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)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRẦN VĂN THIỆN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
KHÔNG KHÍ KHU VỰC NAM BỘ ĐẾN THIẾT KẾ VÀ
KHAI THÁC KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số: 62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2017


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học giao thông vận tải

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. TRẦN THỊ KIM ĐĂNG
2. TS. NGUYỄN THỐNG NHẤT

Phản biện 1: ..............................................................
Phản biện 2: .............................................................
Phản biện 3: .............................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường họp tại Trường Đại học GTVT vào hồi …. giờ … ngày …
tháng… năm 2017

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1- Thư viện quốc gia
2- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải


1
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài:
Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, vật liệu bê tông
nhựa đã và đang được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng đường ô tô
do có nhiều ưu điểm nổi bật như: tạo bề mặt êm thuận, có cường độ và
độ bền tương đối cao, ít bụi, ít tiếng ồn, ít hao mòn, tốc độ thi công
nhanh do cơ giới hóa, dễ duy tu sửa chữa...
Ở Nam bộ, nhiều dự án xây dựng đường ô tô có nguồn vốn trong nước
và nước ngoài đã và đang sử dụng bê tông nhựa để làm mặt đường. Để
những tuyến đường có chất lượng cao, ổn định trong quá trình khai thác, với
giá thành hợp lý là mục tiêu của chủ đầu tư và cơ quan quản lý Nhà nước
trong ngành cầu đường nước ta nói chung và khu vực Nam bộ nói riêng.
Trong quá trình khai thác, mặt đường bê tông nhựa thường phát sinh các
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 và nhiệt độ không khí rất khác nhau. Nhiều
vùng có nhiệt độ không khí khác biệt khá lớn: Đà Lạt khí hậu mát
quanh năm nhiệt độ trung bình 17.9oC, Nam bộ khí hậu nóng quanh
năm nhiệt độ trung bình 27.6oC, Nam Trung bộ như Ninh Thuận và
Bình Thuận gần như nắng nóng quanh năm. Bắc trung bộ như Quảng
Trị, Quảng Bình nhiệt độ mùa nóng cũng rất cao có thể trên 40 oC. Tây
bắc như Sa Pa có tuyết rơi vào mùa đông.

Hiện nay, trong tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm của nước ta
(22TCN 211-06) các thông số liên quan đến nhiệt độ không có sự phân
biệt giữa những vùng có khí hậu rất khác nhau. Trong thi công và bảo
dưỡng sửa chữa mặt đường bê tông nhựa cũng chưa quan tâm về thời
gian lu lèn và thông xe trong điều kiện nhiệt độ cho phép.
Việc nghiên cứu đối với điều kiện nóng ẩm quanh năm của khu vực
Nam bộ ảnh hưởng đến nhiệt độ trong mặt đường bê tông nhựa để có được


2

các khuyến cáo trong thiết kế, thi công và khai thác mặt đường bê tông
nhựa là cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu:
Tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Sự phụ
thuộc nhiệt độ của các tính chất của bê tông nhựa cũng được nghiên cứu
tích cực không những trong nước mà trên thế giới nhằm hạn chế đến mức
thấp nhất những nhược điểm đồng thời phát huy những ưu điểm mà bê
tông nhựa vốn có.
Yếu tố nhiệt độ với bê tông nhựa trở thành bài toán kinh tế kỹ thuật
quan trọng trong ngành giao thông đường bộ của nước ta. Vì vậy, đề tài
tập trung vào mục đích nghiên cứu nhiệt độ không khí và các yếu tố
ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa nhằm góp phần giải
quyết những hạn chế của mặt đường bê tông nhựa do nhiệt độ với các
nội dung chính như sau:
- Xây dựng phương trình quan hệ nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa
mặt đường phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và đánh giá mức độ ảnh
hưởng đến nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa của một số các yếu tố khí
hậu như độ ẩm, tốc độ gió.
- Đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm phù hợp với điều

kiện khí hậu khu vực Nam bộ sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành 22TCN
211-06 và theo phương pháp Superpave.
- Theo dõi quá trình hạ nhiệt trong thời gian thi công để khuyến
cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe trong thi công mặt đường bê
tông nhựa.


