Nghiên cứu biểu thức dự toán nhiệt độ bề mặt kết cấu áo đường mềm khu vực phía Nam

Nghiên cứu của HCMUTE về biểu thức dự toán nhiệt độ bề mặt kết cấu áo đường mềm khu vực phía Nam, cung cấp thông tin hữu ích cho ngành xây dựng.

• Tác giả: TS. Lê Anh Thắng
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ Bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 0.1. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
• 0.2. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
• 0.3. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 0.4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 0.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN NHIỆT ĐỘ TRONG LỚP BÊ TÔNG NHỰA
• 2.1. Lý thuyết dự đoán nhiệt độ mặt đường
• 2.2. Lý thuyết về cân bằng nhiệt
• 2.3. Phương trình truyền nhiệt
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
• 3.1. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 3.2. Phương pháp hồi quy
• 4. CHƯƠNG 4: ĐO ĐẠC NHIỆT ĐỘ Ở HIỆN TRƯỜNG
• 4.1. Vị trí đo đạc nhiệt độ
• 4.2. Quy trình đo đạc nhiệt độ
• 4.3. Xử lý, nhận xét và đánh giá số liệu đo
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT BIỂU THỨC DỰ ĐOÁN NHIỆT ĐỘ MẶT ĐƯỜNG
• 5.1. Biểu thức dự đoán nhiệt độ bề mặt đường bê tông nhựa
• 5.2. Dự đoán nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Dự toán nhiệt độ bề mặt áo đường mềm

Phần này tập trung vào dự toán nhiệt độ bề mặt của áo đường mềm. Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt, bao gồm nhiệt độ không khí, ánh sáng mặt trời, độ ẩm, và vận tốc gió. Dữ liệu được thu thập từ các khu công nghiệp ở miền Nam Việt Nam. Phương pháp phân tích dữ liệu nhiệt độ được sử dụng để xây dựng mô hình dự toán nhiệt độ. Mô hình toán học được phát triển dựa trên phương pháp hồi quy, nhằm dự đoán chính xác nhiệt độ bề mặt áo đường mềm dựa trên các thông số khí tượng. Nghiên cứu này góp phần vào việc cải thiện thiết kế áo đường và quản lý hiệu quả hơn, giúp kéo dài tuổi thọ của công trình. Các phương pháp tính toán nhiệt độ hiện có được đánh giá và so sánh, từ đó lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho điều kiện cụ thể ở miền Nam.

1.1. Thu thập và xử lý dữ liệu

Dữ liệu nhiệt độ bề mặt áo đường mềm được thu thập tại các khu công nghiệp ở miền Nam Việt Nam. Thời gian thu thập dữ liệu kéo dài trong 12 tháng, bao gồm cả mùa khô và mùa mưa. Thiết bị đo nhiệt độ được sử dụng là súng bắn nhiệt cầm tay và nhiệt kế theo TCVN 8867:2011. Dữ liệu nhiệt độ không khí, độ ẩm, và vận tốc gió cũng được thu thập đồng thời. Xử lý dữ liệu bao gồm việc làm sạch dữ liệu, loại bỏ các giá trị ngoại lai, và phân tích thống kê. Phân tích dữ liệu giúp xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt áo đường mềm và các yếu tố môi trường. Phương pháp thống kê được sử dụng để xây dựng mô hình dự toán nhiệt độ. Việc chọn lựa phương pháp thống kê phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của mô hình.

1.2. Xây dựng mô hình dự toán

Dựa trên dữ liệu đã xử lý, mô hình dự toán nhiệt độ bề mặt được xây dựng. Mô hình sử dụng phương pháp hồi quy để tìm mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt áo đường mềm và các yếu tố môi trường. Các biến độc lập trong mô hình bao gồm nhiệt độ không khí, độ ẩm, vận tốc gió, và ánh sáng mặt trời. Biến phụ thuộc là nhiệt độ bề mặt áo đường mềm. Độ chính xác của mô hình được đánh giá dựa trên các chỉ số thống kê như R-squared và RMSE. Mô hình dự toán nhiệt độ cần được kiểm định để đảm bảo độ tin cậy trước khi áp dụng vào thực tiễn. Việc so sánh mô hình với các nghiên cứu khác cũng rất quan trọng để đánh giá tính hiệu quả của phương pháp được sử dụng. Kết quả được trình bày rõ ràng, dễ hiểu và minh bạch.

II. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến áo đường mềm

Phần này tập trung vào ảnh hưởng của nhiệt độ đến áo đường mềm. Nghiên cứu xem xét sự biến đổi nhiệt độ bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến tính chất vật liệu và tuổi thọ của áo đường. Vật liệu áo đường mềm có tính đàn hồi phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ cao làm giảm tính đàn hồi, tăng tính nhớt, dẫn đến hư hỏng nhanh chóng. Biến đổi nhiệt độ liên tục gây ra ứng suất nhiệt trong vật liệu, gây ra nứt nẻ và giảm tuổi thọ. Nghiên cứu này phân tích các hư hỏng áo đường do nhiệt độ gây ra và đề xuất các giải pháp cải thiện. Nhiệt độ cao ở miền Nam Việt Nam là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong thiết kế và thi công áo đường mềm. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng để lựa chọn vật liệu và phương pháp thi công phù hợp.

2.1. Cơ chế hư hỏng do nhiệt độ

Nhiệt độ cao gây ra nhiều hư hỏng áo đường mềm. Sự giãn nở và co lại của vật liệu do biến đổi nhiệt độ tạo ra ứng suất trong vật liệu. Ứng suất nhiệt này có thể vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu, dẫn đến nứt nẻ. Nhiệt độ cao cũng làm giảm độ kết dính giữa các thành phần của vật liệu, làm giảm độ bền. Sự oxy hóa của nhựa đường cũng tăng lên khi nhiệt độ cao, làm giảm chất lượng vật liệu. Hư hỏng áo đường do nhiệt độ gây ra thường xuất hiện ở bề mặt, lan dần xuống các lớp bên dưới. Hiểu rõ cơ chế hư hỏng là nền tảng để đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng và kéo dài tuổi thọ áo đường mềm.

2.2. Giải pháp giảm ảnh hưởng của nhiệt độ

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp giảm ảnh hưởng của nhiệt độ đến áo đường mềm. Việc lựa chọn vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt là rất quan trọng. Thiết kế cấu trúc áo đường cũng cần được tối ưu để giảm thiểu ứng suất nhiệt. Phương pháp thi công cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu nhiệt của áo đường. Giải pháp khác bao gồm việc sử dụng các lớp vật liệu cách nhiệt hoặc phủ bề mặt để giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt. Quản lý nhiệt độ áo đường có thể được thực hiện thông qua việc điều chỉnh thời gian thi công và sử dụng các biện pháp làm mát. Nghiên cứu này đề xuất các giải pháp thực tiễn để cải thiện chất lượng và kéo dài tuổi thọ áo đường mềm trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở miền Nam Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mặt đường bê tông nhựa là loại kết cấu phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt trong các khu công nghiệp và các tuyến đường cao tốc. Theo ước tính, nhiệt độ bề mặt và bên trong lớp bê tông nhựa có sự biến thiên lớn trong ngày và theo mùa, ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý và tuổi thọ của mặt đường. Nhiệt độ bề mặt có thể dao động từ 20°C đến trên 55°C trong ngày, trong khi nhiệt độ không khí chỉ biến động trong khoảng 20°C đến 32°C. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng biểu thức dự đoán nhiệt độ bề mặt kết cấu áo đường mềm khu vực phía Nam Việt Nam, dựa trên số liệu đo đạc thực nghiệm tại hai khu công nghiệp thuộc tỉnh Hậu Giang trong vòng 12 tháng.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là đo đạc nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ trong các lớp bê tông nhựa ở các độ sâu khác nhau trong 24 giờ, mỗi tháng một ngày, trong suốt một năm; từ đó xây dựng mô hình dự đoán nhiệt độ bề mặt dựa trên nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng khác. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại hai khu công nghiệp Tân Phú Thạnh và Sông Hậu, tỉnh Hậu Giang, với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm đặc trưng cho khu vực phía Nam. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng thiết kế và khai thác mặt đường bê tông nhựa, góp phần giảm thiểu hư hỏng do biến đổi nhiệt độ và kéo dài tuổi thọ công trình giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết truyền nhiệt và cân bằng nhiệt trong lớp bê tông nhựa, bao gồm:

• Lý thuyết cân bằng nhiệt: Mô tả sự cân bằng năng lượng tại bề mặt bê tông nhựa, trong đó tổng lượng nhiệt nhận và mất qua bề mặt bằng không. Các thành phần nhiệt lượng gồm bức xạ mặt trời, bức xạ hấp thụ từ không khí, và đối lưu nhiệt với môi trường xung quanh.

