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 (TT)

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

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 đường thành phố Mã số: 62.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2017 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học giao thông vận tải Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THỊ KIM ĐĂNG TS NGUYỄN THỐNG NHẤT Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp Trường Đại học GTVT vào hồi … … ngày … tháng… năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: 1- Thư viện quốc gia 2- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng, vật liệu bê tông nhựa sử dụng phổ biến xây dựng đường ô tô có nhiều ưu điểm bật như: tạo bề mặt êm thuận, có cường độ độ bền tương đối cao, bụi, tiếng ồn, hao mòn, tốc độ thi công nhanh giới hóa, dễ tu sửa chữa Ở Nam bộ, nhiều dự án xây dựng đường ô tô có nguồn vốn nước nước sử dụng bê tông nhựa để làm mặt đường Để tuyến đường có chất lượng cao, ổn định trình khai thác, với giá thành hợp lý mục tiêu chủ đầu tư quan quản lý Nhà nước ngành cầu đường nước ta nói chung khu vực Nam nói riêng Trong trình khai thác, mặt đường bê tông nhựa thường phát sinh hư hỏng liên quan đến nhiệt như: Rạn nứt mặt đường, biến dạng trượt trồi, lún vệt bánh xe Nước ta trải dài từ Bắc (23o22’59” vĩ độ Bắc) đến Nam (8o34’vĩ độ Bắc) có thời tiết khí hậu nhiệt độ không khí khác Nhiều vùng có nhiệt độ không khí khác biệt lớn: Đà Lạt khí hậu mát quanh năm nhiệt độ trung bình 17.9oC, Nam khí hậu nóng quanh năm nhiệt độ trung bình 27.6oC, Nam Trung Ninh Thuận Bình Thuận gần nắng nóng quanh năm Bắc trung Quảng Trị, Quảng Bình nhiệt độ mùa nóng cao 40 oC Tây bắc Sa Pa có tuyết rơi vào mùa đông Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm nước ta (22TCN 211-06) thông số liên quan đến nhiệt độ phân biệt vùng có khí hậu khác Trong thi công bảo dưỡng sửa chữa mặt đường bê tông nhựa chưa quan tâm thời gian lu lèn thông xe điều kiện nhiệt độ cho phép Việc nghiên cứu điều kiện nóng ẩm quanh năm khu vực Nam ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa để có khuyến cáo thiết kế, thi công khai thác mặt đường bê tông nhựa cần thiết Mục đích nghiên cứu: Tính chất bê tông nhựa phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Sự phụ thuộc nhiệt độ tính chất bê tông nhựa nghiên cứu tích cực nước mà giới nhằm hạn chế đến mức thấp nhược điểm đồng thời phát huy ưu điểm mà bê tông nhựa vốn có Yếu tố nhiệt độ với bê tông nhựa trở thành toán kinh tế kỹ thuật quan trọng ngành giao thông đường nước ta Vì vậy, đề tài tập trung vào mục đích nghiên cứu nhiệt độ không khí yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa nhằm góp phần giải hạn chế mặt đường bê tông nhựa nhiệt độ với nội dung sau: - Xây dựng phương trình quan hệ nhiệt độ lớp bê tông nhựa mặt đường phụ thuộc vào nhiệt độ không khí đánh giá mức độ ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa số yếu tố khí hậu 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 sử dụng tiêu chuẩn hành 22TCN 211-06 theo phương pháp Superpave - Theo dõi trình hạ nhiệt thời gian thi công để khuyến cáo thời gian lu lèn thời gian thông xe thi công mặt đường bê tông nhựa 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Khí hậu, nhiệt độ không khí yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm, tốc độ gió khu vực Nam - Nhiệt độ bê tông nhựa phân bố nhiệt độ bê tông nhựa mặt đường khu vực Nam - Quá trình hạ nhiệt thi công mặt đường bê tông nhựa nóng trường điều kiện nhiệt độ thông thường Việt Nam Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát nhiệt độ trường khu vực Nam (thành phố Hồ Chí Minh, Bình Dương Long An), thu thập nhiệt độ chuỗi 21 năm Trung tâm khí tượng thủy văn Nam bộ, tham khảo nhiệt độ theo QCVN 02/2009 khu vực Nam - Tổng hợp phân tích kết thí nghiệm nhằm lập quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa với ảnh hưởng chúng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Ý nghĩa khoa học đề tài: + Làm rõ ảnh hưởng nhiệt độ không khí đến nhiệt độ bê tông nhựa kết cấu áo đường mềm + Phương trình quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa mặt đường với nhiệt độ không khí yếu tố liên quan khu vực Nam - Ý nghĩa thực tiễn đề tài: + Xác định nhiệt độ thiết kế kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn hành 22TCN 211-06 cho khu vực Nam + Kiến nghị nhiệt độ thiết kế cho tiêu chuẩn nước áp dụng Việt Nam Superpave điều kiện khí hậu Nam + Khuyến cáo thời gian lu lèn thời gian thông xe thi công mặt bê tông nhựa nóng điều kiện nhiệt độ Việt Nam Cấu trúc đề tài: Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ không khí khu vực Nam đến thiết kế khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa” gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận, kiến nghị định hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục CHƯƠNG 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 mặt đường bê tông nhựa ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ tới khả làm việc 1.1.1 Kết cấu mặt đường bê tông nhựa 1.1.2 Ảnh hưởng yếu tố nhiệt tới khả làm việc mặt đường bê tông nhựa 1.1.3 Nhiệt độ thiết kế tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm 1.2 Các nghiên cứu liên quan đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa 1.2.1 Các nghiên cứu nước nhiệt độ khai thác mặt đường bê tông nhựa 1.2.2 Các nghiên cứu nước vật liệu công nghệ giảm nhiệt mặt đường bê tông nhựa 1.2.3 Một số nghiên cứu trình hạ nhiệt bê tông nhựa nóng thời gian thi công 1.2.4 Các nghiên cứu nước nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa 1.3 Đánh giá- đặt vấn đề nghiên cứu 1.3.1 Đánh giá + Nghiên cứu Mỹ: Ba mô hình SHRP, LTPP RD có trình khảo sát công phu, thời gian khảo sát dài, qui mô khảo sát rộng khắp Bắc Mỹ, phương tiện khảo sát đại Nhiệt độ bê tông nhựa xác định thông qua nhiệt độ không khí, xạ (được đánh giá thông qua vĩ độ) có hệ số độ tin cậy + Các nghiên cứu Trung Quốc: Trong hai nghiên cứu Trung Quốc, nghiên cứu tản nhiệt bê tông nhựa kim loại Thanh kim loại tác dụng tải nhiệt có tác dụng chịu kéo uốn cho bê tông nhựa tốt Giải pháp giảm nhiệt cho lớp mặt có tác dụng gia cường, tăng khả kháng trượt kháng kéo cho lớp bê tông nhựa nên coi hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao cho đường có tải trọng nặng đường cao tốc Ngoài ra, nghiên cứu Trung Quốc nhiệt mặt đường bê tông nhựa chịu ảnh hưởng nhiệt độ không khí xạ mặt trời + Các nghiên cứu Nhật Bản: Đây nhóm nghiên cứu cải thiện hấp thụ nhiệt mặt đường bê tông nhựa cách dùng sơn hay cấp phối hỗn hợp nhựa có độ phản xạ nhiệt cao để làm giảm nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa + Một số nghiên cứu khu vực Đông Nam Á Indonexia cho thấy nhiệt độ bê tông nhựa chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nhiệt độ không khí độ ẩm không khí Nghiên cứu cần tham khảo Indonesia gần với nước ta + Đề tài đề xuất phương pháp lựa chọn mác nhựa đường PG, xây dựng Tiêu chuẩn phân cấp nhựa đường PG xây dựng hệ thống thiết bị Thử́ nghiệm nhựa đường PG phù hợp với điều kiện nhiệt độ vùng tỉnh Việt Nam theo Superpave Đây sở để Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn Superpave tương lai 1.3.2 Đặt vấn đề nghiên cứu Các nghiên cứu nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa chia thành ba xu chính: + Các nghiên cứu nhiệt độ khai thác mặt đường, thay đổi chế độ nhiệt lớp mặt đường phụ thuộc vào yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ không khí yếu tố ảnh hưởng như: độ ẩm không khí, tốc độ gió, xạ mặt trời Kết nghiên cứu sử dụng để lựa chọn vật liệu mặt đường lựa chọn thông số vật liệu bê tông nhựa phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường + Các nghiên cứu vật liệu công nghệ giảm nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa khai thác để giảm nguy hư hỏng biến dạng mặt đường độ bền khai thác mặt đường bê tông nhựa + Các nghiên cứu trình hạ nhiệt bê tông nhựa rải nóng trình thi công phụ thuộc vào yếu tố môi trường nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió chiều dày lớp rải Trong điều kiện Việt Nam nay, với xu điều kiện thời tiết cực đoan, nắng nóng cục thời gian nắng nóng kéo dài, chất lượng thi công chất lượng khai thác mặt đường bê tông nhựa bị ảnh hưởng nhiều Việc nghiên cứu nhiệt độ khai thác mặt đường kiểm soát nhiệt độ thi công mặt đường bê tông nhựa rải nóng cần thiết Đề tài nghiên cứu tập trung vào vấn đề sau: - Điều kiện khí hậu khu vực Nam yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ khai thác mặt đường bê tông nhựa; - Nghiên cứu thực nghiệm tìm phân bố nhiệt bê tông nhựa đồng thời lập phương trình quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa với nhiệt độ không khí số yếu tố ảnh hưởng bản; - Đề xuất nhiệt độ tính toán lớp bê tông nhựa kết cấu áo đường mềm cho khu vực Nam sử dụng số tiêu chuẩn hành - Nghiên cứu thực nghiệm trình hạ nhiệt bê tông nhựa rải nóng thời gian thi công, khuyến cáo thời gian lu lèn thời gian thông xe điều kiện nhiệt độ môi trường Nam CHƯƠNG 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 lớp bê tông nhựa mặt đường môi trường xung quanh Hình 2.1 Trao đổi nhiệt bê tông nhựa môi trường xung quanh 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí: 2.2 Khu vực Nam phân vùng khí hậu đường sá Việt Nam 2.2.1 Vị trí địa lý điều kiện tự nhiên khu vực Nam 2.2.2 Khu vực Nam phân vùng khí hậu đường sá Việt Nam 2.3 Đặc điểm mạng lưới đường điều kiện nhiệt độ khu vực Nam 2.3.1 Mạng lưới giao thông khu vực Nam 2.3.2 Đặc điểm mạng lưới đường khu vực Nam 2.4 Thu thập phân tích liệu điều kiện khí hậu khu vực Nam 2.4.1 Thu thập liệu nhiệt độ khu vực Nam 2.4.2 Phân tích liệu nhiệt độ khu vực Nam 2.4.2.1 Phần mềm Minitab 2.4.2.2 Nhiệt độ cao nhất, trung bình thấp khu vực Đông Nam theo Superpave 2.4.2.3 Nhiệt độ cao nhất, trung bình thấp khu vực Tây Nam theo Superpave 2.4.2.4 Nhiệt độ cao trung bình, nhiệt độ trung bình nhiệt độ thấp trung bình trạm Tân Sơn Nhất - thành phố Hồ Chí Minh trạm Cần Thơ- thành phố Cần Thơ theo QCVN 02:2009 2.5 Kết luận + Nhiệt độ cao nhất, trung bình thấp theo Superpave khu vực Nam sau: Nhiệt độ không khí cao khu vực Nam bộ: Tcao  35.9 C kk o Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ: TTB  27.6 C kk Nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam bộ: o kk Tthap  19.6oC + Nhiệt độ cao, trung bình thấp trung bình theo QCVN 02/2009 khu vực Nam sau: Nhiệt độ không khí cao khu vực Nam bộ: Tcao  31.7 C kk o Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ: TTB  27.0 C kk o Nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam bộ: Tthap  23.8 C kk o + Độ ẩm không khí trung bình khu vực Nam là: kk TB W  80.9% + Độ ẩm không khí trung bình cao khu vực Nam là: kk WTBcao  87.9% + Độ ẩm không khí thấp khu vực Nam là: Wthap  33.5% kk 11 Tmđ- nhiệt độ cần tính bề mặt mặt đường (oC); Tkk- nhiệt độ không khí (oC); W- độ ẩm không khí (%) - Nhiệt độ tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ không khí chiều sâu H Bê tông nhựa trình tỏa nhiệt  Th= 1.257Tkk+ 0.07ln(H+1) (3.2) R=98.7% Giới hạn Tkk: 22oC-29oC Trong đó: Th- nhiệt độ cần tính độ sâu H cách mặt đường (oC); H- chiều sâu (mm); Tkk- nhiệt độ bề mặt bê tông nhựa (oC); - Nhiệt độ tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ không khí chiều sâu H, bê tông nhựa trình thu nhiệt  Th= 1.548Tkk- 1.194ln(H+1) (3.3) R=99.2% Giới hạn Tkk: 28oC-40oC Trong đó: Th- nhiệt độ cần tính độ sâu H cách mặt đường (oC); H- chiều sâu (mm); Tkk- nhiệt độ bề mặt bê tông nhựa (oC); 3.3.4 Diễn biến giảm nhiệt độ trình thi công bê tông nhựa mặt đường Với kết theo dõi hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa trình thi công ta đường biểu diễn hình 3.4a; 3.4b; 3.4c; 3.4d Để thấy trình diễn biến chúng, ta so sánh cặp với số liệu đối chứng theo nhóm (xem hình 3.17), sau: 12 So sánh trình hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa có kích cỡ hạt danh định lớn khác nhau, chiều dày khu vực đo, với mức nhiệt độ không khí tương đồng (Hiện trường C trường D) Hình 3.17(a) So sánh trình hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa có kích cỡ danh định (19mm), có chiều dày khác (5cm 7cm) Lưu ý, số liệu đo trường 02 khu vực khác Hiện trường A&B, lớp BTNC19 dày cm, nhiệt độ không khí dao động từ 29-31oC, trường D, lớp BTNC 19 dày 7cm, nhiệt độ không khí dao động từ 20-22oC Hình 3.17(b) So sánh trình hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa có chiều dày (5cm), sử dụng loại nhựa đường khác (nhựa thường 60/70 nhựa PMBIII) Trong việc so sánh này, nhiệt độ môi trường khác nhau, nhiệt độ không khí trường A&B (hỗn hợp bê tông nhựa thường) 29-31oC, nhiệt độ không khí trường E (hỗn hợp nhựa PMBIII) 32-43oC Hình 3.17(c) Nhiệt độ hỗn hợp mặt đường, độ C 140 120 100 80 60 40 20 0 50 100 Thời gian (phút) BTNC12.5, 7cm, nhựa 60/70 150 200 BTNC19, 7cm, nhựa 60/70 Hình 3.17 (a) So sánh trình hạ nhiệt bê tông nhựa có kích cỡ cốt liệu khác Nhiệt độ hỗn hợp mặt đường, độ C 13 160 140 120 100 80 60 40 20 0 50Thời gian (phút)100 BTNC19, 7cm, nhựa 60/70 150 BTNC19, 5cm, nhựa 60/70 Hình 3.17 (b) So sánh trình hạ nhiệt BT nhựa có cỡ cốt liệu (19mm) chiều dày khác Nhiệt độ hỗn hợp mặt đường, độ C 160 140 120 100 80 60 40 20 0 50 100 Thời gian (phút) BTNC 12.5, cm, nhựa PMBIII 150 200 BTNC19, 5cm, nhựa 60/70 Hình 3.17 (c) So sánh trình hạ nhiệt bê tông nhựa có chiều dày (5cm) kích cỡ khác 3.4 Kết luận chương + Khi xét tổng hợp yếu tố khí hậu nhiệt độ không khí độ ẩm mối quan hệ nhiệt độ bề mặt mặt đường bê tông nhựa với với độ ẩm theo phương trình hồi qui (3.1) + Với quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa với nhiệt độ không khí với chiều sâu H, mặt đường chịu ảnh hưởng trình tỏa nhiệt có phương trình (3.2) 14 + Trong điều kiện mặt đường chịu ảnh hưởng trình thu nhiệt, nhiệt độ mặt đường theo chiều sâu theo phương trình (3.3) + Kết nghiên cứu trình hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa thời gian thi công nhằm xác định thời gian lu lèn hiệu quả, thời gian thông xe cho thấy: Do hạ nhiệt nhanh nên thời gian lu lèn hiệu lớp bê tông nhựa dày cm cần phải ngắn lớp rải dày 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 nên thời gian lu lèn hỗn hợp so với hỗn hợp bê tông nhựa thường khoảng 50% Kết ban đầu có ý nghĩa thực tế khuyến cáo cho nhà thầu thi công hỗn hợp bê tông nhựa có phụ gia polime tổ chức thi công Trong điều kiện nhiệt độ thong thường khoảng 30oC thời gian thông xe để đảm bảo bê tông nhựa nguội đến (50oC) tối thiểu CHƯƠNG 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 điều kiện khí hậu Nam 4.1.1 Nhiệt độ tính toán cắt trượt 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 thực điều kiện nhiệt độ cao Vì nhiệt độ cao lúc bất lợi cho ổn định cắt trượt mặt đường bê tông nhựa Hơn nhiệt độ cao khu vực Nam nhiệt độ ngày khoảng từ 11 đến 14 lúc mặt đường bê tông nhựa trình thu nhiệt, lớp mặt (sâu 20mm cách bề mặt bê tông nhựa) chịu nhiệt độ cao bất lợi cho khả chống cắt trượt Khi tính toán cắt trượt ta dùng phương trình thu nhiệt (3.3) 15 Sử dụng phương trình trường hợp: Nhiệt độ cao, bê tông nhựa mặt đường trình thu nhiệt, theo phương trình (3.3): Th = 1.548Tkk – 1.194ln(H+1) Th- nhiệt độ cần tính độ sâu H cách mặt đường (oC); H- chiều sâu (mm); Tkkcao – Nhiệt độ cao(oC) + Số liệu theo QCVN 02:2009: Nhiệt độ cao theo tháng T kkcao =31.7oC + Số liệu theo đài Khí tượng thủy văn Nam bộ: Nhiệt độ cao (theo định nghĩa Superpave) Tkkcao =35.9oC + Số liệu tương đối theo thời tiết cực đoan Nam bộ: Tkkcao =40oC Bảng 4.1 Nhiệt độ tính toán cắt trượt mặt đường bê tông nhựa Số liệu theo ToC theo QCVN 02:2009 chiều sâu Số liệu tính toán đài Khí tượng thủy văn theo thời tiết cực ( C) Nam (oC) đoan (oC) 45.44 51.94 58.28 o T2cm Số liệu tính toán theo Như vậy, nhiệt độ sử dụng để xác định tham số tính toán phân tích cắt trượt mặt đường bê tông nhựa nhiệt độ cao bê tông nhựa lấy theo tiêu chuẩn hành 22TCN 211 - 06 là: TttCT = 60oC 4.1.2 Tính độ võng lớp bê tông nhựa mặt đường: Xét đến điều kiện nhiệt độ độ ẩm, mùa hè thời kỳ bất lợi mưa nhiều nhiệt độ tầng mặt tương đối cao Do mưa nhiều làm cho đường yếu hơn, khả võng lớp mặt bê tông nhựa cao Nhiệt độ tính toán nhiệt độ trung bình lớp lớp mặt (cách bề mặt 2cm), lớp lớp đáy kết cấu áo đường Trường hợp phương trình nhiệt độ trung bình, sử dụng phương trình (3.2) Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1) 16 Th- nhiệt độ cần tính độ sâu H cách mặt đường (oC); H- chiều sâu (mm); TkkTB (nhiệt độ trung bình oC) + Nhiệt độ không khí trung bình theo QCVN 02:2009: TkkTB=27.0oC + Giá trị nhiệt độ không khí trung bình theo số liệu đài Khí khí tượng thủy văn Nam bộ: TkkTB=27.6 oC Bảng 4.2 Nhiệt độ tính toán độ võng mặt đường bê tông nhựa Số liệu tính toán Số liệu tính toán theo đài theo QCVN 02:2009 Khí tượng thủy văn Nam (oC) (oC) T2cm 34.15 34.91 T6cm 34.23 34.98 T12cm 34.27 35.03 TTB 34.22 34.97 ToC theo chiều sâu 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: TttĐV= 35oC 4.1.3 Tính nứt mỏi lớp bê tông nhựa mặt đường: Đặc tính bê tông nhựa nhiệt độ bê tông nhựa thấp bê tông nhựa có cường độ cao, lúc lại có bất lợi khả nứt cao Vì điều kiện bất lợi trường hợp khả nứt mỏi nhiệt độ thấp Mặt đường bê tông nhựa khu vực Nam thường có lớp, lớp 5cm lớp 7cm Vì vậy, tính toán nứt mõi tính toán cho lớp đáy lớp tức tính toán độ sâu 5cm 12cm cách bề mặt mặt đường + Phương trình nhiệt độ bê tông nhựa ứng với nhiệt độ không khí thấp, bê tông nhựa trình tỏa nhiệt phương trình (3.2): Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1) 17 + Giá trị nhiệt độ thấp khu vực Nam theo QCVN 02:2009: T kk thấp=23.8 o C + Giá trị nhiệt độ thấp từ số liệu đài Khí tượng thủy văn Nam bộ: Tkkthấp=19.6oC Bảng 4.3 Nhiệt độ tính toán nứt mỏi mặt đường bê tông nhựa Số liệu theo Số liệu tính toán theo QCVN 02:2009 đài khí tượng thủy văn (oC) Nam (oC) T5cm 30.19 24.91 T12cm 30.25 24.97 o T C theo h Kiến nghị nhiệt độ tính toán: TNtt= 25oC 4.2 Đề xuất áp dụng Superpave điều kiện khí hậu Nam 4.2.1 Nhiệt độ thiết kế Theo Superpave nhiệt độ thiết kế sử dụng để lựa chọn loại nhựa đường Đối với bê tông nhựa Superpave định nghĩa nhiệt độ cao thiết kế nhiệt độ độ sâu 2cm bề mặt đường nhiệt độ thấp thiết kế nhiệt độ bề mặt mặt đường Sử dụng phương trình