i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công
trình nào khác./.

Vũ Minh Đức ii
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin đƣợc trân trọng cảm ơn PGS-TS-NGND Nguyễn Đăng Điệm, PGS-TS-
NGƢT Vũ Thế Lộc đã tận tình hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận án này.

1
1.
Tính cấp thiết của đề tài
1
2.
Mục đích của luận án
2
3.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2
4.
Nội dung nghiên cứu
2
5.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2
6.
7.
Bố cục của luận án
Điểm mới của luận án
3
4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BTNN, THIẾT BỊ SẢN XUẤT BTNN
VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN
5
1.1
Bêtông nhựa nóng và thiết bị sản xuất bêtông nhựa nóng
5
1.1.1

VIỆT NAM CHẾ TẠO
40

iv
2.1
Tình hình trang bị và sử dụng trạm trộn BTNN ở Việt Nam
40
2.1.1
Số lƣợng trạm trộn BTNN đƣợc trang bị ở Việt Nam
40
2.1.2
Giới thiệu đặc tính kỹ thuật trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo
42
2.2
Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn BTNN do Việt Nam
chế tạo
46
2.2.1
Cơ sở lý thuyết và các giả thiết cho quá trình khảo sát
46
2.2.2
Khảo sát quá trình làm việc và đánh giá độ tin cậy của các trạm trộn
BTNN đang sử dụng ở Việt Nam
49
Kết luận chƣơng 2
71
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
CÔNG SUẤT DẪN ĐỘNG BUỒNG TRỘN TRẠM TRỘN BTNN
KIỂU CƢỠNG BỨC, CHU KỲ, HAI TRỤC NGANG
72

4.1
Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu thực nghiệm
95
4.1.1
Lý thuyết mô hình hóa
95
4.1.2
Lý thuyết đồng dạng
95

v
4.2
Ứng dụng lý thuyết mô hình hóa và phân tích thứ nguyên trong
việc xác định các thông số thực nghiệm của buồng trộn BTNN
kiểu cƣỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
97
4.2.1
Xác định các thông số „vào”, “ra”
97
4.2.2
Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm
99
4.2.3
Phƣơng pháp xác định độ trộn đều của hỗn hợp sau trộn
104
4.3
Nghiên cứu thực nghiệm
104
4.3.1
Mục đích

vi
DANH MC CC BNG, BIU:

TT
Tờn bng, biu
Trang
1
Bng 1.1: Tc phỏt trin mng li giao thụng ng b
6
2
Bng 1.2- So sỏnh cụng sut dn ng bung trn tớnh theo cụng
thc Kerov v cụng sut s dng thc t:
24
3
Bng 1.3: Kt qu tớnh toỏn cụng sut dn ng bung trn cp
phi 2 trc ngang theo cỏc phng phỏp khỏc nhau
30
4
Bng 2.1. S liu thng kờ s b v tỡnh hỡnh trang b v s dng
trm trn BTNN Vit Nam
41
5
Bng 2.2- Kh nng cung cp BTNN ca cỏc trm trn
41

62
15
Bng 2.13. Kt qu tớnh toỏn cỏc thụng s tin cy ca cỏc khi
mỏy trong trm trn BTNN
70

vii
TT
Tên bảng, biểu
Trang
16
Bảng 2.14. Hàm tin cậy của các khối máy trong trạm trộn BTNN
70
17
Bảng 2.15. Mức độ tin cậy của các khối máy trong trạm trộn BTNN
71
18
Bảng 3.1- Các thông số cơ bản của một số loại buồng trộn BTNN
kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
78
19
Bảng 3.2. So sánh cách tính công suất dẫn động buồng trộn theo
công thức đề xuất
92
20
Bảng 4.1. Các thông số ‘vào” liên quan đến quá trình trộn
97
21
Bảng 4.2.Các thông số của mô hình buồng trộn thí nghiệm
107