3

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Khí hậu, nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng của nhiệt độ
như độ ẩm, tốc độ gió ở khu vực Nam bộ.
- Nhiệt độ trong bê tông nhựa và phân bố nhiệt độ trong bê tông nhựa
mặt đường khu vực Nam bộ.
- Quá trình hạ nhiệt trong thi công mặt đường bê tông nhựa nóng tại
hiện trường trong điều kiện nhiệt độ thông thường ở Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát nhiệt độ hiện trường tại khu vực Nam bộ (thành phố Hồ
Chí Minh, Bình Dương và Long An), thu thập nhiệt độ chuỗi 21 năm ở
Trung tâm khí tượng thủy văn Nam bộ, tham khảo nhiệt độ theo QCVN
02/2009 khu vực Nam bộ.
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm nhằm lập quan hệ
nhiệt độ bê tông nhựa với các ảnh hưởng của chúng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
+ Làm rõ ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến nhiệt độ trong bê
tông nhựa của kết cấu áo đường mềm.
+ Phương trình quan hệ của nhiệt độ trong bê tông nhựa mặt đường
với nhiệt độ không khí và các yếu tố liên quan ở khu vực Nam bộ.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

+ Xác định nhiệt độ thiết kế kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn
hiện hành 22TCN 211-06 cho khu vực Nam bộ.
+ Kiến nghị nhiệt độ thiết kế cho các tiêu chuẩn nước ngoài có thể
áp dụng ở Việt Nam như Superpave trong điều kiện khí hậu Nam bộ.
+ Khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe khi thi công mặt
bê tông nhựa nóng trong điều kiện nhiệt độ Việt Nam.


4

6. Cấu trúc của đề tài:
Đề tài: “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” gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chương, phần kết luận, kiến
nghị và định hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo
và phụ lục.
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ
ẢNH HƯỞNG YẾU TỐ NHIỆT TRONG THIẾT KẾ KHAI THÁC
1.1.
Những vấn đề chung về mặt đường bê tông nhựa và ảnh
hưởng yếu tố nhiệt độ tới khả năng làm việc
1.1.1. Kết cấu mặt đường bê tông nhựa
1.1.2. Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt tới khả năng làm việc của mặt
đường bê tông nhựa
1.1.3 Nhiệt độ thiết kế trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo
đường mềm
1.2.
Các nghiên cứu liên quan đến nhiệt độ đối với mặt đường
bê tông nhựa

1.2.1. Các nghiên cứu của nước ngoài về nhiệt độ khai thác của mặt
đường bê tông nhựa
1.2.2. Các nghiên cứu của nước ngoài về vật liệu và công nghệ giảm
nhiệt của mặt đường bê tông nhựa
1.2.3 Một số nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa nóng
trong thời gian thi công
1.2.4 Các nghiên cứu trong nước về nhiệt độ của mặt đường bê tông
nhựa
1.3.
Đánh giá- đặt vấn đề nghiên cứu
1.3.1 Đánh giá
+ Nghiên cứu của Mỹ: Ba mô hình SHRP, LTPP và RD có quá trình
khảo sát công phu, thời gian khảo sát dài, qui mô khảo sát rộng trên


5

khắp Bắc Mỹ, phương tiện khảo sát hiện đại. Nhiệt độ trong bê tông
nhựa được xác định thông qua nhiệt độ không khí, bức xạ (được đánh
giá thông qua vĩ độ) và có hệ số độ tin cậy.
+ Các nghiên cứu của Trung Quốc: Trong hai nghiên cứu của Trung
Quốc, một nghiên cứu tản nhiệt trong bê tông nhựa bằng thanh kim
loại. Thanh kim loại ngoài tác dụng tải nhiệt còn có tác dụng chịu kéo
uốn cho bê tông nhựa rất tốt. Giải pháp này ngoài giảm nhiệt cho lớp
mặt còn có tác dụng gia cường, tăng khả năng kháng trượt và kháng
kéo cho lớp bê tông nhựa nên được coi là hướng nghiên cứu có tính
ứng dụng cao cho đường có tải trọng nặng và đường cao tốc. Ngoài ra,
nghiên cứu Trung Quốc về nhiệt của mặt đường bê tông nhựa chịu ảnh
hưởng của nhiệt độ không khí và bức xạ mặt trời.
+ Các nghiên cứu của Nhật Bản: Đây là nhóm nghiên cứu cải thiện

