Phân bố nhiệt trong bê tông nhựa khu vực Nam bộ

TS. Nguyễn Thống Nhất Trường Đại học Tôn Đức Thắng ThS. NCS. Trần Văn Thiện Trường Đại học Dân lập Văn Lang Người phản biện: TS. Phan Tô Anh Vũ

Tóm tắt: Bài báo trình bày thực nghiệm hiện trường đo đạc nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong bê tông nhựa (BTN) ở độ sâu 2cm, 5cm và 7cm của mặt đường, kết hợp với vận tốc gió, độ ẩm  môi trường ở một số trạm đo khu vực TP. Hồ Chí Minh, tỉnh Bình Dương và Long An. Từ những kết quả thí nghiệm tìm ra mối liên hệ của các tham số liên quan giữa nhiệt độ môi trường, vận tốc gió, độ ẩm với nhiệt độ trong BTN ở khu vực Nam bộ.

Từ khóa: Bê tông nhựa, nhiệt độ, Nam bộ.

Abstract: This paper presents experimental measurements at the station of air temperature, temperature in asphalt concrete at the depth of 2cm, 5cm and 7cm in asphalt pavement in combination with wind speed and enviromental humidity of some measuring stations in Ho Chi Minh city, Binh Duong and Long An province. From the test results, it can be possible to find out the relationship among variables regarding the environmental temperature, wind speed, humidity and temperature of asphalt concrete in the southern region.

Keywords: Asphalt, temperature, Southern.

1. Đặt vấn đề

Để đáp ứng yêu cầu phát triển của nền kinh tế trong những năm gần đây, phát triển hạ tầng là điều bức thiết, trong đó GTVT là ngành phải đi đầu với giao thông đường bộ chiếm tỷ trọng rất lớn. Kết cấu mặt đường bộ bằng BTN được sử dụng rộng rãi và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao. Tuy nhiên, trong thực tế xây dựng đường ở nước ta hiện nay còn một số tồn tại cần được nghiên cứu giải quyết. Trong đó, nhiệt độ mặt đường là vấn đề cần quan tâm nhằm hạn chế nguyên nhân gây ra hư hỏng mặt đường do nhiệt, trong quá trình khai thác ở khu vực Nam bộ nói riêng và nước ta nói chung.

2. Đặc điểm về khí hậu Nam bộ

Nam bộ gồm Đông Nam bộ và Tây Nam bộ (đồng bằng sông Cửu Long). Ở Tây Nam bộ nước nhiều và nền nhiệt không cao. Đông Nam bộ, khu vực khí hậu VI gồm các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, Đồng Nai, Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh và TP. Hồ Chí Minh. Khu vực này không có mùa lạnh, nhiệt độ thấp nhất nói chung không dưới 10^oC, nhiệt độ cao nhất vượt 40^oC ở phía Bắc và đạt 35 - 40^oC ở phía Nam. Số giờ nắng trung bình trong ngày 6 giờ đến 8 giờ, lượng bức xạ tương ứng là 368,5Cal/cm². Hàng năm có hai mùa rõ rệt là mùa nắng, từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau và mùa mưa ở các tháng kế tiếp. Cường độ mưa khá lớn, ít chịu ảnh hưởng của bão.

Với đặc điểm khi hậu Nam bộ như trên, lớp BTN mặt đường tiếp xúc trực tiếp nên chịu ảnh hưởng và có mối quan hệ với nhiệt độ khí quyển. Chu kỳ thay đổi nhiệt độ của mặt đường chịu ảnh hưởng bởi chu kỳ thay đổi nhiệt độ của khí quyển. Ở vùng khí hậu nóng, nhiệt độ của BTN có thể lên đến 70^oC. Ở TP. Hồ Chí Minh có thể lên đến 65^oC, mặt đường BTN chịu nhiệt độ cao từ 6 giờ đến 7 giờ mỗi ngày.

3. Kết quả khảo sát nhiệt độ không khí, nhiệt độ trong BTN ở khu vực Nam bộ

3.1. Sơ đồ đặt thiết bị đo nhiệt độ mặt đường BTN

Hình 3.1: Vị trí đặt thiết bị đo nhiệt độ mặt đường và trong BTN

Các vị trí đo nhiệt độ không khí trên mặt đường VT1, nhiệt độ ở độ sâu 2cm cách mặt đường VT2, 5cm cách mặt đường VT3, 7cm cách mặt đường VT4, 12cm cách mặt đường VT5 được thể hiện trên Hình 3.1.

