rải đá 40/60 hoặc đá 20/40, san phẳng và căn cứ hệ số lèn ép 1,3 để khi đầm chặt lớp đá dăm thì mặt lớp đá thấp hơn mặt đường cũ khoảng 3 cm;

- Dùng đầm cóc đầm chặt lớp đá dăm;

- Rải hỗn hợp đá trộn nhựa pha dầu hoặc BTNN và san phẳng, chiều dày san rảiphụ thuộc vào chiều sâu còn lại của hố và theo hệ số lèn ép 1,3;

- Rắc đá mạt kích cỡ 2÷5 mm hoặc cát sạn, cát vàng phủ đều kín lớp hỗn hợp đánhựa để chống dính, lượng đá 4÷5 lít/m2;

- Đầm bằng thiết bị thích hợp để đạt độ chặt cần thiết

1.2.1.2 Công nghệ sửa chữa nóng mặt đường bê tông nhựa

Theo [46] Công nghệ này được mô tả trong hình 1.8 như sau:

Hình 1.8 Các công đoạn gia nhiệt và xới trộn mặt đường BTN đã mềm hóa

Công nghệ này gồm các bước sau:

- Bước 1: Vệ sinh khu vực mặt đường cần sửa chữa

Quét sạch bụi đất, bùn lỏng hoặc hút nước đọng, sử dụng thiết bị vệ sinh và hút nước làm khô tại các vị trí ổ gá vết nứt cần sửa chữa

a

3 Bức xạ nhiệt xuống mặt đường 4 Duy trì 5-10 phút đốt nóng

5 Mặt đường được mềm hóa 6 Bổ sung BTN,đầm lèn và hoàn thiện

- Bước 2: Gia nhiệt mặt đường BTN

Di chuyển máy đến vị trí cần sửa chữa, đặt tấm đốt nóng hồng ngoại, gia nhiệtmặt đường đạt 150-170 oC, trong quá trình gia nhiệt phải đảm bảo nhiệt độ không làmcháy lớp BTN đồng thời hóa mềm nhựa đường để có thể cào bóc lên bằng dụng cụ thủcông đồng thời đảm bảo sự dính kết với hỗn hợp BTN bổ sung

- Bước 3: Xới trộn mặt đường BTN cũ tại vị trí gia nhiệt

Sau khi gia nhiệt mặt đường, tiến hành cào bóc, xới đều mặt đường cũ bằngcách sử dụng cào thủ công, hoặc sử dụng máy xới trộn

- Bước 4: Bổ sung vật liệu BTN mới

Bổ sung BTN cho vùng mặt đường cần sửa chữa nhằm đảm bảo chiều dày củalớp mặt sửa chữa so với mặt đường hiện hữu, tiến hành san gạt phẳng và đầm lèn

1.2.2 Giới thiệu về các máy đốt nóng cỡ nhỏ trên thế giới và Việt Nam

1.2.2.1 Các máy đốt nóng cỡ nhỏ trên thế giới

Hiện nay trên thế giới rất nhiều nước sử dụng công nghệ đốt nóng để sửa chữanhỏ mặt đường như: sửa chữa hư hỏng bong tróc mất vật liệu, sửa chữa vết nứt dọc,ngang, vết trồi lún Quá trình sửa chữa, tái chế nóng mặt đường được thực hiện đồng

bộ bao gồm: máy đốt nóng, trạm trộn BTN cơ động, máy đầm mini Các thông số kỹthuật cơ bản của một số dòng máy trên thế giới được trình bày trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của một số dòng máy đốt nóng điển hình trên thế giới

- LxWxH: 208 x 165 x 99 cm

- Diện tích vùng nhiệt: 122 x 92 cm

- Nhiệt độ làm việc: 150-170 oC

- Thời gian gia nhiệt: 5 phút

- Nhiên liệu: propane – butane

- Năng lượng: 250,000 BTU

- Nhiên liệu: diesel, khí đốt propan

- Điều khiển tự động quá trình đốtnóng

(Canada)

- Năng lượng: 200,000 BTU

- LxWx H: 157 x 113 x 87 cm

- Diện tích vùng nhiệt: 122 x 92 cm

- Nhiệt độ làm việc: 140-170 oC

- Thời gian gia nhiệt: 5-10 phút

- Nhiên liệu: propane – butane

- Thời gian gia nhiệt: 8-10 phút

- Nhiên liệu: Propane,

- Thời gian gia nhiệt: 8-10 phút

- Nhiên liệu: Gas

- Khối lượng: 78 kg

1.2.2.2 Tình hình khai thác máy đốt nóng ở Việt Nam

Năm 2017 công ty Cổ phần đầu tư HSB đã nhập thiết bị máy đốt nóng mặt đường mã hiệu LJ80 của hãng Guangdong (Trung Quốc), hình 1.9