hấp thụ nhiệt của mặt đường bê tông nhựa bằng cách dùng sơn hay cấp
phối hỗn hợp nhựa có độ phản bức xạ nhiệt cao để làm giảm nhiệt độ
mặt đường bê tông nhựa.
+ Một số nghiên cứu trong khu vực Đông Nam Á như Indonexia cho
thấy nhiệt độ trong bê tông nhựa chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nhiệt độ
không khí và độ ẩm không khí. Nghiên cứu này cần được tham khảo vì
Indonesia rất gần với nước ta.
+ Đề tài đã đề xuất phương pháp lựa chọn mác nhựa đường PG, xây
dựng Tiêu chuẩn phân cấp nhựa đường PG và xây dựng hệ thống thiết
bị Thử́ nghiệm nhựa đường PG phù hợp với điều kiện nhiệt độ vùng
của các tỉnh ở Việt Nam theo Superpave. Đây chính là cơ sở để Việt
Nam áp dụng những tiêu chuẩn của Superpave trong tương lai.
1.3.2 Đặt vấn đề nghiên cứu
Các nghiên cứu về nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa hiện nay có
thể chia thành ba xu thế chính:
+ Các nghiên cứu về nhiệt độ khai thác của mặt đường, thay đổi chế
độ nhiệt trong các lớp mặt đường phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng
như nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng như: độ ẩm không khí,


6

tốc độ gió, bức xạ mặt trời. Kết quả nghiên cứu được sử dụng để lựa
chọn vật liệu mặt đường và lựa chọn các thông số của vật liệu bê tông
nhựa phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường.
+ Các nghiên cứu về vật liệu và công nghệ giảm nhiệt độ mặt đường
bê tông nhựa trong khai thác để giảm nguy cơ hư hỏng biến dạng của
mặt đường và độ bền khai thác mặt đường bê tông nhựa.
+ Các nghiên cứu về quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa rải nóng
trong quá trình thi công phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt

độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió và chiều dày lớp rải.
Trong điều kiện cơ bản của Việt Nam hiện nay, với xu thế điều kiện
thời tiết cực đoan, nắng nóng cục bộ và thời gian nắng nóng kéo dài,
chất lượng thi công và chất lượng khai thác của mặt đường bê tông
nhựa bị ảnh hưởng nhiều. Việc nghiên cứu về nhiệt độ khai thác mặt
đường và kiểm soát nhiệt độ trong thi công mặt đường bê tông nhựa rải
nóng là cần thiết.
Đề tài nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sau:
- Điều kiện khí hậu khu vực Nam bộ và các yếu tố ảnh hưởng đến
nhiệt độ khai thác của mặt đường bê tông nhựa;
- Nghiên cứu thực nghiệm tìm sự phân bố nhiệt trong bê tông nhựa
đồng thời lập phương trình quan hệ của nhiệt độ trong bê tông nhựa với
nhiệt độ không khí và một số yếu tố ảnh hưởng cơ bản;
- Đề xuất nhiệt độ tính toán lớp bê tông nhựa của kết cấu áo đường
mềm cho khu vực Nam bộ khi sử dụng một số tiêu chuẩn hiện hành.
- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa rải
nóng trong thời gian thi công, khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian
thông xe trong điều kiện nhiệt độ môi trường Nam bộ.


7

CHƯƠNG 2. THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN NHIỆT
ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM KHU VỰC NAM BỘ
2.1. Các yếu tố khí hậu có ảnh hưởng đến nhiệt độ mặt đường
2.1.1 Trao đổi nhiệt giữa lớp bê tông nhựa mặt đường và môi trường
xung quanh

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

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí:
2.2.
Khu vực Nam bộ trong phân vùng khí hậu đường sá Việt
Nam
2.2.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của khu vực Nam bộ
2.2.2 Khu vực Nam bộ trong phân vùng khí hậu đường sá Việt
Nam
2.3.
Đặc điểm mạng lưới đường bộ và điều kiện nhiệt độ khu vực
Nam bộ
2.3.1 Mạng lưới giao thông khu vực Nam bộ
2.3.2 Đặc điểm mạng lưới đường bộ khu vực Nam bộ
2.4.
Thu thập và phân tích dữ liệu điều kiện khí hậu khu vực
Nam bộ


8

2.4.1. Thu thập dữ liệu nhiệt độ khu vực Nam bộ
2.4.2. Phân tích dữ liệu nhiệt độ tại khu vực Nam bộ
2.4.2.1 Phần mềm Minitab
2.4.2.2 Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất khu vực Đông
Nam bộ theo Superpave
2.4.2.3 Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất khu vực Tây Nam
bộ theo Superpave
2.4.2.4 Nhiệt độ cao trung bình, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ thấp
trung bình của trạm Tân Sơn Nhất - thành phố Hồ Chí Minh và trạm
Cần Thơ- thành phố Cần Thơ theo QCVN 02:2009
2.5.

