Công nghệ mới có thể cải thiện chất lượng mặt đường

 Sức mạnh tính toán và khả năng cải thiện các phân tích đã bắt đầu chi phối một loạt cách các ngành công nghiệp đưa ra quyết định. Nếu được yêu cầu cung cấp các ví dụ về “dữ liệu lớn” và phân tích dữ liệu lớn, nhiều người có thể sẽ đề cập đến các đội thể thao, phương tiện truyền thông xã hội hoặc người khổng lồ công nghệ như Amazon và Google. Câu trả lời ít phổ biến hơn sẽ là ngành nhựa đường.

Tuy nhiên, thời đại kỹ thuật số đã dẫn đến sự phát triển của các hệ thống thông minh cho phép người dùng theo dõi việc rải thảm mặt đường và đầm nén hỗn hợp bê tông nhựa trong thời gian thực từ bất kỳ vị trí nào. Có một cơ hội để tận dụng thông tin này để cải thiện chất lượng mặt đường.

Độ chặt là thông số chính được sử dụng để đánh giá chất lượng mặt đường. Các nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Cơ quan Quản lý đường cao tốc Liên bang (FHWA) đã kết luận rằng cải thiện độ chặt 1% tương ứng với cải thiện 10% tuổi thọ mặt đường. Độ chặt bị ảnh hưởng bởi vật liệu và tay nghề. Theo truyền thống, độ chặt được đánh giá chỉ dựa trên các phép đo cục bộ của sản phẩm cuối cùng. Các hệ thống xây dựng thông minh cung cấp một cái nhìn toàn diện hơn về quy trình rải thảm và khuyến khích các thực hành tốt nhất về tay nghề bằng cách giám sát việc phân phối hỗn hợp và đầm nén trong quá trình xây dựng.

Các công nghệ cụ thể là thiết bị theo dõi liên tục nhiệt độ bề mặt lớp thảm ngay lập tức sau thanh cán trong quá trình rải (PMTP: Paver Mounted Heat Profiling ) và các máy lu có khả năng đầm nén thông minh. Thiết bị này hiện đang được triển khai sau khi sử dụng trong các dự án trình diễn và thử nghiệm khác nhau kể từ giữa những năm 2000.

PMTP và IC (đầm nén thông minh) yêu cầu thiết bị GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) trong dự án để giám sát các khía cạnh khác nhau của việc xây dựng và liên kết chúng với vị trí trong không gian. Chúng cũng bao gồm một màn hình kỹ thuật số gắn trên thiết bị. Thu thập dữ liệu là một quá trình liên tục bao gồm ít nhất ba nguồn dữ liệu. Đọc dữ liệu từ cả 2 thiết bị và dữ liệu vị trí được xuất trực tiếp lên đám mây và nhập vào phần mềm phân tích đã đăng ký nhãn hiệu có tên là Veta.

Phần mềm tiến hành phân tích để xác định việc tuân thủ các thông số kỹ thuật liên quan đến phân phối nhiệt độ thảm và độ phủ của máy lu. Liên quan đến thực tế hiện nay, quá trình này thể hiện sự tiến bộ đáng kể vì các tín hiệu từ máy có thể được xử lý và phân tích mà không có bất kỳ tương tác người dùng nào. Hơn nữa, hệ thống tại chỗ cho phép nhập thủ công dữ liệu điểm đơn lẻ thông thường (nghĩa là độ chặt lõi) để dữ liệu truyền thống có thể được kết hợp với thông tin toàn cầu từ các hệ thống xây dựng thông minh.

Hệ thống PMTP được sử dụng để theo dõi chuyển động máy rải và phân phối nhiệt độ thảm mặt đường để định lượng sự phân tầng nhiệt. Khả năng đạt được độ chặt được điều khiển bằng cách đặt hỗn hợp ở nhiệt độ đầm nén thích hợp. Nhiệt độ thảm không nhất quán (nghĩa là phân tầng) thể hiện rủi ro độ chặt khác nhau cao hơn. Một tiêu chuẩn kỹ thuật gần đây của Sở Giao thông Vận tải Minnesota (MnDOT) về sự phân tầng nhiệt cung cấp một sự khuyến khích cho các phân phối nhiệt độ thảm dưới 25° F và không phù hợp với các khu vực có phân bố nhiệt độ lớn hơn 50° F. Hình 1 cung cấp một so sánh trực quan của các mặt cắt nhiệt khuyến khích và không khuyến khích. Cả hai mặt cắt được tạo từ các dự án năm 2018, dữ liệu PMTP được phân tích bằng Trình ứng dụng quản lý dự án Moba Pave trên nền web đã đăng ký thương hiệu.