Hình 1.9 Thi công thử nghiệm máy LJ-80 (Trung Quốc)

Máy đốt nóng có các thông số:

+ Nhiệt độ đốt nóng 120 oC ÷140 oC+ Kích thước máy: 800x550x300 mm+ Thời gian truyền nhiệt: 5÷7 phút

15+ Nhiên liệu sử dung khí gas (propan)+ Suất tiêu hao nhiên liệu, 6-7 kg/h

- Thiết bị được thi công thử nghiệm tại Nghệ An, theo quy trình của hãng cungcấp, áp dụng cho mặt đường BTN sử dụng nhựa 60/70 Gia nhiệt mặt đường với thờigian 7 phút thì nhiệt độ mặt đường với chiều sâu 3 cm đạt nhiệt độ 1200 C, thời giangia nhiệt lâu dẫn tới lớp bề mặt có dấu hiệu bị quá nhiệt

Sau khi thi công thử nghiệm và đánh giá chất lượng mặt đường cùng thực tế thicông thiết bị này có những hạn chế như sau:

- Diện tích đốt nóng nhỏ, chưa phù hợp với những hư hỏng có diện tích rộng,hoặc vết nứt kéo dài, không thay đổi được kích thước tấm đốt nóng nên phạm vị làmviệc của máy bị ảnh hưởng

- Trong quá trình vận hành sự tổn hao nhiệt lớn dẫn tới mức tiêu hao nhiên liệulớn khoảng 7,5 kg/h so với thông số mà hãng công bố khoảng 6-7 kg/h

- Sự cách nhiệt kém, máy hoạt động một thời gian trung bình khoảng 30 phútthì nhiệt độ bình gas và bộ điều khiển khá nóng mất an toàn và giảm tuổi thọ của máy

Sản phẩm chế tạo máy đốt nóng của đề tài NCKH cấp bộ GTVT năm 2020 [8].Máy đã thực nghiệm và bước đầu đã đáp ứng được việc gia nhiệt mặt đường BTN theoyêu cầu đề ra Tuy nhiên, kích thước tấm đốt nóng của máy quá nhỏ và chưa được đềcập đến việc xác định các thông số làm việc hợp lý của máy trên cơ sở nghiên cứu vềquá trình truyền nhiệt để mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật

- Với việc thử nghiệm máy chưa mang lại kết quả như kỳ vọng, đòi hỏi để sửdụng máy thành công tại Việt Nam, cần có quá trình nghiên cứu quá trình truyền nhiệttrong điều kiện môi trường Việt Nam, tương ứng với kết cấu mặt đường từ đó xác địnhđược thông số làm việc hợp lý của máy như: nhiệt độ đầu vào; thời gian truyền nhiệt;khoảng cánh gia nhiệt…nhằm đảm bảo chất lượng mặt đường và tiết kiệm nhiên liệu

1.2.3 Giới thiệu về máy đốt nóng MĐN.01 chế tạo tại Việt Nam

1.2.3.1 Đặc điểm cấu tạo của máy đốt nóng

- Máy có ký hiệu là MĐN.01, MĐN.01 là sản phẩm của đề tài NCKH cấptrường trọng điểm mã số T2020-PH11-004TĐ do NCS thực hiện trong quá trình làmluận án Máy MĐN.01 đã được thiết kế, chế tạo và hoàn thiện các thông số kỹ thuậttrong quá trình nghiên cứu Máy MĐN.01 chính là đối tượng nghiên cứu của luận án

- Máy có kết cấu nhỏ gọn tấm đốt nóng có diện tích ≤ 1 m2, bình nhiên liệudùng khí gas, máy có lắp 4 bánh xe bằng kim loại, di chuyển do công nhân đẩy đi khithi công Để đảm bảo tính linh hoạt trong quá trình thi công NCS đưa ra phương ánthiết kế máy bao gồm 2 khối gia nhiệt ghép với nhau, gồm các bộ phận cơ bản: tấm đốtnóng, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống di chuyển hệ thống điều khiển Cấu tạomáy MĐN.01 được mô tả trên hình 1.10

Hình 1.10 Hình ảnh máy đốt nóng mặt đường MĐN.01 1.2.3.2 Nguyên lý và các thông số làm việc của máy đốt nóng

Đẩy máy đốt nóng đến vị trí mặt đường hư hỏng, điều chỉnh van lưu lượng khí

từ bình gas, khí gas sẽ được hòa trộn với không khí thông qua quạt gió, lượng khôngkhí hòa trộn được điều chỉnh bằng cửa nạp khí của quạt gió Hỗn hợp khí cháy (khí gas

và không khí) được thổi vào khoang cháy tại đây bộ phận đánh lửa sẽ đốt cháy hỗnhợp khí Ngọn lửa sẽ đốt nóng tấm gốm nhiệt, bức xạ hồng ngoại từ các tấm gốm đượcđốt nóng sẽ truyền nhiệt xuống mặt đường, hình 1.11

Hình 1.11 Quá trình đốt nóng tấm đốt nóng của máy MĐN.01

1 Gốm hồng ngoại, 2 Bộ phận đánh lửa, 3,5 Lớp cách nhiệt, 4 Vỏ máy, 5 Ống phun,

Sau khi làm mềm hóa theo nhiệt độ cho phép, BTN mặt đường sẽ được cào xới

và trộn đều với hỗn hợp BTN mới bổ sung, sau đó đầm lèn để tạo nền mặt đường sửachữa tái chế nóng tại chỗ

1.2.3.3 Tiêu chí đánh giá các thông số hợp lý máy đốt nóng

a) Kích thước máy: Đảm bảo tính nhỏ gọn có thể di chuyển bằng cách đẩy tay,

đồng thời kích thước tấm đốt nóng phải thỏa mãn có thể sửa chữa được nhiều các hư

18hỏng nhỏ của mặt đường Vì vậy, việc xác định kích thước của máy phải căn cứ vào sốliệu thống kê các kích thước hư hỏng nhỏ phổ biến của mặt đường.

b) Thể tích khoang cháy: Không gian của khoang cháy là nơi tạo ra ngọn lửa

khí cháy đốt nóng tấm gốm hồng ngoại Do vậy, thể tích của khoảng cháy sẽ quyếtđịnh giá trị nhiệt độ của tấm đốt Việc xác định thể tích của khoang cháy phải dựa trên

cơ sở nghiên cứu về đặc trưng nhiệt của ngọn lửa khí cháy và tấm gốm hòng ngoại

c) Đường kính ống phun: Đường kính ống phun sẽ ảnh hưởng đến lưu lượng, áp

lực của dòng khí cháy Nên cần xác định đường kính ống phun phù hợp để đảm bảođược nhiệt độ của tấm đống nóng

d) Khoảng cách truyền nhiệt: là khoảng cách theo từ bề mặt tấm đốt nóng

xuống bề mặt hư hỏng của mặt đường theo phương thẳng đứng Khoảng cách truyềnnhiệt có ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt từ máy đốt nóng xuống mặt đường Vìvậy, cần phải xác định giá trị khoảng cách hợp lý để đảm bảo hiệu quả truyền nhiệtđồng thời giúp cho máy di chuyển thuận lợi

e) Nhiệt độ tấm đốt nóng: là nhiệt độ được tạo ra từ quá trình đốt nóng tấm gốm

hồng ngoại của ngọn lửa khí cháy Nhiệt độ tấm đốt nóng sẽ quyết định quá trình gianhiệt cho mặt đường Nên cần phải xác định nhiệt độ hợp lý của máy đốt nóng để đảmbảo nhiệt độ của mặt đường khí đốt nóng

f) Thời gian gia nhiệt: Đây là thông số vận hành quan trọng ảnh hưởng tới nhiệt

độ đốt nóng của mặt đường, vì vậy xác định thời gian gia nhiệt để đảm bảo nhiệt độmặt đường không bị cháy (quá nhiệt) và đủ nhiệt để mềm hóa BTN đảm bảo quá trìnhtái chế đạt chất lượng tốt

g) Mức tiêu hao nhiên liệu: Đây là thông số đánh giá mức độ hiệu quả kinh tế

vận hành máy Cần xác định giá trị mức tiêu nhiên liệu bé nhất đồng thời vẫn thỏa mãncác yêu cầu về nhiệt độ cần đốt nóng của mặt đường