nhiệt độ cao, bê tông nhựa trình thu nhiệt 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 độ sâu H cách mặt đường (oC); H = 20mm (chiều sâu); Tkkcao = 35.9oC Tcaotk = T2cm = 52.0oC + Phương trình hồi qui nhiệt độ bê tông nhựa ứng với nhiệt độ không khí thấp, bê tông nhựa trình tỏa nhiệt mặt đường bê tông nhựa, phương trình tính toán (3.2): Th = 1.257Tkkthấp + 0.07ln(H+1) Th- nhiệt độ cần tính độ sâu h cách mặt đường (oC); H= 0mm (chiều sâu); 18 Tkkthấp o =19.6 C Tthaptk=T0cm= 25oC 4.2.2 Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu T eff(PD) định nghĩa nhiệt độ thí nghiệm đơn mà tổng biến dạng vĩnh cửu xuất tương đương với đo mùa riêng biệt năm Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu T eff(PD) tính theo công thức sau: Teff(PD) = 30.8-0.12Zcr + 0.92MAATthiết kế Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu T eff(PD) tính theo công thức sau: Teff(PD) = 30.8-0.12Zcr + 0.92MAATthiết kế Zcr = 20mm (chiều sâu giới hạn chọn với chiều sâu tính toán nhiệt độ thiết kế tức 20mm cách mặt đường); MAATthiết kế = MAATtrung bình + KασMAAT Teff(PD) = 30.8-0.12*20 + 0.92MAATthiết kế = 55.4oC Vậy chọn nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu bê tông nhựa mặt đường khu vực Nam là: Teff(PD) = 55oC 4.2.3 Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng mỏi tương đương bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam Nhiệt độ ảnh hưởng đến tượng nứt mỏi Teff(FC) định nghĩa nhiệt độ thí nghiệm đơn mà tổng phá hoại mỏi xuất tương đương với hư hỏng mỏi đo mùa riêng biệt suốt năm Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng mỏi tương đương Teff(FC) đánh giá từ nhiệt độ mặt đường trung bình năm theo phương trình sau đây: Teff(FC) = 0.8 (MAPT) – 2.7 19 MAPT – nhiệt độ mặt đường trung bình năm (oC) xác định từ khí hậu khu vực công trình + Nhiệt độ tính toán mặt đường khu vực Nam là: Tmd = MAPT = 1.257TkkTB + 0.07ln(H+1) Tmđ- Nhiệt độ cần tính mặt đường bê tông nhựa (oC); H = 20mm + Theo đài Khí tượng Thủy văn Nam bộ: TkkTB =27.6oC Ttt = MAPT = 1.257*27.6 + 0.07ln(20+1) = 34.9oC + Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng mỏi tương đương khu vực Nam Bộ là: Teff(FC) = 0.8* (MAPT) – 2.7 = 25.2oC Vậy chọn nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng mỏi bê tông nhựa mặt đường khu vực Nam là: Teff(PD) = 25oC 4.3 Đề xuất kiểm soát thời gian lu lèn thời gian đưa lớp mặt rải vào khai thác Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa 60 phút (đảm bảo nhiệt độ kết thúc lu lèn bê tông nhựa rải nóng không thấp 80oC) Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa 75 phút ( đảm bảo nhiệt độ kết thúc lu lèn bê tông nhựa rải nóng không thấp 80oC) Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu 35 phút (đảm bảo nhiệt độ kết thúc bê tông nhựa rải nóng sử dụng nhựa đường cải thiện không thấp 100oC) + Thời gian chờ thông xe tối thiểu (đảm bảo nhiệt độ cao bê tông nhựa rải nóng để thông xe 50oC) 4.4 - Kết luận chương Bước đầu đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường bê tông nhựa khu vực Nam + Nhiệt độ tính toán cắt trượt lớp bê tông nhựa mặt đường: TttCT= 60oC 20 + Nhiệt độ tính toán độ võng lớp bê tông nhựa mặt đường: TttĐV= 35oC + Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi lớp bê tông nhựa mặt đường: TttN= 25oC - Đề xuất nhiệt độ chọn nhựa theo PG khu vực Nam + Nhiệt độ cao chọn nhựa: TtkCao = 52oC + Nhiệt độ thấp chọn nhựa: TtkThấp= 25oC + Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam Teff(PD) = 55oC + Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng mỏi tương đương bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam Teff(PD) = 