• Phương trình truyền nhiệt: Sử dụng phương trình vi phân truyền nhiệt hai chiều trong vật liệu đẳng hướng, đồng nhất, được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn (SPHH) để mô phỏng sự phân bố nhiệt độ theo thời gian và chiều sâu trong lớp bê tông nhựa.

• Phương pháp hồi quy: Áp dụng hồi quy tuyến tính và phi tuyến để xây dựng biểu thức dự đoán nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa dựa trên dữ liệu thực nghiệm, với các biến chính gồm nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt và các yếu tố môi trường khác.

Các khái niệm chính bao gồm: nhiệt độ bề mặt (T0cm), nhiệt độ tại các độ sâu (T2cm, T4cm, T6cm, T10cm), nhiệt độ không khí (Tair), hệ số truyền nhiệt, và hệ số hấp thụ bức xạ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là số liệu đo đạc nhiệt độ thực tế tại hai khu công nghiệp Tân Phú Thạnh và Sông Hậu, tỉnh Hậu Giang, trong khoảng thời gian 12 tháng (từ tháng 6/2016 đến tháng 5/2017). Cỡ mẫu gồm 5 lỗ khoan đo nhiệt độ với các độ sâu khác nhau (2cm, 4cm, 6cm, 10cm), được bố trí tại các vị trí mặt đường tiêu biểu. Nhiệt độ bề mặt được đo bằng súng bắn nhiệt cầm tay, nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa đo bằng nhiệt kế theo tiêu chuẩn TCVN 8867:2011.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích thống kê nhiệt độ theo giờ trong ngày, theo tháng và theo chiều sâu lớp bê tông nhựa.

• Áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn để mô phỏng truyền nhiệt trong lớp bê tông nhựa, so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực nghiệm để đánh giá độ chính xác.

• Sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính và phi tuyến để xây dựng biểu thức dự đoán nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa dựa trên nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng.

Timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng, bao gồm giai đoạn đo đạc thực nghiệm, xử lý số liệu, xây dựng mô hình và kiểm chứng mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Biến thiên nhiệt độ bề mặt và trong lớp bê tông nhựa: Nhiệt độ bề mặt đường tại KCN Tân Phú Thạnh đạt cực đại 54.5°C lúc 13 giờ, tại KCN Sông Hậu là 53°C lúc 14 giờ. Nhiệt độ không khí cao nhất trong ngày lần lượt là 31.4°C và 32.5°C. Nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa giảm dần theo chiều sâu, ví dụ tại KCN Tân Phú Thạnh, nhiệt độ ở 4cm đạt 50°C, 6cm là 45°C, và 10cm là 43°C.

2. Phân bố nhiệt độ theo chiều sâu và thời gian: Nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa luôn lớn hơn 40°C, biến thiên theo chu kỳ ngày và theo mùa. Nhiệt độ không khí biến động trong khoảng 20°C đến 30°C, trong khi nhiệt độ bề mặt và bên trong lớp bê tông nhựa có biên độ dao động lớn hơn 30°C.

3. Mô hình dự đoán nhiệt độ bề mặt: Biểu thức hồi quy tuyến tính được xây dựng với hệ số xác định nhiệt độ bề mặt T0cm và nhiệt độ không khí Tair là 0.701, và hệ số hồi quy cho nhiệt độ 2cm dưới bề mặt là -0.961. Mô hình cho kết quả dự đoán nhiệt độ bề mặt tương đối chính xác, phù hợp với số liệu thực nghiệm.