1.3 Xác định nhiệt độ và chiều sâu truyền nhiệt cần thiết cho mặt đường

1.3.1 Xác định khoảng nhiệt độ cần thiết để đốt nóng mặt đường.

Cơ sở khoa học để xác định khoảng nhiệt độ đốt nóng mặt đường (cho đốitượng nghiên cứu là MĐN mặt đường) được dựa theo tiêu chuẩn TCVN 13567-1-2-3:2022, Quyết định 858/QĐ-BGTVT và quá trình thí nghiệm với mặt đường BTN[46]

Mục tiêu của việc đốt nóng là làm mềm chảy, phân rã vùng mặt đường BTN bị

hư hỏng, nên quá trình đốt nóng cần đạt đến chiều sâu truyền nhiệt phù hợp nhằm đảmbảo sửa chữa triệt để vùng hư hỏng của mặt đường

Trong quá trình đốt nóng mặt đường cần đạt được nhiệt độ phù hợp để vẫn đảmbảo chất lượng của lớp BTN trong từng giai đoạn sửa chữa mặt đường như: Giai đoạnđốt nóng mềm chảy BTN; giai đoạn xới mặt đường BTN sau khi được mềm hóa; giai

19đoạn trộn với hỗn hợp BTN mới, giai đoạn san gạt phẳng BTN và các giai đoạn đầmlèn Tùy theo các thành phần hạt cốt liệu và phụ gia mà nhiệt độ đốt nóng BTN có sựkhác nhau, nên việc xác định nhiệt độ cần đạt được của mặt đường bằng thực nghiệmtrên cơ sở các tiêu chuẩn.

- Theo TCVN 13567-1-2-3:2022-Giá trị nhiệt độ cần đạt được ứng với các giai

đoạn khác của quá trình thi công mặt đường BTN được nêu cụ thể trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Nhiệt độ quy định của hỗn hợp BTN tương ứng với giai đoạn thi công

Giai đoạn thi công

Nhiệt độ quy định tương ứng với mác nhựa đường, o C

2 Xả hỗn hợp BTNN vào thùng xe ô tô (hoặc

5 Kết thúc lu lèn (lu lèn không hiệu quả nếu

6 Nhiệt độ thí nghiệm tạo mẫu Marshall:

Bảng 1.6 Nhiệt độ các khâu sản xuất và thi công BTN chặt ( o C)

1 Nhiệt độ hỗn hợp BTN khi ra khỏi phễu trút 150-170°C 145-165°C

3 Nhiệt độ hỗn hợp BTNN trên xevận chuyển ra hiện trường ≥150°C ≥145°C

Nhiệt độ rải BTNN tương ứng

khi nhiệt độ bề mặt lớp dưới là

- TCVN 13567-1-2-3:2022 và Quyết định 858/QĐ-BGTVT của Bộ GTVT quy

định nhiệt độ của sản phẩm BTN sản xuất từ trạm trộn và thi công mới mặt đường, đối

tượng mặt đường được đề cập trong luận án là mặt đường cũ đã hư hỏng Do vậy, cần

tham khảo thêm giá trị nhiệt độ từ phòng thí nghiệm đối với mặt đường hư hỏng làmcăn cứ, theo [46] trong quá trình thực nghiệm đốt nóng mặt đường BTN luận án xácđịnh nhiệt cháy của hỗn hợp BTN cũ là 220 ÷ 350 oF ≈ 104÷ 177 oC

Để xác định khoảng nhiệt độ cần đạt được cho quá trình tái chế nóng lại mặtđường cũ (hư hỏng) ta cần nghiên cứu kết hợp 3 nội dung:

1 Nhiệt độ BTN đạt được theo yêu cầu của các giai đoạn thi công theo tiêuchuẩn TCVN 13567-1-2-3:2022, bảng 1.5;

2 Theo quyết định 858/QĐ-BGTVT của Bộ GTVT, hướng dẫn áp dụng hệthống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế

và thi công mặt đường BTN, bảng 1.6;

3 Vùng nhiệt độ thí nghiệm mặt đường BTN cũ theo [46]

- Căn cứ theo các tài liệu pháp lý trên ta thấy rằng: để đảm bảo chất lượng củalớp BTN mặt đường cũ với loại nhựa đường thông dụng 60/70; 40/50 khi được đốtnóng đồng thời đạt được nhiệt độ tại các giai đoạn thi công như: Cào xới, trộn với lớpBTN bổ sung và đầm lèn thì nhiệt độ lớp BTN cũ cần được đốt nóng với nhiệt độ từ