Kết luận
+ Nhiệt độ cao nhất, trung bình và thấp nhất theo Superpave của khu
vực Nam bộ như sau:
Nhiệt độ không khí cao nhất 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 nhất khu vực Nam bộ:

o

kk
Tthap
 19.6oC

+ Nhiệt độ cao, trung bình và thấp nhất trung bình theo QCVN
02/2009
của khu vực Nam bộ như sau:
Nhiệt độ không khí cao nhất 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 nhất khu vực Nam bộ: Tthap  23.8 C
kk

o

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

W

 80.9%

+ Độ ẩm không khí trung bình cao khu vực Nam bộ là:
kk
WTBcao
 87.9%

+ Độ ẩm không khí thấp nhất của khu vực Nam bộ là: Wthap  33.5%
kk


9

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MỐI QUAN HỆ
GIỮA CÁC YẾU TỐ THỜI TIẾT VÀ NHIỆT ĐỘ MẶT ĐƯỜNG
BÊ TÔNG NHỰA KHU VỰC NAM BỘ
Lựa chọn hiện trường và phương pháp theo dõi thu thập số

3.1.

liệu nhiệt độ mặt đường và các yếu tố khí hậu ảnh hưởng
3.1.1. Lựa chọn hiện trường
3.1.2. Phương pháp theo dõi thu thập số liệu nhiệt độ mặt đường và
các yếu tố ảnh hưởng
3.1.3. Mô hình thống kê và xử lý số liệu
Nghiên cứu thực nghiệm - tổng hợp số liệu thực nghiệm

3.2

Nhiệt độ (oC)

3.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm- tổng hợp số liệu thực nghiệm
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-1

Nhiệt độ
độ không
không khí
Nhật

Nhiệt độ bề mặt đường
Nhiệt độ sâu 2cm
nhiệt độ sâu 5cm
Nhiệt độ sâu 7cm

1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25

Nhiệt độ sâu 12cm

Thời gian (giờ)

Hình 3.2. Đồ thị nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông nhựa theo
thời gian


10

Hình 3.3 Đồ thị nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm và
tốc độ gió theo thời gian

3.2.2.

Nhận xét

3.2.3.

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

3.3. Xây dựng phương trình quan hệ giữa nhiệt độ mặt đường và
các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình khai thác
- Để xây dựng phương trình thực nghiệm dựa trên số liệu đo đạt
nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa ở các
độ sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm các các trạm ở thành phố Hồ Chí Minh,
tỉnh Bình Dương và tỉnh Long An.
- Tìm phương trình quan hệ giữa nhiệt độ trong bê tông nhựa với
nhiệt độ không khí và các yếu tố liên quan bằng phương pháp bình
phương bé nhất, phân tích hồi qui, phân tích phương sai để xác định giá
trị các hệ số trong mô hình hồi qui, kiểm tra mô hình theo độ tương
thích của chúng.
- Ngày nay việc tìm phương trình hồi qui thực nghiệm được thực
hiện nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên dụng như: MiniTAB,
SPSS hay dùng hàm excel. Trong luận án này tác giả dùng phần mềm
MiniTAB.
3.3.1

Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa (T), nhiệt độ

không khí (Tkk ) và độ ẩm không khí (W)
- Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ trên bề mặt bê tông nhựa

(Tmđ), nhiệt độ không khí (Tkk ) và độ ẩm không khí (W)
Tmđ = 2.271Tkk +0.005W2 - 0.799W
(3.1)
R=99.23%
Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97%
Trong đó:


11

Tmđ- nhiệt độ cần tính trên bề mặt mặt đường (oC);
Tkk- nhiệt độ không khí (oC);
W- độ ẩm không khí (%).
- Nhiệt độ của tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ
không khí và chiều sâu H. Bê tông nhựa trong quá trình tỏa nhiệt

 Th= 1.257Tkk+ 0.07ln(H+1)

(3.2)

R=98.7%
Giới hạn Tkk: 22oC-29oC
Trong đó:
Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);
H- chiều sâu (mm);
Tkk- nhiệt độ bề mặt bê tông nhựa (oC);
- Nhiệt độ của tầng mặt bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ
không khí và chiều sâu H, bê tông nhựa trong quá trình 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 ở 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 trong quá trình thi công bê tông nhựa mặt
đường
Với kết quả theo dõi hạ nhiệt hỗn hợp bê tông nhựa trong quá

trình thi công ta được các đường biểu diễn như các hình 3.4a; 3.4b;
3.4c; 3.4d.
Để thấy quá trình diễn biến của chúng, ta có thể so sánh từng
cặp với số liệu được đối chứng theo nhóm (xem hình 3.17), như sau:


12

So sánh quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa có kích cỡ
hạt danh định lớn nhất khác nhau, cùng chiều dày và cùng khu vực đo,
với mức nhiệt độ không khí khá tương đồng (Hiện trường C và hiện
trường D). Hình 3.17(a).
So sánh quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa có kích cỡ
danh định như nhau (19mm), có chiều dày khác nhau (5cm và 7cm).
Lưu ý, đây là số liệu đo ở hiện trường của 02 khu vực khác nhau. Hiện

trường A&B, lớp BTNC19 dày 5 cm, nhiệt độ không khí dao động từ
29-31oC, hiện trường D, lớp BTNC 19 dày 7cm, nhiệt độ không khí dao
động từ 20-22oC. Hình 3.17(b).
So sánh quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa có chiều
dày như nhau (5cm), sử dụng loại nhựa đường khác nhau (nhựa thường
60/70 và nhựa PMBIII). Trong việc so sánh này, nhiệt độ môi trường
rất khác nhau, nhiệt độ không khí của hiện trường A&B (hỗn hợp bê
tông nhựa thường) là 29-31oC, trong khi nhiệt độ không khí của hiện
trường E (hỗn hợp nhựa PMBIII) là 32-43oC. Hình 3.17(c).
Nhiệt độ hỗn hợp mặt
đường, độ C

140
120
100
80
60
40
20
0
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 quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa có kích
cỡ cốt liệu khác nhau


Nhiệt độ hỗn hợp mặt
đường, độ C

13
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0

50Thời gian (phút)100
BTNC19, 7cm, nhựa 60/70

150

BTNC19, 5cm, nhựa 60/70

Hình 3.17 (b). So sánh quá trình hạ nhiệt của BT nhựa có cỡ cốt

liệu (19mm) nhưng chiều dày khác nhau
Nhiệt độ hỗn hợp mặt
đường, độ C

160
140
120
100
80
60
40
20
0
0

50
100
Thời gian (phút)

BTNC 12.5, 5 cm, nhựa PMBIII

150

200

BTNC19, 5cm, nhựa 60/70

Hình 3.17 (c). So sánh quá trình hạ nhiệt của bê tông nhựa có cùng
chiều dày (5cm) nhưng kích cỡ khác nhau
3.4. Kết luận chương 3

+ Khi xét tổng hợp các yếu tố khí hậu cơ bản là nhiệt độ không khí
và độ ẩm mối quan hệ giữa nhiệt độ tại bề mặt mặt đường bê tông nhựa
với với độ ẩm theo phương trình hồi qui (3.1)
+ Với quan hệ nhiệt độ của bê tông nhựa với nhiệt độ không khí với
chiều sâu bất kỳ H, mặt đường chịu ảnh hưởng của quá trình tỏa nhiệt
có phương trình (3.2)


14

+ Trong điều kiện mặt đường chịu ảnh hưởng của quá trình thu
nhiệt, nhiệt độ mặt đường theo chiều sâu theo phương trình (3.3).
+ Kết quả nghiên cứu quá trình hạ nhiệt của hỗn hợp bê tông nhựa
trong thời gian thi công nhằm xác định thời gian lu lèn hiệu quả, thời
gian thông xe cho thấy:
Do hạ nhiệt nhanh nên thời gian lu lèn hiệu quả lớp bê tông nhựa
dày 5 cm sẽ cần phải ngắn hơn lớp rải dày 7 cm khoảng 20%.
Do đối vối bê tông nhựa sử dụng nhựa đường có phụ gia polime có
nhiệt độ kết thúc lu lèn yêu cầu cao hơn nên thời gian lu lèn của hỗn hợp
này so với hỗn hợp bê tông nhựa thường chỉ bằng khoảng 50%. Kết quả
ban đầu này có ý nghĩa thực tế vì sẽ khuyến cáo cho các nhà thầu thi
công hỗn hợp bê tông nhựa có phụ gia polime trong tổ chức thi công.
Trong điều kiện nhiệt độ thong thường khoảng 30oC thì thời gian
thông xe để đảm bảo bê tông nhựa nguội đến (50oC) tối thiểu là 4 giờ.
CHƯƠNG 4. CÁC ĐỀ XUẤT YẾU TỐ NHIỆT TRONG THIẾT
KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VÀ QUẢN LÝ KHAI THÁC MẶT
ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA
4.1.

Đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu

chuẩn Việt Nam 22TCN 211 – 06 trong điều kiện khí hậu Nam bộ
4.1.1.

Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường:

Phân tích kết cấu áo đường bê tông nhựa với điều kiện đảm bảo ổn
định chống cắt trượt được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao. Vì khi
nhiệt độ cao là lúc bất lợi nhất cho ổn định cắt trượt của mặt đường bê
tông nhựa. Hơn nữa nhiệt độ cao ở khu vực Nam bộ là nhiệt độ trong
ngày khoảng từ 11 giờ đến 14 giờ lúc này mặt đường bê tông nhựa
trong quá trình thu nhiệt, lớp mặt (sâu 20mm cách bề mặt bê tông nhựa)
chịu nhiệt độ cao bất lợi nhất cho khả năng chống cắt trượt. Khi tính
toán cắt trượt ta dùng phương trình thu nhiệt (3.3).


15

Sử dụng phương trình trong trường hợp: Nhiệt độ cao, bê tông nhựa
mặt đường trong quá trình thu nhiệt, theo phương trình (3.3):
Th = 1.548Tkk – 1.194ln(H+1)
Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);
H- chiều sâu (mm);
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 ở Nam bộ: Tkkcao =40oC.
Bảng 4.1. Nhiệt độ tính toán cắt trượt của 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 bộ (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 của mặt đường bê tông nhựa ở nhiệt độ cao đối với bê tông
nhựa có thể lấy theo đúng tiêu chuẩn hiện hành 22TCN 211 - 06 là:
TttCT = 60oC
4.1.2.

Tính độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường:

Xét đến điều kiện nhiệt độ và độ ẩm, mùa hè là thời kỳ bất lợi nhất vì
mưa nhiều và nhiệt độ tầng mặt tương đối cao. Do mưa nhiều làm cho nền
đường yếu hơn, khả năng võng của lớp mặt bê tông nhựa cao hơn.
Nhiệt độ tính toán là nhiệt độ trung bình của 3 lớp là lớp mặt (cách
bề mặt 2cm), lớp giữa và lớp đáy kết cấu áo đường.
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 ở 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 của 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)

bộ (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 của lớp bê tông nhựa mặt đường:

Đặc tính cơ bản của bê tông nhựa là khi nhiệt độ trong bê tông nhựa
thấp thì bê tông nhựa có cường độ cao, nhưng lúc này lại có bất lợi là
khả năng nứt cũng cao. Vì vậy điều kiện bất lợi trong trường hợp này là
khả năng nứt mỏi ở nhiệt độ thấp.
Mặt đường bê tông nhựa khu vực Nam bộ thường có 2 lớp, lớp trên
5cm và lớp dưới là 7cm. Vì vậy, khi tính toán nứt mõi là tính toán cho
lớp đáy của từng lớp tức là tính toán ở độ sâu 5cm và 12cm cách bề mặt
mặt đường.
+ Phương trình nhiệt độ trong bê tông nhựa ứng với nhiệt độ không
khí thấp, bê tông nhựa trong quá trình tỏa nhiệt là phương trình (3.2):
Th = 1.257Tkk + 0.07ln(H+1)


17

+ Giá trị nhiệt độ thấp khu vực Nam bộ theo QCVN 02:2009:
T

kk

thấp=23.8

o

C.

+ Giá trị nhiệt độ thấp từ số liệu của đài Khí tượng thủy văn Nam
bộ: Tkkthấp=19.6oC.
Bảng 4.3. Nhiệt độ tính toán nứt mỏi của mặt đường bê tông nhựa
Số liệu theo

Số liệu tính toán theo

QCVN 02:2009

đài khí tượng thủy văn

(oC)

Nam bộ (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 trong điều kiện khí hậu Nam bộ
4.2.1.

Nhiệt độ thiết kế

Theo Superpave nhiệt độ thiết kế được sử dụng để lựa chọn loại
nhựa đường. Đối với bê tông nhựa. Superpave định nghĩa nhiệt độ cao
thiết kế là nhiệt độ ở độ sâu 2cm dưới bề mặt đường và nhiệt độ thấp
thiết kế là nhiệt độ tại bề mặt của mặt đường.
Sử dụng phương trình nhiệt độ cao, bê tông nhựa trong quá trình thu
nhiệt của mặt đường bê tông nhựa, phương trình tính toán (3.3): Ta có:
Th = 1.548Tkk - 1.194ln(H+1)
Th- nhiệt độ cần tính ở độ sâu H cách mặt đường (oC);
H

= 20mm (chiều sâu);

Tkkcao

= 35.9oC.
Tcaotk = T2cm = 52.0oC

+ Phương trình hồi qui nhiệt độ trong bê tông nhựa ứng với nhiệt độ
không khí thấp, bê tông nhựa trong quá trình tỏa nhiệt của mặt đường
bê tông nhựa, phương trình tính toán (3.2):
Th = 1.257Tkkthấp + 0.07ln(H+1)
Th- nhiệt độ cần tính ở 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 của bê

tông nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu T eff(PD) được
định nghĩa là nhiệt độ thí nghiệm đơn mà tại đó tổng các biến dạng vĩnh
cửu có thể xuất hiện tương đương với khi đo trong mỗi mùa riêng biệt
trong cả năm.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng biến dạng vĩnh cửu T eff(PD) được

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) được
tính theo công thức sau:
Teff(PD) = 30.8-0.12Zcr + 0.92MAATthiết kế
Zcr = 20mm (chiều sâu giới hạn ở đây được chọn cùng với chiều sâu
tính toán nhiệt độ thiết kế tức là 20mm cách mặt đường);
MAATthiết kế = MAATtrung bình + KασMAAT
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 của
bê tông nhựa mặt đường tại khu vực Nam bộ là: Teff(PD) = 55oC
4.2.3.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương

của bê tông nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến hiện tượng nứt mỏi Teff(FC) được định
nghĩa là nhiệt độ thí nghiệm đơn mà tại đó tổng phá hoại do mỏi có thể
xuất hiện tương đương với hư hỏng do mỏi khi đo trong mỗi mùa riêng
biệt suốt cả năm.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương Teff(FC) có
thể được đánh giá từ nhiệt độ mặt đường trung bình năm theo phương
trình sau đây:
Teff(FC) = 0.8 (MAPT) – 2.7


19

MAPT – nhiệt độ mặt đường trung bình năm (oC) được xác định từ
khí hậu khu vực công trình.

+ Nhiệt độ tính toán ở mặt đường tại khu vực Nam bộ là:
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 do mỏi tương đương tại khu vực
Nam Bộ là:
Teff(FC) = 0.8* (MAPT) – 2.7 = 25.2oC
Vậy chọn nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi của bê tông nhựa
mặt đường tại khu vực Nam bộ là: Teff(PD) = 25oC
4.3.

Đề xuất kiểm soát thời gian lu lèn và thời gian đưa lớp mặt

mới rải vào khai thác
Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút (đảm bảo
nhiệt độ kết thúc lu lèn của bê tông nhựa rải nóng không thấp hơn
80oC).
Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa là 75 phút ( đảm bảo
nhiệt độ kết thúc lu lèn bê tông nhựa rải nóng không thấp hơn 80oC).
Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu ít nhất là 35 phút (đảm bảo
nhiệt độ kết thúc bê tông nhựa rải nóng sử dụng nhựa đường cải thiện
không thấp hơn 100oC).
+ Thời gian chờ thông xe tối thiểu là 4 giờ (đảm bảo nhiệt độ cao
nhất của bê tông nhựa rải nóng để thông xe là 50oC).
4.4.
-

Kết luận chương 4
Bước đầu đề xuất nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường bê tông

nhựa khu vực Nam bộ.

+ Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường:
TttCT= 60oC


20

+ Nhiệt độ tính toán độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường:
TttĐV=

35oC

+ Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi của lớp bê tông nhựa mặt đường: TttN=
25oC
-

Đề xuất nhiệt độ chọn nhựa theo PG khu vực Nam bộ.

+ 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 của bê tông
nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ Teff(PD) = 55oC
+ Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương của bê tông
nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ Teff(PD) = 25oC
-

Khuyến cáo thời gian lu lèn và thông xe khi thi công mặt đường
bê tông nhựa rải nóng vào mùa hè với nhiệt độ không khí trung
bình 30oC.

+ Thời gian lu lèn:
Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút .
Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa là 75 phút.
Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu ít nhất là 35 phút.
+ Thời gian chờ thông xe tối thiểu là 4 giờ.
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC
5.1. Các kết quả nghiên cứu chính
5.1.1 Thu thập, xử lý, tính ra các giá trị nhiệt độ cao nhất, trung
bình, thấp nhất của khu vực Nam bộ
- Khảo sát nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa và các
yếu tố ảnh hưởng (độ ẩm không khí và tốc độ gió) của các trạm ờ thành
phố Hồ Chí Minh, tỉnh Long An và tỉnh Bình Dương (phụ lục).
- Thu thập số liệu nhiệt độ không khí tại trung tâm Khí tượng thủy
văn Nam bộ trong 21 năm, tính toán nhiệt độ không khí cao nhất, nhiệt