25oC - Khuyến cáo thời gian lu lèn thông xe 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 60 phút Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa 75 phút Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu 35 phút + Thời gian chờ thông xe tối thiểu KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC 5.1 Các kết nghiên cứu 5.1.1 Thu thập, xử lý, tính giá trị nhiệt độ cao nhất, trung bình, thấp khu vực Nam - Khảo sát nhiệt độ không khí, nhiệt độ bê tông nhựa yếu tố ảnh hưởng (độ ẩm không khí tốc độ gió) trạm thành phố Hồ Chí Minh, tỉnh Long An tỉnh Bình Dương (phụ lục) - Thu thập số liệu nhiệt độ không khí trung tâm Khí tượng thủy văn Nam 21 năm, tính toán nhiệt độ không khí cao nhất, nhiệt 21 độ không khí trung bình nhiệt độ không khí thấp theo định nghĩa Superpave khu vực Nam Nhiệt độ không khí cao khu vực Nam bộ: Tcao  35.9 C kk o Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ: TTB  27.6 C kk Nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam bộ: o kk Tthap  19.6oC - Thu thập số liệu nhiệt độ không khí theo QCVN 02:2009 Bộ xây dựng, tính toán nhiệt độ không khí cao nhất, nhiệt độ không khí trung bình nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam Nhiệt độ không khí cao khu vực Nam bộ: Tcao  31.7 C kk o Nhiệt độ không khí trung bình khu vực Nam bộ: TTB  27.0 C kk o Nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam bộ: Tthap  23.8 C kk o + Độ ẩm không khí trung bình khu vực Nam là: WTB  80.9% kk kk + Độ ẩm không khí trung bình cao khu vực Nam là: WTBcao  87.9% + Độ ẩm không khí thấp khu vực Nam là: Wthap  33.5% kk 5.1.2 Xây dựng phương trình quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa mặt đường, nhiệt độ không khí yếu tố ảnh hưởng - Phương trình quan hệ nhiệt độ bề mặt mặt đường bê tông nhựa, nhiệt độ không khí độ ẩm không khí theo công thức (3.1) dẫn chương Tmđ = 2.271Tkk + 0.005W2 - 0.799W R=99.23% Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97% - Với phương trình quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa với nhiệt độ không khí, mặt đường chịu ảnh hưởng trình tỏa nhiệt theo công thức (3.2) dẫn chương Th= 1.257Tkk + 0.07ln(H+1) 22 R=98.7% Giới hạn Tkk: 22oC-29oC - Với phương trình quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa với nhiệt độ không khí, mặt đường chịu ảnh hưởng trình thu nhiệt theo công thức (3.3) dẫn chương Th= 1.548Tkk- 1.194ln(H+1) R=99.2% Giới hạn Tkk: 28oC-40oC Tmđ- nhiệt độ cần tính bề mặt mặt đường (oC); Tkk- nhiệt độ không khí (oC); W- độ ẩm không khí (%); 5.1.3 Kiến nghị nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường bê tông nhựa thời gian lu lèn 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 + Nhiệt độ tính toán cắt trượt lớp bê tông nhựa mặt đường: TttCT= 60oC + Nhiệt độ tính toán độ võng lớp bê tông nhựa mặt đường: TttĐV= 35oC + Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi lớp bê tông nhựa mặt đường: TttN= 25oC - Nhiệt độ lựa nhựa theo Superpave áp dụng cho khu vực Nam + Nhiệt độ cao chọn nhựa: TtkCao = 52oC + Nhiệt độ thấp chọn nhựa: TtkThấp= 25oC + Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam Teff(PD) = 55oC + Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng mỏi tương đương bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam Teff(PD) = 25oC 23 - Thời gian lu lèn thông xe bê tông thường (60/70) bê tông cải tiến PMBIII Việt Nam + Thời gian lu lèn: Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa 60 phút Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa 75 phút Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu 35 phút + Thời gian chờ thông xe tối thiểu 5.2 - Các điểm luận