4. So sánh với các mô hình quốc tế: Mô hình dự đoán nhiệt độ bề mặt và phân bố nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa phù hợp với các nghiên cứu ở các quốc gia có khí hậu tương tự, đồng thời thể hiện ưu điểm trong việc áp dụng cho điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của khu vực phía Nam Việt Nam.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân biến thiên nhiệt độ lớn trong lớp bê tông nhựa là do hấp thụ bức xạ mặt trời mạnh và khả năng truyền nhiệt hạn chế của vật liệu. Nhiệt độ cao làm giảm tính đàn hồi và tăng tính nhớt của nhựa đường, dẫn đến biến dạng không hồi phục và hư hỏng mặt đường. Kết quả đo đạc và mô hình dự đoán cho thấy nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa có sự khác biệt rõ rệt so với nhiệt độ không khí, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng mô hình dự đoán riêng biệt cho từng khu vực khí hậu.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, mô hình đề xuất có độ chính xác cao nhờ sử dụng dữ liệu thực nghiệm dài hạn và phương pháp sai phân hữu hạn kết hợp hồi quy. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến thiên nhiệt độ theo giờ trong ngày, bảng thống kê nhiệt độ trung bình theo tháng và biểu đồ phân bố nhiệt độ theo chiều sâu, giúp trực quan hóa sự biến đổi nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình dự đoán nhiệt độ bề mặt trong thiết kế kết cấu mặt đường: Các kỹ sư thiết kế nên sử dụng biểu thức dự đoán nhiệt độ bề mặt để xác định nhiệt độ tính toán phù hợp với điều kiện khí hậu địa phương, nhằm lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu tối ưu. Thời gian áp dụng: ngay lập tức; Chủ thể thực hiện: các đơn vị thiết kế và tư vấn xây dựng.

2. Triển khai đo đạc nhiệt độ định kỳ tại các công trình giao thông: Đề nghị các cơ quan quản lý giao thông tổ chức đo đạc nhiệt độ bề mặt và trong lớp bê tông nhựa định kỳ để cập nhật dữ liệu thực tế, phục vụ cho việc bảo trì và nâng cấp mặt đường. Thời gian: hàng năm; Chủ thể: Sở Giao thông Vận tải và các đơn vị quản lý đường bộ.

3. Phát triển công cụ tính toán và hiển thị nhiệt độ mặt đường: Xây dựng phần mềm hoặc ứng dụng dựa trên mô hình sai phân hữu hạn và hồi quy để hỗ trợ kỹ sư dự đoán nhiệt độ mặt đường nhanh chóng và chính xác từ các thiết bị đo nhiệt cầm tay. Thời gian: 6-12 tháng; Chủ thể: các viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Nghiên cứu bổ sung ảnh hưởng của các yếu tố môi trường khác: Tiếp tục nghiên cứu tác động của độ ẩm, tốc độ gió và vật liệu mặt đường đến nhiệt độ bề mặt và phân bố nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa nhằm hoàn thiện mô hình dự đoán. Thời gian: 1-2 năm; Chủ thể: các nhóm nghiên cứu khoa học và viện nghiên cứu giao thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu giao thông: Sử dụng mô hình dự đoán nhiệt độ để lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu mặt đường phù hợp với điều kiện khí hậu, nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình.

2. Cơ quan quản lý và bảo trì đường bộ: Áp dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch bảo trì, sửa chữa mặt đường dựa trên biến đổi nhiệt độ thực tế, giảm thiểu hư hỏng và chi phí vận hành.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng giao thông: Tham khảo phương pháp đo đạc, mô hình truyền nhiệt và hồi quy để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu và kết cấu mặt đường.

4. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Dựa trên biểu thức dự đoán nhiệt độ để cải tiến vật liệu nhựa đường, tăng khả năng chịu nhiệt và kháng biến dạng, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần dự đoán nhiệt độ bề mặt kết cấu áo đường mềm?
   Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý của bê tông nhựa, làm thay đổi độ cứng và khả năng chịu tải của mặt đường. Dự đoán nhiệt độ giúp thiết kế và bảo trì mặt đường hiệu quả hơn, giảm hư hỏng do nhiệt.

2. Phương pháp đo nhiệt độ trong nghiên cứu này là gì?
   Nhiệt độ bề mặt được đo bằng súng bắn nhiệt cầm tay, nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa đo bằng nhiệt kế theo tiêu chuẩn TCVN 8867:2011, tại các độ sâu 2cm, 4cm, 6cm, 10cm.

3. Mô hình dự đoán nhiệt độ được xây dựng dựa trên những yếu tố nào?
   Mô hình sử dụng nhiệt độ không khí làm biến độc lập chính, kết hợp với số liệu đo đạc thực nghiệm để xây dựng biểu thức hồi quy dự đoán nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa.