104 o C đến 177 o C, đây là nhiệt độ cho phép đốt nóng của hỗn hợp BTN mặt đường tái

chế, đồng thời là điều kiện của bài toán truyền nhiệt

1.3.2 Xác định chiều sâu cần đốt nóng.

Quá trình đốt nóng mặt đường nhằm xử lý triệt để các vết nứt và thuận tiệntrong quá trình xới trộn mặt đường nên chiều sâu cần đốt nóng cần đạt được theo chiềudày của các lớp BTN nhựa mặt đường

Theo [1] kết cấu áo đường mềm được thiết kế 2 lớp bao gồm các thông số chiềudày theo bảng 1.6: Lớp trên mặt là BTN hạt mịn (BTN chặt cỡ hạt mịn 12,5 mm); lớpthứ 2 là lớp BTN hạt trung (BTN rỗng cỡ hạt trung 19 mm) với chiều dày được thiết

kế các kích thước độ dày các lớp BTN thiết kế đươc mô tả trong bảng 1.7 sau:

Bảng 1.7 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC)

Vỉa hè, làndành cho xeđạp, xe thô sơ

Cấu trúc của mặt đường BTN điển hình với chiều dày các lớp vật liệu được mô

tả trên hình 1.12:

Hình 1.12 Cấu tạo, chiều dày các lớp BTN mặt đường

Như vậy, trong quá trình sửa chữa những hư hỏng của mặt đường, lớp BTN dễ

hư hỏng nhất là lớp bề mặt có chiều dày 5 cm và chiều dày xới trộn khi sửa chữa cần

đạt được độ sâu là 5 cm cần đạt nhiệt độ từ 104 o C đến 177 o C, thông số này là cơ sở

cho việc mô hình hóa các phần tử truyền nhiệt bằng phương pháp PTHH

1.3.3.1 Nhiệt dung của vật liệu bê tông nhựa:

Nhiệt dung Cp, J/kg.oC của vật liệu BTN phụ thuộc đặc điểm từng loại BTN cócấu trúc và thành phần vật liệu khác nhau và giá trị nhiệt dung cũng phụ thuộc vàonhiệt độ hiện hữu của BTN theo [54] ta có bảng giá trị nhiệt dung theo loại BTN vànhiệt độ được mô tả trong bảng 1.8 sau:

Bảng 1.8 Giá trị nhiệt dung của BTN theo nhiệt độ và loại BTN mặt đường

Nhiệt độ, o C Nhiệt dung C p , J/kg

1.3.3.2 Khối lượng riêng:

Theo tiêu chuẩn TCVN 8860-5: 2011, tính trung bình dựa trên quy định về tỷ lệ

% các thành phần vật liệu trong hỗn hợp BTNC

Bảng 1.9 Giá trị tỷ trọng của các loại BTNC

Hình 1.13 Hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ và thành phần cấp phối BTN

1.3.3.4 Hệ số tỏa nhiệt của vật bê tông nhựa

- Hệ số tỏa nhiệt của BTN theo [54] là: h = 2.4466×10-2 (J/mm2.h oC) = 25,5,W/m2 Tích hợp các thông số truyền nhiệt đã được xác định ta lập được bảng các hệ số

truyền nhiệt đặc trưng theo bảng 1.10 như sau:

Bảng 1.10 Các thông số truyền nhiệt của mặt đường BTN

-1.4 Điều kiện biên về môi trường ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt

1.4.1 Xác định nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa mặt đường trước khi đốt nóng

Trong quá trình giải bài toán truyền nhiệt, yếu tố nhiệt lượng tồn tại hiện hữu trong mặt đường có ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt từ MĐN, vì vậy khi xét điềuTheo [54] ở nhiệt độ môi trường 35 oC ta có hệ số dẫn nhiệt của lớp BTN mịn k1 = 1,0416 W/m.oC; hệ số dẫn nhiệt của lớp BTN thô k2 = 1.1515 W/m.oC

kiện biên của bài toán truyền nhiệt, luận án cần xác định nhiệt độ hiện hữu của mặtđường Nhiệt độ các lớp BTN mặt đường phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu khuvực Tại khu vực Tp Hồ Chí Minh (phạm vi của luận án) mặt đường BTN chịu nhiệt

độ cao từ 6 giờ đến 7 giờ (chiếu nắng) mỗi ngày và nhiệt độ mặt đường có thể lên đến