Trang
1
Hình 1.1- Trạm trộn BTNN kiểu di động
9
2
Hình1.2- Trạm trộn BTNN kiểu cố định
9
3
Hình 1.3- Trạm trộn BTNN kiểu cơ động (móng nổi)
10
4
Hình 1.4- Sơ đồ cấu tạo trạm trộn chu kỳ sàng nóng
11
5
Hình 1.5- Sơ đồ trạm trộn liên tục theo kiểu thùng quay
12
6
Hình 1.6- Trạm trộn BTNN kiểu liên tục
13
7
Hình 1.7- Trạm BTNN bố trí theo sơ đồ nằm ngang
14
8
Hình 1.8- Trạm trộn BTNN bố trí theo sơ đồ thẳng đứng (kiểu tháp)
14
9
Hình 1.9. Quy trình công nghệ sản xuất BTNN ở trạm trộn cưỡng
bức, chu kỳ.
16
10

Hình 1.17- Sự thay đổi của hệ số hiệu quả trộn V% theo kích thước
cánh trộn và theo số lần trộn
32
18
Hình 1.18– Ảnh hưởng của góc nghiêng cánh trộn đến công suất
dẫn động buồng trộn
33
19
Hình 1.19 – Ảnh hưởng của tốc độ quay của trục trộn đến công
suất dẫn động buồng trộn
33
20
Hình 1.20. Quy ước đánh số vị trí các bàn tay trộn trong buồng trộn
34
21
Hình 1.21- Quy ước chiều quay và vị trí của bàn tay trộn.
34
22
Hình 1.22. Mô tả chuyển động các hạt vật liệu trong buồng trộn
35
23
Hình 2.1- Hỏng và sửa chữa tang sấy
54
24
Hình 2.2- Bê tông nhựa bị cứng giữ chặt trục trộn và bàn tay trộn
54
25
Hình 2.3- Băng tải bị rách
54
26

Hình vẽ
Trang
34
Hình 2.12- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 4 (Cấp
nhựa đường)
59
35
Hình 2.13- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 5 (Buồng
trộn)

59
36
Hình 2.14- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 6 (Hút bụi)
60
37
Hình 2.15- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng tổng hợp của
Trạm
60
38
Hình 2.16- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng
của khối 1 (Cấp vật liệu nguội)

63
39
Hình 2.17- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của
khối 2 (Cấp vật liệu nóng)

63
40
Hình 2.18- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của

48
Hình 2.26- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 4
(Cấp nhựa đường)
66
49
Hình 2.27- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 5
(Buồng trộn)
66
50
Hình 2.28- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 6
(Hút bụi)
67
51
Hình 2.29- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi tổng hợp
của trạm trộn BTNN
67

xi
TT
Hình vẽ
Trang
52
Hình 2.30- Hàm tin cậy của các khối và của tổng thể trạm trộn
BTNN không xét tới cường độ phục hồi
68
53
Hình 2.31-Hàm tin cậy của các cụm và của tổng thể trạm trộn
BTNN có xét tới cường độ phục hồi
69
54

Hình 3.9- Bố trí cánh tay trộn và bàn tay trộn trên hai trục trộn của
buồng trộn cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang, cánh trộn bố trí đối
xứng qua một điểm
77
63
Hình 3.10- Dạng hình học và kích thước cơ bản của buồng trộn
BTNN cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
80
64
Hình 3.11- Mô tả dòng chuyển động của các hạt vật liệu trong
buồng trộn do Việt Nam chế tạo
83
65
Hình 3.12- Giản đồ thời gian hoạt động của một trạm trộn BTNN
kiểu hình tháp
84
66
Hình 3.13- Giản đồ biến thiên công suất dẫn động buồng trộn trong
1 chu kỳ trộn
85
67
Hình 3.14- Sơ đồ xác định công suất cản W
1
88
68
Hình 3.15- Sơ đồ xác định công suất cản W
3
91
69
Hình 4.1- Mô hình bài toán quy hoạch thực nghiệm

110
78
Hình 4.10- Thiết bị Dynamic Strainmeters SDA-810C/830C
111
79
Hình 4.11- Sử dụng vành trượt để đưa điện áp đo ra ngoài
112
80
Hình 4.12- Dán tenzo trên trục
112
81
Hình 4.13- Kết nối thiết bị đo- máy tính
112
82
Hình 4.14- Cấu tạo dầm đàn hồi dán tenzo đo biến dạng
113
83
Hình 4.15-Sơn màu vật liệu bằng thùng trộn bê tông xi măng
114
84
Hình 4.16- Vật liệu sau khi sơn màu
114
85
Hình 4.17- Sàng phân loại và cân vật liệu để thiết kế thành phần
cấp phối
115
86
Hình 4.18- Kết nối thiết bị đo năng lượng tiêu thụ
115
87