Kết cấu mặt đường 12cm BTN, 30cm - 40cm cấp phối đá dăm loại một, nền đường cũ là BTN xuống cấp.

3.2. Các đồ thị thể hiện các tham số liên quan: Nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió với nhiệt độ trong BTN, ở độ sâu sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm cách mặt đường

Hình 3.2: Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, mặt đường và trong BTN

Hình 3.3: Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm, tốc độ gió

 

Hình 3.4: Đồ thị giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ BTN ở sâu 2cm cách mặt đường

Hình 3.5: Đồ thị giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ BTN ở sâu 7cm cách mặt đường

Hình 3.6: Đồ thị hệ giữa nhiệt độ BTN sâu 2cm so với mặt đường và độ ẩm

Hình 3.7: Đồ thị giữa nhiệt độ BTN sâu 7cm so với mặt đường và độ ẩm

4. Biểu thức liên hệ giữa nhiệt độ BTN (T), nhiệt độ không khí (T_kk ), độ ẩm không khí (W) và tốc độ gió (V)

Dựa trên số liệu thực nghiệm, có thể xác định các biểu thức liên quan như sau:

4.1. Nhiệt độ trong BTN ở độ sâu h = 2cm

T_2cm = 1.946T_kk +  0.005W² - 0.754W + 1.099V + 9.735    (1)

4.2. Nhiệt độ trong BTN ở độ sâu h = 7cm

T_7cm = 1.482T_kk - 0.002W + 1,216V -2, 466    (2)

Trong đó:

T_2cm - Nhiệt độ cần tính ở độ sâu 2cm cách mặt đường (^oC);

T_7cm - Nhiệt độ cần tính BTN sâu 7cm cách mặt đường (^oC);

T_kk - Nhiệt độ không khí (^oC);

W - Độ ẩm không khí (%);

V - Tốc độ gió (m/s).

5. Kết luận và kiến nghị

5.1. Kết luận

- Phân bố nhiệt trong BTN khu vực Nam bộ tương đối lớn trong chu kỳ ngày/đêm. Nhiệt độ cao nhất trong khoảng từ 13 giờ đến 15 giờ, có thời điểm lớn hơn 60^oC, nhiệt độ thấp trong khoảng thời gian từ từ 1 giờ đến 7 giờ, thấp hơn 24^oC, chênh lệch nhiệt độ rất cao lên đến hơn 36^oC.

- Nhiệt độ trong BTN không những phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường mà còn phụ thuộc vào độ ẩm và tốc độ gió và nhiều yếu tố khác.

- Các biểu thức (1) và (2) có thể tính nhiệt độ ở 2cm và 7cm cách mặt đường BTN ở khu vực Nam bộ với các dữ liệu là nhiệt độ môi trường, độ ẩm và tốc độ gió.

5.2. Kiến nghị

- Cần tiếp tục khảo sát nghiên cứu nhiệt trong BTN ở những vùng khí hậu khác nhau trên toàn quốc nhằm đưa ra nhiệt độ tính toán và khai thác mặt đường BTN từng vùng khí hậu khác nhau để mặt đường BTN làm việc hiệu quả nhất.

- Đi đôi với việc xác định nhiệt độ tính toán mặt đường BTN thì việc nghiên cứu sản xuất hỗn hợp BTN tương ứng với nhiệt độ từng vùng là điều cần thiết. Đây chính là bài toán kinh tế - kỹ thuật cho ngành Đường bộ, nhằm nâng cao chất lượng cho mặt đường BTN.

Tài liệu tham khảo

[1]. Số liệu của Đài Khí tượng thủy văn Nam bộ, 2014 - 2015.

[2]. PGS. TS. Nguyễn Xuân Vinh (1992), Sơ đồ tính toán bề dày mặt đường mềm ứng với mùa nóng bất lợi của Việt Nam, Tạp chí GTVT, số tháng 6.

[3]. PGS. TS. Trịnh Văn Quang (2007), Kỹ thuật nhiệt dành cho sinh viên ngành công trình,          NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[4]. PGS. TS. Trần Thị Kim Đăng (2010), Độ bền khai thác và tuổi thọ kết cấu mặt đường BTN, NXB. GTVT, Hà Nội.