65oC Để khảo sát nhiệt độ hiện trạng trong các lớp BTN mặt đường NCS đã tiến hànhlắp đầu đo nhiệt độ mặt đường trên đường Lê Văn Việt khu vực trước cổng trườngPhân hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải tại thành phố Hồ Chí Minh, 450 Lê VănViệt, Tp Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh theo sơ đồ hình 1.14 như sau:

Hình 1.14 Vị trí đặt đầu đo nhiệt độ theo chiều sâu mặt đường

Xét kết cấu đường ô tô với lớp mặt đường BTN dày 12 cm, lớp cấp phối đá dămdày 30 ÷ 40 cm, nền đường đối tượng sửa chữa có BTN cũ đã xuống cấp Đặt các đầu

đo theo sơ đồ hình 1.14 với đầu đo T0 đo nhiệt độ không khí trên mặt đường; Tw1 đonhiệt độ ở độ sâu 2cm; Tw2 đo nhiệt độ ở độ sâu 4 cm; Tw3 đo ở độ sâu 5 cm; Tw4 đo ở

độ sâu 6 cm; Tw5 đo ở độ sâu 8 cm; Tw6 đo ở độ sâu 10 cm; Tw7 đo ở độ sâu 12 cm;

Dữ liệu được truyền về thiết bị đọc dữ liệu và gửi dữ liệu không dây về máy

tính Kết quả khảo sát cho thấy nhiệt độ phân bố theo chiều sâu của mặt đường thay

đổi theo thời gian chiếu sáng của mặt trời cao điểm từ thời gian 11h đến 17h; để đảmbảo nhiệt độ tính toán nhiệt lượng trong các lớp BTN ta lấy giá trị trung bình nhiệt độ

tại các lớp BTN như sau: trên bề mặt T 0 = 35 o C; độ sâu 2 cm nhiệt độ T w1 =40 o C; độ sâu 3 cm nhiệt độ T w2 = 39 o C; độ sâu 5 cm T w3 = 37 o C.

1.4.2 Điều kiện biên về độ ẩm và gió.

Độ ẩm của lớp mặt đường BTN chịu ảnh hưởng của độ ẩm tương đối khí hậuthành phố Hồ Chí Minh (theo tài liệu khí tượng thủy văn khu vực thành phố Hồ ChíMinh lấy từ các trạm quan trắc và tổng hợp các điều kiện khí tượng thủy văn) có cácgiá trị sau:

- Độ ẩm không khí tương đối trung bình năm: 79.4%

- Độ ẩm không khí tương đối cao nhất: 85%

- Độ ẩm không khí tương đối thấp nhất: 66%

- Độ ẩm không khí tương đối cao nhất vào các tháng mùa mưa (từ 82%-85%) vàthấp nhất vào các tháng mùa khô (từ 71%-76%) Lượng mưa trung bình năm 1949

mm Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày

- Độ ẩm của lớp BTN mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc tính khángnước của vật liệu BTN, điều kiện về thời tiết của khu vực mặt đường (nhiệt độ vàlượng mưa) Trong quá trình khảo sát đánh giá, giá trị độ ẩm thường lấy giá trị trungbình với

mặt đường BTN ở độ sâu từ 2cm đến 7cm được xác định [19] giá trị độ ẩm trung bìnhcủa mặt đường BTN là 60 %

Số liệu về vận tốc gió trung bình tháng được trích ra từ bảng 1.11 theo [5] vậntốc gió trung bình tháng nóng nhất của 12 trạm/địa phương đều có giá trị nhỏ hơn 5 m/

s, dữ liệu này là cơ sở để xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại bề mặt đường khi đốtnóng Khu vực Tp Hồ Chí Minh có 2 hướng gió chính (gió Đông-Nam, Tây-Tây Nam)lần lượt xen kẽ nhau từ tháng 5-tháng 10, không có hướng gió nào chiếm ưu thế, tốc

độ gió trung bình năm 2,4 m/s

Bảng 1.11 Vận tốc gió trung bình tháng nóng nhất Vtb và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại bề mặt ngoài αđl

1.5.1 Các công trình nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt trong bê tông nhựa

Các công trình nghiên cứu liên quan đến tính toán quá trình truyền nhiệt trongmôi trường BTN, bao gồm các công trình sau:

- Công trình [51], tác giả Cedric Vuye và cộng sự đã nghiên quá trình hấp thụnhiệt độ của BTN, từ đó đưa ra phương án sử dụng nguồn năng lượng nhiệt mặt đườngphục vụ trong cuộc sống, thiết lập các chế độ truyền nhiệt khác nhau, bao gồm dẫnnhiệt,