Hình 1:   So sánh các mặt cắt nhiệt mặt đường

Thông số kỹ thuật dựa trên chênh lệch nhiệt độ cung cấp cho cơ quan quản lý đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm và khuyến khích nhà thầu cải thiện thực tế rải mặt đường. Dữ liệu phân tách nhiệt liên kết với thông tin khác được thu thập bởi hệ thống PMTP cung cấp xác minh rõ ràng về các hoạt động tốt nhất của việc rải thảm như sử dụng phương tiện vận chuyển vật liệu, không chạy phễu rải khô và duy trì tốc độ máy rải phù hợp. Thông tin này là một công cụ giảng dạy có giá trị cho lực lượng lao động trẻ để chứng minh các thuộc tính của một dự án rải mặt đường tốt và hậu quả của việc không tuân theo các thực hành tốt nhất.

Kiểm soát, phân phối hỗn hợp và rải mặc dù quan trọng nhưng chỉ là một nửa công việc. Các máy đầm nén thông minh hoàn thành nốt nửa còn lại để đạt được sự đồng nhất bằng cách cung cấp một công cụ để đo lường các điều kiện hỗ trợ cơ bản và loại bỏ tính chủ quan khỏi quá trình đầm nén. Độ chặt hỗn hợp sau máy rải là 85% đến 88%, hỗn hợp được đầm nén chặt hơn bởi một loạt các máy lu để đạt được các mục tiêu độ chặt tại chỗ cuối cùng, dao động từ 92% đến 94%.

Trong thực tế truyền thống, sơ đồ máy lu được thiết lập từ đầu trong dự án và được xác minh bằng các phép đo độ chặt tại chỗ. Người điều khiển lu có trách nhiệm đếm số lượt lu và theo dõi điểm bắt đầu và điểm dừng, thể hiện các rủi ro cho sự không nhất quán do lỗi của con người. Các máy lu được trang bị IC cải thiện tính nhất quán bằng cách theo dõi số lượt lu được thực hiện trên một khu vực nhất định. Các lu IC cũng bao gồm một máy đo độ cứng được sử dụng để lập bản đồ dự án và xác định các điểm yếu trước khi rải mặt đường. Những khu vực này được thay thế bằng vật liệu ổn định hơn để cải thiện các điều kiện chịu tải và tạo điều kiện đạt được độ cứng.

Nhu cầu về công nghệ lu IC được thể hiện trong Hình 2. Trong ví dụ này, lu IC chỉ được sử dụng để khảo sát. Như được hiển thị, sơ đồ lu mục tiêu đã không đạt được. Hầu hết các khu vực mặt đường chỉ nhận được một hoặc hai lượt lu và phạm vi lu không nhất quán trên chiều rộng của làn đường. Thiết bị IC cải thiện đáng kể tính nhất quán. Từ góc nhìn của người vận hành, giao diện phần mềm thay đổi màu sắc với mỗi lượt lu qua, cung cấp một chỉ báo trực quan khi mục tiêu lu phủ đạt được. Khái niệm sử dụng đầu ra có màu sắc làm chỉ báo số lượt lu qua/không đủ cũng được áp dụng để đánh giá độ cứng của các lớp bên dưới.

Lu IC có thể được sử dụng như một công cụ kiểm soát chất lượng của nhà thầu hoặc để nghiệm thu. Các khuyến nghị về tiêu chuẩn kỹ thuật từ FHWA không khuyến khích đối với bất kỳ diện tích nào trong phạm vi lu mục tiêu dưới 70%. Cho đến nay, các phép đo độ cứng được sử dụng chủ yếu như một công cụ lập bản đồ trước khi xây dựng.

Việc triển khai các công nghệ này được hỗ trợ bởi FHWA vào năm 2008. Nó bao gồm 12 tiểu bang và sự hợp tác với các nhà sản xuất và nhà thầu thiết bị.  Hai sản phẩm chính là các tiêu chuẩn AASHTO cho PMPT (PP-80) và IC (PP-81). 

Tính đến năm 2017, 23 tiểu bang có tiêu chuẩn kỹ thuật đầm thông minh cho nhựa đường trong các giai đoạn phát triển khác nhau. Khi việc sử dụng công nghệ này trở nên phổ biến hơn giới hạn tiêu chuẩn kỹ thuật sẽ được tinh chỉnh. Tuy nhiên, kết quả sơ bộ chỉ ra rằng có một lợi ích rõ ràng cho cả các cơ quan và ngành công nghiệp bằng cách tích hợp các hệ thống xây dựng thông minh vào xây dựng mặt đường.

Trần Mạnh Khải
Nguồn: asphaltmagazine.com