4. Mô hình có thể áp dụng cho các khu vực khác ngoài phía Nam Việt Nam không?
   Mô hình được xây dựng dựa trên điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của khu vực phía Nam, nên khi áp dụng cho khu vực khác cần hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu thực tế địa phương.

5. Làm thế nào để sử dụng kết quả nghiên cứu trong thực tế?
   Kỹ sư và nhà quản lý có thể sử dụng biểu thức dự đoán nhiệt độ để xác định nhiệt độ tính toán cho thiết kế và bảo trì mặt đường, đồng thời sử dụng công cụ tính toán hỗ trợ dựa trên mô hình sai phân hữu hạn để dự báo nhiệt độ nhanh chóng.

Kết luận

• Nghiên cứu đã đo đạc và phân tích biến thiên nhiệt độ bề mặt và trong lớp bê tông nhựa tại hai khu công nghiệp phía Nam Việt Nam trong vòng 12 tháng, với nhiệt độ bề mặt dao động từ 20°C đến trên 55°C.
• Phương pháp sai phân hữu hạn kết hợp hồi quy tuyến tính đã được áp dụng thành công để xây dựng biểu thức dự đoán nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa dựa trên nhiệt độ không khí.
• Mô hình dự đoán cho kết quả chính xác, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, có thể áp dụng trong thiết kế và bảo trì kết cấu mặt đường bê tông nhựa.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng mô hình trong thiết kế, đo đạc định kỳ, phát triển công cụ tính toán và nghiên cứu bổ sung các yếu tố môi trường khác.
• Khuyến khích các kỹ sư, nhà quản lý và nhà nghiên cứu sử dụng kết quả để nâng cao chất lượng và tuổi thọ mặt đường bê tông nhựa, đồng thời phát triển nghiên cứu tiếp theo.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng mô hình trong các dự án thiết kế và bảo trì mặt đường, đồng thời phát triển phần mềm hỗ trợ dự đoán nhiệt độ để nâng cao hiệu quả công tác kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, mặt đường bê tông nhựa là loại mặt đường phổ biến. Loại kết cấu này vẫn đang là lựa chọn hàng đầu cho đường cao tốc và các cấp đường khác. Những năm gần đây, mặt đường bê tông nhựa tại các trục lộ chính thường bị xuống cấp nhanh chóng và nghiêm trọng. Nguyên nhân không chỉ là do tải trọng và lưu lượng xe quá tải.

Các tác động khác đến mặt đường bê tông nhựa cũng cần được xem xét. Một trong những tác động không thể không xét đến là nhiệt độ. Asphalt là vật liệu đàn nhớt nên ứng xử cơ học của các lớp vật liệu mặt đường có chứa nhựa luôn phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số tác dụng của tải trọng. Khi nhiệt độ tăng hoặc tần số giảm thì tính đàn hồi giảm, tính nhớt tăng và biến dạng không hồi phục tích lũy cũng tăng.

Ngược lại, khi nhiệt độ giảm hoặc tấn số tăng thì tính đàn hồi tăng, tính nhớt giảm, và biến dạng không hồi phục tích lũy sẽ giảm. Sự kết hợp giữa tải trọng xe và nhiêt độ bên trong lớp bê tông nhựa là tác nhân chính làm mặt đường hư hỏng, giảm khả năng phục vụ của mặt đường. Nhiệt độ bên trong lớp mặt đường bê tông nhựa là luôn thay đổi theo thời gian. Ở cùng một thời điểm, nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trong bê tông nhựa là hoàn toàn khác nhau.

Nhiệt độ của lớp bê tông nhựa luôn thay đổi theo thời gian, do có nhiều yếu tố tác động phức tạp từ môi trường bên ngoài. Nhiệt độ sẽ là khác nhau giữa các giờ trong cùng một ngày, giữa các ngày trong cùng một tháng và giữa các tháng trong cùng một năm. Bộ dữ liệu nhiệt độ đã được thu thập trong vòng 24 giờ, suốt 12 tháng trong năm. Địa điểm đo nhiệt độ là tại các khu công nghiệp trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.

Nhiệt độ bề mặt trên của mặt đường được xác định bằng súng bắn nhiệt cầm tay. Nhiệt độ tại các độ sâu khác nhau trong lớp bê tông nhựa được xác định bằng nhiệt kế theo TCVN 8867:2011 [1]. Phương pháp đo nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa này là phương pháp đo đơn giản.Lê Anh Thắng| Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam Luan van Trang 2 Một công cụ tính toán và hiển thị nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa đã được lập trong môi trường Matlab. Công cụ hiển thị nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa theo lý thuyết, phương pháp sai phân hữu hạn, sẽ được sử dụng để đánh giá số liệu đo thực nghiệm.

