Tương lai của bảo trì đường bộ: in 3d

Phát triển một hệ thống phát hiện các vết nứt trên mặt đường một cách tự động và sau đó sửa chữa chúng để ngăn chặn hình thành ổ gà - về bản chất - là một yếu tố chính của Dự án Thành phố tự sửa chữa (S-RC: Self-Repairing Cities).

Được dẫn dắt bởi Đại học Leeds, và sau ba năm tham gia chương trình 5 năm, nghiên cứu của S-RC về bảo trì bề mặt đường đã tập trung vào máy bay không người lái và in 3D.

Các đối tác khác trong dự án là University College London (UCL) và Đại học Southampton và Birmingham.

Trong khi Leeds đang tập trung hết sức vào các hệ thống điều khiển tự động và robot, UCL đang phát triển một hệ thống in 3D và nhựa đường sẽ được ép đùn cho máy in.

Đáng ngạc nhiên, độ dẻo và độ dẻo dai của vật liệu được sản xuất trong quá trình in cao hơn nhiều so với nhựa đường được rải thông thường. Điều này, kết hợp với cách thức phân phối in 3D có thể được mở rộng và khai thác, đang bắt đầu thu hút sự chú ý của ngành bảo trì đường bộ.

Thông tin này lần đầu tiên được đưa ra vào mùa thu năm ngoái trong một bài báo có tựa đề “In 3-D nhựa đường và ảnh hưởng của nó đến các tính chất cơ học”; đồng tác giả bởi Jackson và hai đồng nghiệp tại UCL là Adam Wojcik và Mark Miodownik

Bài báo trước tiên xác nhận rằng hệ thống S-RC được phát triển có thể quét vết nứt và triển khai công việc khắc phục bằng cách in 3D nhựa đường vào đó; và tiềm năng được sử dụng trên máy bay không người lái (hoặc các phương tiện vận chuyển khác) để tự sửa chữa đường xá và cơ sở hạ tầng khác.

 “Thật bất ngờ khi phát hiện ra rằng nhựa đường in 3D có độ dẻo và độ bền gãy cao gấp 9 lần so với nhựa đường đúc”. ông Jackson nói.

Quy trình in 3D dường như tạo ra một cấu trúc hỗn hợp với các thành phần dẻo hơn của nhựa đường kết hợp với độ đậm đặc lớn hơn nhiều so với nhựa đường đúc, giúp cho vật liệu in có độ dẻo dai cao hơn.

Theo đó, tuổi thọ của mặt đường sửa chữa có thể kéo dài - đặc biệt là ở những nơi có ứng suất cao - bởi vì độ dẻo và độ dai được tăng cường của nhựa đường in 3D này.

Jackson và các đồng nghiệp đã mất hai năm đầy thử thách để hoàn thiện thiết kế máy ép đùn của máy in 3D - chìa khóa cho công nghệ hoạt động nhưng dường như, ứng dụng của quy trình in rộng hơn nhiều so với dự kiến ​​ban đầu.

“Bây giờ chúng ta có thể in nhựa đường ở nhiều nhiệt độ và nhiều điều kiện xử lý cộng với hệ thống nạp viên của máy in khiến cho việc thêm các vật liệu khác trở nên tương đối đơn giản”.

“Những thứ này có thể bao gồm các cốt liệu siêu nhỏ hoặc các vật liệu nano khác, để thay đổi thành phần nguyên liệu trong quá trình in và do đó cho phép chúng tôi sản xuất các vật liệu phức tạp hơn với phạm vi tính chất rộng hơn”.

Jackson tuyên bố rằng hệ thống in nhựa đường linh hoạt và có thể điều chỉnh của UCL có thể dẫn đến một cách tiếp cận hoàn toàn mới để bảo trì cơ sở hạ tầng đường bộ.

Để bắt đầu, chúng ta có thể đi từ hàn trám các vết nứt đến sửa chữa mặt đường bị hư hỏng do ổ gà, ví dụ, sử dụng máy in 3D để ép đùn các lớp vật liệu thích hợp.

Việc này, sẽ cần một phiên bản mở rộng của thiết bị hiện tại UCL, cùng với rất nhiều nghiên cứu và phát triển bổ sung (R & D) và - tất nhiên - tài trợ.

Công việc đã bắt đầu, kết hợp với kỹ sư mặt đường nổi tiếng của Đại học Nottingham Alvaro Garcia.

Trong khi đó, việc phát triển công nghệ máy bay không người lái cho dự án S-RC cộng với các hệ thống điều khiển cho những thứ này vẫn tiếp tục phát triển tại Đại học Leeds, không ngại dựa vào kết quả R & D do người khác thực hiện.

Dự án S-RC (Thành phố tự sửa chữa) là dự án nhằm loại bỏ sự gián đoạn do thi công sửa chữa đường phố ở các thành phố của Anh vào năm 2050.

Mục đích là để phát triển robot có khả năng xác định, chẩn đoán và sửa chữa các công trình đó thông qua các kỹ thuật xâm lấn tối thiểu.

Một số trường hợp nghiên cứu đã được đưa ra, bao gồm một nghiên cứu bảo trì mặt đường.

Đại học Leeds đang dẫn đầu dự án, được hỗ trợ bởi 4.2 triệu bảng từ Hội đồng nghiên cứu kỹ thuật & vật lý và hỗ trợ từ lợi ích thương mại.

“Mục đích cụ thể của chúng tôi là chủ động ngăn chặn ổ gà hình thành”, Giáo sư về vật liệu và cấu trúc của Đại học Leeds, ông Phil Purnell nói.

Máy bay không người lái đang được phát triển để nhận ra các vết nứt trên mặt đường, sau đó hàn trám chúng bằng hỗn hợp nhựa đường thích hợp được phân phối qua máy in 3D đặt trên máy bay.

Điểm nổi bật:

·        Đã tạo ra một kỹ thuật để in 3D nhựa đường - đây là lần đầu tiên của loại hình này.

·        Nhựa đường in 3D dẻo hơn nhựa đường đúc.

·        Những thay đổi về tính chất cơ học có liên quan đến những thay đổi cấu trúc vi mô trong nhựa đường xảy ra trong quá trình in 3D.

·        Các tính chất cơ học của nhựa đường in 3D phụ thuộc vào điều kiện quy trình, điều này có thể thuận lợi cho phép độ bền được điều chỉnh để sửa chữa.

·        Kỹ thuật này có tiềm năng được sử dụng trên các phương tiện tự động hoặc máy bay không người lái để tự sửa chữa đường xá và cơ sở hạ tầng phức tạp.

Trần Mạnh Khải
Nguồn: newcivilengineer.com