Thế giới ứng dụng KHCN trong bảo trì đường bộ như thế nào?

Một tuyến đường tại Nhật Bản

Vật liệu phụ gia Nano: Tương lai mới của bảo trì đường bộ

ó thể sửa chữa toàn bộ các “ổ gà” theo phương pháp truyền thống trên toàn bộ quốc gia, Chính phủ cần tới lượng ngân sách khổng lồ lên đến 17 tỷ USD.

Để khắc phục tình trạng xuất hiện “ổ gà” và giảm thiểu chi phí sửa chữa, vừa qua các nhà khoa học tại Phòng Thí nghiệm Vật liệu cấu trúc phức tạp thuộc Viện Khoa học Vật liệu Thụy Sỹ đã công bố thử nghiệm phương pháp sử dụng vật liệu phụ gia nano từ tính nhằm giúp nhựa đường trong tương lai có khả năng tự chữa lành hư hại.

Công nghệ nano (nano technology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 01nm = 10-9m). Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano. Công nghệ nano bao gồm: Cơ sở khoa học nano; phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet; chế tạo vật liệu nano; ứng dụng vật liệu nano.

Đối với sửa chữa và bảo trì đường, phương pháp nano được áp dụng dựa trên quá trình trộn lẫn các hạt nano hợp nhất với các chất kết dính bi-tum, qua đó sử dụng nhiệt độ để làm nóng chất kết dính để tạo độ mềm. Chất phụ gia sau quá trình làm nóng sẽ được đổ vào các “ổ gà” nhằm lấp đầy các vết nứt. Độ chính xác và hiệu quả của phương pháp này dựa trên sự tính toán chính xác lượng hạt nano oxit sắt cần thiết để trộn với phụ gia bi-tum. Sản phẩm được trộn thành công sẽ có độ dính cao, màu đen và có khả năng bám dính tốt nhằm duy trì vị trí của lớp nhựa đường sau khi vật liệu nano được đưa vào “ổ gà”. Vật liệu phụ gia nano sau khi được đun nóng sẽ có khả năng thẩm thấu cao vào các vết nứt do “ổ gà” gây ra, làm đầy các khe nứt nhỏ, tạo ra hiệu ứng tự sửa chữa.

Đối với những con đường thường xuyên có phương tiện đi lại có sự tác động liên tục từ áp lực cơ học và ảnh hưởng của môi trường. Vật liệu nano sẽ ngăn ngừa hoàn toàn sự xuất hiện của các vết nứt trong tương lai. Bên cạnh đó, tuổi thọ của vật liệu này có thể được kéo dài một cách dễ dàng bằng cách cho các tuyến đường tiếp xúc với trường điện từ một năm một lần. 

Sử dụng phần mềm quản lý chất lượng đường 

Bên cạnh các công nghệ xây dựng mới nhằm giảm thiểu chi phí và gia tăng chất lượng đường bộ, nhiều quốc gia trên thế giới đã sử dụng phần mềm theo dõi và bảo trì đường (RMS - Road maintenance system). Hệ thống thu thập thông tin liên quan đến tuyến đường đang được theo dõi dựa trên dữ liệu giao thông, hình ảnh quan sát vệ tinh và dữ liệu địa chất của vùng. Dựa trên các thông tin thu thập được, hệ thống sẽ tìm kiếm những lỗ hổng trong quá trình chi tiêu bảo trì đường, qua đó đưa ra các giải pháp hiệu quả và riêng biệt hơn đối với từng công trình đường bộ nằm dưới sự theo dõi. Ngoài ra, hệ thống RMS còn có thể đưa ra giải pháp logistics, xây dựng giao thức ứng phó và khắc phục thảm họa; đánh giá thiệt hại kỹ thuật thời gian thực và các giải pháp bảo mật mã hóa dữ liệu cấp quân sự.

Công nghệ đường bộ đổi mới làm giảm bảo trì đường bộ

Bên cạnh việc khắc phục các vấn đề hiện tại bằng công nghệ và phương pháp quản lý hiện có, các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển những phương thức mới để giảm sự hao mòn trong quá trình sử dụng. Một trong những thủ phạm lớn nhất gây thiệt hại nhựa đường là xâm nhập nước và một số công nghệ vật liệu đường bộ mới trong những năm gần đây đã được phát triển nhằm giải quyết vấn đề này. Sử dụng vật liệu lát - kết hợp giữa nhựa đường dạng xốp và bê tông là một trong những biện pháp mới được chính phủ nhiều nước áp dụng. Phương pháp này giúp cho nước có thể chảy qua các kẽ nhỏ bên trong cấu trúc đường, qua đó giúp ngăn ngừa hình thành vũng nước - một trong những thủ phạm gây ra sự biến dạng mặt đường. 

Đường thông minh có trang bị hệ thống sạc cho xe hơi điện

Tại Nhật Bản, các tuyến đường lớn như đường cao tốc, đường huyết mạch thành phố và các tuyến đường đến các trạm tàu lớn đều được trang bị hệ thống ống nước chôn dưới bề mặt. Khi tiếp xúc với điều kiện thời tiết không thuận lợi như đóng băng, bão lớn…, hệ thống máy bơm sẽ đưa nước được kiểm soát nhiệt độ qua các đường ống này, giúp duy trì nhiệt độ ổn định trên mặt đường, giảm thiểu nguy cơ đóng băng mặt đường. 

Công nghệ đường phố thông minh cũng trở nên phổ biến trong những năm gần đây. Một số quốc gia như Hà Lan, Hoa Kỳ đang tiến hành xây dựng thử thí điểm các tuyến đường không cần bảo trì bằng cách lắp đặt hệ thống điện mặt trời cung cấp điện cho hệ thống kiểm soát nhiệt độ đường và đèn LED tín hiệu. Các nhà khoa học từ Đại học Nebraska Lincoln cũng tạo ra một giải pháp sử dụng dòng điện 48 volt trong bê tông, qua đó tạo ra nhiệt nhằm ngăn chặn sự tích tụ băng và tuyết hoàn toàn trên đường