Ngày càng có nhiều đường cao tốc ở Mỹ sẵn sàng thử nghiệm một sản phẩm cải tiến từ Đại học Purdue, có khả năng tiết kiệm cho người dân Mỹ hàng triệu USD và giảm đáng kể tình trạng tắc nghẽn giao thông.
Thiết bị mới này là một cảm biến cho phép bêtông “nói chuyện”, do đó giảm thời gian thi công và tần suất bảo dưỡng mặt đường.
Sự đổi mới này giúp tăng cường tính bền vững của con đường và giảm đáng kể lượng khí thải carbon. Được nhúng trực tiếp vào quá trình đổ bêtông, cảm biến sẽ gửi cho các kỹ sư dữ liệu chính xác và nhất quán hơn về cường độ bêtông và nhu cầu sửa chữa so với các công cụ và phương pháp hiện đang sử dụng.
Giảm thiểu tắc đường
“Tắc đường do sửa chữa cơ sở hạ tầng đã lãng phí 4 tỉ giờ và hơn 11 tỉ lít xăng mỗi năm. Vấn đề này xảy ra chủ yếu là do không có đủ kiến thức và hiểu biết về mức độ cường độ của bêtông”, Luna Lu - Giáo sư và quyền Hiệu trưởng Trường Kỹ thuật Xây dựng Lyles của Đại học Purdue, đơn vị dẫn đầu việc phát triển các cảm biến kể từ năm 2017.
“Ví dụ, chúng tôi không biết khi nào bêtông sẽ đạt cường độ phù hợp cần thiết để chịu tải trọng giao thông ngay sau khi xây dựng. Bêtông có thể bị hỏng sớm, dẫn đến việc phải sửa chữa thường xuyên", giáo sư Luna nói thêm.
Theo dữ liệu từ Cục Quản lý đường cao tốc liên bang Mỹ, mặt đường bêtông chiếm chưa đến 2% đường của nước này, nhưng chiếm khoảng 20% hệ thống đường liên bang.
Nghiên cứu của bà trước tiên tập trung vào việc cải thiện điều kiện của mặt đường bê tông vì đây là loại vật liệu đường khó sửa chữa nhất.
Hơn một nửa số tiểu bang của Mỹ có mặt đường bêtông liên tiểu bang đã đăng ký tham gia vào nghiên cứu quỹ chung của Cục Quản lý đường cao tốc liên bang Mỹ để triển khai các cảm biến mới này. Các bang tham gia có thể kể đến Indiana, Missouri, North Dakota, Kansas, California, Texas, Tennessee, Colorado và Utah.
Các tiểu bang khác dự kiến sẽ tham gia khi nghiên cứu bắt đầu trong những tháng tới.
Công nghệ này cũng sẽ sớm được tung ra thị trường vào cuối năm nay với tên gọi Hệ thống cảm biến cường độ bêtông (REBEL), một sản phẩm của WaveLogix.
Giáo sư Luna Lu đã thành lập WaveLogix vào năm 2021 để sản xuất công nghệ này trên quy mô lớn hơn. Công ty đã nhận cấp phép công nghệ này từ Văn phòng Thương mại hóa Công nghệ của Quỹ Nghiên cứu Purdue, đơn vị đã đăng ký bảo hộ bằng sáng chế đối với tài sản trí tuệ.
Thay thế các tiêu chuẩn công nghiệp hàng thế kỷ
Phát minh của Purdue đang dần nổi lên như một giải pháp thay thế tốt hơn cho các thử nghiệm vốn là tiêu chuẩn của ngành từ đầu những năm 1900.
Giáo sư Luna Lu và phòng thí nghiệm của bà bắt đầu phát triển công nghệ này vào năm 2017, khi Bộ Giao thông Vận tải bang Indiana (Mỹ) yêu cầu trợ giúp loại bỏ sự hư hỏng sớm của mặt đường bêtông mới được sửa chữa bằng cách xác định chính xác hơn thời điểm mặt đường sẵn sàng để cho thông xe.
Sau khi nhúng một nguyên mẫu ban đầu của cảm biến vào các đoạn của nhiều đường cao tốc tại bang Indiana, chỉ số này liệt kê các phép thử cho các nhà thầu và công nhân xây dựng sử dụng để đảm bảo chất lượng mặt đường.
Các phương pháp mà ngành công nghiệp đã sử dụng trong hơn một thế kỷ yêu cầu thử nghiệm các mẫu bêtông lớn tại phòng thí nghiệm hoặc cơ sở tại chỗ. Sử dụng dữ liệu đó, các kỹ sư ước tính mức độ cứng mà một hỗn hợp bêtông cụ thể sẽ đạt được sau khi nó được đổ ở công trường xây dựng.
Mặc dù ngành công nghiệp hiểu rõ các thử nghiệm này, nhưng sự khác biệt giữa điều kiện trong phòng thí nghiệm và điều kiện ngoài trời có thể dẫn đến ước tính không chính xác về cường độ của bêtông do thành phần xi măng và nhiệt độ khác nhau của khu vực xung quanh.
Với công nghệ mà Lu và nhóm của bà đã phát minh ra, các kỹ sư không còn phải dựa vào các mẫu bêtông để ước tính thời điểm chúng đủ cứng cáp. Thay vào đó, họ có thể theo dõi trực tiếp bêtông tươi và đo lường chính xác nhiều đặc tính của nó cùng một lúc.