Nhiệt độ mặt trên của lớp bê tông nhựa (vị trí 0cm) được sử dụng để xác định điều kiện biên trên. Nhiệt độ tại đáy lớp bê tông nhựa được sử dụng để xác định điều kiện biên dưới. Độ chính xác của phương pháp đo đơn giản kể trên sẽ được đánh giá và bình luận trong bài báo thông qua kết quả so sánh với lý thuyết tính toán bằng phương pháp sai phân hữu hạn.Lê Anh Thắng| Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam Luan van Trang 3 A. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Trong nước, một số nhóm nghiên cứu về dự đoán nhiệt độ trong các lớp mặt đường bê tông nhựa đã được công bố trên tạp chí Giao Thông Vận Tải.

Nhóm tác giả Nguyễn Thống Nhất (2014) nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến mặt đường bê tông nhựa [2]. Thí nghiệm đo nhiệt độ không khí và mặt đường và trong các lỗ khoan mặt đường BTN ở các độ sâu 2cm, 5cm, 10cm, cho Glixerin vào các lỗ khoan và đo nhiệt độ trong các lỗ khoan và nhiệt độ không khí. Nhóm tác giả Nguyễn Thống Nhất đã đề xuất biểu thức đơn giản đề dự đoán nhiệt độ bề ở 2cm và 7cm phía dưới bề mặt đường. Biểu thức nhiệt độ bề ở 2cm dưới bề mặt đường: T  20   1.735 Biểu thức nhiệt độ bề ở 7cm dưới bề mặt đường: T  70   1.466 Trong đó, W= độ ẩm không khí (%); V= vận tốc gió (m/s); T(20) = Nhiệt độ cần tính ở độ sâu 2cm cách mặt đường (oC); T(70)= Nhiệt độ cần tính BTN sâu 7cm cách mặt đường (oC); T(air) = Nhiệt độ không khí (oC); Trong khi đó, tác giả Vũ Duy Trường [3] tập trung nghiên cứu về sự thay đổi và sự phân bố nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa mặt đường khi nhiệt độ bề mặt thay đổi.

Biểu thức xác định nhiệt độ bề mặt và đồng thời là nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trong lớp bê tông nhựa chưa được đề xuất.Lê Anh Thắng| Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam Luan van Trang 4 Vũ Duy Trường (2001) xác định sự phân bố nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa mặt đường khi nhiệt độ bề mặt thay đổi [3]. Tác giả đã giới thiệu lời giải cho bài toán truyền nhiệt bằng phương pháp giải tích với các điều kiện biên: u  2u a t x 2  t  u  x, t  x0  g1  t   u0max cos  2 và u  x, t  x  g2  t   0  t0   Lê Anh Thắng (2016) đã đề xuất các phương trình dự báo nhiệt độ mặt đường cho các điều kiện khí hậu nhiệt đới ở thành phố Hồ Chí Minh [4]. Nhóm tác giả đã đo đạc nhiệt độ bề mặt đường ở huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh. Dựa vào kết quả thực nghiệm, nhóm tác giả đề xuất mô hình dự báo nhiệt độ bề mặt đường bê tông nhựa và nhiệt độ ở độ sâu bất kỳ như sau: 2  3.36Tair air Td  Tsurf  T0max (e11.

CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Mô hình dự đoán nhiệt độ trong các lớp bê tông nhựa được nghiên cứu rộng rãi, nhằm xét được ứng xử đàn nhớt của bê tông nhựa [5]. Mô hình dự đoán nhiệt độ bề mặt đường được chia thành ba loại. Mô hình dự báo nhiệt độ trên bề mặt đường. Mô hình dự báo nhiệt độ 2cm dưới bề mặt bê tông nhựa.

