Nghiên cứu nhiệt độ trong tấm bê tông xi măng mặt đường tại Việt Nam

Tấm BTXM mặt đường hấp thụ nhiệt độ từ môi trường, bao gồm nhiệt độ không khí và nhiệt độ do bức xạ mặt trời gây ra. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, có nhiệt độ không khí và lượng bức xạ mặt trời rất lớn, nên bề mặt tấm BTXM mặt đường có nhiệt độ rất cao. Lượng nhiệt trên sẽ lan truyền xuống theo chiều dày tấm bê tông và luôn thay đổi vào các giờ trong ngày và các mùa trong năm. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt đáy tấm, trong tấm BTXM sẽ xuất hiện hiện tượng uốn vồng (nếu nhiệt độ mặt trên lớn hơn nhiệt độ mặt đáy vào ban ngày) hoặc uốn võng (nếu nhiệt độ mặt trên nhỏ hơn nhiệt độ mặt đáy tấm vào ban đêm). Do quá trình uốn tấm bị cản trở do trọng lượng bản thân và do độ cứng của tấm, khi đó trong tấm bê tông sẽ xuất hiện ứng suất: vào ban ngày ứng suất kéo uốn tại đáy tấm, ứng suất nén uốn tại mặt tấm, còn vào ban đêm ứng suất kéo uốn tại mặt tấm và ứng suất nén uốn tại đáy tấm. Kết hợp với ứng suất kéo uốn do tải trọng bánh xe gây ra, tại đáy tấm bê tông vào ban ngày sẽ bao gồm tổng hai loại ứng suất kéo uốn, còn vào ban đêm ứng suất kéo uốn do bánh xe gây ra và ứng suất nén uốn do nhiệt độ gây ra, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Do đó, vào ban ngày là bất lợi trùng, vì vậy trong quy trình thiết kế của các nước đều quy định chiều dày tấm bê tông được xác định trên cơ sở tổng hai lọai ứng suất trên (Hình 1.1).

a) - Vào ban ngày; b) - Vào ban đêm

Hình 1.1: Ứng suất trong tấm bê tông chịu tải trọng xe và nhiệt độ

Hiện nay, để tính gradient nhiệt độ và chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và đáy tấm, trong Quyết định số 3230/2012 đã đưa ra công thức tính gần đúng dạng hàm bậc nhất, tuyến tính hóa đường truyền nhiệt: ∆T = a.h, với h là chiều dày tấm, hệ số a (gradient nhiệt độ) phụ thuộc điều kiện nhiệt độ từng vùng miền nước ta, ở miền Bắc lấy a = 0,86, ở miền Nam lấy a = 0,92, còn ở miền Trung lấy a trong khoảng (0,86 - 0,92). Tính theo công thức trên là đơn giản, song có hạn chế là hệ số a tính chung cho tác cả các chiều dày tấm khác nhau. Thực tế cho thấy, mức nhiệt độ đáy tấm sẽ phụ thuộc chiều dày tấm, nên các tấm bê tông có chiều dày khác nhau, sẽ có gradient nhiệt độ khác nhau.

Để có lời giải chính xác về trường phân bố nhiệt độ theo chiều sâu tấm bê tông, cần tiến hành khảo sát thử nghiệm hiện trường. Trong bài báo này, tác giả kiến nghị phương pháp lý thuyết tính toán xác định trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường, có xét ảnh hưởng của chiều dày tấm bê tông, cho các vùng khí hậu khác nhau ở nước ta. Tác giả: ThS. NCS. PHẠm DUY LINH; TS. VŨ ĐỨC SỸ - Trường Đại học Giao thông vận tải, GS. TS. PHẠM CAO THĂNG - Học viện Kỹ thuật Quân sự.

Nội dung bài khoa học tại đây.