21

độ không khí trung bình và nhiệt độ không khí thấp nhất theo định
nghĩa Superpave tại khu vực Nam bộ.
Nhiệt độ không khí cao nhất 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 nhất khu vực Nam bộ:

o

kk
Tthap
 19.6oC

- Thu thập số liệu nhiệt độ không khí theo QCVN 02:2009 của Bộ
xây dựng, tính toán nhiệt độ không khí cao nhất, nhiệt độ không khí
trung bình và nhiệt độ không khí thấp nhất tại khu vực Nam bộ.
Nhiệt độ không khí cao nhất 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 nhất khu vực Nam bộ: Tthap  23.8 C
kk

o

+ Độ ẩm không khí trung bình của khu vực Nam bộ là: WTB  80.9%
kk

kk

+ Độ ẩm không khí trung bình cao khu vực Nam bộ là: WTBcao
 87.9%

+ Độ ẩm không khí thấp nhất của khu vực Nam bộ là: Wthap  33.5%
kk

5.1.2

Xây dựng phương trình quan hệ giữa nhiệt độ bê tông nhựa
mặt đường, nhiệt độ không khí và các yếu tố ảnh hưởng

-

Phương trình quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt mặt đường bê tông
nhựa, nhiệt độ không khí và độ ẩm không khí theo công thức
(3.1) đã dẫn ở chương 3.
Tmđ = 2.271Tkk + 0.005W2 - 0.799W
R=99.23%
Giới hạn Tkk: 22oC-40oC; W: 33%-97%

-

Với các phương trình quan hệ nhiệt độ của bê tông nhựa với
nhiệt độ không khí, mặt đường chịu ảnh hưởng của quá trình tỏa
nhiệt theo công thức (3.2) đã dẫn ở chương 3.
Th= 1.257Tkk + 0.07ln(H+1)


22

R=98.7%
Giới hạn Tkk: 22oC-29oC.
-

Với các phương trình quan hệ nhiệt độ của bê tông nhựa với
nhiệt độ không khí, mặt đường chịu ảnh hưởng của quá trình thu
nhiệt theo công thức (3.3) đã dẫn ở chương 3.
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 và
thời gian lu lèn và thời gian thông xe thi công lớp mặt đường
bê tông nhựa nóng

-

Nhiệt độ tính toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn Việt
Nam 22TCN 211-06 áp dụng cho khu vực Nam bộ.

+ Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường:
TttCT= 60oC
+ Nhiệt độ tính toán độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường:
TttĐV= 35oC
+ Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi của lớp bê tông nhựa mặt đường: TttN= 25oC

-

Nhiệt độ lựa nhựa theo Superpave áp dụng cho khu vực Nam
bộ.

+ 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 của bê tông
nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ Teff(PD) = 55oC
+ Nhiệt độ ảnh hưởng đến hư hỏng do mỏi tương đương của bê tông
nhựa mặt đường theo Superpave tại khu vực Nam bộ Teff(PD) = 25oC


23

-

Thời gian lu lèn và thông xe của bê tông thường (60/70) và bê
tông cải tiến PMBIII ở Việt Nam.

+ Thời gian lu lèn:
Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút .
Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa là 75 phút.
Bê tông cải tiến dày 7cm thời gian lu ít nhất là 35 phút.
+ Thời gian chờ thông xe tối thiểu là 4 giờ.
5.2.
-

Các điểm mới của luận án

Đã xây dựng 3 phương trình (3.1), (3.2) và (3.3) quan hệ giữa

nhiệt độ trong bê tông nhựa, nhiệt độ không khí, chiều sâu H, và độ ẩm
không khí khu vực Nam Bộ
-

Đề xuất nhiệt độ tính toán thiết kế áo đường mềm theo tiêu

chuẩn Việt Nam 22TCN 211-06 áp dụng cho khu vực Nam bộ.
+ Nhiệt độ tính toán cắt trượt của lớp bê tông nhựa mặt đường:
TttCT=

60oC

+ Nhiệt độ tính toán độ võng của lớp bê tông nhựa mặt đường:
TttĐV=

35oC

+ Nhiệt độ tính toán Nứt mỏi của lớp bê tông nhựa mặt đường: TttN=
25oC
-

Đề xuất nhiệt độ tính toán chọn nhựa, nhiệt độ ảnh hưởng phá

hoại biến dạng và phá hoại mỏi tương đương của bê tông nhựa mặt
đường theo Superpave ở khu vực Nam bộ.
+ Nhiệt độ cao chọn nhựa: TtkCao = 52oC
+ Nhiệt độ thấp chọn nhựa: TtkThấp= 25oC
-

Khuyến cáo thời gian lu lèn và thời gian thông xe trong quá

trình thi công của mặt đường bê tông nhựa nóng trong điều kiện thi
công thông thường vào mùa hè ở Việt Nam.
+ Thời gian lu lèn:
Bê tông thường dày 5cm thời gian lu tối đa là 60 phút .
Bê tông thường dày 7cm thời gian lu tối đa là 75 phút.