Mô hình dự báo nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện ở một số nước có khí hậu khác nhau, như ở Hoa Kỳ, Oman, Ả-rập Xê-út, Tây Ban Nha, Iran, Trung Quốc, Bồ Đào Nha, Lithuania, Serbia và Indonesia [6]. Các mô hình khác nhau thường xem xét các thông số môi trường khác nhau. Các thông số môi trường thường thấy nhất trong các mô hình dự đoán nhiệt độ mặt đường là nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió và vĩ độ.Lê Anh Thắng| Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam Luan van Trang 5 Mô hình dự báo nhiệt độ trên bề mặt đường: T  surf   0.4 Mô hình dự báo nhiệt độ 2cm dưới bề mặt bê tông nhựa: T  pav    T(air)  0.640T(surf) Mô hình dự báo nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa: T  d   T  surf  (1  0.0004d 3 ) Trong đó, T (air) = nhiệt độ không khí, °C; T (surf) = nhiệt độ trên bề mặt kết cấu áo đường, °C; T (pav) = nhiệt độ trong bê tông nhựa ở 20 mm dưới bề mặt, °C; T (d) = nhiệt độ trong bê tông nhựa ở độ sâu, d mm, °C; Lat = vĩ độ, degrees; d = chiều sâu tính từ bề mặt, mm.Lê Anh Thắng| Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam Luan van Trang 6 Các tác động của nhiệt độ đến mặt đường bê tông nhựa cũng đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu: Phillip và George (1996) tiến hành nghiên cứu mức độ oxi hóa của nhựa đường bằng phương pháp thẩm thấu và quang phổ ở các nhiệt độ từ 100 đến 1300C.

Kết quả cho thấy nhựa đường bị oxy hóa giống nhau tại các nhiệt độ khác nhau [7]. Maurizio và Vittorio (2001) nghiên cứu quan hệ giữa nhiệt độ và độ lún của bê tông nhựa đường. Tác giả dựa trên dữ liệu thực nghiệm nhiệt độ nhựa đường trên bề mặt và tại các độ sâu khác nhau, từ đó đề xuất sự phân bố nhiệt độ theo chiều sâu theo các mùa và buổi [8].59 Mùa hè Buồi tối T  z , T0 i   T01  0.11 Mùa xuân Buồi tối T  z , T0 i   T01  0.58353 Trong đó: T  z , T0i  là nhiệt độ tại độ sâu z (độ C), z là độ sâu trong lớp nhựa đường (cm), T0i là nhiệt độ trên bề mặt của nhựa đường (độ C). Gasthauer (2007) nghiên cứu thực nghiệm để định lượng các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) từ nhựa đường bằng phương pháp phân tích màu sắc của khí.

Qua đó cho thấy hình thức của VOC phụ thuộc vào nhiệt độ nhựa đường, quá trình Oxy hóa của nhựa đường và độ ẩm không khí [9]. Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ là một tham số quan trọng trong việc tạo khí thải và gây mùi hôi; đồng thời chỉ ra việc giảm VOC phụ thuộc nhiều vào tương quan nhiệt độ và hàm lượng oxy.Lê Anh Thắng| Nghiên Cứu Biểu Thức Dự Toán Nhiệt Độ bề Mặt Kết Cấu Áo Đường Mềm Khu Vực Phía Nam Luan van Trang 7 Yuksel (2009) nghiên cứu thực nghiệm các đặc tính của bê tông nhựa đường khi có thêm vào 2 loại phụ gia thương mại (dầu FT và sáp Polyethylene) trong điều kiện nhiệt độ cao [10]. Kết quả cho thấy hiệu quả kháng lún được tăng cường đối với dầu FT. Qinwu và Mansour (2009) tiến hành thực nghiệm đo nhiệt độ tại nhiều thời điểm khác nhau và xây dựng mô hình phân bố nhiệt độ, xác định tính chất của bê tông nhựa dựa trên các thí nghiệm trong phòng [11].

Thí nghiệm được tiến hành với hai loại mẫu bê tông nhựa đường là mẫu lăng trụ và mẫu dạng dầm với nhiều kích thước khác nhau. Nhóm tác giả đề xuât một mô hình tương quan giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bên trong lớp bê tông nhựa đường như sau: Khi nhiệt độ không khí giảm Tpave falling  1.3 Khi nhiệt độ không khí tăng T p a ve  ri sin g  1 .1 7 T a ir  ri sin g  0 .5 5 Khi không xét đến thay đổi nhiệt độ không khí Tpave  1.1 Trong đó: Tpave falling , Tpaveri sin g là nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa đường khi nhiệt độ giảm và tăng tại độ sâu h (độ C).