Hình 4.27- Đường đặc tính tải trọng trong quá trình trộn
119
96
Hình 4.28- Đồ thị % lọt sàng ứng với các thông số tối ưu của mẻ
trộn trên mô hình
126
xiv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN:
Ký hiệu
Diễn giải
Đơn vị tính


Năng suất của trạm trộn
T/h
Q
Dung lƣợng mẻ trộn
Kg (T)

m
F
Diện tích bàn tay trộn
m
2
n
Số vòng quay trục trộn
v/ph


Vận tốc góc trục trộn
s
-1


Góc nghiêng bàn tay trộn
độ
v
t
Vận tốc điểm đầu mút bàn tay trộn
m/s


Khối lƣợng riêng của vật liệu
Kg/m
3


Hệ số đầy thùng
-

W
p
Công suất tối đa khi trộn
kW
W
b
Công suất bình ổn khi trộn
kW
W
0
Công suất không tải khi trộn
kW


Ứng suất cắt
N/m
2
V
i
Thể tích khổi vật liệu dịch chuyển khi trộn
m
3
P
i
Lực cản trên các cánh trộn
kN


Hiệu suất truyền động
-

1 MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Giao thông vận tải là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh tế- xã
hội, cần được ưu tiên phát triển đi trước một bước với tốc độ nhanh, bền vững nhằm
tạo tiền đề cho phát triển kinh tế- xã hội; đảm bảo an ninh- quốc phòng, phục vụ sự
nghiệp công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước. Chiến lược phát triển Giao thông vận
tải đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 [3] đã chỉ rõ: “Giao thông vận tải Việt Nam
phải phát triển đồng bộ cả kết cấu hạ tầng, vận tải và công nghiệp giao thông vận tải
theo hướng công nghiệp hóa- hiện đại hóa”; trong đó ngành công nghiệp ô tô và xe
máy thi công phải đạt tỷ lệ nội địa hóa trên 60%, tập trung chế tạo và lắp ráp ô tô và
một số chủng loại xe máy thi công đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và đủ sức
cạnh tranh quốc tế.
Mạng lưới đường bộ của nước ta hiện nay có tổng chiều dài trên 256.684 km;
trong đó có 17.288 km quốc lộ, 23.520 km tỉnh lộ, còn lại là đường địa phương. Theo
thống kê của Bộ Giao thông vận tải, năm 2006 có khoảng 45% tổng số km mặt quốc
lộ, 15% tổng số km mặt đường tỉnh, 8% tổng số km mặt đường huyện đã được phủ
bê tông nhựa nóng và tỷ lệ này sẽ tiếp tục được tăng lên trong thời gian tới.
Để phục vụ nhu cầu về bê tông nhựa nóng (BTNN) trong xây dựng đường bộ,
sân bay…; trong những năm qua đã có trên 500 trạm trộn BTNN được đưa vào sử
dụng; trong đó phần lớn (khoảng 80%) là các trạm do Việt Nam chế tạo với chất
lượng tương đương mà chi phí chỉ khoảng 50- 60% so với các trạm nhập ngoại.

- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng một số thông số kỹ thuật đến công suất
dẫn động buồng trộn BTNN. Xác định các giá trị hợp lý của một số thông số kỹ thuật
theo mục tiêu chi phí năng lượng riêng thấp nhất và đảm bảo độ trộn đều của mẻ trộn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
a/ Ý nghĩa khoa học:
3 - Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có ở trong nước và trên thế giới, xác định
quy luật chuyển động của các hạt vật liệu trong quá trình trộn của buồng trộn BTNN,
làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng
trộn.
- Xây dựng và đề xuất công thức mới để tính toán công suất dẫn động buồng
trộn BTNN.
- Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến tiêu thụ năng lượng và độ đồng
đều của mẻ trộn; xác định các giá trị tối ưu của các yếu tố này theo mục tiêu giảm chi
phí công suất riêng, đảm bảo độ đồng đều của mẻ trộn.
b/ Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sẽ là những tài liệu tham khảo cho các
đơn vị sản xuất chế tạo buồng trộn BTNN vận dụng khi thiết kế các loại buồng trộn có
dung lượng mẻ trộn khác nhau.
6. Bố cục của luận án:
Nội dung của luận án gồm:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về BTNN, thiết bị sản xuất BTNN và tình hình
nghiên cứu những vấn đề liên quan đến đề tài của luận án.
- Chương 2: Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn và các khối máy
chính trên trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo.
- Chương 3: Nghiên cứu, đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động
buồng trộn BTNN kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang

Hà Nội, tháng 8 năm 2013
Tác giả
5
5 CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA NÓNG, THIẾT BỊ SẢN XUẤT
BÊ TÔNG NHỰA NÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1.1- Bê tông nhựa nóng và thiết bị sản xuất bê tông nhựa nóng (BTNN):
1.1.1- Nhu cầu về sử dụng bê tông nhựa nóng trên thế giới và ở Việt Nam
Trong xây dựng đƣờng ô tô trên thế giới và Việt Nam thƣờng sử dụng rộng rãi
các hỗn hợp vật liệu khoáng- bitum (hỗn hợp vật liệu nhựa đƣờng), trong đó có bê
tông Asphalt (hay BTNN).
BTNN là hỗn hợp vật liệu (đá, cát), bột đá và nhựa đƣờng đƣợc gia công ở nhiệt
độ 160- 200
0

1999
2006
2008
Quốc lộ
15.520 km
17.295 km
17.228 km
Tỉnh lộ
18.344 km
23.138 km
23.520 km
Huyện lộ
37.437 km
45.962 km
49.823 km
Đƣờng đô thị
5.919 km
8.536 km
8.492

1.1.2- Thành phần của BTNN và phân loại BTNN:
1.1.2.1- Thành phần của BTNN
BTNN là hỗn hợp gồm các thành phần là cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng), chất
liên kết là nhựa đƣờng và phụ gia (nếu có) đƣợc phối hợp với nhau theo tỷ lệ hợp lý.
Mỗi thành phần trong BTNN đóng một vai trò nhất định và có liên quan chặt chẽ với
nhau trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ cƣờng độ và các tính chất cần thiết
cho quá trình sử dụng:
- Đá dăm: Làm nên bộ khung chủ yếu của BTNN, làm cho BTNN có khả năng chịu
tác dụng của ngoại lực và tạo độ nhám bề mặt.
- Cát: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm và cùng với đá dăm làm

Công nghệ chế tạo BTNN nóng chia ra các giai đoạn sau:
- Chuẩn bị cốt liệu;
- Sấy nóng nguyên liệu, trộn khô, nấu nhựa đƣờng;
8 - Trộn hỗn hợp.
Việc sản xuất BTNN đƣợc thực hiện trên các tổ hợp thiết bị gọi là trạm trộn
BTNN.
1.1.3.2- Giới thiệu thiết bị sản xuất BTNN.
a- Giới thiệu chung về trạm trộn BTNN:
Trạm trộn BTNN là một tổ hợp thiết bị gồm nhiều khối thiết bị có những chức
năng nhất định trong quá trình nhào trộn hỗn hợp vật liệu (cát đá nóng, phụ gia với
nhựa đƣờng nóng) đã đƣợc định lƣợng theo tỷ lệ quy định để tạo thành sản phẩm là
BTNN.
Để đảm bảo chất lƣợng BTNN các trạm trộn phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu:
- Trộn đều hỗn hợp vật liệu với năng suất phù hợp;
- Nhiệt độ sấy vật liệu, nấu nhựa đƣợc khống chế chặt chẽ;
- Hệ thống cân đong đƣợc điều khiển, đảm bảo độ chính xác cao về thành phần vật
liệu trộn;
- Kết cấu hợp lý, tiêu hao năng lƣợng ít;
- Bảo đảm tránh gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh (bụi, khí độc hại do quá trình
cháy ). Khả năng thu bụi đạt đƣợc  95% những hạt bụi có kích thƣớc nhỏ hơn 8m.
b- Phân loại trạm trộn:
Có nhiều cách phân loại trạm trộn BTNN, trên thực tế thƣờng phân loại nhƣ sau:



Dựa vào tính cơ động của trạm chia ra:
- Trạm trộn di động (Hình 1.1):