án Đã xây dựng phương trình (3.1), (3.2) (3.3) quan hệ nhiệt độ bê tông nhựa, nhiệt độ không khí, chiều sâu H, 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 + Nhiệt độ tính toán cắt trượt lớp bê tông nhựa mặt đường: TttCT= 60oC + Nhiệt độ tính toán độ võng lớp bê tông nhựa mặt đường: TttĐV= 35oC + Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi lớp bê tông nhựa mặt đường: TttN= 25oC - Đề xuất nhiệt độ tính toán chọn nhựa, nhiệt độ ảnh hưởng phá hoại biến dạng phá hoại mỏi tương đương bê tông nhựa mặt đường theo Superpave khu vực Nam + Nhiệt độ cao chọn nhựa: TtkCao = 52oC + Nhiệt độ thấp chọn nhựa: TtkThấp= 25oC - Khuyến cáo thời gian lu lèn thời gian thông xe trình thi công mặt đường bê tông nhựa nóng điều kiện thi công thông thường vào mùa hè Việt Nam + Thời gian lu lèn: Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa 60 phút Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa 75 phút 24 Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu 35 phút + Thời gian chờ thông xe tối thiểu 5.3 - Hạn chế luận án Các khảo sát khuyến cáo nhiệt độ thiết kế thi công mặt đường bê tông nhựa thực phạm vi hẹp chưa bao quát hết điều kiện thời tiết khu vực - Các phương trình quan hệ nhiệt độ mặt đường với nhiệt độ không khí yếu tố ảnh hưởng hạn chế với yếu tố khí hậu với chiều sâu hạn chế với kết cấu áo đường truyền thống có lớp bê tông nhựa dày 12 cm - Nghiên cứu giới hạn theo 02 hướng nhiệt độ nghiên cứu phân bố nhiệt phục vụ cho thiết kế thi công, chưa mở rộng sang hướng nghiên cứu thứ 03 vật liệu cấu tạo với xu giảm nhiệt cho lớp bê tông nhựa mặt đường 5.4 Hướng nghiên cứu tiếp Có thể đề hướng nghiên cứu tiếp tục sau: - Mở rộng nghiên cứu tương tự với thời gian khảo sát liên tục bao quát điều kiện thời tiết cho khu vực điển hình Việt Nam, có xét đến hiệu ứng đô thị - Mở rộng nghiên cứu nhiệt độ khai thác lớp bê tông nhựa phụ thuộc vào điều kiện khác nhóm nguồn thu nhiệt phụ thuộc loại lớp móng, cao độ mực nước ngầm, - Tiếp tục nghiên cứu theo hướng thứ ba loại vật liệu kết cấu mặt đường có khả giảm nhiệt điều kiện thời tiết nắng nóng DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TS Nguyễn Thống Nhất, ThS Trần Văn Thiện (2014), Ảnh hưởng nhiệt độ không khí đến mặt đường bê tông nhựa, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 4/2014 TS Nguyễn Thống Nhất, ThS Trần Văn Thiện (2014), Một số nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa phổ biến Nam hướng giải quyết, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 7/2014 TS Nguyễn Thống Nhất, ThS Trần Văn Thiện (2015), Phân bố nhiệt bê tông nhựa khu vực Nam bộ, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 12/2015 PGS-TS Trần Thị Kim Đăng, Ngô Ngọc Quí, Trần Văn Thiện (2015), Diễn biến nhiệt độ hỗn hợp asphalt trình thi công số khuyến cáo 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 kết cấu áo đường mềm khu vực Nam số kiến nghị, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 7/2016 ... mặt đường bê tông nhựa 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Khí hậu, nhiệt độ không khí yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm, tốc độ gió khu vực Nam - Nhiệt độ bê tông nhựa phân bố nhiệt độ bê tông nhựa. .. kiện nhiệt độ Việt Nam 4 Cấu trúc đề tài: Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ không khí khu vực Nam đến thiết kế khai thác kết cấu áo đường bê tông nhựa gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết. .. nhiệt độ không khí theo QCVN 02:2009 Bộ xây dựng, tính toán nhiệt độ không khí cao nhất, nhiệt độ không khí trung bình nhiệt độ không khí thấp khu vực Nam Nhiệt độ không khí cao khu vực Nam bộ: