lời nói đầu -...

Lời nói đầu

----

Căn cứ vào quy hoạch báo chí đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, theo văn bản đề nghị của Bộ Giáo dục và Đào tạo, ngày 25 tháng 11 năm 2002, Bộ Văn hoá - Thông tin đã ra Quyết định số 510/GP-BVHTT, cấp giấy phép hoạt động báo chí cho Tạp chí “Khoa học và Công nghệ” Đại học Đà Nẵng.

Ngày 10 tháng 8 năm 2006, Cục Báo chí Bộ Văn hoá - Thông tin đã có Công văn số 816/BC đồng ý cho phép Tạp chí “Khoa học và Công nghệ” Đại học Đà Nẵng được tăng kỳ xuất bản từ 03 tháng/kỳ lên thành 02 tháng/kỳ.

Ngày 6 tháng 2 năm 2007, Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ đã có Công văn số 44/TTKHCN-ISSN đồng ý cấp mã chuẩn quốc tế: ISSN 1859-1531 cho Tạp chí “Khoa học và Công nghệ”, Đại học Đà Nẵng.

Ngày 5 tháng 3 năm 2008, Cục Báo chí, Bộ Thông tin và Truyền thông đã có Công văn số 210/CBC cho phép Tạp chí “Khoa học và Công nghệ” Đại học Đà Nẵng, ngoài ngôn ngữ được thể hiện là tiếng Việt, được bổ sung thêm ngôn ngữ thể hiện bằng tiếng Anh và tiếng Pháp.

Ngày 15 tháng 9 năm 2011, Bộ Thông tin và Truyền thông đã có Quyết định số 1487/GP-BTTTT cấp Giấy phép sửa đổi, bổ sung cho phép Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng được tăng kỳ hạn xuất bản từ 02 tháng/kỳ lên 01 tháng/kỳ và tăng số trang từ 80 trang lên 150 trang.

Ngày 07 tháng 01 năm 2016, Bộ Thông tin và Truyền thông đã có Quyết định số 07/GP-BTTTT cấp Giấy phép hoạt động báo chí in cho Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng được xuất bản 15 kỳ/01 năm (trong đó, có 03 kỳ xuất bản bằng ngôn ngữ tiếng Anh).

Tạp chí “Khoa học và Công nghệ” Đại học Đà Nẵng ra đời với mục đích:

Công bố, giới thiệu các công trình nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực giảng dạy và đào tạo;

Thông tin các kết quả nghiên cứu khoa học ở trong và ngoài nước nhằm phục vụ cho công tác đào tạo của nhà trường;

Tuyên truyền, phổ biến đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo và nghiên cứu khoa học, công nghệ.

Tạp chí “Khoa học và Công nghệ” Đại học Đà Nẵng ra đời là sự kế thừa và phát huy truyền thống các tập san, thông báo, thông tin, kỷ yếu Hội thảo của Đại học Đà Nẵng và các trường thành viên trong gần 40 năm qua.

Ban Biên tập rất mong sự phối hợp cộng tác của đông đảo các nhà khoa học, nhà giáo, các cán bộ nghiên cứu trong và ngoài nhà trường, trong nước và ngoài nước để Tạp chí “Khoa học và Công nghệ” của Đại học Đà Nẵng ngày càng có chất lượng tốt hơn.

BAN BIÊN TẬP

Lời giới thiệu ----

Việt Nam là một trong những quốc gia sớm thực hiện chiến lược phát triển xanh và

bền vững, việc đầu tư xây dựng các công trình phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đã và đang áp dụng những tiến bộ khoa học, những công nghệ mới và hiện đại phù hợp với điều kiện thực tế của đất nước. Các giải pháp công nghệ đều hướng tới mục tiêu cuối cùng là công trình phải xanh và bền vững, cụ thể là: tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính, sử dụng các loại vật liệu thân thiện môi trường, các giải pháp quy hoạch, thiết kế và xây dựng xanh và bền vững…

Từ thành công của Hội thảo năm 2015, Trường Cao đẳng Công nghệ – Đại học Đà Nẵng tiếp tục tổ chức Hội thảo Khoa học Quốc gia “Ứng dụng công nghệ mới trong Công trình xanh” lần thứ 2 năm 2016. So với Hội nghị Khoa học ATiGB lần thứ nhất, số lượng và chất lượng của các bài báo tham gia Hội thảo Khoa học quốc gia ATiGB lần thứ Hai – The 2nd ATiGB 2016 đã tăng lên rõ rệt. Đặc biệt, Hội thảo còn có sự tham gia báo cáo của các Giáo sư đến từ các Đại học Nhật Bản. Tiếp nối thành công của Hội thảo Khoa học quốc gia The 2nd ATiGB 2016 và Chào mừng kỷ niệm 55 năm thành lập Trường, Trường Cao đẳng Công nghệ tổ chức Hội thảo Khoa học quốc gia ATiGB lần thứ Ba – The 3rd ATiGB 2017. Đây là cơ hội để các nhà khoa học và các chuyên gia về lĩnh vực phát triển xanh trong nước và quốc tế có thể trao đổi, trình bày các kết quả nghiên cứu, các kinh nghiệm trong thực tế, các yêu cầu và đòi hỏi trong chiến lược xây dựng và phát triển xanh, qua đó tìm được tiếng nói chung, các giải pháp hữu hiệu phù hợp với điều kiện thực tế, góp phần vào sự nghiệp phát triển xanh và bền vững của đất nước.

Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng Số đặc biệt 11(120).2017, Quyển 2, 3, 4 đăng tải các bài báo cho Hội thảo Khoa học Quốc gia “Ứng dụng công nghệ mới trong Công trình xanh” lần thứ 3 năm 2017 với nội dung là những công trình nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật hướng đến phát triển xanh của đội ngũ cán bộ, giảng viên, nghiên cứu viên trong và ngoài trường.

Nhân dịp này tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các tác giả, nhà nghiên cứu đã dành thời gian, công sức viết bài cho Số đặc biệt này. Chúng tôi mong muốn nhận được sự chia sẻ và đóng góp ý kiến của các quí vị về các vấn đề nghiên cứu cũng như tiếp tục nhận ở sự cộng tác nghiên cứu trong tương lai.

Thay mặt lãnh đạo nhà trường, tôi xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Đại học Đà Nẵng, Ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường, các nhà khoa học trong và ngoài trường đã tham gia phản biện, biên tập và các công việc khác để xuất bản thành công Số đặc biệt này.

Trân trọng cảm ơn.

PGS. TS. PHAN CAO THỌ

HIỆU TRƯỞNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC ISSN 1859-1531 - Tạp chí KHCN ĐHĐN, Số 11(120).2017, Quyển 3

Bước đầu nghiên cứu sử dụng cốt liệu cao su phế thải cho bê tông nhựa

Study on the use of waste rubber aggregate in asphalt concrete

Lê Đức Châu, Nguyễn Thanh Cường, Tống Văn Đồng, Nguyễn Minh Hùng 1

Một số giải pháp đề xuất cho việc sử dụng quỹ đất tại khu vực nhà ga đường sắt Đà Nẵng

Proposed solutions to the land use at Da Nang railway station area

Đinh Nam Đức, Lưu Thiên Hương 6

Nghiên cứu các nhân tố thành công cho dự án PPP và bài học kinh nghiệm cho Việt Nam

An investigation into critical success factors for PPP projects and the lessons learned to apply for Vietnam

Phạm Anh Đức, Trương Thị Thu Hà, Mai Tuấn Vũ 12

Kết quả phân tích ban đầu phục vụ việc lựa chọn phương pháp tính sức chịu tải của cọc đơn

Preliminary analysis results for choosing the suitable method for calculating bearing capacity of piles

Nguyễn Thu Hà, Phạm Văn Ngọc, Đỗ Hữu Đạo 18

Sơ bộ đánh giá và xếp hạng năng lực của nhà thầu xây dựng dựa trên phương pháp phân tích thứ bậc

Preliminary assessment and ranking of bidders’ qualification using analytical hierarchy process

Trương Thị Thu Hà, Đặng Hữu Luân 23

Phân tích ảnh hưởng dòng thấm đến chuyển vị hố đào trong quá trình thi công hầm vượt nút giao theo phương pháp đào hở

Analysis of influence of fluid flow on excavation displacement during the process of construction of tunnels

under intersection using opencast method

Phan Khắc Hải, Đỗ Hữu Đạo 29

Tổng hợp graphen chức hóa từ graphit tự nhiên nhằm cải thiện tính phân tán trong môi trường phân cực

Synthesis of functionalized graphene from natural graphite to improve its dispersion in polar environment

Phan Thị Thúy Hằng, Nguyễn Đình Lâm 35

Thuộc tính của bê tông sử dụng bột thủy tinh thải y tế như cốt liệu mịn – một số kết quả ban đầu

Based on properties of concrete, using waste medical glass powder as fine aggregate – some initial results

Nguyễn Quang Hòa, Trần Quang Hưng, Trần Minh Quân 40

Thiết kế âm học sân khấu và xác nhận lại bằng mô hình mô phỏng của khán phòng lớn kiểu ruộng bậc thang

Stage acoustic design and verification by simulation models of a large terrace hall

Phan Ánh Nguyên 44

Ảnh hưởng các đặc trưng của chuyển động nền khi động đất xảy ra đến kết cấu công trình xây dựng chịu tải trọng động đất

Effects of features of ground motion on structure of constructions during earthquakes

Lê Chí Phát 49

Nghiên cứu bảo quản chuối bằng màng pectin – chitosan và pectin – alginate

Postharvest preservation of banana fruits using pectin – chitosan and pectin – alginate coatings

Ngô Thị Minh Phương, Pornchai Rachtanapun, Đặng Thị Mộng Quyên, Trần Thị Xô 55

Ảnh hưởng thành phần hóa khoáng trong xi măng đến co ngót hóa học của bê tông tính năng siêu cao

Influence of mineral composition in cement on chemical shrinkage of ultra high performance concrete

Bạch Quốc Sĩ, Phan Nhật Long 61

Nghiên cứu sản xuất bánh tráng khoai lang tím giàu anthocyanin

A study on production of anthocyanin-rich girdle cakes from purple sweet potato

Nguyễn Thị Hoài Tâm, Nguyễn Thị Hồng Ngân, Huỳnh Thị Kim Cúc 66

Nghiên cưu phát triển hệ thống giao thông xe đạp và bộ hành trong các đô thị Việt Nam theo hướng giao thông xanh và bền vững

Development of bicycle and pedestrian system in urban areas of Vietnam towards green and sustainable transport

Nguyễn Tiến Thái, Phan Cao Tho, TrầnThi Phương Anh 71

Tính thấm và các thuộc tính truyền nhiệt của bê tông thông thường và bê tông cường độ cao ở nhiệt độ cao

Permeability and thermal properties of normal and high perfomance concrete at high temperature

Nguyễn Văn Thái 76

Nghiên cứu bộ chỉ số đánh giá hệ thống giao thông xanh cho các đô thị ở Việt Nam

Research on the set of green transportation evaluation indexes for Vietnam’s municipalities

Phạm Đức Thanh 81

Phát triển mô hình và đo thử nghiệm sự kết hợp năng lượng tái tạo cung cấp cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông tại khu vực ven biển Việt Nam

Developing model and measuring the combination of renewable energy provided for traffic light systems in

coastal areas in Vietnam

Phan Cao Thọ, Phạm Minh Mận, Nguyễn Thị Hải Vân 85

Nhận thức và mức độ thực hiện quản trị rủi ro trong các dự án đầu tư cơ sở hạ tầng kỹ thuật theo hình thức đối tác công tư tại Đà Nẵng

Awareness and levels of risk management in infrastructure investment projects under the form of public

private partnership (PPP) in Da Nang

Phạm Thị Trang, Nguyễn Huy Thanh 90

Tối ưu thời gian – chi phí xem xét trách nhiệm môi trường trong các dự án xây dựng đường giao thông

Time – cost optimization problem considering environmental responsibilities in road construction projects

Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức 95

Nhận thức của các bên liên quan đến việc đáp ứng các tiêu chuẩn công trình xanh của công trình xây dựng tại thành phố Đà Nẵng

Investigating the awareness of stakeholders in meeting sustainable construction standards in Danang city

Nguyễn Quang Trung, Trương Quỳnh Châu, Phan Thị Như Quỳnh, Trần Văn Thành, Mạc Thị Vy 101

Giao thông xanh trong định hướng phát triển bền vững giao thông đô thị của thành phố Biên Hòa cho tương lai

Oriented sustainable development of urban transportation of Bien Hoa city towards green-transportation

Nguyễn Thành Trung, Lê Hữu Thọ, Lê Thùy Trang, Trịnh Văn Chính 106

Nghiên cứu xây dựng định mức năng lượng cho công trình khách sạn ở Đà Nẵng

A study on energy benchmark for hotel buildings in Da Nang

Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Xuân Trung, Phan Tiến Vinh 112

Đề xuất tương quan kích thước của phòng nhằm nâng cao hiệu quả thông gió tự nhiên cho căn hộ chung cư cao tầng

Proposal of the relation of the dimensions of the room to enhance the natural ventilation efficiency for

apartments in high-rise apartment buldings

Phan Tiến Vinh 117

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 3 1

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU CAO SU PHẾ THẢI

CHO BÊ TÔNG NHỰA

STUDY ON THE USE OF WASTE RUBBER AGGREGATE IN ASPHALT CONCRETE

Lê Đức Châu, Nguyễn Thanh Cường, Tống Văn Đồng, Nguyễn Minh Hùng

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng;

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Bê tông nhựa (BTN) sử dụng phế thải cao su (BTNCS) là loại BTN mà trong đó, một phần cốt liệu mịn truyền thống được thay thế bằng hạt cao su, với liều lượng tương ứng theo đường cong cấp phối đã lựa chọn. BTNCS là giải pháp tái sử dụng phế thải cao su từ lốp xe cũ, giải quyết được vấn đề môi trường do rác thải là lốp xe cũ gây ra. Mặt khác, BTNCS lại là loại vật liệu đàn hồi tốt, có khả năng kháng hằn lún tốt hơn BTN thông thường, làm giảm tiếng ồn khi xe lưu thông. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá, so sánh các đặc tính cơ lý giữa BTNCS và BTN truyền thống. Các phân tích và đánh giá trong quá trình thực hiện nghiên cứu kết hợp với kết quả nghiên cứu [11] sẽ cho cái nhìn tổng thể về các đặc tính cơ lý của BTNCS, và tiềm năng ứng dụng thực tế của BTNCS này. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu là cơ sở để triển khai những nghiên cứu sâu hơn về BTNCS, nhằm làm rõ hơn những đặc điểm của loại BTN này, từng bước triển khai ứng dụng BTNCS vào thực tiễn tại Việt Nam.

Abstract - Asphalt concrete using waste rubber (WRAC) is the method of replacing the traditional aggregate by waste rubber aggregate corresponding to the grading curve. WRAC is more resistant to rutting than conventional AC, which is a measure to recycle waste rubber from old tires to reduce environmental impact and noise when vehicles are circulating. This applied research project aims to evaluate and compare the mechanical properties between WRAC and conventional AC. Analytical evaluations of the implementation of the topic combined with the results of research [11] will give us an overview of the mechanical properties, and show the potential application of WRAC. In addition, the research results are the foundation for further research on WRAC such as the influence of temperature and mixing time of the WRAC to accurately assess the practical applicability of WRAC in Vietnam.

Từ khóa - bê tông nhựa; phế thải cao su; hằn lún vệt bánh; bê tông nhựa cao su; cấp phối

Key words - asphalt concrete; waste rubber; rutting; rubber asphalt concrete; aggregate

1. Đặt vấn đề

Sự tăng lên về số lượng phương tiện giao thông trên

đường bởi công nghiệp hóa và phát triển kinh tế hằng năm

đã thải ra môi trường hàng triệu lốp xe [12]. Theo thống

kê của châu Âu, khoảng 1,4 tỷ lốp ô tô được bán ra trên

toàn thế giới mỗi năm và cuối cùng thải ra môi trường ở

cuối vòng đời của chúng. Ngoài ra, số liệu thống kê ở

châu Âu, Mỹ, và Nhật Bản cho thấy số lượng lốp xe phế

thải đang tăng lên vì sự phát triển ngành vận tải trên toàn

cầu. Những lốp xe cũ là nguồn rác thải khó xử lý và ảnh

hưởng lớn đến môi trường do khối lượng sản xuất ngày

càng tăng và độ bền ngày càng được cải thiện của chúng.

Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (The US

Enviromental Protection Agency) báo cáo rằng: Có

khoảng 290 triệu chiếc lốp phế liệu đã được sản xuất vào

năm 2003. Trong đó, 45 triệu trong số phế liệu này đã

được sử dụng để làm lốp xe ôtô và xe tải. Hằng năm ở

châu Âu, 355 triệu lốp được sản xuất tại 90 nhà máy, đại

diện cho 24% sản lượng thế giới. Ngoài ra, châu Âu có

hàng triệu lốp xe đã qua sử dụng tích trữ và xử lý trái pháp

luật. Việc xử lý không khoa học có thể gây ra một số hệ

lụy như: tạo ra mối đe dọa tiềm ẩn đối với sức khỏe con

người, nguy cơ hỏa hoạn, thiên đường cho các loại gặm

nhấm, muỗi hoặc các loại côn trùng gây hại khác, và có

thể làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường. Hầu hết các

quốc gia ở châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới đã

sử dụng giải pháp chôn lấp để vứt bỏ lốp xe đã qua sử

dụng, nhưng không gian hạn chế và tiềm năng tái sử dụng

đã dẫn đến việc nhiều quốc gia áp đặt lệnh cấm đối với

hoạt động này. Ước tính hiện tại các kho phế thải trên toàn

châu Âu chứa đến 5,5 triệu tấn lốp xe cũ (1,73 lần số

lượng lốp xe đã sử dụng năm 2009), và chi phí ước tính

hàng năm cho việc quản lý lên đến 600 triệu đô-la. Với

bãi chôn lấp hạn chế chưa đáp ứng được số lượng nhu cầu

chôn lấp sẽ gây ra các rủi ro về môi trường, tác động xấu

tới sức khỏe của cư dân khu vực lân cận.

Trước thực trạng đó, việc tái sử dụng lốp xe phế thải là cần thiết và đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu giải quyết bằng nhiều giải pháp. BTNCS chính là một trong số những giải pháp đó. BTNCS không chỉ giải quyết vấn đề môi trường mà còn là loại BTN có khả năng kháng hằn lún cao, xe chạy ít gây tiếng ồn. Điều này đã được công nhận, chứng minh bởi các nghiên cứu từ các nước phát triển như Mỹ, hay các nước thuộc châu Âu…Tuy nhiên, mỗi nước sẽ có sự khác biệt về đặc điểm khí hậu, chế độ thủy nhiệt hoặc các tính chất của vật liệu sử dụng; vì thế, cần có những nghiên cứu cụ thể về BTNCS trong điều kiện Việt Nam trước khi ứng dụng chúng vào thực tế.

BTNCS là hỗn hợp bao gồm: đá, cát, bột khoáng, nhựa và hạt cao su. Trong đó, cốt liệu hạt cao su được thay thế từ 1÷ 3% cho cốt liệu có cùng cỡ sàng. Hỗn hợp cốt liệu này được trộn cùng lúc đến nhiệt độ yêu cầu trước khi trộn nhựa. Cốt liệu cao su ngoài chức năng tạo ra bộ khung chịu lực, còn làm tăng tính đàn hồi cho toàn bộ hệ thống.

Với yêu cầu về cường độ và độ ổn định, nhựa đường đóng vai trò cực kỳ quan trọng, nó tạo ra lực dính tương hỗ giữa cốt liệu với hạt cao su. Do đó, ngoài việc thay đổi hàm lượng cao su, thay đổi hàm lượng nhựa đường quyết định đến sự thay đổi về cường độ và độ ổn định của BTNCS. Xuất phát từ những nhận định trên, kết hợp với điều kiện vật liệu và quy mô của bài báo, qua phân tích đánh giá thực tiễn, nhóm chọn nghiên cứu ứng dụng BTNCS theo hướng thay đổi hàm lượng nhựa đường, hàm lượng cao su, trong khi giữ nguyên thành phần phần trăm từng cỡ hạt tương ứng trong đường cong cấp phối đối với loại BTNCS Dmax 19, nhằm đánh giá, so sánh tác động của việc thay đổi hàm lượng nhựa,

2 Lê Đức Châu, Nguyễn Thanh Cường, Tống Văn Đồng, Nguyễn Minh Hùng

hàm lượng cao su lên các chỉ tiêu cơ lý của BTNCS với BTN truyền thống (0% CS). Việc thay thế bao nhiêu phần trăm cốt liệu cao su là hợp lý? Hàm lượng nhựa tối ưu tương ứng sẽ là bao nhiêu? Sự thay đổi hàm lượng nhựa, hàm lượng cao su sẽ dẫn đến sự thay đổi các tính chất cơ lý của hỗn hợp BTNCS như thế nào? Là những vấn đề cần phải làm sáng tỏ.

Tương ứng với mỗi sự thay đổi hàm lượng cao su từ

0 - 3% với bước thay đổi 0,5%, nhựa đường 60/70 biến thiên

trong phạm vi 3 - 5% với bước thay đổi 0,5% giúp xây dựng

mối quan hệ tương quan giữa các tính chất cơ lý của BTNCS,

rút ra những nhận xét thông qua các thí nghiệm xác định các

thông số cơ bản của BTNCS khi thiết kế hỗn hợp theo

phương pháp Marshall như: độ ổn định Marshall (S); độ dẻo

(F); tỷ trọng khối (Gmb); tỷ trọng khối rời (Gmm); độ rỗng

dư (Va); độ rỗng khung cốt liệu (VMA); độ ổn định động

khi tiến hành thí nghiệm HLVBX theo phương pháp C (DS)

bằng thiết bị Wheel Tracking, cường độ chịu kéo uốn (Rku).

2. Công tác chuẩn bị nghiên cứu và khảo sát

2.1. Lựa chọn vật liệu và thiết kế đường cong cấp phối

2.1.1. Lựa chọn vật liệu

Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý vật liệu đầu vào

Cốt liệu thô được lấy từ trạm trộn của Công ty 532 (mỏ

đá Hố Chuồn), bột khoáng Hà Nam với 98% lượng lọt sàng

0,075 mm; nhựa đường 60/70 của Petrolimex và cốt liệu

cao su đường kính từ 0,6 - 4,75 mm lấy tại đại lý cung cấp

hạt cao su cho sân bóng nhân tạo Ngọc Thạch. Kích cỡ hạt

cao su là 0,06 – 2,36 mm.

2.1.2. Lựa chọn đường cong cấp phối hạt

Nguyên tắc thiết kế cấp phối cho BTNCS là đảm bảo

sự phối trộn cốt liệu làm sao để tạo được bộ khung cốt liệu

vững chắc được liên kết bởi vữa asphalt chèn khi trộn nóng.

Với mục tiêu so sánh, đánh giá các chỉ tiêu cơ lý giữa BTN

thường và BTNCSt đường cong cấp phối được thiết kế thỏa

mãn các yêu cầu [4].

Bảng 2. Bảng thành phần hạt cao su cho 1 mẻ trộn

Cỡ sàng (mm) 4,75 2,36 1,18 0,6 Tổng

Khối lượng cho 4.000 (g)

Cốt liệu 0%CS 800 440 300 260 4.000

Cao su - 1% 18 12 10 40

Cao su - 2% 35 24 21 80

Cao su - 3% 53 36 31 120

Cao su - 0,5% 9 6 5 20

Cao su - 1,5% 26 18 16 60

Cao su - 2,5% 44 30 26 100

Hàm lượng nhựa 3,0% - 5,5%

Hình 1. Biểu đồ đường cong cấp phối thiết kế của

BTNCS Dmax19

2.2. Chế bị mẫu và các tiêu chuẩn nghiên cứu

2.2.1. Chế bị mẫu theo phương pháp Marshall, HLVBX

a. Các tiêu chuẩn được sử dụng

[1], [2], [3], [4], [5], [6].

b. Các lưu ý khi chế bị mẫu BTNCS

Cốt liệu cao su được trộn cùng lúc với cốt liệu thông

thường đến nhiệt độ yêu cầu.

Đảm bảo nhiệt độ của hỗn hợp cốt liệu và nhựa đường đều

nằm trong khoảng 160°C -165°C khi đem chúng phối trộn với

nhau, quá trình này chỉ nên diễn ra trong vòng 6 phút sau khi

cho nhựa đường vào hỗn hợp để tránh nhựa bị bốc hơi.

3. Hướng và kết quả của quá trình nghiên cứu

Theo những nghiên cứu ứng dụng từ các nước phát

triển, những nghiên cứu từ Wright Asphalt Products Co. tại

Mỹ và [8], [9], [10], [11], [12] đã chứng minh và công nhận

rằng, việc thay thế cốt liệu cao su phế thải từ 1 - 3% cho

cốt liệu thông thường đã tạo ra BTNCS cải thiện về chất

lượng cũng như giải quyết vấn đề môi trường.

Do đó, nghiên cứu này sẽ được tiến hành dựa trên sự

thay đổi hàm lượng cao su từ 0% - 3% bước thay đổi 0,5%

với cùng thành phần cấp phối. Trong đó, mẫu BTN 0% cao

su (BTN thường) dùng để so sánh, đánh giá tương quan với

BTN có sử dụng cốt liệu cao su (BTNCS).

Tương ứng với mỗi hàm lượng cao su, cần tìm ra hàm

lượng nhựa tối ưu (từ 3 - 5%, bước thay đổi 0,5%) theo

phương pháp Marshall [2]. Tiến hành chế bị, thí nghiệm

mẫu hằn lún vệt bánh xe với hàm lượng nhựa tối ưu cho

mỗi hàm lượng cao su theo [5]. Đánh giá đưa ra kết luận

nghiên cứu dựa trên kết quả thí nghiệm.

3.1. Xác định hàm lượng nhựa tối ưu bằng phương pháp

Marshall theo [2]

Kết quả: theo biểu đồ Hình 2.

Tương quan: Với hàm lượng nhựa tối ưu được xác định

theo phương pháp Marshall tương ứng với mỗi hàm lượng

cao su, ta xây dựng được mối quan hệ giữa hàm lượng cao

su và các chỉ tiêu cơ lý Marshall tại hàm lượng nhựa tối ưu

theo biểu đồ Hình 2.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0.01 0.1 1 10 100

Cận trên

Cận dưới

Cận trung vị

Vật liệu Bột

khoáng

Cát

xay

Đá dăm

Dmax 9,5

Đá dăm

Dmax19 Nhựa

Cao

su

Tỷ trọng khối

(g/cm3) 2,682 2,756 2,722 2,72 - 1,15

Mô MK - 2,789 - - - -

Độ góc cạnh - 42,36 - - - -

L.A (%) - - 21,8 22,8 - -

Thoi dẹt (%) - - 11,6 8,5 - -

Hàm lượng bụi

bùn sét (%) - 2,01 0,98 0,95 - -

Độ dính bám - - Cấp 4 Cấp 4 - -

Độ kim lún - - - - 63 -

Điểm hóa

mềm - - - - 46 -

Độ dính bám - - - - Cấp 4 -


Nhận xét: Khi tăng hàm lượng cao su thì hàm lượng

nhựa tối ưu tăng.

Hình 2. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng cao su và

hàm lượng nhựa tối ưu của BTNCS 19

3.2. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và các chỉ tiêu cơ lý

Marshall

3.2.1. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và độ ổn định Marshall


Tương quan: Biểu đồ Hình 3 cho thấy độ ổn định

Marshall giảm dần khi tăng hàm lượng cao su.

Nhận xét: Vì cốt liệu cao su là vật liệu đàn hồi, dễ biến

dạng khi ở nhiệt độ cao nên chịu lực nén kém. Khi tăng

hàm lượng cao su làm cho BTNCS dễ bị biến dạng tức thời,

dẫn đến độ ổn định Marshall giảm. Tuy nhiên, hàm lượng

cao su từ 0,5% - 3% đã thỏa mãn yêu cầu về cường độ theo

[1], và là một trong những chỉ tiêu cơ lý quan trọng quyết

định chất lượng bê tông nhựa.


độ ổn định Marshall S của BTNCS 19

3.2.2. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và độ dẻo F



độ dẻo F của BTNCS 19

3.2.3. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và độ rỗng dư Va



độ rỗng dư Va của BTNCS 19

Tương quan: Độ rỗng dư Va tăng dần theo chiều tăng

của hàm lượng cao su.

Nhận xét và phân tích: Vì khối lượng thể tích cốt liệu

cao su nhỏ hơn nhiều so với cốt liệu hạt mịn nên khi thay

thế cùng khối lượng ở các cỡ hạt thì dẫn đến hiện tượng

thiếu thể tích hạt mịn và thừa thể tích hạt cao su, và càng

tăng hàm lượng cao su thì thể tích lỗ rỗng chứa không khí

càng tăng, tuy nhiên, vẫn thỏa mãn yêu cầu theo [1].

3.2.4. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và độ rỗng lấp đầy

nhựa VFA


Hình 6. Biểu đồ tương quan giữa hàm lượng cao su và

độ rỗng lấp đầy nhựa VFA của BTNCS 19

Tương quan và nhận xét: Độ rỗng lấp đầy nhựa tăng theo

chiều tăng của hàm lượng hạt cao su. Vì khi hàm lượng hạt

cao su tăng thì độ rỗng cốt liệu sẽ tăng lên, nhựa dễ dàng

thâm nhập chiếm phần lỗ rỗng. Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA

tất cả các hàm lượng cao su đều thỏa mãn yêu cầu theo [4].

3.2.5. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và khối lượng thể tích Pmb


Tương quan và nhận xét: Khối lượng thể tích giảm dần

theo chiều tăng của hàm lượng cao su.Vì khối lượng thể

tích cốt liệu cao su nhỏ hơn cốt liệu hạt mịn cùng cỡ sàng

nên hàm lượng cao su thay thế càng lớn thì khối lượng thể

tích BTN càng giảm.

4.16

4.244.27

4.314.32

4.34

4.40y = 0,0693x + 4,1875

,4.00

,4.10

,4.20

,4.30

,4.40

,4.50

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

HÀ

ML

ƯỢ

NG

NH

ỰA

(%

)

HÀM LƯỢNG CAO SU (%)

16.58

14.93 14.71

13.48

11.84

10.459.35

y = -2,3929x + 16,638

R² = 0,9824

6

8

10

12

14

16

18

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ĐỘ

ỔN

ĐỊN

H S

(K

N)


MIN=8

3,87

4,89 5,08 5,24 5,33

5,46 5,66

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ĐỘ

DẺ

O F

(mm

)


Min=1,5

Max=4

4.10

4.22 4.23 4.26 4.37 4.40 4.47

y = 0,1159x + 4,1185R² = 0,9616

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ĐỘ

RỖ

NG

DƯ

Va

(%)


MIN=3

70.82

70.91 71.32 71.39 71.56 71.7272.65

y = 0,5254x + 70,693

R² = 0,8651

62.5

65.0

67.5

70.0

72.5

75.0

77.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3ĐỘ

LẤ

P Đ

ẦY

NH

ỰA

VF

A(%

)


MIN=65

4 Lê Đức Châu, Nguyễn Thanh Cường, Tống Văn Đồng, Nguyễn Minh Hùng


khối lượng thể tích Pmb của BTNCS 19

3.2.6. Quan hệ giữa hàm lượng cao su và độ rỗng khung

cốt liệu VMA



độ rỗng khung cốt liệu VMA của BTNCS 19

Tương quan và nhận xét: Độ rỗng khung cốt liệu càng

tăng khi hàm lượng cao su tăng.

3.3. Khảo sát tương quan độ ổn định động DS và hàm

lượng cao su

Tiến hành chế tạo các mẫu hằn lún với các hàm lượng

cao su khác nhau cho cùng hàm lượng nhựa tối ưu.

Hình 9. Thí nghiệm xác định độ ổn định động DS ở nhiệt độ

60°C, tần số 42 lần/phút trong vòng 60 phút

Kết quả: theo biểu đồ Hình 10 và Hình 11.

Tương quan: Quá trình thí nghiệm cho thấy, khi hàm

lượng cao su tăng lên thì độ ổn định động DS cũng tăng

theo nhưng đến giá trị cực đại thì có xu hướng giảm dần,

nhưng vẫn đạt giá trị > 1.000 (lần/mm) trong [5].

Nhận xét: Vì khi hàm lượng cao su ít dẫn đến khả năng

đàn hồi hỗn hợp thấp, khi chịu tải trọng cao thì bộ khung cốt

liệu sẽ dường như gánh toàn bộ tải trọng, ứng suất tập trung

ở khu vực bánh xe cao, hỗn hợp không đạt độ đàn hồi tốt

nhất, làm việc không đều dễ bị lún xuống, do đó DS thấp.

Còn khi hàm lượng cao su quá cao, hỗn hợp có độ cứng thấp,

dễ biến dạng dưới tác dụng lặp đi lặp lại của bánh xe.

Khi hàm lượng cao su từ 1,5 - 2%, lượng cao su vừa đủ để

đảm bảo độ cứng của bộ khung cốt liệu, đồng thời đủ độ đàn

hồi, hỗn hợp có sự làm việc đồng đều giữa bộ khung cốt liệu

chịu lực, và lượng cao su có độ đàn hồi cao chống lại biến

dạng dư, tải trọng phân bổ đều lên mẫu, hỗn hợp lúc này làm

việc tốt nhất, ứng suất phân bố đồng đều nhất, dó đó tính

kháng lún tốt nhất, độ ổn định động do vậy đạt giá trị cao nhất.


độ ổn định động DS của BTNCS 19

Hình 11. So sánh độ ổn đinh động DS giữa BTN19-0%CS

và BTNCS19-(0,5 - 3%)CS

Phân tích, nhận định: Khi hàm lượng cao su tiếp tục tăng

lên, lượng cao su chèn vào bộ khung cốt liệu sẽ bắt đầu dư

thừa quá nhiều, hỗn hợp có độ cứng thấp, khi gặp môi trường

nhiệt độ cao kéo dài kết hợp tải trọng tác dụng liên tục làm

cho hỗn hợp bị mềm ra, dó đó sẽ có sự trồi-trượt, xê dịch vị

trí ban đầu của các hạt cốt liệu, khi hàm lượng cao càng tăng

nữa thì sự xê dịch càng lớn, làm mẫu mất ổn định.

3.4. Khảo sát tương quan giữa cường độ kéo uốn Rku và

hàm lượng cao su

Kết quả: thể hiện trên biểu đồ Hình 13.

Nhận xét: Khi hàm lượng cao su tăng thì cường độ chịu

kéo uốn tăng đến giá trị cực đại rồi giảm dần.

2.4202.416

2.4102.406

2.403

2.3982.396

y = -0,0082x + 2,4193

R² = 0,9881

2.38

2.39

2.40

2.41

2.42

2.43

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3KH

ỐI

LƯ

ỢN

G T

HỂ

TÍC

H

Pm

b(g

/cm

3)


13.93

14.1014.30

14.5214.80 14.81

14.93

y = 0,353x + 13,956R² = 0,9671

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3ĐỘ

RỖ

NG

KH

UN

G C

ỐT

LIỆ

U(%

)


MIN=13

1326

1916

2378

2945

2337

2005

1616

y = -533.71x2 + 1672.9x + 1299.9

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ĐỘ

ỔN

ĐỊN

H D

S(lầ

n/m

m)


MIN=1000

1326

1916

2378

2945

2337

2005

1616

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Độ ổ

n đ

inh

độn

g D

S (

lần

/mm

)

0%CS 0,5%CS1%CS 1,5%CS2%CS 2,5%CS3%CS


Hình 12. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn

Hình 13. Biểu đồ tương quan giữa hàm lượng cao su và cường

độ chịu kéo uốn Rku của BTNCS 19

3.5. Chọn hàm lượng cao su từ chỉ tiêu hằn lún và kéo uốn

Lựu chọn hàm lượng cao su tối ưu dựa trên cơ sở của thí

nghiệm hằn lún. Đối với BTNCS19, dựa vào biểu đồ quan

hệ giữa hàm lượng cao su và độ ổn định động DS (Hình 10),

chọn làm lượng cao su 1,57%. Dựa vào biểu đồ quan hệ giữa

hàm lượng cao su và hàm lượng nhựa đưa ra được hàm

lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 1,57% là 4,30%.

Bảng 3. So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của BTN19 thường và

BTNCS19 với các TC, QĐ liên quan

STT Chỉ tiêu kỹ

thuật

BTN19

0%CS

BTNCS19-

1,57%CS

Yêu cầu [1],

[4], [5]

1 Độ ổn định 16,58 12,88 > 8 kN

2 Độ dẻo 3,87 5,11 1,5 - 4 (mm)

3 Độ rỗng dư 4,10 4,30 3 - 6%

4 Độ rỗng cốt liệu 13,93 14,51 > 13%

5 ĐR lấp đầy

nhựa 70,82 71,52 65 - 75%

6 Hằn lún vệt

bánh xe 1326 2611

> 1.000

(lần/mm)

7 Kéo uốn 5,82 7,69 > 2,8

Dựa vào Bảng 3 có thể thấy BTNCS19 thỏa mãn hầu

hết các yêu cầu kỹ thuật, cải thiện rõ rệt khả năng kháng

hằn lún vệt bánh xe.

4. Kết luận

4.1. Một số kết luận

- Thông qua các chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm, BTNCS đều

đạt hầu hết các yêu cầu theo tiêu chuẩn của BTN thông

thường.

- BTNCS có khả năng kháng hằn lún, cường độ kéo uốn

cao hơn BTN thông thường, đây là cơ sở cho những nghiên

cứu tiếp theo.

-Việc BTNCS đạt yêu cầu và cải thiện một số tính chất

của BTN thông thường nên có thể đưa vào sử dụng trong

tương lai gần, giúp tiêu thụ một phần lốp cao su phế thải

ngày một tăng lên hiện nay, góp phần bảo vệ môi trường.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo cần thực hiện bằng

thực nghiệm:

- Nhiệt độ, thời gian trộn, công đầm nén.

- Thí nghiệm mỏi.

- Khả năng chống ồn.

- Cỡ hạt cốt liệu cao su tối ưu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 8819-2011, Mặt đường BTN nóng – Yêu cầu thi công và nghiệm thu.

[2] TCVN 8820-2011, Hỗn hợp BTN nóng – Thiết kế theo phương pháp

Marshall.

[3] TCVN 8860-1(12):2011, Bê tông nhựa – Phương pháp thử.

[4] Quyết định 858/QĐ-BGTVT: Về việc ban hành hướng dẫn áp dụng

hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường bê tông nhựa nóng đối

với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn.

[5] Quyết định 1617/QĐ-BGTVT: Ban hành quy định kỹ thuật về

phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của bê tông nhựa xác định

bằng thiết bị Wheel Tracking.

[6] 22TCN 211-06, Áo đường mềm - Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế.

[7] Phạm Duy Hữu (Chủ biên), Vũ Đức Chinh, Đào Văn Đông, Nguyễn

Thanh Sang, Bê tông Asphalt, Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải, Năm 2008.

[8] The Use of Recycled Tire Rubber to Modify Asphalt Binder and

Mixtures – Federal Highway Administration (FHWA)

Office of Asset Management, Pavements and Construction. Pulished

in 2014 on www.fhwa.dot.gov.

[9] Erik Updyke, P.E., Senior Civil Engineer, Geotechnical & Materials

ENG. Division Los Angeles County Department of Public Works. “Tire Rubber Modified Asphalt “- Wright Asphalt Products Co. in

2008 California Pavement Preservation Conference (April 9 & 10)

[10] R. Gary Hicks Department of Civil Engineering Oregon State

University, Jon A. Epps Department of Civil Engineering University

of Nevada – Reno, “Quality Control For Asphalt Rubber Binders And Mixes”, Pulished in 2000

[11] Paravita Sri Wulandari, Daniel Tjandra, Petra Christian University,

Siwalankerto 121 – 131, Surabaya, Indonesia, “Use of Crumb

Rubber as an Additive in Asphalt Concrete Mixture”, Pulished in

2016

[12] Davide Lopreti, Nottingham Transportation Engineering Centre,

University of Nottingham, Nottingham, UK, “Recycled Tyre Rubber Modified Bitumens For Road Asphalt Mixtures: A Literature

Review”, Pulished in 2013.

(BBT nhận bài: 16/8/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 20/11/2017)

,5.82

,6.73

,7.35

,8.19

,7.28

,6.66,6.09

y = -0,8142x2 + 2,484x + 5,7954

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3CƯ

ỜN

GĐ

Ộ K

ÉO

UỐ

N R

ku

(Mp

a)


MIN=2.8

6 Đinh Nam Đức, Lưu Thiên Hương

MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT CHO VIỆC SỬ DỤNG QUỸ ĐẤT

TẠI KHU VỰC NHÀ GA ĐƯỜNG SẮT ĐÀ NẴNG

PROPOSED SOLUTIONS TO THE LAND USE AT DA NANG RAILWAY STATION AREA

Đinh Nam Đức, Lưu Thiên Hương

Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng;

[email protected], [email protected]

Tóm tắt - Theo định hướng phát triển không gian đô thị của thành phố Đà Nẵng, với việc di dời nhà ga đường sắt ra khỏi khu vực trung tâm, không gian thuộc phạm vi nghiên cứu là một khoảng không gian quý giá để có thể tạo nên một khu vực chung phục vụ cộng đồng theo tiêu chí xanh và thân thiện, nhằm kết nối cư dân sống ở khu trung tâm đô thị. Nghiên cứu này nhằm đề xuất phương án quy hoạch sử dụng đất tại khu vực nhà ga đường sắt hiện tại, với trọng tâm hình thành nên công viên đường sắt Đà Nẵng, trong đó hướng đến hai mục đích chính: nâng cao chất lượng môi trường sống cho cư dân thành phố và lưu giữ những kỉ niệm về một công trình đã gắn liền với sự phát triển của đô thị Đà Nẵng.

Abstract - According to the oriented urban space development of Da Nang City, especially to the relocation of the current railway station out of the central area, the land within the research boundary is a valuable space to create a public area for the whole community towards a green space and a friendly environment in order to connect residents living in urban centers. This study aims to propose a land-use planning at the existing railway station, with the focus on the formation of Da Nang Railway Park for two vital purposes: improving the living environment for urban residents and keeping memories of a building associated with the development of Da Nang.

Từ khóa - công viên; đường sắt; không gian công cộng; quy hoạch sử dụng đất; sinh hoạt cộng đồng.

Key words - park; railway; public space; land-use planning; community activities.

1. Tổng quan nghiên cứu

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Theo kết quả cuộc làm việc của chủ tịch Uỷ ban nhân

dân (UBND) thành phố Đà Nẵng ngày 17/06/2016 với Ngân

hàng Thế giới về dự án di dời ga đường sắt hiện hữu ra khỏi

nội ô, về phường Hòa Minh và Hòa Khánh Nam (thuộc quận

Liên Chiểu), việc di dời ga Đà Nẵng sẽ được thực hiện trong

6 năm, bắt đầu từ năm 2017 cho đến năm 2023 với số tiền

lên đến gần 10.000 tỉ đồng. Theo dự án này, thành phố đang

có phương án biến khu vực nhà ga mới trở thành một khu đô

thị. Về xử lý nhà ga cũ rộng 12 ha thuộc địa phận quận Thanh

Khê, thành phố cũng đã có chủ trương tổ chức nơi đây thành

khu đô thị thương mại dịch vụ (TMDV), theo đó, nha đâu tư

đươc quyên khai thac quy đât tai khu vưc nha ga cu theo quy

hoach cua thanh phô. Đối với tuyến đường sắt nội thị kết nối

giữa ga cũ và ga mới (dài khoảng 18 km) sẽ được mở rộng

để đầu tư hạ tầng giao thông [1]. Tuy nhiên, đến thời điểm

thực hiện nghiên cứu này, thành phố vẫn chưa chính thức

triển khai dự án di dời ga đường sắt.

Như vậy, theo định hướng phát triển thành phố Đà

Nẵng, việc di dời nhà ga đường sắt ra khỏi khu vực trung

tâm sẽ tạo ra một quỹ đất quý giá phục vụ cho sự phát triển

của khu trung tâm đô thị. Ý tưởng của nghiên cứu này

hướng đến việc sử dụng quỹ đất tại vị trí nói trên cho việc

xây dựng một tổ hợp công viên đường sắt (CVĐS) với

nhiều chức năng tổng hợp. Trong điều kiện khu vực trung

tâm của Đà Nẵng đang dần trở nên chật chội, ý tưởng này

sẽ tạo nên một khu vực chung phục vụ cộng đồng theo tiêu

chí xanh và thân thiện, nhằm kết nối cư dân sống ở khu

trung tâm thành phố. Ngoài ra, loại công trình mới mẻ này

còn góp phần lưu giữ những kỉ niệm về một nhà ga đường

sắt vốn tồn tại hơn 100 năm tại trung tâm thành phố.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu này là đưa ra phương án quy

hoạch sử dụng đất tại nhà ga đường sắt hiện tại ở thành phố

Đà Nẵng, với trọng tâm xây dựng một CVĐS, trong điều kiện

nhà ga đường sắt được di dời ra khỏi trung tâm thành phố.

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Với bối cảnh và mục tiêu trên, đối tượng nghiên cứu

của bài báo là các yếu tố ảnh hưởng đến việc quy hoạch sử

dụng đất tại nhà ga đường sắt hiện tại ở Đà Nẵng.

Phạm vi nghiên cứu được xác định dựa vào 2 yếu tố là

không gian và thời gian. Về mặt không gian, giới hạn địa

lý của nghiên cứu này là khu đất thuộc nhà ga đường sắt

Đà Nẵng hiện nay, thuộc phường Tam Thuận, quận Thanh

Khê. Về mặt thời gian, tầm nhìn của nghiên cứu dựa theo

tầm nhìn quy hoạch chung xây dựng Đà Nẵng đến năm

2030, tầm nhìn đến 2050 [2].

1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu được thực hiện bao gồm 4 bước cơ bản:

+ Bước 1: Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu;

+ Bước 2: Điều tra, khảo sát hiện trạng khu vực;

+ Bước 3: Tổng hợp và phân tích dữ liệu;

+ Bước 4: Đề xuất và thể hiện phương án.

Trong nghiên cứu này, các phương pháp nghiên cứu

được sử dụng ứng với các giai đoạn nghiên cứu, bao gồm:

+ Phương pháp đo đạc, điều tra hiện trạng (Giai đoạn

điều tra, khảo sát hiện trạng);

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp (Giai đoạn tổng hợp

và phân tích dữ liệu);

+ Phương pháp mô hình hóa (Giai đoạn đề xuất và thể

hiện phương án).

2. Cơ sở khoa học quy hoạch CVĐS Đà Nẵng

2.1. Cơ sở lý luận

2.1.1. Loại hình công trình CVĐS

CVĐS là một dạng công viên chủ đề (theme park). Một


CVĐS trước hết phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cơ bản của

một công viên. Ngoài ra, một CVĐS phải thể hiện nổi bật đặc

thù riêng, là một công viên theo chủ đề đường sắt, bằng những

thủ pháp quy hoạch, kiến trúc cũng như sắp đặt nghệ thuật.

Trên thế giới, một số công trình công viên được cải tạo

từ những công trình đường sắt được biết đến như: CVĐS

Takao ở Cao Hùng (Đài Loan), CVĐS SCMaglev ở

Nagoya (Nhật Bản), CVĐS High Line ở New York (Mỹ),

CVĐS McCormick-Stillman ở Arizona (Mỹ).

2.1.2. Ý nghĩa của CVĐS đối với không gian đô thị

Trong nghiên cứu này, phương án xây dựng CVĐS

được phân tích và đánh giá dựa theo tiêu chí phát triển

bền vững “là sự phát triển đáp ứng những nhu cầu của

hiện tại mà không tổn hại đến khả năng của các thế hệ

tương lai trong việc đáp ứng nhu cầu của họ” (Hiệp hội

Thế giới về Môi trường và Phát triển, 1987).

Từ đó, vai trò của CVĐS được đánh giá trong mối

tương quan với sự phát triển của tổng thể đô thị Đà Nẵng,

theo định hướng phát triển đô thị bền vững, với sự cân bằng

của 3 yếu tố: Môi trường - Kinh tế - Xã hội, như trong khái

niệm bền vững của David A. Munro [3].

+ Vai trò về môi trường: Tạo thêm không gian xanh

trong không gian đô thị, giúp điều hòa vi khí hậu; giải tỏa

giao thông, giảm ùn tắc, giảm được lượng khí thải ra môi

trường; giáo dục cộng đồng trong việc bảo vệ môi trường.

+ Vai trò về xã hội: Tạo nơi sinh hoạt cho cộng đồng dân

cư, giúp giao tiếp kết nối cộng đồng; thúc đẩy mối quan hệ

giữa con người với con người, con người với thiên nhiên;

tăng cường bãi đỗ xe cho thành phố, đáp ứng nhu cầu thiếu

chỗ đậu xe hiện nay và tương lai; phù hợp với định hướng

phát triển của thành phố trong tương lai là một thành phố

xanh; mang tính chất giáo dục giao lưu văn hóa, xã hội.

+ Vai trò về kinh tế: Tăng nguồn thu nhập cho thành

phố từ các trung tâm thương mại, dịch vụ, bãi đỗ xe ngầm;

giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông, tiết kiệm thời gian,

nhiên liệu; kích cầu du lịch.

2.1.3. Quy hoạch sử dụng đất đai trong quy hoạch đô thị

Quy hoạch đô thị thông thường được thực hiện bởi

chính phủ, hay những tổ chức chính quyền địa phương để

làm tốt hơn cuộc sống của cộng đồng. Mục đích được tính,

gần như toàn diện hay tầm nhìn tổng thể của sự phát triển

một vùng, hơn là chỉ phát triển cho những cá thể riêng biệt.

Quy hoạch sử dụng đất đai, xét về mặt quy hoạch đô

thị, thì mục đích chính là tối ưu hóa cơ sở hạ tầng đô thị

của những đơn vị đất đai hành chính trong việc dự đoán

trước sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội, và tính

đến kết quả của phân vùng và quy hoạch sử dụng đất đai.

Quy hoạch sử dụng đất đai phải là một tiến trình xây dựng

những quyết định sao cho việc phân chia đất đai được thuận

tiện nhưng việc sử dụng mang lại lợi ích cao nhất. Quy

hoạch này được dựa trên những điều kiện kinh tế xã hội và

những phát triển theo mong ước của người dân trong và

chung quanh những đơn vị đất đai tự nhiên. Những điều

này được đối chiếu nhau thông qua phân tích đa mục tiêu

và đánh giá các giá trị thực của những nguồn tài nguyên tự

nhiên và môi trường khác nhau của đơn vị đất đai. Kết quả

là đưa ra cách sử dụng đất đai theo mong ước hay kết hợp

những cách sử dụng với nhau. Thông qua tiến trình thỏa

thuận với các chủ thể, kết quả quyết định trên sự phân chia

đất đai cụ thể cho những sử dụng riêng biệt (hay không sử

dụng) thông qua những quy định về luật pháp và hành

chánh sẽ đưa đến một cách thực hiện quy hoạch cụ thể [4].

2.2. Cơ sở thực tiễn

2.2.1. Tổng quan điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

- Về khí hậu: Khu vực nghiên cứu có khí hậu của thành

phố Đà Nẵng, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa

điển hình, nhiệt độ cao và ít biến động.

- Về địa hình: Khu vực nghiên cứu có địa hình bằng

phẳng, do là khu đất được sử dụng cho nhà ga đường sắt

hàng trăm năm nay. Chiều cao của nền đất so với mực nước

biển từ 2,3 m đến 3,0 m.

- Về giới hạn, diện tích: Khu đất nghiên cứu là không

gian thuộc nhà ga đường sắt Đà Nẵng hiện nay và một số

khu đất lân cận, có tổng diện tích là 12 ha: phía Đông giáp

đường Ông Ích Khiêm và Đống Đa; phía Tây giáp chợ Tam

Thuận và kiệt 260 Hải Phòng; phía Nam giáp đường Hải

Phòng; phía Bắc giáp đường Trần Cao Vân (Hình 1).

Hình 1. Vị trí và quy mô các công trình xây dựng nằm trong

khu đất nhà ga

2.2.2. Tổng quan về hệ thống công viên tại Đà Nẵng

Hình 2. Sự phân bố hệ thống công viên tại 2 quận

Hải Châu và Thanh Khê, Thành phố Đà Nẵng


Ở khảo sát về sự phân bố của hệ thống công viên tại Đà

Nẵng được thực hiện trong nghiên cứu này, khái niệm “công

viên” được hiểu theo nghĩa là một không gian công cộng bảo

vệ các nguồn thiên nhiên tự có hay trồng, là một nơi vui chơi,

giải trí đại chúng, là một không gian mở diễn ra các hoạt động

sinh hoạt cộng đồng (SHCĐ) của người dân. Ngoài ra, giới

hạn “khu vực trung tâm Thành phố Đà Nẵng” trong khảo sát

này được tính là 2 quận Hải Châu và Thanh Khê (Hình 2).

Bảng 1. Nhận xét tổng quát một số công viên tại 2 quận

Hải Châu và Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng

Tên, vị trí Đặc trưng/Tính chất Hoạt động

1 - Cung thể

thao Tiên Sơn

- Quần thể kiến trúc lớn

với nhiều công trình

- Thể thao, đi bộ,

ngắm cảnh, sự kiện

2 – Quảng

trường 2 tháng 9

- Quảng trường với bãi

cỏ lớn, ít cây xanh



3 - Cầu đi bộ

Nguyễn Văn Trỗi

- Cầu đi bộ với không

gian xanh hai đầu cầu

- Đi bộ, ngắm cảnh

4 - Công viên

Lê Đình Dương

- Khoảng đất trồng cỏ ở

giữa các giao lộ lớn

- Đi bộ

5 - Dọc đường

Bạch Đằng

- Công viên lấn sông với

nhiều kiến trúc nhỏ

- Đi bộ, ngắm cảnh,

hội họp, du lịch

6 – Quảng trường

Hùng Vương

- Một nửa là bãi đỗ xe,

một nửa là công viên


hội họp, du lịch

7 - Đầu đường

Như Nguyệt

- Bãi cỏ lớn với cây

xanh và kiến trúc nhỏ


hội họp

8 - Dọc đường

Như Nguyệt

- Công viên lấn sông với

nhiều kiến trúc nhỏ


hội họp

9 - Công viên

Nguyễn Hữu Cảnh

- Công viên nhỏ của

cụm dân cư

- Đi bộ, hội họp

10 - Công viên

Ngô Chi Lan


cụm dân cư


hội họp

11 - Công viên

Thanh Bình


cụm dân cư


hội họp

12 - Công viên

chợ Tam Giác

- Nằm giữa các giao lộ,

không nhiều cây xanh

- Đi bộ, hội họp

13 - Bờ hồ Hàm

Nghi

- Các vỉa hè đi bộ dọc

bờ hồ kèm các bồn hoa


hội họp

14 - Công viên

29/3

- Công viên trung tâm

thành phố



15 - Khu vui

chơi Phần Lăng


cụm dân cư


hội họp

16 - Bờ sông

Phú Lộc

- Công viên dọc bờ sông

với một ít kiến trúc nhỏ


ngắm cảnh, hội họp

17 - Dọc đường

Nguyễn Tất Thành

- Công viên dọc biển

với một ít kiến trúc nhỏ


ngắm cảnh, hội họp

Từ các nhận xét tổng quát thu được ở Bảng 1, một số

điểm đáng chú ý trong sự phân bố các không gian công

viên tại khu vực khảo sát được đánh giá như sau:

+ Các không gian công viên chủ yếu phân bố ở ven sông

(sông Hàn và sông Phú Lộc) và đường ven biển (Nguyễn

Tất Thành).

+ Mật độ các không gian công viên tương đối thấp so với

mật độ dân cư ở trung tâm đô thị. Diện tích các không gian

công viên này tương đối nhỏ, cung cấp một vài không gian

cây xanh, bãi cỏ và sân chơi cho người dân sống gần đó.

+ Các không gian công viên phân bố tương đối rời rạc,

chưa tạo nên một tổng thể có mục đích trong quy hoạch,

thẩm mỹ kiến trúc tương đối thấp và tiện nghi cung cấp

cũng không hấp dẫn để thu hút cư dân.

2.2.3. Sự cần thiết của một CVĐS tại trung tâm thành phố

Trong Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi Dự án Di dời ga

đường sắt Đà Nẵng và Tái phát triển đô thị của đơn vị tư vấn

của Ngân hàng thế giới, phương án phác thảo khu tổ hợp

TMDV tại khu đất nhà ga đường sắt hiện nay đã được đưa ra.

Hình 3. Phương án khu tổ hợp TMDV tại khu đất nhà ga

đường sắt của đơn vị tư vấn của Ngân hàng thế giới

Mặc dù chưa phải là phương án thiết kế chi tiết cuối

cùng của một đồ án quy hoạch cải tạo khu đất đô thị, nhưng

tác giả đưa ra một số nhận xét tổng quan của đối với

phương án nói trên như sau:

+ Phương án sử dụng quỹ đất nhà ga hình thành các tổ

hợp công trình TMDV bao gồm các khối nhà cao tầng

(chiếm phần lớn diện tích) với mật độ xây dựng rất lớn.

Việc này nhằm khai thác tối đa giá trị thương mại của khu

đất trong việc thu hút các nhà đầu tư trong điều kiện thành

phố cần xã hội hóa dự án di dời nhà ga ra khỏi trung tâm.

+ Phương án cũng đề xuất mở mới các tuyến đường

xuyên qua khu đất nhằm kết nối các khu dân cư phía Nam

và phía Bắc khu đất. Ngoài ra, một phần diện tích nhỏ cũng

được dành để xây dựng “Công viên nhà ga”.

Thực sự, đây là một phương án tương đối khả thi mà

Thành phố vẫn thường thực hiện đối với các khu đất dự án

hình thành từ việc giải tỏa các khu đất công hay các khu

dân cư. Tuy nhiên, quan điểm của tác giả là đề xuất một

hướng khác cho việc khai thác quỹ đất này:

+ Thứ nhất, khu trung tâm đô thị thành phố đang thiếu

trầm trọng các không gian công viên nói riêng hay các

không gian SHCĐ nói chung (Hình 2). Diên tích cây xanh

sử dụng công cộng bình quân đâu người của Đà Nẵng (Đô

thị loại I) là 7,3m2/người, thấp hơn so với Tiêu chuẩn quốc

gia là 10 - 12 m2/người. Diên tích cây xanh công viên bình

quân đâu người của Đà Nẵng là 3,07 m2/người, thấp hơn

so với Tiêu chuẩn quốc gia là 6 - 7,5 m2/người [5], [6]. Như

vậy, việc dùng quỹ đất này dành cho khu tổ hợp TMDV kể

trên sẽ tạo nên sức ép về mật độ dân cư sinh sống và làm

việc ở khu vực trung tâm Đà Nẵng trong tương lai gần.

Theo ý kiến của tác giả, khu đất thuộc nhà ga hiện hữu là

một vị trí phù hợp nhất cho việc hình thành nên một tổ hợp

công trình theo định hướng tăng cường các mảng xanh,

cung cấp các không gian sinh hoạt, giải trí cho người dân

của thành phố, phục vụ định hướng phát triển khu trung

tâm đô thị theo hướng bền vững. Làm được điều này có thể

sẽ không đạt được những lợi ích tức thời về kinh tế, nhưng

những giá trị lâu dài của nó mang lại (về môi trường và xã

hội) là không thể đo đếm được.


+ Thứ hai, nhà ga đường sắt Đà Nẵng là một công trình

có giá trị lịch sử đặc biệt đối với quá trình hình thành và

phát triển của đô thị Đà Nẵng từ thời Pháp thuộc cho đến

nay, như đã được nhắc đến trong một số nghiên cứu trước

đây [7], [8]. Việc xóa bỏ dấu ấn của công trình này cũng sẽ

làm mất đi một phần dấu ấn của đô thị Đà Nẵng, vốn không

còn giữ được nhiều công trình có dấu ấn lịch sử đô thị. Vì

lẽ đó, tác giả mạnh dạn đề xuất phương án sử dụng quỹ đất

này vào việc hình thành công trình CVĐS Đà Nẵng. Ngoài

việc khai thác và lưu giữ được yếu tố về nơi chốn trong

thiết kế quy hoạch và kiến trúc, công trình này có thể trở

thành một điểm nhấn về cảnh quan cho đô thị, góp phần

thu hút khách du lịch.

Với những lý do trên, nghiên cứu này nhận thấy rằng

một công trình CVĐS tại khu vực nghiên cứu là cần thiết

và phù hợp đối với sự phát triển bền vững của thành phố.

2.3. Cơ sở pháp lý

2.3.1. Dự án di dời ga đường sắt Đà Nẵng ra khỏi trung

tâm thành phố

Dự án di dời ga đường sắt Đà Nẵng ra khỏi trung tâm

thành phố là một trong số các dự án quan trọng về phát triển

cơ sở hạ tầng tại địa phương, phù hợp với chiến lược, quy

hoạch phát triển ngành giao thông vận tải đường sắt đến năm

2020 và tầm nhìn đến năm 2030 theo các quyết định phê

duyệt của Thủ tướng Chính phủ. Đồ án quy hoạch tổng thể

di dời ga đường sắt Đà Nẵng ra ngoài khu vực trung tâm

thành phố đã được UBND thành phố Đà Nẵng thông qua.

Thời gian di dời ga Đà Nẵng dự kiến sẽ thực hiện trong

6 năm, từ năm 2017 đến năm 2023. Sau khi nhà ga cũ được

di dời, Đà Nẵng sẽ tái phát triển đô thị khu vực nhà ga hiện

hữu và hành lang đường sắt hiện hữu, bảo đảm sự phát triển

bền vững về giao thông và kiến trúc đô thị, đồng thời tạo

nguồn tài chính tiềm năng cho dự án. Nằm trong Dự án Tái

phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng, việc quy hoạch quỹ

đất ở nhà ga cũ và tuyến hành lang đường sắt cũ nhắm đến

mục tiêu tái phát triển khu đô thị khu vực nhà ga đường sắt

hiện trạng, tái phát triển các hành lang vận tải công cộng

xanh trên các hành lang đường sắt cũ [9].

2.3.2. Định hướng quy hoạch phát triển không gian đô thị

của thành phố Đà Nẵng

Cơ sở pháp lý chính liên quan đến định hướng quy

hoạch phát triển không gian đô thị thành phố là Quyết định

số 2000/QĐ-UBND ngày 02/04/2014 của UBND thành

phố Đà Nẵng “Về việc ban hành Quy định quản lý theo đồ

án điều chỉnh Quy hoạch chung thành phố Đà Nẵng đến

năm 2030, tầm nhìn đến 2050”, dựa theo Quyết định số

2357/QĐ-TTg ngày 04/12/2013 của Thủ tướng Chính phủ

“Về việc phê duyệt điều chỉnh quy hoạch chung thành phố

Đà Nẵng đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050”.

Theo văn bản này, dân số nội thị Đà Nẵng được dự báo

tăng nhanh: từ 822.630 người năm 2012 lên khoảng 1,3

triệu người năm 2020 (với diện tích đất xây dựng đô thị

khoảng 20.010 ha) và 2,3 triệu người năm 2030 (với diện

tích đất xây dựng đô thị khoảng 37.500 ha) (Chương 1, điều

3, mục 2, trang 3).

Theo “Quy định kiểm soát quản lý phát triển không

gian đô thị và các vùng chức năng” nằm trong quyết định

này, khu đất nhà ga được xác định nằm ở vị trí Khu đô thị

cũ, có định hướng phát triển hạn chế gia tăng dân số, duy

trì không gian đô thị nhà ở thấp tầng kết hợp TMDV nhỏ,

tăng cường cơ sở hạ tầng, từng bước cải tạo chỉnh trang để

có được sự đồng bộ về kiến trúc, cảnh quan đô thị; tổ chức

không gian đô thị khuyến khích xây dựng các công trình

phúc lợi công cộng (Chương 1, điều 10, mục 1, trang 18-

20). Đối với Khu cây xanh công viên, cây xanh cảnh quan,

cây xanh cách ly, thành phố có định hướng xây dựng mới

các công viên quy mô lớn với tính chất đa dạng; tăng cường

diện tích công viên cây xanh trong các khu đất hỗn hợp từ

chỉnh trang đô thị (Chương 1, điều 10, mục 6, trang 31).

Ngoài ra, một số quy chuẩn sử dụng trong nghiên cứu

này được dựa theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về Quy

hoạch xây dựng (QCVN 01:2014/BXD).

3. Kết quả nghiên cứu

3.1. Các đề xuất chung quy hoạch CVĐS Đà Nẵng

3.1.1. Các đề xuất về kiến trúc và cảnh quan

Với ý tưởng hình thành một lá phổi xanh và là một điểm

nhấn cảnh quan giữa lòng thành phố, kết hợp các cơ sở

khoa học đã đề cập, một số đề xuất chung được đưa ra đối

với phương án quy hoạch CVĐS Đà Nẵng như sau:

- Về phân bố các phân khu chức năng trên tổng mặt

bằng: phân khu chức năng trên tổng mặt bằng cần tạo sự đa

dạng về công năng sử dụng theo hướng hình thành một tổ

hợp CVĐS kết hợp công viên các chức năng khác kèm

theo. Đề xuất hai vị trí bố trí các bãi đậu xe (nổi và ngầm)

ở phía Đông Bắc và Tây Nam của khu đất phục vụ cho bản

thân CVĐS và các khu dân cư lân cận (Hình 4);

- Về các chỉ tiêu khống chế trong quy hoạch kiến trúc:

đề xuất diện tích cây xanh và mặt nước trên mặt bằng quy

hoạch sử dụng đất chiếm tối thiểu 60%, diện tích xây dựng

công trình và đường giao thông nội bộ chiếm tối đa 40%;

số tầng cao khống chế tối đa 4 tầng; khoảng lùi tối thiểu so

với chỉ giới đường đỏ là 5 m;

Hình 4. Các vị trí đề xuất xây dựng bãi đỗ xe nổi và ngầm

- Về tổ chức hình khối trên tổng thể: các khối công trình

được bố trí phân tán nhằm khai thác các hướng tiếp cận

khác nhau cho các phân khu chức năng khác nhau. Tuy

nhiên, cần tạo sự kết nối về hình khối giữa các khối công

trình này bằng các giải pháp bố cục tạo hình. Ngoài ra, cần

nhấn mạnh các không gian cây xanh, mặt nước, tiểu cảnh

trang trí trong và ngoài công trình. Đây chính là các yếu tố

giúp kết nối nhiều khối công trình khác nhau cũng như các

không gian trong và ngoài công trình;

- Về khai thác yếu tố lịch sử và nơi chốn của công trình:

khai thác các dấu ấn về một nhà ga đường sắt cũ từng tồn

tại bằng việc nhắc lại những hình ảnh liên quan đến đường

sắt như: đường ray, toa tàu, nhà chờ tàu...


3.1.2. Các đề xuất về tổ chức giao thông

a. Giao thông tiếp cận

- Mở đường mới 10,5 m nối đường Hải Phòng với Trần Cao

Vân (Hình 5A). Con đường mới này sẽ góp phần kết nối hai

con đường nói trên với nhau, rút ngắn khoảng cách có đường

ngang nối hai con đường này (hiện nay là khoảng 1,3 km);

- Tạo đường hầm nối đường Hoàng Hoa Thám với

đường Nguyễn Tất Thành. Đường vào hầm rộng 10m, có

các đường nhánh để có thể tiếp cận từ Hoàng Hoa Thám

tới Hải Phòng và ngược lại (Hình 5B); con đường hầm này

vừa đảm bảo giao thông thông suốt từ Hoàng Hoa Thám ra

Nguyễn Tất Thành vừa không ảnh hưởng đến quy hoạch

cảnh quan của CVĐS;

- Mở rộng đường Hải Phòng từ 9 m thành 15 m, vỉa hè

rộng 5 m (Hình 5C);

- Đường Trần Cao Vân giữ nguyên chiều rộng 10 m,

vỉa hè mở rộng 10 m để tương lai có thể tạo các vịnh đỗ xe

hoặc mở rộng lòng đường (Hình 5D).

Hình 5. Vị trí các tuyến đường đề xuất mở rộng và mở mới

b. Giao thông nội bộ

- Chia đường giao thông trong công viên thành các cấp

khác nhau: 15 m, 7,5 m, 3 m; tương ứng với các trục giao

thông chính, trục giao thông phụ và các đường đi dạo nhỏ

(tiểu cảnh);

- Các đường giao thông chính đều hướng tới các quảng

trường, tạo nên những khu vực tập trung đông người dân

trong các dịp lễ hội, sự kiện.

3.2. Đề xuất và phân tích phương án quy hoạch sử dụng

đất tại CVĐS Đà Nẵng

3.2.1. Đề xuất phương án quy hoạch sử dụng đất

Hình 6. Mặt bằng phương án quy hoạch sử dụng đất CVĐS

Dựa vào các đề xuất chung đã được đưa ra ở Mục 3.1,

một phương án thiết kế quy hoạch sử dụng đất CVĐS được

tác giả đề xuất (Hình 6):

+ Trung tâm công trình CVĐS là một quảng trường lớn,

được bao bọc bởi phân khu SHCĐ;

+ Các phân khu chức năng khác được bố trí phân tán

theo chiều dài khu đất;

+ Trục giao thông chính chạy dọc theo chiều dài khu

đất (theo hướng Đông-Tây); các trục giao thông phụ tạo lối

tiếp cận riêng cho các phân khu chức năng khác nhau.

Một số đề xuất cụ thể về chỉ tiêu quy hoạch kiến trúc

đối với từng phân khu chức năng trên tổng thể công trình

CVĐS được đưa ra (Bảng 2).

Bảng 2. Các chỉ tiêu quy hoạch kiến trúc đối với các phân khu

chức năng trên tổng thể công trình CVĐS

Ký

hiệu

Phân khu

chức năng

Diện tích

(tỉ lệ)

Mật độ

xây dựng Số tầng

Khoảng

lùi

A

Phân khu

SHCĐ

15.000 m2

(12,50%) 50%

2 – 4

tầng 10 m

B

Phân khu

Bảo tàng

24.000 m2

(20,00%) 40%

2 nổi,

1 ngầm 5 m

C

Phân khu

TMDV

15.000 m2

(12,50%) 80%

3 – 4

tầng 5 m

D

Cây xanh

& Mặt

nước

36.000 m2

(30,00%) x x x

E

Bãi đỗ xe

(nổi &

ngầm)

12.000 m2

(10,00%) 80%

2 nổi,

3 ngầm 5 m

G

Quảng

trường &

G.thông

18.000 m2

(15,00%) x x x

Tổng cộng 120.000

(100,00)

Một số ưu, nhược điểm của phương án đề xuất này được

tác giả phân tích, đánh giá theo các yếu tố: tổ chức giao

thông nội bộ, tỉ lệ cơ cấu các phân khu, vị trí tương đối giữa

các phân khu (Bảng 3).

Bảng 3. Đánh giá phương án quy hoạch sử dụng đất CVĐS

Tổ chức giao thông

nội bộ

Tỉ lệ cơ cấu các

phân khu

Vị trí tương đối giữa

các phân khu

* Ưu điểm:

- Tốn ít diện tích

giao thông trong

công trình (15%).

- Giao thông rõ ràng,

các phân khu có các

lối tiếp cận riêng biệt.

- Tạo mặt bằng sinh

động cho công trình

(tính chất phi đối

xứng phù hợp với

thể loại công trình

công viên).

* Ưu điểm:

- Diện tích cây

xanh và cảnh quan

chung chiếm phần

lớn (30% diện tích

xây dựng), chưa

kể cây xanh và

cảnh quan trong

từng phân khu).

* Ưu điểm:

- Các phân khu nằm

cùng phía tạo nên

mảng xanh liên tục.

- Cách sắp xếp phân

tán các phân khu tạo

nên các không gian

ngoài trời riêng biệt

và đa dạng.

- Mảng xanh phía Nam

sẽ là diện tích dự trữ phát

triển giao thông công

cộng trong tương lai.

* Nhược điểm:

- Chưa kết nối các

thành phần chức

năng chặt chẽ với

nhau.

* Nhược điểm:

- Cây xanh phân bố

theo mảng dài phía

Nam, hạn chế tiếp cận

trực tiếp từ phía Bắc.

* Nhược điểm:

- Phân khu TMDV được

ngăn thành hai khu vực,

có thể hạn chế liên hệ

trực tiếp với nhau.

3.2.2. Giới thiệu tổng quan các phân khu chức năng đề

xuất trong phương án quy hoạch sử dụng đất CVĐS

Với nội dung là một công viên chủ đề, hình khối cơ bản

lựa chọn để thiết kế các khối công trình trong các bước thiết

kế tiếp theo của CVĐS Đà Nẵng sẽ là sự kết hợp giữa các

đường thẳng và cong, nhằm tạo sự đa dạng trong hình khối

và hình thành các không gian đa dạng, linh hoạt.


Hình 7. Phác thảo hình khối các công trình trong CVĐS

(Nguồn: Nghiên cứu của tác giả và nhóm SRT-SUP)

Hình 8. Phối cảnh phương án phân khu SHCĐ thuộc CVĐS


Hình 9. Phối cảnh phương án phân khu Bảo tàng thuộc CVĐS


a. Phân khu SHCĐ

Nằm ở trung tâm khu đất, có dạng hình cung tròn, xoay

quanh quảng trường trung tâm, phân khu này bao gồm khu

sinh hoạt trong nhà (chiều cao khống chế tối đa 4 tầng) và

khu sinh hoạt ngoài trời (các sân thể dục, thể thao, mặt

nước, không gian nghỉ ngơi trò chuyện).

b. Phân khu Bảo tàng

Nằm ở phía Tây Bắc khu đất, gồm khu trưng bày trong

nhà (khối nhà 2 tầng nổi, 1 tầng ngầm) và khu trưng bày

ngoài trời. Trong đó, khu trưng bày ngoài trời tận dụng hầu

hết các đường ray cũ để cải tạo làm cảnh quan kết hợp trưng

bày các hiện vật liên quan đến đường sắt.

c. Phân khu TMDV

Nằm ở phía Đông khu đất và được quy hoạch là các

khối nhà phát triển theo phương ngang (chiều cao khống

chế tối đa 4 tầng), có nhiều lối tiếp cận từ tứ phía. Cách bố

trí này sẽ đảm bảo không gây ùn tắt giao thông cục bộ vào

giờ cao điểm và thuận tiện cho việc hình thành các khu

chức năng khác nhau trong cùng phân khu này.

d. Các bãi đỗ xe

Hai bãi đỗ xe được đề xuất bao gồm bãi đỗ xe ngầm 3

tầng ở phía Đông Bắc (cạnh phân khu TMDV), và bãi đỗ

xe ngoài trời ở phía Tây Nam khu đất, góp phần bổ sung

các chỗ đỗ xe công cộng cho khu trung tâm thành phố cũng

như người đến CVĐS.

4. Kết luận và kiến nghị

4.1. Kết luận

Nghiên cứu này đề xuất phương án quy hoạch sử dụng

quỹ đất tại nhà ga Đà Nẵng hiện nay cho công trình CVĐS

Đà Nẵng, với các phân khu khác nhau, theo tiêu chí quy

hoạch phát triển bền vững khu trung tâm đô thị.

Các phân khu thuộc CVĐS tạo nên các không gian tiện nghi

cho các hoạt động học tập, hội họp, tập luyện thể dục thể thao

và gặp gỡ cho người dân đô thị. Ngoài vai trò là một điểm nhấn

cảnh quan trong tổng thể đô thị, công trình này còn là một địa

điểm tham quan, nghỉ ngơi, giải trí tại trung tâm thành phố.

4.2. Kiến nghị

Việc sử dụng một quỹ đất tại khu vực được đánh giá là

“đất vàng” của thành phố để đầu tư cho một công trình CVĐS

có thể không mang lại hiệu quả kinh tế tức thời. Nghiên cứu

này, xét dưới góc độ quy hoạch phát triển bền vững, kiến nghị

thành phố cần có sự mạnh dạn đầu tư theo hướng đảm bảo sự

phát triển lâu dài cho khu vực trung tâm đô thị, vốn đang thiếu

trầm trọng các không gian công viên cho cư dân đô thị, và

ngày càng trở nên chật chột trước sự gia tăng dân số. Một công

viên với chủ đề đường sắt được đặt đúng vị trí địa lý và lịch

sử của nó, sẽ là một công trình mang dấu ấn của thành phố và

là món quà vô giá dành cho các thế hệ tương lai.


[1] Hansen Partnership và Martyn Group, Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi (PFS) của Dự án Di dời ga đường sắt Đà Nẵng và Tái phát triển

đô thị, 2016.

[2] Viện Quy hoạch Xây dựng - Sở Xây dựng thành phố Đà Nẵng,

Thuyết minh Điều chỉnh quy hoạch chung Thành phố Đà Nẵng đến

năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, 2014, 1.

[3] Munro, David, Sustainability: Rhetoric or reality. A Sustainable

World: Defining and Measuring Sustainable Development, California Inst of Public, California, 1995.

[4] Lê Quang Trí, Giáo trình Quy hoạch sử dụng đất đai, Trường Đại

học Cần Thơ, 2005.

[5] Công ty Công viên Cây xanh Đà Nẵng, 2017.

[6] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9257:2012, Quy hoạch cây xanh sử dụng

công cộng trong các đô thị - Tiêu chuẩn thiết kế.

[7] Lưu Anh Rô, “Quy hoạch và quản lý đô thị Đà Nẵng, bài học từ quá

khứ và những đề xuất cho tương lai”, Tạp chí Phát triển Kinh tế - Xã hội Đà Nẵng, Số 03-04, 2002, trang 39-43.

[8] Đinh Nam Đức, Urbanism and architecture of Da Nang City during

the French colonial period (1888-1954), Luận văn Thạc sĩ Trường

Đại học Văn hóa Trung Hoa (Đài Loan), 2015.

[9] Báo Tuổi Trẻ Online, Di dời ga Đà Nẵng kết hợp với phát triển đô

thị, http://tuoitre.vn/di-doi-ga-da-nang-ket-hop-voi-phat-trien-do-

thi-1120237.htm, 2016.


http://tuoitre.vn/di-doi-ga-da-nang-ket-hop-voi-phat-trien-do-thi-1120237.htm

http://tuoitre.vn/di-doi-ga-da-nang-ket-hop-voi-phat-trien-do-thi-1120237.htm

12 Phạm Anh Đức, Trương Thị Thu Hà, Mai Tuấn Vũ

NGHIÊN CỨU CÁC NHÂN TỐ THÀNH CÔNG CHO DỰ ÁN PPP

VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM CHO VIỆT NAM

AN INVESTIGATION INTO CRITICAL SUCCESS FACTORS FOR PPP PROJECTS

AND THE LESSONS LEARNED TO APPLY FOR VIETNAM

Phạm Anh Đức1, Trương Thị Thu Hà2, Mai Tuấn Vũ1 1Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; [email protected], [email protected]

2Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - PPP - Public Private Partnership - Dự án hợp tác Công Tư đang là hướng đi mới trong việc phát triển cơ sở hạ tầng cho các quốc gia trên toàn thế giới, đây là xu hướng đã được các nước thực hiện cách đây vài thập niên và thu được những tín hiệu tích cực. Tuy nhiên, để có thể đạt được những thành công đó, các quốc gia cũng gặp phải không ít những vướng mắc và khó khăn. Bài nghiên cứu này thống kê các nhân tố thành công trong quá trình thực hiện dự án PPP ở các nước dựa vào mô hình các nhân tố thành công (CSFs). Từ đó thiết lập mô hình các nhân tố thành công cho dự án PPP tại Việt Nam, dựa vào kinh nghiệm của các nước và thực trạng thực hiện dự án tại Việt Nam. Đồng thời, những giải pháp khả thi được khuyến nghị để hoàn thiện mô hình PPP tại Việt Nam.

Abstract - Public Private Partnership (PPP) has become a new trend in infrastructure development in many countries in the world. PPP model has been adopted for several past decades and has gained positive results. However, its implementation worldwide encounters lots of impediments and difficulties. This study summarizes the success factors based on the critical success factors (CSFs) model for the implementation of PPP projects in different countries. The CSFs model for PPP projects in Vietnam is based on lessons learned from countries, and the implementation model of PPP projects in Vietnam is then established. In addition, some proposals are recommended to promote PPP projects in Vietnam.

Từ khóa - hợp tác công tư; cơ sở hạ tầng; các nhân tố thành công; bài học kinh nghiệm; dự án xây dựng.

Key words - Public Private Partnership; infrastructure; critical success factors; lessons learned; construction project.


Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của Việt Nam

trên các lĩnh vực kinh tế - chính trị - văn hóa, nhu cầu xây

dựng và hoàn thiện cơ sở hạ tầng đang ngày càng trở nên

bức thiết. Theo ước tính của Bộ Kế hoạch và Đầu tư, nhu

cầu vốn cho cơ sở hạ tầng giai đoạn 2011-2020 vào khoảng

167 tỷ USD, trong đó mỗi năm Việt Nam cần khoảng 133

nghìn tỷ đồng để phát triển hạ tầng giao thông vận tải. Tuy

nhiên, nguồn ngân sách hạn chế của Nhà nước phải đồng

thời phân bổ cho nhiều dự án đầu tư xây dựng đang là một

bài toán khó cho các nhà quản lý tại Việt Nam. Làm cách

nào để có thể vừa phát triển được hệ thống cơ sở hạ tầng

cơ bản, vừa giảm gánh nặng cho ngân sách nhà nước, bài

toán ngân sách hạn chế đã có lời giải với sự ra đời và áp

dụng thành công của các dự án hợp tác theo hình thức công

tư PPP (Public-Private Partnership) đã tạo tiền đề cho việc

đẩy nhanh tốc độ đầu tư xây dựng cơ bản ở nước ta.

Trong vài thập niên qua, mô hình hợp tác công tư đã thu

hút sự chú ý của nhiều quốc gia trên thế giới. Hình thức đầu

tư PPP cho phép Chính phủ không chỉ tận dụng được tài chính

của khu vực tư nhân mà đồng thời đạt được những lợi ích mà

khu vực tư nhân có thể mang lại cả về những kỹ năng và quản

lý. Ngược lại, với việc tham gia vào cơ chế PPP, khu vực tư

nhân có được nhiều cơ hội đầu tư mang tính dài hạn hơn, ít rủi

ro hơn với sự bảo đảm của Nhà nước. Vì vậy, có thể khẳng

định quan hệ đối tác công tư phát huy khả năng và lợi thế của

hai bên đối tác, mang lại nhiều hiệu quả cao cho dự án.

Tuy nhiên, mô hình PPP phải đối mặt với nhiều trở ngại

như chi phí quản lý dự án cao, thời gian thực hiện dự án

kéo dài, thị trường tài chính thiếu hấp dẫn, và các yếu tố

khác. Một số học giả đã có những nghiên cứu chuyên sâu

về PPP, chẳng hạn về quản lý rủi ro, quản lý mối quan hệ

giữa các đối tác, lựa chọn nhà đầu tư, … Trong đó, nghiên

cứu xác định các nhân tố thành công (CSFs) đã được thực

hiện ở một số quốc gia nhằm tìm ra các nhân tố quan trọng

ảnh hướng đến sự thành công của mô hình PPP.

Ở Việt Nam, Chính phủ đã xác định khuyến khích lựa

chọn mô hình hợp tác công tư trong lĩnh vực xây dựng kết

cấu hạ tầng, và nhiều dự án đã được thực hiện theo mô hình

này. Vì vậy, bài báo này sẽ tập trung nghiên cứu vào hai

nội dung. Thứ nhất, nghiên cứu các nhân tố thành công cho

dự án PPP dựa trên mô hình nhân tố thành công (CSFs)

của một số quốc gia. Và thứ hai, bài học kinh nghiệm cho

Việt Nam khi thực hiện PPP sau khi đã phân tích CSFs.

2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu nhân tố thành công

cho dự án PPP trên thế giới và Việt Nam

2.1. Hiểu thế nào về PPP

Hiện nay, trên thế giới chưa có một định nghĩa thống

nhất về thuật ngữ “hợp tác công tư” (PPP). Mỗi quốc gia,

mỗi tổ chức quốc tế đều có một cách hiểu riêng phù hợp

với quá trình áp dụng của mình, mỗi quan điểm đều hướng

đến một khía cạnh cần nhấn mạnh các đặc trưng của PPP.

Bảng 1 trình bày các khái niệm về PPP theo cách hiểu của

từng quốc gia, tổ chức.

Từ Bảng 1 có thể thấy mô hình đối tác công tư có các

đặc trưng cơ bản sau:

- PPP là sự thỏa thuận hợp tác trên cơ sở hợp đồng dài

hạn giữa Nhà nước và khu vực tư nhân trong đầu tư

phát triển cơ sở hạ tầng và cung cấp dịch vụ công;

- Quyền lợi và trách nhiệm của các bên được phân bổ

hợp lý nhằm đạt hiệu quả cao nhất;

- Nhà đầu tư tư nhân thực hiện việc thiết kế, xây dựng,

tài trợ vốn và vận hành dự án;

- Quyền sở hữu tài sản vẫn thuộc về Nhà nước và nhà

đầu tư tư nhân sẽ chuyển giao tài sản lại cho Nhà nước

mailto:[email protected]



khi kết thúc thời gian hợp đồng (giai đoạn đặc quyền);

- Việc thanh toán được thực hiện trong suốt thời gian

hợp đồng.

Bảng 1. Khái niệm PPP

Nguồn Nội dung

Ngân hàng Phát

triển châu Á

(ADB) [1]

PPP đề cập đến sự thỏa thuận bằng hợp đồng

giữa Nhà nước và khu vực tư nhân. Thông qua

đó, kinh nghiệm và nguồn lực tài chính được

hai bên chia sẻ và bổ sung lẫn nhau. Bằng cách

này, rủi ro và lợi ích được chia sẻ nhằm cung

cấp những dịch vụ tốt nhất đến người dân.

Hội đồng quốc

gia Mỹ về PPP

[2]

PPP là sự thỏa thuận bằng hợp đồng giữa cơ

quan công quyền (liên bang, tiểu bang hoặc địa

phương) và thực thể tư nhân. Thông qua sự

thỏa thuận này, kinh nghiệm, tài chính, rủi ro,

và lợi ích được mỗi bên chia sẻ để cung cấp

cho cộng đồng các dịch vụ hoặc cơ sở hạ tầng.

Hội đồng quốc

gia Trung Quốc

về PPP [3]

PPP là sự thỏa thuận bằng hợp đồng giữa cơ

quan Nhà nước và tư nhân, thông qua đó, mỗi

bên chia sẻ các kỹ năng, tài sản, rủi ro và lợi

ích trong việc cung cấp dịch vụ và cơ sở hạ

tầng đến cộng đồng dân cư.

Việt Nam

(15/2015/NĐ-

CP)

Đầu tư theo hình thức đối tác công tư (PPP) là

hình thức đầu tư được thực hiện trên cơ sở hợp

đồng giữa cơ quan Nhà nước có thẩm quyền

và nhà đầu tư, doanh nghiệp dự án để thực

hiện, quản lý, vận hành dự án kết cấu hạ tầng,

cung cấp dịch vụ công.

Như vậy, hợp tác công tư khác với tư nhân hóa tài sản.

Trong tư nhân hóa tài sản, Nhà nước từ bỏ quyền sở hữu,

quản lý (thoái vốn) và chuyển giao các quyền này cho nhà

đầu tư tư nhân, Nhà nước chỉ quản lý thông qua luật, quy

định chuyên ngành. Ngược lại, với PPP, Nhà nước vẫn giữ

nguyên quyền sở hữu, quản lý và có thể đặt ra những chuẩn

mực, yêu cầu ràng buộc về cam kết chất lượng và dịch vụ

đối với nhà cung cấp tư nhân.

Tùy theo sự điều tiết của Nhà nước và mức độ tham gia

của khu vực tư nhân hay sự chia sẻ trách nhiệm và mức độ

rủi ro giữa các bên, sẽ có các hình thức kết hợp Nhà nước-

tư nhân khác nhau. Hiện nay, có 7 hình thức hợp đồng chủ

yếu, gồm hợp đồng dịch vụ, quản lý, cho thuê, nhượng

quyền, xây dựng – kinh doanh – chuyển giao (BOT) và các

biến thể, và liên doanh [4]. Bảng 2 mô tả các đặc điểm chủ

yếu của hình thức hợp đồng PPP dựa trên mối quan hệ đối

tác Nhà nước - tư nhân.

Bảng 2. Các hình thức kết hợp của Nhà nước và tư nhân

Hình thức

hợp đồng

Quyền sở

hữu tài

sản

Thời gian

thực hiện

Vận hành

và bảo trì

Đầu tư

vốn

Rủi ro

thương

mại

Dịch vụ Nhà nước 1-3 năm Nhà nước Nhà nước Nhà nước

Quản lý Nhà nước 2-5 năm Tư nhân Nhà nước Nhà nước

Cho thuê Nhà nước 10-15

năm Tư nhân Nhà nước Chia sẻ

Nhượng

quyền

Nhà nước/

Tư nhân

25-30

năm Tư nhân Tư nhân Tư nhân

BOT và

biến thể

Nhà nước/

Tư nhân Thay đổi Tư nhân Tư nhân Tư nhân

Liên

doanh

Nhà nước,

tư nhân

Không

thời hạn Tư nhân

Nhà nước,

tư nhân Chia sẻ

2.2. Nghiên cứu nhân tố thành công cho dự án PPP ở

các quốc gia và Việt Nam

Trong lĩnh vực xây dựng, nhiều nghiên cứu đã vận dụng

phương pháp CSFs để xác định các nhân tố ảnh hưởng chủ

yếu đến sự thành công của một dự án. Do cơ chế vận hành

phức tạp và sự phổ biến của mô hình PPP, nghiên cứu CSFs

được thực hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới như Anh, Ấn

Độ, Trung Quốc, Australia, …. Chẳng hạn, Li và cộng sự

(2005) đã tổng hợp các nghiên cứu trước đó về CSFs trong

lĩnh vực xây dựng để tổng hợp 18 nhân tố quan trọng tác

động đến sự thành công của các dự án PPP ở nước Anh.

Thông qua phát phiếu điều tra, Chan và cộng sự (2010)

đã tổng hợp 5 nhóm nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến sự

thành công của dự án PPP ở Trung Quốc và Hồng Kông. Tại

Australia, Jefferies và cộng sự (2002, 2006) đã nghiên cứu

về CSFs đối với loại dự án xây dựng – sở hữu – kinh doanh

– chuyển giao (BOOT). Hai dự án Sydney SuperDome và

Stadium Australia sử dụng để kiểm tra mô hình CSFs.

Tại Việt Nam, có một số nghiên cứu về mô hình PPP

như các nghiên cứu của Huỳnh Thị Thúy Giang (2011),

Nguyễn Ngọc Hà và cộng sự (2015). Thông qua phỏng vấn

trực tiếp 150 công ty tư nhân thuộc các ngành xây dựng,

giao thông, và viễn thông tại Việt Nam, tác giả Huỳnh Thị

Thúy Giang đã tổng hợp 18 nhân tố ảnh hưởng đến sự thành

công của dự án PPP [9]. Trong nghiên cứu của tác giả

Nguyễn Ngọc Hà và cộng sự, đã rút ra những bài học kinh

nghiệm cho Việt Nam từ thực tiễn triển khai mô hình PPP

ở Mỹ và Australia [10].

Mặc dù tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu về PPP,

về mô hình CSFs cũng như các yếu tố rủi ro ảnh hưởng đến

sự thành công của dự án PPP, tuy nhiên, hầu hết những

nghiên cứu này được thực hiện trước năm 2015, là thời

điểm mà Nghị định về đầu tư theo hình thức đối tác công

tư chưa ra đời (Nghị định số 15/2015/NĐ-CP). Vì vậy,

nghiên cứu các nhân tố CSFs cho dự án PPP trong bối cảnh

hiện nay là thực sự cần thiết.

3. Cơ sở lý luận của phương pháp nghiên cứu

Rockart (1982) định nghĩa những nhân tố thành công

(CSFs - Critical Success Factors) là “những nhân tố quan

trọng của một hoạt động mà kết quả thuận lợi của chúng là

cần thiết để giúp người quản lý đạt được các mục tiêu” [11].

CSFs thường dùng để chỉ đặc điểm môi trường bên trong

hoặc bên ngoài của một tổ chức mà có tác động đáng kể đến

việc đạt được mục tiêu cuối cùng của tổ chức đó. CSFs ban

đầu được sử dụng phổ biến để đánh giá sự quản lý trong dịch

vụ tài chính, hệ thống thông tin, và công nghiệp sản xuất.

Trong lĩnh vực xây dựng, nhiều nghiên cứu đã sử dụng

mô hình CSFs để tìm ra những nhân tố thành công chủ yếu

áp dụng cho dự án PPP. Mỗi quốc gia đều tìm ra những

nhân tố then chốt và bài học kinh nghiệm riêng. Tuy nhiên,

có những nhân tố được xem là tiên quyết mà các quốc gia

đều có những quan điểm tương đồng trong quá trình thực

hiện dự án. Trong bài báo này, bảng dữ liệu các nhân tố

thành công cho dự án PPP tại Việt Nam được thiết kế dựa

trên việc phân tích và tổng hợp những nghiên cứu về CSFs

của 10 quốc gia/khu vực trên thế giới, gồm: Anh, Ba Lan,

Australia, Uganda, UAE, Ấn Độ, Trung Quốc, Hồng Kông,

Singapore, và Malaysia. Danh mục các nghiên cứu được


trình bày ở Bảng 3. Mười quốc gia được chọn đến từ các

châu lục khác nhau gồm các nước phát triển và đang phát

triển. Khu vực Đông Nam Á có 2 đại diện là Singapore và

Malaysia. Trung Quốc được chọn vì là nước có cùng thể

chế chính trị với Việt Nam. Các nghiên cứu được thực hiện

từ năm 2002 đến 2016.

Bảng 3. Nghiên cứu về CSFs của PPP ở các quốc gia

Quốc gia

/Lãnh thổ Tên tác giả Năm

Anh Li và cộng sự [5] 2005

Poland Beata Zagozdzon [12] 2016

Australia Nguyễn Ngọc Hà và cộng sự [10] 2015

Jefferies và cộng sự [7, 8] 2002, 2006

Uganda Alinaitwe và cộng sự [13] 2013

UAE Dulaimi và cộng sự [14] 2010

India Gunnigan và cộng sự [15] 2010

China Chan và cộng sự [6] 2010

Hong Kong Chan và cộng sự [6] 2010

Singapore Hwang và cộng sự [16] 2013

Malaysia Suhaiza Ismail [17] 2015

4. Nhân tố thành công cho dự án PPP tại Việt Nam

Trong phần này tác giả thống kê các nhân tố thành công

của dự án PPP ở một số quốc gia và trình bày thực trạng

của các dự án PPP tại Việt Nam. Trên cơ sở đó, phân tích

và tổng hợp những nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất đến sự

thành công của dự án PPP của Việt Nam và đề xuất giải

pháp hoàn thiện mô hình.

4.1. Nhân tố thành công cho dự án PPP ở các quốc gia

Bảng 4 tổng hợp các nhân tố ảnh hưởng đến sự thành

công của dự án PPP. Ở mỗi quốc gia, 5 nhân tố thành công

quan trọng nhất được lựa chọn. Dễ dàng nhận thấy rằng, một

khung pháp lý hoàn thiện có tầm ảnh hưởng lớn nhất (7/10

quốc gia); kế đến là sự phân chia rủi ro hợp lý giữa Nhà nước

và tư nhân, và sự lớn mạnh của khu vực tư nhân (6/10 quốc

gia); có 4/10 quốc gia cho rằng, thị trường tài chính dễ tiếp

cận góp phần thúc đẩy sự thành công của dự án PPP; có 3/10

quốc gia bị chi phối bởi sự ổn định về chính trị, nền kinh tế

vĩ mô ổn định, và năng lực của cơ quan phụ trách dự án.

Trong 19 nhân tố được tổng hợp, có 8 nhân tố ảnh hưởng

nhiều nhất đến sự thành công của dự án PPP (từ 3 quốc gia

trở lên), 11 nhân tố còn lại tác động chỉ ở 1 đến 2 quốc gia.

4.2. Thực trạng của dự án PPP tại Việt Nam

Tại Việt Nam, mô hình PPP được tiến hành thí điểm và

pháp lý hoá bằng Quyết định số 71/2010/QĐ-TTg. Quyết

định này đi kèm với quy trình chọn lọc các dự án thí điểm

(do chính quyền địa phương đề xuất) được Bộ Kế hoạch và

Đầu tư triển khai để lập dự án PPP. Trước đó, các dự án thực

hiện theo mô hình này (được coi là mô hình PPP truyền

thống) chịu sự chi phối của Nghị định số 108/2009/NĐ-CP

về đầu tư theo hình thức hợp đồng xây dựng – kinh doanh –

chuyển giao (BOT), hợp đồng xây dựng – chuyển giao –

kinh doanh (BTO), hợp đồng xây dựng – chuyển giao (BT).

Sau 5 năm thí điểm, ngày 14/02/2015 Chính phủ đã

chính thức ban hành văn bản pháp luật về đầu tư theo hình

thức đối tác công tư (Nghị định số 15/2015/NĐ-CP). Nghị

định này thay thế cho Nghị định số 108/2009/NĐ-CP và

Quyết định số 71/2010/QĐ-TTg. Đồng thời, các hình thức

hợp đồng đầu tư dự án như BOT, BTO và BT được chính

thức coi là các dạng thức của hợp đồng đầu tư theo hình

thức PPP và chịu sự điều chỉnh thống nhất của Nghị định

số 15/2015/NĐ-CP.

Đồng thời, Chính phủ cũng ban hành Nghị định số

30/2015/NĐ-CP (ngày 17/03/2015) quy định chi tiết một

số điều của Luật Đấu thầu về lựa chọn nhà đầu tư; trong đó

áp dụng lựa chọn nhà đầu tư theo hình thức PPP. Như vậy,

với sự ra đời của Nghị định số 15/2015/NĐ-CP và Nghị

định số 30/2015/NĐ-CP, khung pháp lý cho các dự án PPP

ở Việt Nam đã thống nhất và rõ ràng, phù hợp với thông lệ

quốc tế và điều kiện quốc gia.

Theo thống kê của Ngân hàng Thế giới, trong giai đoạn

1994-2014, Việt Nam có 84 dự án được thực hiện theo mô

hình hợp tác công tư với tổng mức vốn cam kết khoảng

13,389 tỉ đô-la. Chỉ riêng trong khoảng thời gian từ 2001-

2014, số dự án được thực hiện là 74 dự án với số vốn

12,494 tỉ đô-la. Bên cạnh đó, theo thống kê của trang thông

tin điện tử đầu tư của Bộ Kế hoạch và Đầu tư, theo hình

thức đối tác công tư, năm 2016, cả nước có 27 dự án PPP,

chiếm xấp xỉ 1/3 tổng số dự án PPP của 20 năm trước đó

cộng lại (1994 - 2014).

Mặc dù số lượng dự án PPP thực hiện ở Việt Nam có

chiều hướng tăng, tình hình triển khai và thực hiện các dự

án này vẫn chưa đạt kết quả như kì vọng của Chính phủ và

còn nhiều vấn đề cần xem xét.

Bảng 4. Các nhân tố thành công chủ yếu trong thực hiện dự án PPP của các quốc gia

TT Nhân tố (Factors)

En

gla

nd

Ind

ia

Po

lan

d

Ma

lay

sia

UA

E

Au

stra

lia

Ug

an

da

Sin

ga

po

re

Ch

ina

Ho

ng

Kon

g

Tổ

ng

1 Khung pháp lý hoàn thiện * * * * * * * 7

2 Phân chia rủi ro hợp lý * * * * * * 6

3 Sự lớn mạnh của khu vực kinh tế tư nhân * * * * * * 6

4 Thị trường tài chính dễ tiếp cận * * * * * 5

5 Sự cam kết bền vững của nhà nước và tư nhân * * * * 4

6 Nền kinh tế vĩ mô ổn định * * * 3

7 Nền chính trị ổn định/Sự ủng hộ từ chính quyền * * * 3

8 Cơ quan phụ trách dự án hoạt động hiệu quả * * * 3


9 Năng lực quản lý nhà nước tốt * * 2

10 Chính sách kinh tế thuận lợi * 1

11 Quy trình đấu thầu minh bạch * 1

12 Quy trình đấu thầu cạnh tranh * 1

13 Sự đảm bảo an toàn của chính phủ khi tham gia dự án * 1

14 Vai trò và trách nhiệm của các bên được xác định rõ ràng * 1

15 Hợp đồng rõ ràng * 1

16 Đánh giá cẩn thận và thực tế về chi phí và lợi ích * 1

17 Sự hỗ trợ từ xã hội * 1

18 Tuân thủ khung thời gian * 1

19 Công cụ theo dõi và đánh giá dự án hiệu quả * 1

Thứ nhất, một số nội dung quy định tại Nghị định số

15/2015/NĐ-CP còn chưa phù hợp. Nghị định này chịu sự

chi phối của nhiều văn bản luật khác nhau như Luật Doanh

nghiệp, Luật Xây dựng, Luật Đất đai, Luật Đầu tư công.

Do đó, giai đoạn chuẩn bị đầu tư kéo dài và thủ tục cấp giấy

chứng nhận đăng kí đầu tư (GCNĐKĐT) còn phức tạp. Mặt

khác, thủ tục cấp GCNĐKĐT đối với dự án PPP còn mang

tính hình thức, nhất là trong trường hợp bộ, ngành, ủy ban

nhân dân cấp tỉnh vừa là cơ quan ký kết hợp đồng, vừa là

cơ quan cấp GCNĐKĐT.

Thứ hai, việc thực hiện dự án BT còn nhiều bất cập và

thiếu minh bạch. Trong điều kiện nguồn vốn ngân sách

đầu tư cho phát triển cơ sở hạ tầng còn hạn chế, nhiều dự

án BT được phê duyệt nhằm mục đích đổi đất lấy hạ tầng.

Tuy nhiên, hầu hết các dự này đều chỉ định nhà đầu tư

hoặc dựa trên đề xuất của một nhà đầu tư. Quỹ đất để

thanh toán cho nhà đầu tư được định giá thấp hơn nhiều

so với giá thị trường. Điều này là đi ngược với quy luật

thị trường, làm giảm sự cạnh tranh, minh bạch của môi

trường đầu tư và gây thiệt hại đáng kể cho ngân sách nhà

nước. Chẳng hạn, dự án xây dựng tuyến đường trục phía

bắc Hà Đông (Hà Nội) theo hình thức hợp đồng BT của

Công ty Cổ phần Tập đoàn Nam Cường là một ví dụ điển

hình. Tổng mức đầu tư xây dựng là hơn 700 tỉ đồng, nhà

đầu tư được thanh toán bằng 197 ha đất ở khu vực gần

tuyến đường này để thực hiện dự án khu đô thị. Tại thời

điểm bàn giao quỹ đất, giá đất được tính khoảng 8,5 triệu

đồng/m2. Tuy nhiên, sau khi tuyến đường trục phía bắc

Hà Đông được hoàn thành, giá đất tại đây đã lên tới 30-

40 triệu đồng/m2 [18].

Thứ ba, việc thực hiện các dự án BOT còn nhiều bất

cập. Nhiều dự án thực hiện trên tuyến đường độc đạo khiến

người sử dụng không có quyền lựa chọn. Trạm thu phí đặt

sai vị trí, giá phí cao và thời gian thu phí kéo dài. Chất

lượng công trình sử dụng nhanh xuống cấp, không tương

xứng với chi phí mua dịch vụ. Ví dụ điển hình nhất là dự

án đầu tư tuyến tránh Quốc lộ 1 (QL1) qua thị xã Cai Lậy

(Tiền Giang). Dự án này gồm 2 hợp phần: xây dựng tuyến

tránh thị xã Cai Lậy và cải tạo, tăng cường mặt đường QL1.

Tuy nhiên, khi dự án đi vào hoạt động, trạm thu phí lại đặt

trên QL1, nghĩa là phương tiện không đi qua tuyến đường

tránh đều phải trả phí [19].

4.3. Nhân tố thành công cho dự án PPP tại Việt Nam

Từ nghiên cứu thực trạng các dự án PPP ở Việt Nam và

nghiên cứu các nhân tố thành công của PPP tại một số nước

trên giới, những nhân tố quan trọng nhất, có tác động lớn

nhất đến sự thành công của một dự án PPP điển hình được

lựa chọn và khuyến nghị cho Việt Nam. Theo đó, 8 nhân

tố ảnh hưởng lớn nhất trong Bảng 4 được lựa chọn và sắp

xếp vào 4 nhóm (Bảng 5), gồm môi trường kinh tế vĩ mô

ổn định, sự chia sẻ trách nhiệm giữa nhà nước và tư nhân,

quy trình đấu thầu minh bạch và hiệu quả, và môi trường

chính trị, xã hội ổn định.

Bảng 5. Nhóm các nhân tố thành công quan trọng nhất

Nhóm nhân

tố 8 nhân tố quan trọng nhất

Môi trường

kinh tế vĩ mô

ổn định

Khung pháp

lý hoàn thiện Phân chia

rủi ro hợp lý Thị trường

tài chính

dễ tiếp cận

Nền kinh

tế vĩ mô

ổn định

Sự chia sẻ

trách nhiệm

giữa Nhà

nước và tư

nhân

Sự cam kết

bền vững của

Nhà nước và

tư nhân

Quy trình

đấu thầu

minh bạch

và hiệu quả

Cơ quan phụ

trách dự án

hoạt động

hiệu quả

Môi trường

chính trị, xã

hội ổn định

Sự lớn mạnh

của khu vực

kinh tế tư

nhân

Nền chính

trị ổn định/

Sự ủng hộ từ

chính quyền

Từ Bảng 5 dễ dàng nhận thấy nhóm nhân tố môi trường

kinh tế vĩ mô tác động nhiều nhất đến sự thành công của dự

án PPP (4 nhân tố); tiếp theo là nhóm nhân tố môi trường

chính trị, xã hội ổn định, thể hiện ở 2 nhân tố là sự lớn mạnh

của khu vực kinh tế tư nhân và sự ổn định về chính trị. Hai

nhóm nhân tố ít ảnh hưởng hơn gồm sự chia sẻ trách nhiệm

giữa nhà nước và tư nhân, và quy trình đấu thầu (thể hiện ở

sự hoạt động hiệu quả của cơ quan phụ trách dự án).

4.4. Đề xuất giải pháp hoàn thiện mô hình PPP tại Việt Nam

Căn cứ vào tình hình thực hiện mô hình hợp tác công tư

tại Việt Nam (mục 4.2) và kết quả phân tích ở mục 4.3, tác

giả khuyến nghị một số biện pháp nhằm thúc đẩy sự phát

triển của mô hình PPP tại Việt Nam. Các giải pháp gồm:

- Tạo lập môi trường kinh tế vĩ mô ổn định;

- Cụ thể hóa sự cam kết của Nhà nước và tư nhân;

- Tăng cường năng lực quản lý và thực hiện dự án.

Giải pháp nhằm tạo môi trường chính trị, xã hội ổn định

được bỏ qua vì Việt Nam luôn được đánh giá là quốc gia

có môi trường chính trị và xã hội ổn định [20].


4.4.1. Tạo lập môi trường kinh tế vĩ mô ổn định

a. Hoàn thiện khung pháp lý áp dụng cho PPP

Do đặc trưng của mô hình PPP (có sự tham gia của khu

vực nhà nước và tư nhân), khung pháp lý về PPP đóng vai

trò quan trọng để các dự án PPP hoạt động hiệu quả. Mặc

dù Chính phủ đã ban hành Nghị định 15/2015/NĐ-CP và

Nghị định 30/2015/NĐ-CP, những văn bản này vẫn bộc lộ

nhiều hạn chế và bất cập. Để mô hình PPP thực sự phát

triển, cần tạo một hành lang pháp lý đủ mạnh là xây dựng

một đạo luật riêng cho mô hình này. Trong thời gian chờ

đợi sự ra đời của Luật đầu tư về PPP, cần nhanh chóng ban

hành nghị định thay thế Nghị định 15/2015/NĐ-CP và

Nghị định 30/2015/NĐ-CP nhằm kịp thời khắc phục những

hạn chế, bất cập cũng như kế thừa những quy định đã được

thực hiện ổn định và còn phù hợp.

Thứ nhất, hạn chế tối đa các trường hợp chỉ định nhà

đầu tư (đặc biệt trong các dự án BT, BOT). Nghị định điều

chỉnh và bổ sung Nghị định 30/2015/NĐ-CP cần quy định

chi tiết các trường hợp áp dụng chỉ định nhà đầu tư; đồng

thời cần xây dựng và công khai rõ các tiêu chuẩn cho việc

lựa chọn nhà đầu tư trong trường hợp chỉ định, cũng như

cần có các tiêu chí bổ sung đối với một số dự án mang tính

chất xã hội hoặc một số dự án có các tính chất đặc biệt. Chủ

đầu tư cũng cần công khai các lý do chỉ định nhà đầu tư

thực hiện dự án PPP để đảm bảo tính hiệu quả của dự án.

Nghị định điều chỉnh và bổ sung Nghị định 15/2015/NĐ-

CP cần xem xét bỏ quy định về thủ tục cấp GCNĐKĐT và

bổ sung quy định công khai thông tin hợp đồng dự án để

đảm bảo minh bạch.

Thứ hai, xây dựng các chính sách ưu đãi để thu hút nhà

đầu tư. Chẳng hạn, Nhà nước có thể xem xét miễn thuế sử

dụng đất, miễn thuế thu nhập doanh nghiệp trong những

năm đầu dự án hoạt động, hoặc miễn giảm thuế nhập khẩu

đối với một số máy móc, nguyên liệu.

Thứ ba, hoàn thiện cơ chế đánh giá cho các dự án PPP

nhằm đảm bảo lợi nhuận kì vọng của nhà đầu tư, lợi ích

của Nhà nước về chi phí và khả năng chi trả dịch vụ của

người dân. Cuối cùng, hoàn thiện cơ chế điều chỉnh giá phù

hợp nhằm đảm bảo tính khả thi trong suốt vòng đời dự án.

Cơ chế này phải nêu rõ lý do điều chỉnh giá, cách thức, mức

độ điều chỉnh và chu kỳ xem xét việc điều chỉnh giá.

b. Chia sẻ rủi ro hợp lý giữa Nhà nước và tư nhân

Mô hình đối tác công tư là một mô hình đầu tư dài hạn

nên việc chia sẻ rủi ro là một trong những khó khăn lớn

nhất. Do đó, cần phân chia hợp lý và chi tiết rủi ro giữa

Nhà nước và nhà đầu tư trong từng giai đoạn cụ thể của dự

án. Các quyết định về phân chia rủi ro cần tuân thủ nguyên

tắc “phân bố rủi ro cho bên có khả năng quản lý rủi ro tốt

nhất” và các rủi ro này cần tính toán đến yếu tố thị trường.

Chẳng hạn, có những rủi ro mà nhà đầu tư có thể quản

lý tốt hơn, nhưng Nhà nước không thể dồn tất cả rủi ro cho

họ, Nhà nước có thể đảm nhiệm một số rủi ro để tránh tăng

chi phí (như rủi ro về chính sách, lạm phát, lãi suất). Các

doanh nghiệp trong nước cũng cần được đào tạo, hỗ trợ và

xây dựng liên doanh với nhà đầu tư nước ngoài. Triển khai

các công cụ nhằm tạo điều kiện tiếp cận tín dụng thuận lợi

và bảo lãnh tài chính cho các doanh nghiệp đã được đánh

giá là có năng lực, có khả năng tổ chức và tài chính tốt.

c. Duy trì sự ổn định của chính sách kinh tế

Hợp đồng hợp tác công tư là hợp đồng dài hạn nên

chính sách kinh tế thiếu tính ổn định sẽ tạo nhiều rủi ro cho

các nhà đầu tư. Do đó, Nhà nước khi ban hành chính sách

hay soạn thảo các văn bản pháp luật cần tính đến tầm nhìn

dài hạn, tránh sự chồng chéo giữa các văn bản, cũng như

hạn chế tối đa việc “sửa đổi, bổ sung” khi văn bản pháp

luật có hiệu lực chưa lâu.

4.4.2. Cụ thể hóa sự cam kết của Nhà nước và tư nhân

Hợp đồng ký kết giữa chính quyền và nhà đầu tư cần rõ

ràng, minh bạch, là điều kiện tiên quyết để chính quyền

đảm bảo quyền lợi của nhà đầu tư và là cơ sở để chính

quyền tận dụng hiệu quả nhất tính năng động và cạnh tranh

của khu vực tư nhân, góp phần tiết kiệm các chi phí về cơ

sở hạ tầng của toàn xã hội. Trách nhiệm, vai trò của các

bên trong hợp đồng phải được cụ thể hóa, chẳng hạn, trách

nhiệm bảo trì công trình, nâng cấp công nghệ của nhà đầu

tư khi dự án đi vào khai thác; sự cam kết ủng hộ về chính

trị từ phía chính phủ đối với dự án.

4.4.3. Tăng cường năng lực quản lý và thực hiện dự án

Đào tạo đội ngũ nhân sự có năng lực để tham gia điều

hành dự án là hết sức cần thiết. Việc này áp dụng cả với

nhân sự của các bộ, sở, ban ngành, và đặc biệt là cơ quan

phụ trách dự án. Sự hỗ trợ của các chuyên gia luật, kỹ thuật

và kinh tế giúp đội ngũ cán bộ quản lý có hiểu biết sâu rộng

về PPP, nâng cao năng lực lập đề xuất dự án, lựa chọn nhà

đầu tư, đàm phán và xây dựng hợp đồng, đảm bảo lợi ích

của nhà nước khi đàm phán với nhà đầu tư. Bên cạnh đó,

trong một số dự án cụ thể cần tham vấn các chuyên gia có

kinh nghiệm về cấu trúc tài chính dự án và đánh giá tài

chính dự án (lĩnh vực mà năng lực của cơ quan phụ trách

dự án còn yếu) nhằm đưa vào danh mục kêu gọi đầu tư

những dự án thực sự cần thiết và khả thi.

Ngoài ra, cần có bộ phận theo dõi, ghi chép và tổng hợp

kinh nghiệm của các dự án PPP đã thực hiện. Từ đó, phổ

biến những cách làm hiệu quả, đồng thời rút ra những bài

học kinh nghiệm cho các dự án tiếp theo.

5. Kết luận

Bài nghiên cứu cung cấp những thông tin hữu ích về dự

án đầu tư theo mô hình hợp tác công tư (PPP) cũng như

thực trạng triển khai dự án ở Việt Nam. Thông qua nghiên

cứu các bài học thành công về PPP của các nước trên thế

giới (dựa trên nhân tố CSFs) và tình hình thực hiện dự án

ở Việt Nam, tác giả đã thống kê, phân loại và xếp hạng các

nhân tố ảnh hưởng đến sự thành công của dự án PPP; qua

đó rút ra những bài học kinh nghiệm trong triển khai thực

hiện dự án PPP ở Việt Nam.

Tác giả đã khuyến nghị một số biện pháp cụ thể dựa

trên 8 nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến sự thành công của

dự án PPP ở các quốc gia khác. Ba biện pháp chính gồm

tạo lập môi trường kinh tế vĩ mô ổn định, cụ thể hóa sự cam

kết của nhà nước và tư nhân, và tăng cường năng lực quản

lý và thực hiện dự án của cơ quan Nhà nước.

Với những khuyến nghị đã trình bày, tài liệu này sẽ là

kênh tham khảo hữu ích cho các cơ quan chức năng, các

nhà nghiên cứu cũng như nhà đầu tư. Hy vọng với những

phát hiện đã nêu, mô hình hợp tác công tư sẽ ngày càng


hoàn thiện, góp phần phát triển cơ sở hạ tầng và thúc đẩy

tăng trưởng kinh tế của Việt Nam.

Hướng nghiên cứu tiếp theo, các khảo sát và phân tích

định lượng về các nhân tố ảnh hưởng quan trọng nên được

thực hiện tại Việt Nam. Qua đó khuyến nghị các chính sách

giúp gia tăng việc thu hút và triển khai hiệu quả dự án đầu

tư theo hình thức PPP.


[1] A.D. Bank, Public–private partnership operational plan 2012 –2020: Realizing the vision for Strategy 2020 - The transformational

role of public–private partnerships in Asian Development Bank operations, Philippines, 2012.

[2] T.N.C.f., Private - Public Partnerships, 7 keys to success,

http://www.ncppp.org/ppp-basics/7-keys/. (Accessed 14/03 2017).

[3] Y. Ke, M. Jefferies, A. Shrestha, X.-H. Jin, “Public Private

Partnership In China: Where To From Here, Organization”,

Technology and Management in Construction: An International

Journal, 6(3), 2014, pp. 1156-1162.

[4] Nghị định về đầu tư theo hình thức đối tác công tư, in: C. phủ (Ed.)

Chính phủ, 2015.

[5] B. Li, A. Akintoye, P.J. Edwards, C. Hardcastle, “Critical success

factors for PPP/PFI projects in the UK construction industry”, Construction Management and Economics, 23(5), 2005, pp. 459-471.

[6] A.P.C. Chan, P.T.I. Lam, D.W.M. Chan, M.ASCE, E. Cheung, Y.

Ke, “Critical Success Factors for PPPs in Infrastructure

Developments: Chinese Perspective”, Journal of Construction

Engineering and Management, 136(5), 2010, pp. 484-494.

[7] M. Jefferies, R. Gameson, S. Rowlinson, “Critical success factors of

the BOOT procurement system: reflections from the Stadium Australia case study”, Engineering, Construction and Architectural

Management, 9(4), 2002, pp. 352-361.

[8] M. Jefferies, “Critical success factors of public private sector

partnerships: A case study of the Sydney SuperDome”, Engineering,

Construction and Architectural Management, 13(5), 2006, pp. 451-462.

[9] H.T.T. Giang, Hình thức hợp tác công tư (Public Private

Partnership) để phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ Việt

Nam, Trường Đại học Kinh tế Thành phố Hồ Chí Minh, 2012.

[10] N.N. Hà, T.N. Trung, “Bài học từ thực tiễn triển khai mô hình PPP

tại Mỹ và Australia”, Tạp chí Tài chính 2, 2015.

[11] J.F. Rockart, “The changing role of information system executive:

A critical success factors perspective”, Sloan Management Review,

24(1), 1982, pp. 3-13.

[12] B. Zagozdzon, Public–Private Partnership and the Development of

Transport Infrastructure in Poland: The Analysis of Critical Success Factors, in: M. Bąk (Ed.), Transport Development Challenges in the

Twenty-First Century: Proceedings of the 2015 TranSport Conference,

Springer International Publishing, Cham, 2016, pp. 125-138.

[13] H. Alinaitwe, R. Ayesiga, “Success Factors for the Implementation of Public–Private Partnerships in the Construction Industry in

Uganda”, Journal of Construction in Developing Countries, 18(2),

2013, pp. 1-14.

[14] M.F. Dulaimi, M. Alhashemi, F.Y.Y. Ling, M. Kumaraswamy, “The

execution of public–private partnership projects in the UAE”, Construction Management and Economics, 28(4), 2010, pp. 393-402.

[15] L. Gunnigan, R. Rajpu, Comparison of Indian PPP Construction

Industry and European PPP Construction Industry: Process,

Thresholds and Implementation, CTB World Congress 2010,

Salford, England, 2010.

[16] B.G. Hwang, X. Zhao, M.J.S. Gay, “Public private partnership

projects in Singapore: Factors, critical risks and preferred risk allocation from the perspective of contractors”, International

Journal of Project Management, 31(3), 2013, pp. 424-433.

[17] S. Ismail, “Critical success factors of public private partnership

(PPP) implementation in Malaysia”, Asia-Pacific Journal of

Business Administration, 5(1), 2015, pp. 6-19.

[18] L. Hoài, Dự án BT: Mảnh đất màu mỡ cho tham nhũng, 2017,

http://tuoitre.vn/du-an-bt-manh-dat-mau-mo-cho-tham-nhung-20171020084206578.htm. (Accessed 20/10/2017).

[19] M. Thư, BOT cần tránh 4 đại vấn đề, 2017,

http://baodauthau.vn/dau-tu/bot-can-tranh-4-dai-van-de-

48914.html. (Accessed 20/10/2017).

[20] V.K.t.v.H.b. (IEP), Việt Nam nằm trong danh sách 10 quốc gia hoàn

toàn không có xung đột, 2016, https://vnexpress.net/tin-tuc/the-

gioi/viet-nam-nam-trong-danh-sach-10-quoc-gia-hoan-toan-khong-co-xung-dot-3416633.html. (Accessed 29/8/2017).


http://baodauthau.vn/dau-tu/bot-can-tranh-4-dai-van-de-48914.html

http://baodauthau.vn/dau-tu/bot-can-tranh-4-dai-van-de-48914.html

18 Nguyễn Thu Hà, Phạm Văn Ngọc, Đỗ Hữu Đạo

KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BAN ĐẦU PHỤC VỤ VIỆC LỰA CHỌN

PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN

PRELIMINARY ANALYSIS RESULTS FOR CHOOSING THE SUITABLE METHOD

FOR CALCULATING BEARING CAPACITY OF PILES

Nguyễn Thu Hà, Phạm Văn Ngọc, Đỗ Hữu Đạo

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected], [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Hiện nay, móng cọc được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong nhiều loại công trình xây dựng. Cọc dùng cho loại công trình nào thì thường được tính toán thiết kế tuân theo quy phạm sử dụng cho loại công trình đó. Các nhà tư vấn thiết kế thường dự báo sức chịu tải (SCT) dọc trục của cọc dùng trong các công trình giao thông theo quy phạm “tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05”, kết quả tính toán đó lại khác khá nhiều so với kết quả tính toán theo TCVN 10304-2014 và kết quả thí nghiệm thực tế ngoài hiện trường. Bài báo này trình bày kết quả tính toán SCT dọc trục của cọc cho một số công trình thực tế theo hai tiêu chuẩn trên. Từ đó phân tích kết quả tính toán, so sánh với kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường làm cơ sở ban đầu phục vụ việc lựa chọn phương pháp tính SCT của cọc đơn.

Abstract - Currently, concrete piles and drilled piles have been used popularly as the foundation of constructions. For specific projects, a suitable standard will be applied. For example, the bearing capacity of piles of the bridges could be calculated by 22TCN 272-05, which provides a result quite different from that by TCVN 10304-2014 and static load test. This paper presents the results of bearing capacity calculation for some projects in Danang city by these methods. Consequently, authors analyse the results obtained from two standards and static load tests so that they could be used for choosing the appropriate method to calculate the bearing capacity of piles.

Từ khóa - sức chịu tải của cọc; tiêu chuẩn 22TCN 272-05; tiêu chuẩn TCVN 10304-2014; thí nghiệm nén tĩnh; SPT.

Key words - bearing capacity of the pile; standard 22TCN 272-05; standard TCVN 10304-2014; static load tests; SPT.


Khi dự báo SCT dọc trục của cọc đơn theo các tiêu chuẩn

hiện hành như 22TCN 272-05, TCVN 10304-2014 thì việc

tính toán kết quả phụ thuộc khá nhiều vào tính chủ quan của

người thiết kế. Nhiều thông số tính sức chịu tải trong 22TCN

272-05 có biên độ rộng và khó lựa chọn nên có thể làm tăng

chi phí đầu tư xây dựng hoặc làm giảm tính an toàn của công

trình. Đây là một tiêu chuẩn mở, được xây dựng trên nền

tảng tiêu chuẩn AASHTO LRFD, nên rất cần được nghiên

cứu phát triển và cập nhật thường xuyên trên cơ sở hội nhập

các tiêu chuẩn quốc tế. Vì vậy, để thống nhất trong tính toán,

đồng thời tạo ra cơ hội trao đổi rộng rãi cho các đồng nghiệp

trong việc tư vấn thiết kế, bài báo này phân tích đánh giá kết

quả dự báo SCT dọc trục của cọc ép (đóng) và cọc khoan

nhồi theo hai tiêu chuẩn trên và so sánh với kết quả thí

nghiệm nén tĩnh ở hiện trường.

2. Thực tiễn và quy phạm dự báo SCT dọc trục của cọc đơn

2.1. Thực tiễn dự báo SCT dọc trục của cọc đơn

Hiện nay, có ba nhóm phương pháp thí nghiệm để dự

báo SCT dọc trục của cọc đơn. Các nhóm phương pháp đó

là: thí nghiệm tĩnh, thí nghiệm động và thí nghiệm tĩnh

động. Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc được đánh giá

là phương pháp thí nghiệm cho kết quả chính xác nhất, phù

hợp với điều kiện làm việc của cọc trong nền đất [4], [5],

[6]. Vì thế, phương pháp thí nghiệm này vẫn được sử dụng

nhiều hơn và phổ biến hơn so với các phương pháp khác.

SCT của cọc dự báo theo phương pháp này tuân theo

TCVN 9393:2012 “Cọc - Phương pháp thử nghiệm hiện

trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục” [3].

2.2. Quy phạm dự báo SCT dọc trục của cọc đơn

Trước đây, SCT của cọc được dự báo theo các tiêu chuẩn

22TCN 18-79; 20TCN 21-86; TCXD 205-98. Từ năm 2005,

“tiêu chuẩn thiết kế cầu” 22TCN 272-05 [1] được đưa vào

sử dụng nên nền móng các công trình giao thông được tính

toán theo tiêu chuẩn này. Tuy nhiên, cho đến nay thì việc

tính toán SCT của cọc theo 22TCN272-05 còn tồn tại nhiều

vấn đề bất hợp lý so với thực tế và gây khó khăn cho người

tính toán dẫn đến kết quả sai lệch khá nhiều so với việc tính

theo các tiêu chuẩn khác hoặc so với thực tiễn.

Ngoài ra, tiêu chuẩn “Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”

TCVN 10304-2014 [2] được xây dựng trên nền tảng TCXD

205-98 và đưa vào sử dụng từ năm 2014. Tiêu chuẩn này

cũng được sử dụng rất nhiều do việc tính toán theo tiêu

chuẩn này dễ dàng, đơn giản.

3. Dự báo SCT của cọc cho công trình thực tế theo quy

phạm và kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường

Tính toán SCT của cọc cho 3 công trình thực tế bao

gồm cọc ép bê tông cốt thép (BTCT), cọc ống BTCT và

cọc khoan nhồi. Mặt cắt địa chất của các lớp đất mà cọc

xuyên qua được tóm tắt như Hình 1.

Hình 1. Mặt cắt địa chất các lớp đất cọc xuyên qua

3.1. Tính SCT dọc trục cọc ép

Cọc ép dùng cho công trình xây dựng ở lô 45B, thửa


6, đường 30-4, phường Hòa Cường Bắc, quận Hải Châu,

thành phố Đà Nẵng. Cọc số hiệu NT1-C13, chiều dài

L = 19,2 m, kích thước cọc 30x30 cm, BT cọc M300, cốt

thép chịu lực CIII - 4Φ16, sức chịu tải của cọc tính theo

vật liệu Pvl = 138,46 T.

3.1.1. Dự báo SCT dọc trục của cọc theo tiêu chuẩn

22TCN272-05

* Sức kháng bên của cọc: Σφfi .Qfi = u.Σ(φfi.fi.li)

Trong đó: u là chu vi thân cọc; φfi là hệ số sức kháng

thân cọc; fi là sức kháng đơn vị của thân cọc: đất dính

fi = α.Su, đất rời fi = 0,0019 N. Với Su (bar) = 0,06.N60 =

0,06.CE.N30; CE là hệ số hiệu quả, ở Việt Nam thường lấy

CE = 0,5 ÷ 0,9. Chọn CE = 0,7; α là hệ số triết giảm lực dính

theo toán đồ của Tomlinson [1].

* Sức kháng mũi cọc: φP.QP = φP.(qp.Ac)

Trong đó: Ac là diện tích tiết diện ngang mũi cọc; φp là

hệ số sức kháng mũi cọc; qp là sức kháng đơn vị tại mũi

cọc (mũi cọc nằm ở lớp đất số 6 - đất á sét), qp = 9.Su

Kết quả tính sức chịu tải của cọc thể hiện ở Bảng 1.


TCVN10304-2014.

* Sức chịu tải dọc trục của cọc ma sát BTCT chế tạo

sẵn Pu = γc(γcq.qb.Ab + u.Σ γcf.fi.li)

Trong đó: γc, γcq, γcf lần lượt là hệ số điều kiện làm việc

của cọc trong nền, hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng

của phương pháp thi công với mũi cọc trong nền, hệ số điều

kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công với

ma sát bên của cọc trong nền; Ab là diện tích tiết diện ngang

tại mũi cọc; u là chu vi tiết diện ngang thân cọc; qb là cường

độ giới hạn trung bình của nền đất tại mũi cọc; fi là lực ma sát

đơn vị giới hạn trung bình của mỗi lớp đất mà cọc đi qua.


3.1.3. SCT dọc trục của cọc theo kết quả thí nghiệm nén

tĩnh hiện trường

Thí nghiệm nén tĩnh cọc theo tiêu chuẩn TCVN 9393-

2012 [3]. Gia tải theo 2 chu kỳ, chu kỳ 1: gia tải đến 100%

Ptk = 60 T, chu kỳ 2: gia tải đến 150%Ptk = 90 T. Chuyển vị

lớn nhất theo dự kiến là 1/10 bề rộng cọc, tức bằng 30 mm,

hoặc chuyển vị khi vật liệu cọc hoặc đất nền bị phá hoại. Cọc

thí nghiệm TN1-C13, chuyển vị ứng với tải trọng 150%Ptk

là 9,76 mm. Sức chịu tải giới hạn của cọc xác định ứng với

tải trọng lớn nhất khi thí nghiệm: Pgh = 90/1,5 = 60 T.

Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc thể hiện ở Hình 2.

Hình 2. Kết quả nén tĩnh hiện trường đối với cọc ép

Bảng 1. Tính sức chịu tải của cọc ép theo 22TCN272-05

Lớp đất mà cọc xuyên qua li (m) N30 Su (MPa) α fi (MPa) φfi φfi.fi. li (MPa.m)

1: Á sét lẫn dăm sạn dẻo cứng 2,2 7 0,0294 0,95 0,02793 0,7 0,043

2: Á sét dẻo chảy 3,2 2 0,0084 0,94 0,0079 0,7 0,0177

3: Cát mịn 5,1 11 - - 0,00209 0,45 0,0048

4: Cát bụi 2,0 9 - - 0,00171 0,45 0,00154

5: Á sét dẻo cứng 3,7 12 0,0504 0,93 0,047 0,7 0,12173

6: Á sét lẫn sỏi sạn nửa cứng đến cứng 3,0 38 0,1596 0,75 0,120 0,7 0,25137

Sức kháng bên của cọc Σφfi . Qfi = u . Σ(φfi .fi . li) = 52,8 T

Sức kháng mũi cọc φP.QP = φP(qp.Ac) = 0,7(143,64.0,09) = 9,05 T

Tổng sức chịu tải dọc trục của cọc Pu = 52,8 + 9,05 = 61,9 T

Bảng 2. Tính sức chịu tải của cọc ép theo TCVN10304-2014

Lớp đất li (m) zi (m) Trạng thái fi (T/m2) fi.li (T/m) z (m) qb (T/m2)

1. Á sét lẫn dăm sạn

h1 = 2,2 m

1 2 dẻo cứng

B = 0,4

2,1 2,1

20,7 1272,8

1,2 3,1 2,52 3,024

2. Á sét h2 = 3,2 m 1,2 4,3 dẻo chảy

B = 0,85

0,75 0,9

2 5,9 0,75 1,5

3. Cát mịn

h3 = 5,1 m

1,1 7,45 kém chặt đến

chặt vừa

4 4,4

2 9 4 8

2 11 4,2 8,4

4. Cát bụi h4 = 2 m 2 13 chặt vừa 3,64 7,28

5. Á sét h5 = 3,7 m 1,7 14,85 dẻo cứng

B = 0,33

4,576 7,78

2 16,7 4,634 9,268

6. Á sét lẫn sỏi sạn

h6 = 3 m

1 18,2 nửa cứng

B = 0,009

7,662 7,662

2 19,7 7,858 15,716

Tổng 76,03 T/m

Sức chịu tải của cọc Pcu = γc(γcq.qb.Ab + u.Σ γcf.fi.li) = 1(1.1272,8.0,09 + 1,2.1.76,03) = 114,552 + 91,236 = 206 T

Sức chịu tải tính toán [P] = Pcu/1,4 = 147 T


3.2. Tính SCT dọc trục cọc ống BTCT

Cọc ống BTCT dùng cho công trình xây dựng nằm ở lô

7.2-02 Khu An Cư 3, đường Hoàng Sa, thành phố Đà Nẵng.

Cọc NT2-CT2 có L = 34 m, D = 0,5 m, thi công bằng

phương pháp rung - ép cọc.

Việc tính toán SCT dọc trục của cọc theo 2 tiêu chuẩn

trên tương tự như đối với cọc ép, kết quả tính thể hiện ở

Bảng 3 và Bảng 4.

Thí nghiệm nén tĩnh cọc theo [3]. Gia tải theo 2 chu kỳ,

chu kỳ 1: gia tải đến 100%Ptk = 200 T, chu kỳ 2: gia tải đến

200%Ptk = 400 T. Chuyển vị lớn nhất theo dự kiến là 1/10

bề rộng cọc, tức bằng 50 mm, hoặc chuyển vị khi vật liệu

cọc hoặc đất nền bị phá hoại. Cọc thí nghiệm NT2-CT2,

chuyển vị ứng với tải trọng 200%Ptk là 18,41 mm. Sức chịu

tải giới hạn của cọc ứng với tải trọng lớn nhất khi thí

nghiệm: Pgh = 400/2 = 200 T.

Bảng 3. Tính sức chịu tải của cọc ống theo 22TCN272-05

Lớp đất mà cọc ngàm vào li (m) N30 Su (MPa) α fi (MPa) φfi φfi.fi.li (MPa.m)

1: Cát mịn vàng, rời đến chặt vừa 10,3 20 - - 0,0038 0,45 0,0176

2: Cát bụi xám tro 7,2 4 - - 0,00076 0,45 0,00246

3: Sét nhẹ màu xám, dẻo cứng 3,3 18 0,0756 0,95 0,072 0,7 0,166

3’: Sét nhẹ màu xám, dẻo mềm 8,6 4 0,0168 1 0,0168 0,7 0,101

4: Sét nhẹ, xanh, cứng đến nửa cứng 4,6 28 0,1176 0,9 0,106 0,7 0,341

Sức kháng bên của cọc Σφfi . Qfi = u . Σ(φfi .fi . li) = 98,6 T

Sức kháng mũi cọc φP.QP = φP(qp.Ac) = 0,7(1,0584 . 0,19625) = 14,54 T

Tổng sức chịu tải dọc trục của cọc Pu = 98,6 + 14,54 = 113,1 T

Bảng 4. Tính sức chịu tải của cọc ống theo TCVN10304-2014

Lớp đất li (m) zi (m) Trạng thái fi (T/m2) fi.li (T/m) γcf γcf.fi.li (T/m) z (m) qb (T/m2) γcq

1. Cát mịn

h1 = 10,3 m

1,3 2,15

Chặt vừa

3 3,9

1,0 38,72

35,5 800 0,88

1,5 3,55 3 4,5

1,5 5,05 4 6

2 6,8 4 8

2 8,8 4 8

2 10,8 4,16 8,32

2. Cát bụi

xám tro h2

= 7,2 m

1,2 12,4

Ít chặt đến

chặt vừa

3,592 4,31

1,0 27,430 2 14 3,72 7,44

2 16 3,86 7,72

2 18 3,98 7,96

3. Sét h3 =

3,3 m

1,3 19,65 Dẻo cứng B

= 0,4

4,07 5,291 ~ 0,9 12,282

2 21,3 4,178 8,356

4. Sét

h4 = 8,6 m

1,5 23,05

Dẻo mềm B

= 0,6

2 3

~ 0,9 15,792

1,5 24,55 2 3

1,6 26,1 2,022 3,235

2 27,9 2,058 4,116

2 29,9 2,098 4,196

5. Sét

h5 = 4,6 m

1 31,4 Nửa cứng B

= 0,2

9,496 9,496 ~

0,95 42,599 1,6 32,7 9,678 15,485

2 34,5 9,93 19,86

Sức chịu tải của cọc Pcu = γc(γcq.qb.Ab + u.Σ γcf.fi.li) = 138,16 + 214,81 = 352,97 T

Sức chịu tải tính toán [P] = Pcu/1,4 = 252,12 T

Hình 3. Kết quả nén tĩnh hiện trường đối với cọc ống BTCT

3.3. Tính SCT dọc trục cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi dùng cho công trình xây dựng số 61B,

đường Lê Văn Hiến, quận Ngũ Hành Sơn, thành Phố Đà

Nẵng. Cọc số 43, chiều dài L = 54,5 m, đường kính D = 1 m.


22TCN272-05

* Sức kháng bên của cọc: Σφfi .Qfi = u.Σ(φfi.fi.li)

Đất dính fi = α.Su với Su và α xác định theo [1] đối với

cọc khoan nhồi. Đất rời thì [1] đưa ra nhiều cách tính, tham

khảo và chọn cách tính của Reese và Wright (1977). Đối

với phần cọc đi qua lớp đá phong hóa mạnh, sức kháng bên

của cọc tính như đất rời và lấy N = 100.

* Sức kháng mũi cọc: φP.QP = φP.(qp.Ac)


Cọc ngàm trong đá phong hóa mạnh, được tính toán

xem như đất rời có N = 100. Theo Reese & Wright (1977),

với N > 60 thì qp = 3,8 MPa và φP = 0,5.


3.3.2. Dự báo SCT dọc trục của cọc theo tiêu chuẩn 10304-2014

Cọc ngàm vào nền đá phiến phong hóa 9,3 m nên tính

như đối với loại cọc chống.

* SCT dọc trục của cọc (Pu) hay Rcu = γc.qb.Ab

Trong đó: γc là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong

nền, γc =1; Ab là diện tích tiết diện ngang cọc tựa trên nền;

qb là cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc: Cọc

ngàm vào nền đá > 0,5 m nên qb = Rm(1+0,4.lđ/df) và Rm =

Rc,m,m/γg, với Rm là cường độ sức kháng tính toán của khối

đá dưới mũi cọc chống, Rc,m,m là chỉ số tiêu chuẩn của giới

hạn bền chịu nén một trục của khối đá trong trạng thái no

nước theo cách xác định ngoài hiện trường. Vậy, mũi cọc

ngàm vào lớp đá phiến phong hóa số 6 là 1,5 m nên lấy

Rc,m,m = 37,6 Mpa; γg là hệ số tin cậy của đất γg = 1,4; lđ là

chiều sâu ngàm cọc vào đá lđ = 1,5 m; df là đường kính

ngoài của phần cọc ngàm vào đá, qb=42,97 Mpa.

Vậy, (Pu) hay Rcu = 3.373,14 T.

3.3.3. SCT của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện

trường

Thí nghiệm nén tĩnh cọc theo [3]. Gia tải theo 2 chu kỳ,

chu kỳ 1: gia tải đến 100%Ptk = 600 T, chu kỳ 2: gia tải đến

200%Ptk = 1.200 T. Chuyển vị lớn nhất theo dự kiến là 1/10

bề rộng cọc, tức bằng 100 mm, hoặc chuyển vị khi vật liệu

cọc hoặc đất nền bị phá hoại. Cọc thí nghiệm số 43, chuyển

vị ứng với tải trọng 200%Ptk là 21,17 mm. SCT giới hạn

của cọc ứng với tải trọng lớn nhất khi thí nghiệm thể hiện

ở Hình 4: Pgh = 1.200/2 = 600 T.

Bảng 5. Tính SCT của cọc khoan theo 22TCN272-05

Lớp

đất

Độ sâu

(m) N

fi

(Mpa)

fi .li

(Mpa.m) φfi

φfi.fi .li

(Mpa.m)

Cát

mịn

0 0 0,000 - [1] đề

cập

đến

nhưng

không

rõ

ràng

0,6

-

1 13 0,036 0,036 0,0216

3 30 0,084 0,168 0,1008

5 30 0,084 0,168 0,1008

7 42 0,118 0,236 0,1416

9 31 0,087 0,174 0,1044

11 35 0,098 0,196 0,1176

13 40 0,112 0,224 0,1344

15 20 0,056 0,112 0,0672

Sét

17 7 0,042 0,084 0,65 0,0546

19 7 0,042 0,084 0,0546

21 3 0,018 0,036 0,0234

23 3 0,018 0,036 0,0234

25 3 0,018 0,036 0,0234

Cát

thô

27 45 0,126 0,252 [1] đề

cập

nhưng

không

rõ

0,65

0,1638

29 82 0,156 0,312 0,2028

31 72 0,154 0,308 0,2002

33 70 0,154 0,308 0,2002

35 68 0,153 0,306 0,1989

37 56 0,151 0,302 0,1963

39 50 0,140 0,280 0,182

Đá

pho

ng

hóa

41 100 0,160 0,32 0,55 0,176

43 100 0,160 0,32 0,176

45 100 0,160 0,32 0,176

47 100 0,160 0,32 0,176

49 100 0,160 0,32 0,176

51 100 0,160 0,32 0,176

53 100 0,160 0,32 0,176

54,5 100 0,160 0,24 0,132

Σ(φfi.fi.li) 3,676

Sức kháng bên của cọc 1154,3 T

Sức kháng mũi cọc 149,15 T

Sức chịu tải dọc trục của cọc Pu=1.154,3+149,15=1.303,45 T

Hình 4. Kết quả nén tĩnh hiện trường đối với cọc khoan nhồi

3.4. Tổng hợp kết quả tính SCT cho một số loại cọc

Từ kết quả tính ở trên, kết hợp với tính toán cho một số

công trình thực tế ở thành phố Đà Nẵng, nhóm tác giả tổng

hợp được bảng SCT của một số loại cọc như sau:

Bảng 6. Tổng hợp kết quả tính SCT của 03 loại cọc ở trên

Pu (T) 22TCN

272-05

TCVN

10304-2014

Thí nghiệm

nén tĩnh

Cọc BTCT đúc sẵn 61,9 147 60

Cọc ống 113,1 252,12 200

Cọc khoan nhồi 1.303,45 3.373,14 600

Bảng 7. Tổng hợp kết quả tính SCT cho một số loại cọc của

các công trình thực tế ở thành phố Đà Nẵng

S

T

T

Tên công trình

22TCN

272-05

TCVN

10304-

2014

Thí

nghiệm

nén tĩnh

Sức chịu tải của cọc (T)

1 Khách sạn Holiday – Đà Nẵng 608 1.735 720

2 Khách sạn Adomo – Đà Nẵng 1.194 3.461 1.500

3 Cầu Thạch Hãn - Quảng Trị 1.424 2.152 800

4 Cầu vượt Ngã ba Huế - Đà Nẵng 2.011 4.481 1.000

5 Cầu Sông Cái – Đà Nẵng 897 1.624 500

6 Cầu Khuê Đông 1.784 3.817 1.000

7 Trụ S1 Cầu Trần Thị Lý 2.316 5.426 2.000

8 Trụ S1 Cầu Trần Thị Lý 2.032 5.518 2.600

9 Nhà khách TP. Đà Nẵng 1.073 1.975 1.000

10 Cung thể thao Tuyên Sơn 734 1.562 >800

3.5. Nhận xét

- Từ kết quả tính toán và thí nghiệm tổng hợp ở Bảng

6, Bảng 7, kết hợp với việc nghiên cứu tính toán SCT của

cọc theo theo [1], [2] và thí nghiệm cọc cho một số công

trình xây dựng thực tế khác trên địa bàn thành phố, nhận

thấy rằng, SCT của cọc tính toán theo [1] và [2] khác nhau

khá nhiều và khác so với SCT của cọc từ kết quả thí nghiệm

nén tĩnh hiện trường.


- SCT của cọc BTCT thuộc loại cọc ma sát chế tạo sẵn

tính toán theo [1] thì cho kết quả gần sát với SCT của cọc

xác định được từ thí nghiệm nén tĩnh hiện trường. Trong

khi đó, SCT của cọc này tính theo TCVN 10304-2014 lại

rất lớn, gấp khoảng 2 lần SCT theo thí nghiệm nén tĩnh.

- SCT của cọc ống BTCT tính theo [1] thì nhỏ hơn so

với kết quả thí nghiệm nén tĩnh và nhỏ hơn khoảng 2 lần

so với kết quả tính theo [2].

- SCT của cọc khoan nhồi tính toán theo [1] và [2] đều

lớn hơn nhiều so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh, và tính

theo [2] vẫn cho kết quả hơn hơn tính theo [1]. SCT của

loại cọc này tính ra càng lớn khi cọc được tính như đối với

cọc chống, và giá trị SCT nhỏ hơn nếu quan niệm việc tính

toán như đối với cọc ma sát.

- Khi tính SCT của cọc theo [1] còn tồn tại một số vấn

đề bất cập như sau:

+ Tính ma sát bên đơn vị (fi) của cọc đối với nền đất

dính thì cần có kết quả thí nghiệm nén 3 trục (Su) hoặc nếu

không có thì phải quy đổi N30 từ kết quả thí nghiệm SPT ra

Su. Việc quy đổi này lại phụ thuộc khá nhiều vào cách lấy

các hệ số quy đổi của người thiết kế. Vì thế, kết quả tính ra

có thể sai khác so với thực tế.

+ Tính fi trong nền đất rời đối với cọc đóng (ép), dùng

các giả thiết cọc có chuyển dịch hoặc không có chuyển dịch

thì giá trị fi thu được đều rất nhỏ (nhỏ hơn nhiều so với kết

quả thí nghiệm hiện trường), và SCT của cọc sẽ nhỏ hơn khi

mà lớp đất rời cọc xuyên vào có chiều dày lớn và chỉ số SPT

nhỏ (ví dụ như bài toán cọc ống BTCT ở trên).

+ Trong quá trình tính toán theo các phương pháp α

hoặc β hoặc γ thì phải tra các toán đồ của Tomlinson. Các

toán đồ trên đều có giới hạn về số lớp đất (≤ 2 lớp) và có

các rằng buộc nhất định về loại đất, tính chất của đất (trạng

thái, OCR...) mà cọc xuyên qua, hay là các yếu tố về chiều

sâu ngàm cọc (Db). Nhưng thực tế thì cọc xuyên qua nhiều

lớp đất với tính chất rất đa dạng và phức tạp, do đó, việc

tra hệ số α hoặc β hoặc γ mang tính chủ quan, nên sẽ gây

ra sự sai khác rất lớn về kết quả tính.

+ Sức kháng mũi đơn vị của cọc trong nền đất dính được

áp dụng đối với đất sét bão hòa nước, do đó khi áp dụng công

thức này cho đất sét cứng thì qp cũng nhỏ hơn so với thực tế.

+ Sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc khoan có

thể tính theo nhiều cách của nhiều tác giả, vì vậy người tính

toán thiết kế phải có kinh nghiệm và biết lựa chọn cách tính

nào phù hợp sát với điều kiện làm việc của cọc trong nền

nhất và hướng kết quả tính toán đến giá trị thực tiễn nhất.

+ Hệ số sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc khoan

nhồi có được đề cập đến trong tiêu chuẩn, tuy nhiên lại

không rõ ràng và không có giá trị nhất định đối với nền đất

rời, do đó, gây khó khăn cho việc chọn lựa trị số tính toán.

+ Sức kháng của cọc khoan nhồi trên nền đá cũng được

đề cập đến nhưng không rõ ràng như đối với [2].

- Tính SCT của cọc theo [2] tương đối đơn giản và dễ

tính do tiêu chuẩn rất rõ ràng. Tuy nhiên kết quả tính phụ

thuộc nhiều vào kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của

đất trong phòng và cách tra bảng các giá trị fi và qp.

4. Kết luận

- Hiện nay, khi tính toán thiết kế cọc sử dụng với mục

đích nào thì thường được tính theo tiêu chuẩn riêng của

mục đích sử dụng đó. Tuy nhiên, dù sử dụng cho loại công

trình nào thì vấn đề cần quan tâm cuối cùng vẫn là khả năng

chịu tải thực của cọc bằng bao nhiêu. Vì vậy, cần lựa chọn

cách dự báo SCT của cọc sao cho phù hợp với thực tế nhất.

- Việc tính SCT của cọc theo [1] có nhiều khó khăn, mang

tính chủ quan và phụ thuộc vào quan niệm của người thiết kế.

Vì vậy, yêu cầu người thiết kế phải có nhiều kinh nghiệm, biết

quan niệm và quy đổi nhiều lớp đất về một trong các trường

hợp của các toán đồ và lựa chọn dùng công thức tính nào để

được kết quả hợp lý và hướng đến giá trị thực tế.

- SCT của cọc tính theo [1] cho kết quả không phù hợp

với thực tế thí nghiệm hiện trường và kết quả tính toán ra

không đáng tin cậy. Có trường hợp cho kết quả nhỏ hơn so

với thực tế, nhưng cũng có trường hợp lại cho kết quả lớn

hơn nhiều so với thực tế. Do đó, người kỹ sư nên so sánh với

kết quả tính toán theo các tiêu chuẩn khác như [1], [2] hoặc

các tiêu chuẩn của Úc, Nhật, LCPC và các kết quả thí

nghiệm hiện trường để đánh giá SCT của cọc chính xác hơn.

- Việc lựa chọn phương pháp dự báo chính xác SCT của

cọc là vấn đề khó khăn và còn nhiều tồn tại bất cập cần trao

đổi. Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu trên là cơ sở ban

đầu để các nhà tư vấn thiết kế xem xét chọn lựa cách tính

toán trong các đồ án thiết kế của mình.


[1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Bộ Giao thông Vận tải, 2005.

[2] Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10304-2014, 2014.

[3] TCVN 9393:2012, Cọc - Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng

tải trọng tĩnh ép dọc trục, 2012.

[4] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái, Móng cọc - Phân tích và thiết kế, Nhà

xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2004.

[5] Lê Đức Thắng, Tính toán móng cọc, Nhà xuất bản Giao thông Vận

tải Hà Nội, 1998.

[6] Lê Xuân Mai, Đỗ Hữu Đạo, Nguyễn Tín, Đoàn Việt Lê, Nền và

Móng, Nhà xuất bản Xây dựng, 2010.

[7] Standard AASHTO LRFD Bridge Design.



SƠ BỘ ĐÁNH GIÁ VÀ XẾP HẠNG NĂNG LỰC CỦA NHÀ THẦU XÂY DỰNG

DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỨ BẬC

PRELIMINARY ASSESSMENT AND RANKING OF BIDDERS’ QUALIFICATION USING

ANALYTICAL HIERARCHY PROCESS

Trương Thị Thu Hà1, Đặng Hữu Luân2 1Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

2Công ty TNHH Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Mạnh Nhất; [email protected]

Tóm tắt - Năng lực nhà thầu là một trong các yếu tố có ảnh hưởng quyết định đến sự thành công của một dự án xây dựng. Đánh giá hồ sơ dự thầu là công việc nhằm lựa chọn nhà thầu có đủ năng lực để thực hiện gói thầu, đây là quá trình ra quyết định theo đa tiêu chí. Các tiêu chí đánh giá gồm tính hợp lệ của hồ sơ dự thầu, năng lực và kinh nghiệm, kỹ thuật và giá. Sự đánh giá định lượng các tiêu chí về năng lực và kinh nghiệm sẽ giúp bên chấm thầu sơ bộ xếp hạng các nhà thầu. Bài báo này ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc (phương pháp AHP) để đánh giá và xếp hạng năng lực của nhà thầu xây dựng. Một trường hợp cụ thể - gói thầu xây lắp văn phòng làm việc Công ty Xăng dầu Khu vực V – được sử dụng để minh họa cho phương pháp. Kết quả tính toán cho thấy, AHP là một công cụ tiềm năng hỗ trợ chủ đầu tư đưa ra các quyết định theo đa tiêu chí.

Abstract - Qualification of bidders is one of the determinants of a construction project’s success. Assessing bids is to select a qualified contractor to successfully perform the contract, and this is a multi-criteria based decision-making process. The criteria used to assess bids include eligibility, qualification, and experience, technology and bid price. The quantitative assessment of qualification and experience supports the preliminary ranking of building constructors. This paper applies Analytical Hierarchy Process (AHP) for assessing and ranking bidders’ qualification. A case study – a construction package of office of Petrolimex Da Nang – is used to demonstrate AHP. The results indicate that AHP is a potential tool in supporting investors’ multi-criteria based decision-making process.

Từ khóa - năng lực nhà thầu; hồ sơ dự thầu; năng lực và kinh nghiệm; phương pháp phân tích thứ bậc (AHP); quyết định theo đa tiêu chí.

Key words - qualification of bidders; bids; qualification and experience; analytical hierarchy process (AHP); multi-criteria based decision-making process.


Lựa chọn nhà thầu là công việc quan trọng có ảnh hưởng

quyết định đến sự thành công của một dự án xây dựng. Có 2

hình thức chủ yếu để lựa chọn nhà thầu là đấu thầu và chỉ

định thầu. Dù là hình thức nào thì hồ sơ dự thầu (hồ sơ đề

xuất) đều được đánh giá, xem xét bởi tổ chấm thầu của bên

mời thầu, nhằm lựa chọn được nhà thầu có đủ năng lực và

kinh nghiệm, có giải pháp khả thi để thực hiện gói thầu.

Nội dung đánh giá hồ sơ dự thầu (HSDT) gồm đánh giá

về tính hợp lệ của HSDT, đánh giá năng lực và kinh nghiệm

của nhà thầu, đánh giá về kỹ thuật và đánh giá về giá. Như

vậy, lựa chọn nhà thầu xây dựng là việc ra quyết định theo

đa tiêu chí. Việc ra quyết định chỉ dựa vào tiêu chí về giá

hay kỹ thuật sẽ thiếu thuyết phục vì chưa quan tâm đến các

tiêu chí khác (năng lực, kinh nghiệm).

Trình tự đánh giá HSDT được mô tả ở Hình 1. Đánh

giá HSDT gồm kiểm tra, đánh giá tính hợp lệ của HSDT,

đánh giá về năng lực và kinh nghiệm của nhà thầu, đánh

giá về biện pháp kỹ thuật và đánh giá về giá.

Trong quá trình đánh giá HSDT, việc đánh giá năng lực

và kinh nghiệm sẽ giúp bên chấm thầu sơ bộ xếp hạng năng

lực các nhà thầu trước khi đánh giá về kỹ thuật. Hiện nay,

Nghị định 63/2014/NĐ-CP [1] quy định sử dụng phương

pháp định tính (sử dụng tiêu chí “Đạt”, “Không đạt”) để

đánh giá năng lực và kinh nghiệm của nhà thầu. Điều này

dẫn đến những nhà thầu có bề dày kinh nghiệm, có tiềm

lực tốt cũng được xếp hạng ngang hàng với các nhà thầu

yếu hơn (vì các nhà thầu này vẫn đáp ứng tiêu chí “Đạt”

của hồ sơ mời thầu (HSMT)). Vậy, làm thế nào để đánh giá

định lượng các yếu tố và năng lực và kinh nghiệm của nhà

thầu? Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytical Hierarchy

Process –AHP) giới thiệu bởi Satty [2], được kỳ vọng sẽ

giúp bên chấm thầu cũng như chủ đầu tư sơ bộ đánh giá,

xếp hạng năng lực của các nhà thầu.

Đánh giá HSDT

Kiểm tra tính

hợp lệ của HSDT

Đánh giá về năng

lực và kinh nghiệm

Đánh giá về kỹ thuật

Đánh giá về giá

Xếp hạng các nhà thầu

Làm rõ, bổ sung

tài liệu

Đạt

Không

đạt

Đạt

Đạt

Không

đạt

Đánh giá tính

hợp lệ của HSDT

Đạt

Không

đạt

Không

đạt

Không tiếp tục

xem xét

Hình 1. Trình tự đánh giá hồ sơ dự thầu

Bài báo này ứng dụng phương pháp AHP để đánh giá

một cách định lượng năng lực và kinh nghiệm của các nhà

thầu xây dựng ở Việt Nam. Nội dung nghiên cứu gồm 4

phần chính: Đặt vấn đề; Cơ sở lý thuyết của phương pháp

24 Trương Thị Thu Hà, Đặng Hữu Luân

AHP; Ứng dụng phương pháp AHP thông qua một gói thầu

thực tế, và Kết luận.

2. Phương pháp phân tích thứ bậc

2.1. Khái niệm

Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) là một phương

pháp định lượng, dùng để xếp hạng các phương án thỏa

mãn tiêu chí cho trước. Đây là một phương pháp ra quyết

định đa tiêu chí được đề xuất bởi Saaty (1980). Dựa trên so

sánh cặp, AHP có thể được mô tả với 3 nguyên tắc chính:

phân tích, đánh giá và tổng hợp.

Dựa trên các tiêu chí và mức độ ưu tiên cho các tiêu chí

(do người ra quyết định thiết lập), AHP sử dụng các phép

toán để tính toán trọng số cho mỗi phương án lựa chọn.

2.2. Trình tự thực hiện

Quá trình phân tích thứ bậc gồm các bước sau:

Bước 1: Xác định mục tiêu (ví dụ: lựa chọn nhà thầu có

năng lực tốt nhất).

Bước 2: Xây dựng cấu trúc thứ bậc AHP. Sơ đồ cấu trúc thứ

bậc bắt đầu với mục tiêu, được phân tích qua các tiêu chí lớn và

các tiêu chí thành phần. Bậc cuối cùng bao gồm các phương án

có thể lựa chọn (ví dụ: danh sách các nhà thầu xem xét).

Bước 3: Thiết lập ma trận so sánh cặp (pair-wise

comparison matrix) và ma trận biến đổi (synthesized matrix).

Mỗi tiêu chí sẽ có một ma trận so sánh cặp kích thước

nxn, với n là số lượng các phương án xem xét. Giữa các tiêu

chí cùng cấp bậc cũng được đánh giá qua một ma trận kích

thước mxm, với m là số lượng các tiêu chí. Quá trình đánh

giá mức độ ảnh hưởng giữa các cặp phương án (cặp tiêu chí)

sử dụng thang đo tỉ lệ gồm 9 bậc như Bảng 1. Từ ma trận so

sánh cặp, xác định ma trận biến đổi và véc-tơ ưu tiên.

Bước 4: Xác định véc-tơ nhất quán.

Véc-tơ nhất quán của từng tiêu chí được xác định như

sau: [Véc-tơ nhất quán] = [Véc-tơ trọng số]/[Véc-tơ ưu

tiên]. Trong đó: [Véc-tơ trọng số] = [Ma trận so sánh

cặp]*[Ma trận của véc-tơ ưu tiên].

Bảng 1. Thang điểm so sánh các tiêu chí [4]

Bậc Ý nghĩa Bậc Ý nghĩa

1/9 Vô cùng ít quan trọng 9 Vô cùng quan trọng

1/7 Rất ít quan trọng 7 Rất quan trọng hơn

1/5 Ít quan trọng nhiều hơn 5 Quan trọng nhiều hơn

1/3 Ít quan trọng hơn 3 Quan trọng hơn

1 Quan trọng như nhau

Bước 5: Xác định trọng số cho các tiêu chí tương ứng

trong từng ma trận. Trong nghiên cứu này, trị riêng max

được sử dụng. max được xác định bằng cách lấy giá trị

trung bình của véc-tơ nhất quán.

Bước 6: Kiểm tra tính nhất quán.

Để đánh giá tính hợp lý các giá trị mức độ quan trọng

của các tiêu chí, Saaty sử dụng tỷ lệ nhất quán của dữ liệu

(Consistency Ratio - CR). Tỷ lệ này so sánh mức độ nhất

quán với tính khách quan (ngẫu nhiên) của dữ liệu:

CICR

RI

Trong đó: CR - Tỷ lệ nhất quán;

CI - Hệ số nhất quán (Consistency Index);

RI - Hệ số ngẫu nhiên (Random Index).

Với: max

1

nCI

n

, n: số chỉ tiêu.

Đối với mỗi một ma trận so sánh cấp n, Saaty [5] đã thử

nghiệm tạo ra các ma trận ngẫu nhiên và tính ra hệ số ngẫu nhiên

(RI) tương ứng với các cấp ma trận như Bảng 2 bên dưới.

Bảng 2. Hệ số ngẫu nhiên

n RI n RI

1 0 6 1,24

2 0 7 1,32

3 0,58 8 1,41

4 0,90 9 1,45

5 1,12 10 1,49

Giá trị tỷ lệ nhất quán được chấp nhận khi CR < 0,1,

nếu lớn hơn đòi hỏi người ra quyết định điều chỉnh sự

không đồng nhất bằng cách thay đổi giá trị mức độ quan

trọng giữa các cặp chỉ tiêu trong ma trận so sánh.

Bước 7: Tổng hợp kết quả. Thứ tự xếp hạng các phương

án được xác định bởi giá trị véc-tơ ưu tiên tổng hợp.

Phương án được lựa chọn là phương án có giá trị véc-tơ ưu

tiên tổng hợp lớn nhất.

3. Ứng dụng phương pháp AHP trong đánh giá và xếp

hạng năng lực nhà thầu xây dựng

3.1. Trường hợp nghiên cứu

Để phục vụ quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất

nước, nhiều dự án đầu tư xây dựng đã được thực hiện ở

nước ta trong những năm qua. Bài báo này sử dụng việc

lựa chọn nhà thầu của một dự án thực tế: Văn phòng làm

việc Công ty Xăng dầu Khu vực V để minh họa cho

phương pháp AHP. Đây là gói thầu xây lắp văn phòng gồm

11 tầng nổi, 1 tầng hầm và 1 tầng mái). Chu đâu tư dự án

là Công ty Xăng dầu Khu vực V (Petrolimex Đà Nẵng).

Công trình được xây dựng tại số 122, đường 2 tháng 9,

quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng. Nội dung công việc

chủ yếu của gói thầu là thi công xây lắp và hoàn thiện văn

phòng làm việc theo thiết kế, dự toán được phê duyệt. Hình

thức lựa chọn nhà thầu là đấu thầu rộng rãi.

Gói thầu này có yêu cầu cao về mặt kỹ thuật, do đó, chủ

đầu tư yêu cầu nhà thầu phải đáp ứng các tiêu chí về năng

lực (kinh nghiệm, nhân sự, máy móc thiết bị, tài chính).

Các yêu cầu này được thể hiện ở Bảng 3.

Bảng 3. Yêu cầu đối với nhà thầu theo hồ sơ mời thầu

TT Nội dung yêu cầu Mức yêu

cầu tối thiểu

1 Năng lực kinh nghiệm

1.1 Số năm hoạt động trong lĩnh vực thi công

xây dựng công trinh dân dung

* Đối với nhà thầu độc lập ≥ 7 năm

* Đôi vơi nha thâu liên danh

- Nha thâu đưng đâu liên danh. ≥ 7 năm

- Cac thanh viên khac cua liên danh. ≥ 5 năm

1.2 Kinh nghiệm thi công cac công trinh co

mong coc ép trên địa bàn miền Trung

* Đôi vơi nha thâu đôc lâp: Sô lương công ≥ 02 công


trinh co mong coc ép đa thi công trong 5

năm gần đây.

trình

* Đôi vơi nha thâu liên danh: Thành viên

đảm nhận hạng mục cọc ép phải đáp ứng

kinh nghiệm thi công có móng cọc ép như

đối với nhà thầu độc lập.

2 Năng lực nhân sự

Chỉ huy trưởng công trình

Số lượng chỉ huy trưởng hạng 1 cùng loại

với công trình

≥ 3 người

Sô năm công tac liên tuc trong linh vưc thi

công xây lăp

≥ 10 năm

Số lượng công nhân kỹ thuật có chứng chỉ

nghề đào tạo

≥ 50 công

nhân

3 Năng lực máy móc thiết bị

Thiết bị ép cọc, cần cẩu 10 tấn trở lên, may đao

gầu 0,5 m3 trở lên, máy đầm đất 5 tấn trở lên, xe

tai 10 tân trơ lên, cần trục tháp, vận thăng 0,5T

Mỗi loại ≥ 1

máy, xe tải

≥ 3 xe

4 Năng lực tài chính

Doanh thu trung bình trong 03 năm gần

nhất

≥ 100 ty

đông/năm

Lơi nhuân (sau thuế) trong thơi gian 03 năm

gần nhất

> 0

3.2. Thu thập và xử lý dữ liệu nghiên cứu

Công trình xây dựng được khởi công vào năm 2010,

đưa vào sử dụng năm 2013. Để thống nhất dữ liệu cho bài

toán, tác giả đề xuất lấy thời điểm đóng thầu là năm 2017.

Như vậy, khoảng thời gian thể hiện trong năng lực tài chính

của các nhà thầu (3 năm gần nhất) là từ năm 2014 đến 2016.

Sau khi mở thầu, bên chấm thầu kiểm tra các HSDT.

Giai đoạn chấm thầu bắt đầu với việc kiểm tra tư cách hợp

lệ của các nhà thầu và nhà thầu sẽ bị loại nếu không có đủ

tài liệu chứng minh tư cách hợp lệ đã được nêu trong

HSMT. Giả sử có 5 nhà thầu bước tiếp vào vòng trong gồm

các nhà thầu A, B, D, E và liên danh C-C’. Năng lực của

các nhà thầu được thể hiện ở Bảng 4.

Bảng 4. Năng lực của các nhà thầu tham gia đấu thầu

Nhà thầu

Năng lực A B C-C’ D E

Năng lực kinh nghiệm

Số năm hoạt động trong lĩnh

vực thi công xây dựng công

trình dân dụng

30 năm 33 năm 17 năm 12 năm 18 năm

Kinh nghiệm thi công cac

công trinh co mong coc ép

trên địa bàn miền Trung

12 10 7 5 5

Sô lương hơp đông thi công

công trình dân dung cấp II, 10

tầng trở lên và mỗi hợp đồng

co gia tri tư 45 ty đông trơ lên

trên địa bàn miền Trung

6 10 7 4 8

Năng lực nhân sự

Số lượng chỉ huy trưởng hạng I

cùng loại với công trình; Sô

năm công tac liên tuc trung bình

trong linh vưc thi công xây lăp

8

13 năm

10

14 năm

5

12 năm

5

10 năm

6

11 năm

Số lượng công nhân kỹ thuật

có chứng chỉ nghề đào tạo 1.500 1.200 1.200 1.000 900

Năng lực máy móc thiết bị

Thiết bị ép cọc, cần cẩu 10 tấn

trở lên, may đao gầu 0,5 m3

trở lên, máy đầm đất 5 tấn trở

lên, xe tai 10 tân trơ lên, cần

trục tháp, vận thăng 0,5T

2 máy đóng cọc; 3

cần cẩu; 10 máy đào;

25 máy đầm đất; 10

xe tải; 4 cần trục

tháp; 4 vận thăng








13 máy đầm; 7 xe

tải; 2 cẩu trục tháp; 2

vận thăng lồng











Năng lực tài chính (ĐVT: tỷ đồng)

Doanh thu trung bình trong 03

năm gần nhất (giả định 2013-

2015)

1.105,8 973,7 732,6 519,2 417,3

Lơi nhuân (sau thuế) trong

thơi gian 03 năm gần nhất 71,6 32,5 34,5 12,14 18

3.3. Quy trình tính toán

Sơ đồ cấu trúc thứ bậc AHP được mô tả ở Hình 2. Bậc

1 thể hiện mục tiêu của người ra quyết định (chủ đầu tư).

Bậc 2 mô tả các tiêu chí được sử dụng để đánh giá. Bậc 3

là các phương án lựa chọn (các nhà thầu).

4 tiêu chí được xem xét tương ứng sẽ có 4 ma trận so


sánh cặp kích thước 5x5 và 1 ma trận so sánh cặp kích

thước 4x4. Bảng 5 thể hiện ma trận so sánh cặp cho tiêu

chí năng lực kinh nghiệm. Tiêu chí này sẽ được xem xét

để lần lượt đánh giá sự ảnh hưởng của nhà thầu này với

nhà thầu kia. Ví dụ, xét nhà thầu A với nhà thầu B, số

điểm được cho là 1/3, nghĩa là kinh nghiệm của nhà thầu

A “ít quan trọng hơn nhà thầu B”; đồng thời xét nhà

thầu B với A thì số điểm lúc này sẽ là 3. Ở vị trí đường

chéo của ma trận, số điểm được cho là 1 , nghĩa là “có

tầm quan trọng như nhau”.

Lựa chọn nhà thầu

Năng lực

kinh nghiệm

Năng lực

Máy móc thiết bị

Năng lực

nhân sự

Năng lực

tài chính

Nhà thầu A

Nhà thầu B

Liên danh

C-C’

Nhà thầu D

Nhà thầu E

Nhà thầu A

Nhà thầu B

Liên danh

C-C’

Nhà thầu D

Nhà thầu E

Nhà thầu A

Nhà thầu B

Liên danh

C-C’

Nhà thầu D

Nhà thầu E

Nhà thầu A

Nhà thầu B

Liên danh

C-C’

Nhà thầu D

Nhà thầu E

Bậc 1

Bậc 2

Bậc 3

Hình 2. Cấu trúc thứ bậc trong lựa chọn nhà thầu của gói thầu

Bảng 5. Ma trận so sánh cặp cho tiêu chí năng lực kinh nghiệm

Kinh nghiệm A B C-C' D E

A 1 1/3 5 7 5

B 3 1 5 7 7

C-C' 1/5 1/5 1 5 3

D 1/7 1/7 1/5 1 1/3

E 1/5 1/7 1/3 3 1

Từ điểm số được cho trong ma trận so sánh cặp, Bảng

6 thể hiện ma trận biến đổi và tính toán giá trị của các véc-

tơ ưu tiên, véc-tơ trọng số cho từng nhà thầu.

Bảng 6. Ma trận biến đổi cho tiêu chí năng lực kinh nghiệm

Kinh

nghiệm A B C-C' D E

Véc-tơ

ưu tiên

A 0,220 0,183 0,434 0,304 0,306 0,289

B 0,660 0,550 0,434 0,304 0,429 0,475

C-C' 0,044 0,110 0,087 0,217 0,184 0,128

D 0,031 0,079 0,017 0,043 0,020 0,038

E 0,044 0,079 0,029 0,130 0,061 0,069

Véc-tơ trọng số:

1 3 5 7 5 1,700

3 1 5 7 7 2,734

0,289 1/ 5 + 0,475 1/ 5 + 0,128 1 + 0,038 5 + 0,069 3 = 0,678

1/ 7 1/ 7 1/ 5 1 1/ 3 0,196

1/ 5 1/ 7 1/ 3 3 1 0,352

Véc-tơ nhất quán:

1,700 2,734 0,6785,874 5,751 5,285

0,289 0,475 0,128

0,196 0,3525,126 5,128

0,038 0,069

max

5,874+5,751+5,285+5,126+5,128=5,433

5

Hệ số nhất quán: max - 5,433-50,1083

-1 5-1

nCI

n

= =

Tỷ lệ nhất quán: 0,1083= = = 0,097

1,12

CICR

RI

CR < 0,1, do đó các giá trị trong ma trận so sánh cặp là

hợp lý. Tương tự, xác định ma trận so sánh cặp của 3 tiêu

chí còn lại (Bảng 7, 9, 11); ma trận biến đổi, véc-tơ ưu tiên,

véc-tơ trọng số và véc-tơ nhất quán (Bảng 8, 10, 12).

Bảng 7. Ma trận so sánh cặp cho tiêu chí năng lực nhân sự

Nhân sự A B C-C' D E

A 1 1/3 5 5 7

B 3 1 7 7 5

C-C' 1/5 1/7 1 1 1/3

D 1/5 1/7 1 1 1/3

E 1/7 1/5 3 3 1

Bảng 8. Ma trận biến đổi cho tiêu chí năng lực nhân sự

Nhân

sự A B C-C' D E

Véc-tơ

ưu tiên

A 0,220 0,183 0,294 0,294 0,512 0,301

B 0,660 0,550 0,412 0,412 0,366 0,480

C-C' 0,044 0,079 0,059 0,059 0,024 0,053

D 0,044 0,079 0,059 0,059 0,024 0,053

E 0,031 0,110 0,176 0,176 0,073 0,114

λmax = 5,371; CI = 0,0928; RI = 1,12; CR = 0,083 < 0,1 (hợp lý)

Bảng 9. Ma trận so sánh cặp cho tiêu chí máy móc thiết bị

Máy móc thiết bị A B C-C' D E

A 1 3 5 5 7

B 1/3 1 3 3 5

C-C' 1/5 1/3 1 1 3

D 1/5 1/3 1 1 3

E 1/7 1/5 1/3 1/3 1

Bảng 10. Ma trận biến đổi cho tiêu chí máy móc thiết bị

Máy móc

thiết bị A B C-C' D E

Véc-tơ

ưu tiên

A 0,533 0,616 0,484 0,484 0,368 0,497

B 0,178 0,205 0,290 0,290 0,263 0,245

C-C' 0,107 0,068 0,097 0,097 0,158 0,105

D 0,107 0,068 0,097 0,097 0,158 0,105

E 0,076 0,041 0,032 0,032 0,053 0,047

λmax = 5,127; CI = 0,0318; RI = 1,12; CR = 0,028<0,1 (hợp lý)

Bảng 11. Ma trận so sánh cặp cho tiêu chí tài chính

Tài chính A B C-C' D E

A 1 5 3 7 3

B 1/5 1 1/3 3 1

C-C' 1/3 3 1 5 3

D 1/7 1/3 1/5 1 1/3

E 1/3 1 1/3 3 1


Bảng 12. Ma trận biến đổi cho tiêu chí tài chính

Tài

chính A B C-C' D E

Véc-tơ

ưu tiên

A 0,498 0,484 0,616 0,368 0,360 0,465

B 0,100 0,097 0,068 0,158 0,120 0,109

C-C' 0,166 0,290 0,205 0,263 0,360 0,257

D 0,071 0,032 0,041 0,053 0,040 0,047

E 0,166 0,097 0,068 0,158 0,120 0,122

λmax = 5,151; CI=0,0379; RI=1,12; CR = 0,034 < 0,1(hợp lý)

Để so sánh và xếp hạng năng lực các nhà thầu, cần tính

toán giá trị véc-tơ ưu tiên tổng hợp. Giá trị này được xác

định trên cơ sở các véc-tơ ưu tiên của từng tiêu chí và véc-

tơ ưu tiên của cả 4 tiêu chí. Hình 3 minh họa giá trị véc-tơ

ưu tiên của các nhà thầu xét theo từng tiêu chí. Ma trận so

sánh cặp và véc-tơ ưu tiên cho 4 tiêu chí được thể hiện lần

lượt trong Bảng 13 và Bảng 14. Từ Bảng 14 có thể thấy,

chủ đầu tư đánh giá cao những nhà thầu có đội ngũ nhân

lực tốt và có bề dày kinh nghiệm.

Hình 3. Giá trị véc-tơ ưu tiên của các nhà thầu xét

theo từng tiêu chí

Bảng 13. Ma trận so sánh cặp cho 4 tiêu chí

4 tiêu chí Kinh

nghiệm

Máy móc

thiết bị

Nhân

sự

Tài

chính

Kinh nghiệm 1 3 1/3 5

Máy móc thiết bị 1/3 1 1/3 5

Nhân sự 3 3 1 7

Tài chính 1/5 1/5 1/7 1

Bảng 14. Ma trận biến đổi cho 4 tiêu chí

4 tiêu chí Kinh

nghiệm

Máy móc

thiết bị

Nhân

sự

Tài

chính

Véc-tơ

ưu tiên

Kinh

nghiệm 0,221 0,417 0,184 0,278 0,275

Máy móc

thiết bị 0,074 0,139 0,184 0,278 0,169

Nhân sự 0,662 0,417 0,553 0,389 0,505

Tài chính 0,044 0,028 0,079 0,056 0,052

λmax = 4,233; CI = 0,0775; RI= 0,9; CR = 0,086 < 0,1 (hợp lý)

Vậy, giá trị véc-tơ ưu tiên tổng hợp của từng nhà thầu:

Nhà thầu A: 0,275x0,289 + 0,169x0,497 + 0,505x0,301

+ 0,052x0,465 = 0,339

Nhà thầu B: 0,275x0,475 + 0,169x0,245 + 0,505x0,480

+ 0,052x0,109 = 0,420

Liên danh nhà thầu C-C’: 0,275x0,128 + 0,169x0,105 +

0,505x0,053 + 0,052x0,257 = 0,093

Nhà thầu D: 0,275x0,038 + 0,169x0,105 + 0,505x0,053

+ 0,052x0,047 = 0,057

Nhà thầu E: 0,275x0,069 + 0,169x 0,047 + 0,505x0,114

+ 0,052x0,122 = 0,090

Giá trị véc-tơ ưu tiên tổng hợp của từng nhà thầu được

mô tả trong Hình 4. Nhà thầu B có giá trị véc-tơ ưu tiên

tổng hợp lớn nhất nên B là nhà thầu có năng lực tốt nhất

trong số 5 nhà thầu.

Hình 4. Giá trị véc-tơ ưu tiên tổng hợp của từng nhà thầu

Thứ tự xếp hạng năng lực của các nhà thầu là: Nhà thầu

B (1); Nhà thầu A (2); Liên danh nhà thầu C-C’ và nhà thầu

E (3); Nhà thầu D (4). Từ Hình 4 ta thấy, B và A là 2 nhà

thầu có năng lực tốt nhất. Nhà thầu A dẫn đầu về năng lực

máy móc thiết bị và năng lực tài chính; trong khi đó, nhà

thầu B vượt trội về năng lực kinh nghiệm và năng lực nhân

sự (Hình 3). Tuy nhiên, kết hợp với việc xét vai trò của các

tiêu chí (Bảng 14), nhà thầu B có năng lực tốt hơn nhà thầu

A. Tóm lại, trong giai đoạn đánh giá về năng lực và kinh

nghiệm của các nhà thầu, nhà thầu B và A được đánh giá

tốt nhất. Đây là tiền đề quan trọng trước khi chủ đầu tư

đánh giá về kỹ thuật và giá dự thầu của các nhà thầu.

4. Kết luận

Ưu điểm nổi bật của AHP là quy trình phân tích theo

thứ bậc dễ hiểu, xem xét nhiều tiêu chí nhỏ và phân tích cả

yếu tố định tính lẫn định lượng. AHP cung cấp một thang

điểm rõ ràng, chi tiết để xác định mức độ quan trọng của

từng tiêu chí. Sai sót trong quá trình tính toán được giảm

thiểu thông qua kiểm tra tính nhất quán trong việc cho điểm

các tiêu chí đánh giá.

Hạn chế của AHP là quá trình phân tích có thể mất nhiều

thời gian vì phải tiến hành theo nguyên tắc so sánh cặp và

kiểm tra tỷ lệ nhất quán. Tính phức tạp của quá trình đánh

giá sẽ tăng khi tăng số lượng các tiêu chí hay phương án lựa

chọn. Mặc dù có thang điểm chi tiết nhưng sự cho điểm trong

ma trận so sánh cặp vẫn mang tính chủ quan. Tuy nhiên,

những hạn chế này có thể khắc phục được. Phương pháp

AHP trở nên tiện lợi hơn với việc sử dụng phần mềm Expert

Choice. Yếu tố chủ quan trong cho điểm có thể hạn chế bằng

cách sử dụng nhóm chuyên gia độc lập, số lượng các chuyên

gia nên được giới hạn từ 3-7 người.


Tóm lại, AHP là phương pháp tiềm năng trong ra quyết

định theo đa tiêu chí. Phương pháp này giúp bên mời thầu

đánh giá định lượng các tiêu chí về năng lực và kinh nghiệm

của nhà thầu, sơ bộ xếp hạng năng lực các nhà thầu, tạo tiền

đề để đánh giá HSDT ở các giai đoạn tiếp theo. Trong lĩnh

vực xây dựng, AHP có thể được ứng dụng để lựa chọn nhà

thầu theo hình thức chỉ định thầu, lựa chọn nhà đầu tư trong

các dự án đối tác công tư, lựa chọn dự án đầu tư cũng như

các phương án kiến trúc,... Trong tương lai, AHP có thể kết

hợp với các phương pháp và công cụ khác như các mô hình

toán học, trận đồ chức năng chất lượng (Quality Function

Deployment), Metaheuristics, … để tận dụng lợi thế của mỗi

phương pháp trong giải quyết vấn đề.

TAI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nghị định số 63/2014/NĐ-CP của Chính phủ: Quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Đấu thầu về lựa chọn nhà thầu, 2015,

Chính phủ.

[2] Saaty T.L, The analytic hierarchy process, New York: McGraw-

Hill, 1980.

[3] Saaty T.L, Decision making for leaders, Belmont, California: Life

Time Leaning Publications, 1985.

[4] Saaty T.L, “How to make a decision: The analytic hierarchy

process”, European Journal of Operational Research, Vol. 48(1), 1990, pp. 9-26.

[5] Saaty T.L, Kearns K.P, Analytical planning: The organization of

systems, Pergamon Press, 1985.



PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG DÒNG THẤM ĐẾN CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO

TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HẦM VƯỢT NÚT GIAO

THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÀO HỞ

ANALYSIS OF INFLUENCE OF FLUID FLOW ON EXCAVATION DISPLACEMENT

DURING THE PROCESS OF CONSTRUCTION OF TUNNELS UNDER INTERSECTION

USING OPENCAST METHOD

Phan Khắc Hải, Đỗ Hữu Đạo

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng;

[email protected], [email protected]

Tóm tắt - Bài báo này nghiên cứu ảnh hưởng dòng thấm đến chuyển vị hố đào qua 2 phương án gia cường hố đào, dùng cừ Larsen và cọc xi măng đất (SCP-Soil Cement Pile). Sử dụng phần mềm FLAC2D phân tích 4 giai đoạn thi công chính, kết hợp việc bơm hút liên tục để giữ cho bề mặt hố đào luôn khô nước. Kết quả cho thấy ảnh hưởng của mực nước ngầm hạ khi đào móng dẫn tới tốc độ dòng thấm tăng nhanh trong phương án 1 (cừ Larsen), nhiều hơn 400 lần so với phương án 2 (cọc SCP). Hiện tượng lún sụt nền đường sau lưng tường là do tường dịch chuyển vào trong hố móng khi khai đào và hút nước. Phạm vi lún sụt nền đường nhiều nhất nằm cách tường vây khoảng 0,5 lần chiều sâu hố đào trong phương án 1 và sát ngay sau tường trong phương án 2. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng cho kỹ sư công trình trong việc dự đoán chuyển vị khi thi công hố móng, tránh các sự cố đáng tiếc xảy ra cho công trình hầm và các công trình lân cận.

Abstract - This paper analyses the influence of fluid flow on dis-placement of diaphragm wall through two solutions reinforcing the excavation such as using Larsen piles and the soil cement piles wall (SCP) by using FLAC2D software to analyze four phases combined with the continuous suction pump to keep the excavation surface dry. The results show that the infuence of ground water on speed of fluid flow in solution 1 (Larsen pile) grows more than 400 times compared that in solution 2 (SCPile). The subsidence of the back wall is caused by the wall moving into the hole when digging and pump-absorbing water. The scope of embankment behind the side-wall has the most valuable displacement locating away from the back-wall about 0.5 the height of excavation in solution 1 and close behind the wall in solution 2. The results are important for engineers in predicting dis-placement during construction of deep excavation to avoid the unfor-tunate incidents that may occur to the tunnel and adjacent works.

Từ khóa - hố đào; tường vây; cừ Larsen; cọc xi măng đất; phương pháp đào hở.

Key words - excavation; diaphragm wall; larsen piles; soil cement piles; opencast method.


Sự thay đổi mực nước ngầm là một trong những tác

nhân gây nên biến dạng nguy hiểm đến hố đào trong quá

trình khai đào đất, dòng thấm phát triển từ dưới chân hố

đào gây hiện tượng đẩy nổi đất dưới đáy hố móng. Việc hạ

mực nước ngầm trong quá trình đào hố móng làm tăng

thêm độ lún tại các điểm nằm sau lưng tường, gây ảnh

hưởng đến các kết cấu công trình giao thông hiện trạng.

Hiện tượng mực nước ngầm làm sụt cát và khối bê tông

nằm dưới đáy móng là vấn đề thường gặp trong quá trình thi

công cho các tầng hầm tại những tòa nhà cao tầng. Các sự

cố lún, sụt hố móng nhà cao tầng trong quá trình thi công

kéo theo lún lệch và nứt tòa nhà lân cận xuất phát từ việc hạ

mực nước ngầm, đã được nghiên cứu bởi Nguyen (2007).

Một số kết quả nghiên cứu về sự phá hoại hố móng do nước

ngầm cùng với sự tăng độ lún tại các điểm nằm sau lưng

tường, gây ảnh hưởng đến các kết cấu công trình giao thông

hiện trạng Korff (2009). Ngoài ra, nghiên cứu của Nguyen

and Phienwej (2015) cũng đã cho thấy nước ngầm còn có

thể xâm nhập vào hố đào làm tăng nhanh sự phá hoại tường

và hố móng trong quá trình thi công. Korff đã tập hợp một

số nghiên cứu về dự đoán nguyên nhân và các mối nguy hại

đến hố đào có liên quan đến các giai đoạn thi công, và Ngu-

yen (2011) đã đưa ra các giải pháp trong quá trình thiết kế

và thi công công trình, nhằm hạn chế các sự cố cho các công

trình xung quanh hố đào. Liên quan về tác động của dòng

thấm trong quá trình thi công đến sự ổn định hố đào, nhiều

tác giả đã đưa ra phương án hạ mực nước ngầm, cùng những

dự đoán chuyển vị tường vây và mặt đất nền sau lưng tường,

điển hình như của Ou (2006), Ergun (2008), Sadeghpour và

cộng sự (2008), Vermar và cộng sự (2013). Những kết quả

quan trắc diễn tiến lún, kiểm soát các đầu đo áp lực nước từ

giếng bơm hút kết hợp với mô phỏng số của Wang và cộng

sự (2012) đã đưa ra trực quan về diễn biến dòng thấm trong

quá trình thi công. Theo Xu và cộng sự (2017), đó là mô hình

vị trí đặt các giếng hạ mực nước ngầm ở trong và ngoài hố

đào, nhằm quan sát và kiểm soát tốc độ lún của tường và đất

nền xung quanh. Mặt khác, quá trình thi công khai đào đất

cho đến khi xây dựng các công trình nền móng, hầm có mặt

mực nước ngầm vẫn đang là thách thức không nhỏ đối với

các kỹ sư thiết kế. Điều này đặt ra sự cần thiết phải nghiên

cứu các phương án, sơ đồ hố đào phù hợp để áp dụng vào

điều kiện thi công thực tế nhằm kiểm soát chuyển vị tường

vây và dự đoán sự dịch chuyển đất nền xung quanh hố đào.

Với 2 phương án tường vây gia cố hố đào trong quá

trình thi công hầm hở, dùng cọc cừ Larsen và cọc SCP đâm

xuyên qua lớp cát vào sâu dưới lớp sét. Hai phương án

nghiên cứu được đánh giá thông qua mô phỏng số tính toán

theo lý thuyết sai phân hữu hạn sử dụng phần mềm Flac

2D. Kết quả dự báo mức độ ảnh hưởng của dòng thấm đến

sự dịch chuyển tường vây và phạm vi lún sụt nền đất xung

quanh tường qua quá trình thi công hố đào.

2. Nội dung nghiên cứu

2.1. Mô tả sơ lược dự án

Dự án nghiên cứu là công trình nút giao thông khác mức

Điện Biên Phủ - Nguyễn Tri Phương. Công trình nút giao

được thiết kế với tổng chiều dài hầm là 371,2 m, trong đó,

30 Phan Khắc Hải, Đỗ Hữu Đạo

chiều dài hầm kín là 80 m và đường dẫn vào hai đầu hầm

dài 291,2 m. Hầm được đặt trực tiếp trong đất nền thiên

nhiên với điều kiện địa chất gồm 2 lớp chính: lớp thứ nhất

là lớp đất cát lẫn bụi kết cấu rất rời rạc - chặt vừa có chiều

dày trung bình 20,0 m; lớp thứ 2 là lớp đất sét ít dẻo trạng

thái nửa cứng. Mực nước ngầm tại điểm nghiên cứu ổn định

ở độ sâu so với địa hình là -1,50 m.

Hình 1. Dự án nút giao Điện Biên Phủ - Nguyễn Tri Phương

2.2. Phương án đề xuất

Phương án 1 sử dụng cọc cừ Larsen SP–IV

(400x170x15,5) dài L1 = 17,0 m và phương án 2 dùng hai

hàng cọc đất gia cố xi măng SCP dài L2 = 22,0 m có đường

kính D=1.000 mm. Cả hai phương án chỉ sử dụng một tầng

khung chống chữ H (400x400x45x70). Các giai đoạn thi

công hố đào qua 4 giai đoạn chính, mực nước ngầm luôn

được bơm hút liên tục và giữ cho hố móng luôn ở trạng thái

khô nước, thi công hố móng theo trình tự như sau:

Giai đoạn I: Thi công kết cấu tường vây, đào hố móng

đến cao độ thiết kế -2 m, đồng thời lắp đặt khung chống tại

công trình ngang với mặt đất.

Giai đoạn II: Thi công hố móng đến cao độ -4 m.

Giai đoạn III: Thi công hố móng đến cao độ -6 m.

Giai đoạn IV:Thi công hố móng đến cao độ -7,5 m.

2.3. Phân tích và mô phỏng số

Mô hình sai phân hữu hạn: một phần mềm về địa kỹ

thuật tính toán theo phương pháp sai phân hữu hạn (FLAC

2D), version 5.0 đã được sử dụng cho phân tích. Mô hình

mặt cắt ngang, các điều kiện biên và các kích thước cho mô

hình số được sử dụng cho các kịch bản phân tích này được

trình bày ở Hình 2. Hố đào có chiều rộng B = 20 m, chiều

sâu hố đào he = 7,5 m. Khoảng cách bố trí khung chống

theo phương dọc hầm là 2 m.

Hình 2. Mô hình sơ đồ tính bằng Flac 5.0

Đất nền được giả thiết theo mô hình đàn hồi dẻo Morh–

Coulomb với ứng xử thoát nước cho toàn bộ các lớp đất. Các

đặc tính của đất, cừ Larsen, tường SCP và thanh chống được

thể hiện ở Bảng 1. Các số liệu ở đây đều được tham khảo và

trích dẫn từ hồ sơ địa chất của công trình nút giao thông khác

mức Điện Biên Phủ - Nguyễn Tri Phương của Công ty Cổ

phần Tư vấn Xây dựng Công trình Giao thông 5 (TECCO 5)

– Đà Nẵng – Việt Nam; và tham khảo một vài dữ liệu từ

phần hướng dẫn sử dụng FLAC version 5.0 (2005). Phần tử

tiếp xúc giữa đất nền-tường vây (soil-wall interface) là tương

đối nhẵn, các thông số về cường độ thường thấp hơn so với

các lớp đất liền kề, góc nội ma sát của phần tử interface là

14° và lực dính đơn vị bằng 0,5 kN/m2. Tường vây và khung

chống sử dụng phần tử Elastic Beam. Tải trọng trong quá

trình thi công được lấy tối đa là P=10 kN/m2.

Bảng 1. Bảng thông số cơ lý của đất nền

Tên vật liệu

kN/m3)

E0

(kN/m2)

C

(kN/m2)

°)

n

(%)

k

(m2/(Pa-s))

I

(m4)

S

(m2)

Lớp cát 18,9 1,5x104 1,0 28 0,5 1,18x10-9 0,3 - -

Lớp sét 19,89 4,0x104 20,1 21 0,42 1,18x10-12 0,3 - -

Cừ Larsen 78,5 2x108 - - - - 0,2 0,24 3,9x10-3

Cọc SCP 20,0 5x105 - - - - 0,25 0,34 1,6

Thanh chống 78,5 2x108 - - - - 0,2 3x10 -3 0,077

Ghi chú: -Dung trọng tự nhiên; E0 - Mô-đun đàn hồi; C - Lực dính; - Góc nội ma sát; n - Độ rỗng;

k - Chỉ số thấm; - Hệ số nở hông; I - Mô-men quán tính; S - Diện tích

3. Phân tích kết quả

3.1. Phân tích diễn biến mực nước ngầm trong quá trình

thi công đến ổn định hố móng

3.1.1. Diễn biến mực nước ngầm và tốc độ thấm

Mực nước ngầm trong đất ban đầu ổn định ở độ sâu so

với mặt đất là -1,5 m, sau khi hạ mực nước ngầm và làm

khô hố móng trong quá trình khai đào, vùng đất nền bị bão

hòa được phân bố lại tùy thuộc mức độ hạ giảm mực nước

ngầm trong đất (thể hiện bằng một dải đường hoạt động

mực nước ngầm ở Hình 3). Hình 3a1 thể hiện vùng bão hòa

ở phương án 1 chiếm một tỷ lệ nhỏ hơn so với điện phân

bố vùng bão hòa ở phương án 2 (Hình 3a2). Điều này được

lý giải do mực nước ngầm sau lưng tường ở phương án 2

chỉ bị biến động nhẹ và hầu như không thay đổi, trong khi

mực nước ngầm ở phương án 1 giảm hơn 20% so với mực

nước tại đáy hố móng.

Các véc-tơ dòng thấm thể hiện tốc độ và hướng dịch

chuyển của dòng thấm xung quanh hố đào của hai phương

án nghiên cứu cũng được thể hiện ở Hình 3. Theo đó, mực

nước ngầm càng hạ xuống thấp, dẫn đến mật độ dòng thấm

xuất hiện bên dưới hố đào ở phương án 1 (Hình 3b1) càng

dày và tốc độ dịch chuyển các véc-tơ thấm càng cao. Trong

khi phương án 2 (Hình 3b2) thì ngược lại, mực nước ngầm


hầu như không thay đổi trong quá trình làm khô hố móng,

do đó, mật độ và tốc độ dịch chuyển các véc-tơ thấm bên

dưới hố đào cũng nhỏ hơn so với phương án 1. Tốc độ dòng

thấm được thể hiện qua thông số "Flow Vectors", thông số

này ở phương án 1 xấp xỉ 8,876x10-6 (m/s), nhiều hơn 400

lần so với phương án 2 chỉ đạt 2,25x10-8 (m/s). Điều này

cho thấy, ở phương án 1, bên dưới đáy hố đào phải chịu

một áp lực đẩy nổi từ dòng thấm hướng dưới lên, do đó,

cần có biện pháp ngăn cản triệt để tác động từ dòng thấm

có thể làm bục đáy hố.

Hình 3. Diễn biến mực nước ngầm và tốc độ thấm trong hai phương án nghiên cứu

Hình 4. Phân bố áp lực nước và ứng suất hữu hiệu xung quanh hố đào

3.1.2. Đường bao áp lực nước và ứng suất hữu hiệu

Phạm vi phân bố áp lực nước và ứng suất hữu hiệu ứng

với giai đoạn thi công tới cao độ thiết kế được thể hiện ở

Hình 4. Hình 4a1 và 4a2 thể hiện phạm vi phân bố áp lực cột

nước tác dụng trực tiếp lên lưng tường trong 2 phương án

nghiên cứu. Theo đó, phương án 1 có điện áp lực nước tác

dụng lên lưng tường trung bình nhỏ hơn, xấp xỉ khoảng 17%

so với phương án 2. Lý do dẫn đến hiện tượng này là sự suy

giảm mực nước ngầm trong quá trình làm khô hố móng.

Đường biểu diễn quá trình hạ mực nước ngầm như trong

Hình 3 thể hiện rất rõ về sự biến thiên mực nước ngầm trong

phương án 1, trong khi sự biến động này ở phương án 2 hầu

như là rất bé. Quá trình thi công tường vây trong phương án

2 sử dụng cọc SCP đã làm thay đổi hoàn toàn sự phân bố

ứng suất trong hố móng. Theo Hình 4b1 và 4b2, phạm vi phân

bố ứng suất hữu hiệu nằm bên dưới hố đào trong phương án

2 luôn nhiều hơn trung bình khoảng 1,15 lần so với phương

án 1 sử dụng cọc cừ Larsen. Như vậy, với áp lực nước nhỏ

hơn không có nghĩa sẽ làm tăng được ứng suất hữu hiệu phân

bố xung quanh hố móng, mà phụ thuộc vào loại kết cấu

tường vây gia cố hố đào trong quá trình thi công.

3.1.3. Đường bao chuyển vị đứng đất nền quanh hố móng

Đường bao chuyển vị đứng cho đất nền xung quanh hố

móng qua 4 giai đoạn đào thi công và hút khô nước trong hố

móng được trình bày trên Hình 5. Kết quả phân tích số cho

2 phương án cho thấy độ lún phát triển tăng dần trong quá

trình khai đào hố móng qua các giai đoạn, thể hiện rõ ở tâm

đáy hố đào và phạm vi đất nền sau lưng tường chắn. Tương

ứng với 4 giai đoạn thi công, độ lún tại bề mặt hố đào trong

phương án 1 luôn nhiều hơn trung bình khoảng 25% (giai

đoạn I và II) và 10% (giai đoạn III và IV) so với phương án

2. Mặt đất sau lưng tường có giá trị độ lún tối đa nằm cách

tường trong khoảng 0,5 he (he - chiều sâu đào) ở phương án

1, trong khi phương án 2 có vùng lún phát triển tối đa bắt

đầu ngay từ mặt tường và giảm dần khi càng xa tường. Điều

này cho thấy rằng, với kết cấu tường là cọc SCP, do ảnh

hưởng từ trọng lượng bản thân nên khi thi công đào hố móng

đã kéo theo sự dịch chuyển mặt đất sau lưng tường ngay từ

những giai đoạn đầu thi công. So với phương án 1 thì điều

này chỉ thấy rõ trong những giai đoạn thi công cuối.

3.1.4. Đường bao chuyển vị ngang đất nền quanh hố móng

Đường bao chuyển vị ngang cho đất nền xung quanh hố

móng qua 4 giai đoạn đào thi công và hút khô nước trong

hố móng được trình bày trên Hình 6. Kết quả thể hiện

đường bao chuyển vị ngang của đất nền xung quanh hố

móng đã cho thấy rằng, vùng chuyển vị tối đa tập trung dọc

theo chiều dài tường và tăng dần qua các giai đoạn khai đào

hố móng. Cụ thể, trong phương án 1, vùng chuyển vị ngang

có giá trị lớn tập trung tại vị trí bằng 0,5L1 (L1 - chiều dài

tường cừ Larsen) trong các giai đoạn đầu thi công I và II.

Giá trị chuyển vị ngang trung bình tăng lên hơn 80% về

phía chân đáy hố đào nằm sát tường (he) trong các giai

đoạn thi công tiếp theo, III và IV. Phương án 2, chuyển vị

ngang cũng tăng dần theo quá trình thi công hố móng và

phát triển tối đa tại đỉnh tường, sau đó giảm dần theo độ

sâu. Phạm vi tại chân hố móng sát tường cũng hình thành

nên dải chuyển vị nhưng có giá trị khá bé so với chuyển vị

tại đỉnh tường, thấp hơn trung bình khoảng 1,3 lần.

Đường hoạt

động MNN

Phạm vi đât

nền bi bão hòa

Cừ Larsen

a1

Cừ Larsen

b1

Vector dòng

thấm dịch

chuyển với

tốc độ nhanh

Đường hoạt

động MNN

Phạm vi đât

nền bi bão hòa

Tường SCP

a2

Tường SCP

b2

Vector dòng

thấm dịch

chuyển với

tốc độ chậm


Dải giá trị chuyển vị ngang lớn nhất trong phương án 2

ở hai giai đoạn thi công I và II nhiều hơn khoảng 26% so

với phương án 1, tuy nhiên, trong giai đoạn III và IV, giá

trị chuyển vị ở phương án 1 có xu hướng tăng lên xấp xỉ

6% và 79% so với phương án 2. Như vậy, vùng bao chuyển

vị của đất nền xung quanh hố đào đã bị chi phối bởi quá

trình khai đào với công tác hút khô nước hố móng tương

ứng, đồng thời kết cấu cấu làm tường vây cũng ảnh hưởng

đến giá trị chuyển vị trong các vùng đáy hố đào và phạm vi

mặt đất sau lưng tường.

Hình 5. Phổ chuyển vị theo phương đứng Y trong quá trình thi công đào hố móng

Hình 6. Phổ chuyển vị theo phương ngang X trong quá trình thi công đào hố móng

Cừ

Larsen

GĐ: I

Cừ

Larsen

GĐ: II

Cừ

Larsen

GĐ: III

Cừ

Larsen

GĐ: IV

Nền bị lún

Đáy móng

bị đẩy trồi

Tường

SCP

GĐ: I

Tường

SCP

GĐ: II

Tường

SCP

GĐ: III

Tường

SCP

GĐ: IV

Nền bị lún

Đáy móng

bị đẩy trồi

Cừ

Larsen

GĐ: I

Cừ

Larsen

GĐ: II

Cừ

Larsen

GĐ: III

Cừ

Larsen

GĐ: IV

Đất nền

dịch chuyển

vào trong

hố móng

GĐ: I

Tường

SCPTường

SCP

GĐ: II

Tường

SCP

GĐ: III

Tường

SCP

GĐ: IV

Đất nền

dịch chuyển

vào trong

hố móng


3.2. Phân tích chuyển vị tổng của hố đào qua các giai

đoạn thi công hố móng

3.2.1. Chuyển vị tổng trong tường vây

Chuyển vị tổng của tường vây cho cả hai phương án được

thể hiện ở Hình 7a và 7b. Nhìn chung, chuyển vị tổng tăng dần

theo quá trình khai đào hố móng, cả hai phương án đều đạt giá

trị lớn nhất ở giai đoạn cuối cùng (giai đoạn IV). Xu hướng

chuyển vị ở phương án 1 được trình bày ở Hình 7a, qua đó,

trong hai giai đoạn ban đầu I và II, giá trị chuyển vị tổng hầu

như không thay đổi dọc theo chiều dài tường, giá trị chuyển vị

lần lượt là 9,5 mm và 20 mm. Tuy nhiên, trong hai giai đoạn

thi công tiếp theo III và IV, giá trị chuyển vị tổng tăng nhanh

tại các vị trí đáy hố đào tương ứng các cao độ là -6 m và -7,5

m. Giá trị chuyển vị tăng lên tối đa lần lượt bằng 40,1 mm và

83,3 mm tương ứng với các giai đoạn III và IV.

Hình 7. Chuyển vị tổng của hố đào qua các

giai đoạn thi công hố móng

Hình 7b thể hiện chuyển vị tổng của tường vây trong

phương án 2 dùng cọc SCP, chuyển vị lớn nhất tại đỉnh

tường và giảm dần theo chiều sâu tương ứng với các giai

đoạn thi công hố móng. Cụ thể, giai đoạn thứ I và II có giá

trị chuyển vị xấp xỉ bằng 19,4 và 26,2 mm. Chuyển vị tổng

tăng lên khoảng 38,3 mm trong giai đoạn thứ III và đạt giá

trị lớn nhất tại giai đoạn thứ IV, xấp xỉ 50 mm. Giá trị

chuyển vị tổng đạt tối đa trong hai phương án thiết kế chênh

nhau gần 40%, xét tại giai đoạn cuối cùng (giai đoạn IV).

Như vậy, chuyển vị tổng của tường đã chịu ảnh hưởng

từ việc thay đổi ứng suất hiệu quả trong quá trình thi công

tường vây. Phương án 1, mặc dù áp lực nước sau lưng tường

giảm xuống do quá trình thi công hố móng, tuy nhiên, do

loại vật liệu sử dụng tường vây dùng cọc SCP đã làm thay

đổi ứng suất có hiệu trong đất nền, điều đó dẫn đến chuyển

vị trong phương án 2 thấp hơn nhiều so với phương án 1.

3.2.2. Chuyển vị tổng tại mặt đáy hố đào

Chuyển vị tổng tại đáy hố đào cho cả 2 phương án được thể

hiện ở Hình 8a1 và 8b1. Giá trị chuyển vị tổng tăng dần theo quá

trình khai đào hố móng và đạt giá trị lớn nhất ở giai đoạn cuối

cùng (giai đoạn IV). Chuyển vị ở phương án 1 được trình bày ở

hình Hình 8a1, trong 3 giai đoạn ban đầu I, II và III, giá trị

chuyển vị tổng lớn nhất tập trung ở tâm của hố đào, có giá trị

lần lượt là 37,04, 67,7 và 93,28 mm. Tuy nhiên, ở giai đoạn thứ

IV, chuyển vị tăng nhanh cục bộ tại các vị trí cách tường 0 - 3m,

đạt giá trị xấp xỉ 129 mm. Tại vị trí này, giá trị chuyển vị nhiều

hơn các điểm gần tâm hố đào xấp xỉ 16%.

Hình 8b1 thể hiện chuyển vị tổng của đáy hố đào trong

phương án 2, giá trị chuyển vị lớn nhất nằm tại tâm hố đào

qua các giai đoạn thi công hố móng. Cụ thể, giai đoạn thứ

I có giá trị bằng 25,32 mm. Ba giai đoạn đào tiếp theo có

sự tăng nhanh về giá trị chuyển vị tổng. Cụ thể, các giai

đoạn II, III và IV lần lượt giá trị chuyển vị tăng lên 2,2, 3,2

và 3,8 lần so với giai đoạn thứ I. Giá trị chuyển vị tổng tối

đa trong hai phương án thiết kế chênh nhau xấp xỉ 26%, xét

tại giai đoạn cuối cùng (giai đoạn IV).

Như vậy, chuyển vị tổng tại đáy hố đào đã chịu ảnh

hưởng từ áp lực nước đẩy nổi bên dưới đáy hố móng. Một

mặt, trong phương án 2, tường vây cắm sâu qua lớp sét nên

phần nào đã ngăn chặn được áp lực nước đẩy nổi tác động

lên bên dưới hố đào. Mặt khác, khi đào móng đạt cao độ

thiết kế, đường thấm ngắn lại nên tốc độ thấm tăng cao

trong phương án 1 cũng là nguyên nhân làm cho chuyển vị

tăng tại vị trí lân cận tường vây.

3.2.3. Chuyển vị tổng tại bề mặt đất sau lưng tường

Chuyển vị tổng tại mặt đất sau lưng tường vây cho cả 2

phương án được thể hiện ở Hình 8a2 và 8b2. Kết quả kiểm

tra chuyển vị tổng nằm trong phạm vi 20 m tính ra mỗi bên

theo mép tường vây, tương ứng với phạm vi nền đường

hiện trạng. Trong phương án 1 được trình bày ở Hình 8a2,

trong 2 giai đoạn đầu I và II, giá trị chuyển vị tổng hầu như

chỉ dao động nhẹ trong phạm vi khảo sát, giá trị chuyển vị

lần lượt là 5,1 mm và 7,6 mm tại vị trí cách tường vây

khoảng 3,5 - 4m (0,5 he). Tuy nhiên, trong 2 giai đoạn thi

công tiếp theo III và IV, chuyển vị lớn nhất tăng nhanh xấp

xỉ 4,6 và 13 lần so với giá trị trung bình của hai giai đoạn

đào ban đầu (xét tại cùng vị trí).

Hình 8b2 thể hiện chuyển vị tổng trong phương án 2, giá

trị chuyển vị tổng có xu hướng tăng dần từ giới hạn vùng

biên tính toán đến mép tường vây. Cụ thể, giai đoạn thứ I

và II, giá trị chuyển vị lớn nhất lần lượt xấp xỉ bằng 24,12

và 31,33 mm. Chuyển vị tổng tăng lên khoảng 46,9 mm

trong giai đoạn thứ III và đạt giá trị lớn nhất tại giai đoạn

thứ IV, xấp xỉ 62 mm. Giá trị chuyển vị tổng tối đa trong

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-90 -70 -50 -30 -10

Chuyển vị tổng của tường vây (mm)

Chiề

u c

ao c

ủa t

ườ

ng đ

ến v

ị tr

í m

ặt

đất

(m)

Giai đoạn I

Giai đoạn II

Giai đoạn III

Giai đoạn IV

Mặt đất

Tường

a

Giá

trị

lớn

nhất

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-90 -70 -50 -30 -10

Chuyển vị tổng của tường vây (mm)

Chiề

u c

ao c

ủa t

ườ

ng đ

ến v

ị tr

í m

ặt

đất

(m)

Giai đoạn I

Giai đoạn II

Giai đoạn III

Giai đoạn IV

Giá

trị

lớn

nhất

Mặt đất

Tường

b


hai phương án thiết kế chênh nhau gần 26%, xét tại giai

đoạn cuối cùng (giai đoạn IV).

Điều này cho thấy, chuyển vị tổng của mặt đất sau lưng

tường không những phụ thuộc vào loại kết cấu sử dụng làm

tường vây mà còn phụ thuộc vào quá trình làm khô hố móng,

khiến cho mực nước ngầm sau lưng tường bị giảm xuống.

Hình 8. Chuyển vị tổng tại đáy hố đà và mặt đất sau lưng tường qua các giai đoạn thi công

4. Kết luận

Việc hạ giảm mực nước ngầm khi khai đào hố móng

thường dẫn đến đất xung quanh hố đào có xu hướng dịch

chuyển về phía hố đào, gây hiện tượng lún mặt đường hiện

trạng. Tốc độ dịch chuyển dòng thấm càng nhanh và có

nguy cơ gây bục đáy hố móng khi tường vây dùng cọc cừ

Larsen, nhiều hơn xấp xỉ 400 lần so với phương án dùng

cọc SCP có cao độ mũi cọc nằm trong lớp sét.

Tường vây trong phương án 2 dùng cọc SCP dẫn tới

ứng suất hữu hiệu xung quanh tường được tăng lên gần

1,15 lần so với phương án 1 dùng cừ Larsen, điều này làm

cho chuyển vị tổng tường và đất sau lưng tường ở phương

án 2 luôn nhỏ hơn phương án 1 khoảng 40%.

Chuyển vị tổng tại đáy hố đào trong phương án 1 nhiều

hơn khoảng 26% so với phương án 2. Đường thấm nguy

hiểm nhất là đường thấm đi men dọc theo tường vây, và

theo như kết quả nghiên cứu thì phạm vi nguy hiểm cách

tường vây khoảng 0 - 3 m. Do đó, nếu thực hiện công trình

hố đào thì cần phải có biện pháp chống hiện tượng bục đáy

hố móng và phải chú ý đến phạm vi nguy hiểm này.

Tương ứng với phương án 1, vị trí có giá trị độ lún tối

đa cho mặt nền sau lưng tường nằm cách tường vây trong

khoảng 0,5 he (he - chiều sâu đào), xấp xỉ 129 mm. Trong

khi đó, ở phương án 2, vùng lún phát triển tối đa ngay tại

mặt tường và giảm dần khi càng xa tường, độ lún lớn nhất

chỉ đạt khoảng 62 mm.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, chuyển vị đất nền xung

quanh hố đào phụ thuộc rất nhiều vào phương án sử dụng

tường vây, do đó, các kỹ sư cần cân nhắc kỹ phương án gia

cố hợp lý cho hố đào để quá trình thi công hố móng diễn ra

thuận lợi và luôn được kiểm soát được về mặt chuyển vị.


[1] Nguyễn Bá Kế, “Kiểm tra ổn định hố đào trong đất có mực nước ngầm cao”, Tạp chí Người xây dựng, 11-2007, trang 36-40.

[2] Nguyễn Bá Kế, “Kinh nghiệm nước ngoài trong phòng tránh sự cố

công trình ở lân cận hố đào sâu trong đô thị”, Tạp chí Người xây

dựng, 2008, trang 36-40.

[3] Nguyen Kiet Hung, N.Phienwej, “Practice and Experience in Deep

Excavations in Soft Soil of Ho Chi Minh City, Vietnam”, KSCE Journal of Civil Engineering, Geotechnical Engineering, pISSN

1226-7988, eISSN 1976-3808, 2008, pp. 1-14.

[4] Mandy Korff, Deformations and damage to buildings adjacent to

deep excavations in soft soils, Centrum Ondergronds Bouwen/Delft

Custer, Project-1001307-004, 2009, pp. 143.

[5] Chang – Yu Ou, Deep excavation theory and practise, Taylor and Fran-

cis/Balkema, P.O. Box 447.2300 AK Leiden, the Netherlands, 2006.

[6] M. Ufuk Ergun, “Deep excavations”, The Electronic Journal of Ge-

otechnical Engineering, Bouquet 08, 2008, pp. 1-34.

[7] H. Sadeghpour, A. Ghanbari, M. Fadaee, Groundwater Lowering in

Deep Excavation (Case Study: Foundation Excavation of Shahid Madani Dam), Sixth International Conference on Case Histories in Ge-

otechnical Engineering, Alington, VA. Paper No 5.37, 2008, pp. 1-6.

[8] A.K Verma & M.S Saini & T.N Singh & Avi Dutt & R.K Bajpai,

“Effect of excavation stages on stress and pore pressure changes for

an underground nuclear repository”, Arab J Geosci, DOI 10.1007/s 12517-011-0382-8, 2013, pp. 6:635-645.

[9] Wang J, Guo T, Feng B, Yu H, Yang G, Tang J, “Numerical study

of dewatering in a large deep foundation pit”, Environ Earth Sci,

DOI 10.1007/s12665-012-1972-9, 2013, pp. 69:863-872.

[10] Xu YS, Wu HN, Wang ZFB, Yang TL, “Dewatering induced sub-

sidence during excavation in a Shanghai soft deposit”, Environ

Earth Sci, DOI 10.1007/s12665-017- 6685-7, 2017, pp. 76:351-366.


0

20

40

60

80

100

120

140

0 4 8 12 16 20

Bề rộng hố đào (m)

Chuyển v

ị tổ

ng t

ại đáy h

ố đ

ào (

mm

)

Giai đoạn I Giai đoạn II

Giai đoạn III Giai đoạn IVTrái tường Phải tường

a1

Giá trị lớn nhất

L0-3m L-3m

0

20

40

60

80

100

120

140

0 4 8 12 16 20


Chuyển v

ị tổ

ng t

ại đáy h

ố đ

ào (

mm

)

Giai đoạn I Giai đoạn II

Giai đoạn III Giai đoạn IV

Trái tường Phải tường

b1

Giá trị lớn nhất

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 4 8 12 16 20


Chuyển v

ị tổ

ng t

ại m

ặt

đất

(mm

)

Giai đoạn I

Giai đoạn II

Giai đoạn III

Giai đoạn IV

Mặt đất

Tường

a2

Giá

trị

lớn

nhất

L0.5he

nhất

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 4 8 12 16 20


Chuyển v

ị tổ

ng t

ại m

ặt

đất

(mm

)

Giai đoạn I

Giai đoạn II

Giai đoạn III

Giai đoạn IV

Mặt đấtTường

b2

Giá trị

lớn nhất


TỔNG HỢP GRAPHEN CHỨC HÓA TỪ GRAPHIT TỰ NHIÊN NHẰM CẢI

THIỆN TÍNH PHÂN TÁN TRONG MÔI TRƯỜNG PHÂN CỰC

SYNTHESIS OF FUNCTIONALIZED GRAPHENE FROM NATURAL GRAPHITE TO

IMPROVE ITS DISPERSION IN POLAR ENVIRONMENT

Phan Thị Thúy Hằng, Nguyễn Đình Lâm

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Bài báo này trình bày các kết quả khảo sát sự tổng hợp graphen chức hóa đi từ nguyên liệu graphit tự nhiên dạng bột. Có nhiều phương pháp để tổng hợp đã được công bố, trong đó đáng chú ý là phương pháp Tour. Đây là phương pháp được xem là thân thiện với môi trường do không tạo ra khí dạng NOx và sản phẩm tạo ra là graphen oxit (GO). Do vậy nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này để tổng hợp GO nhưng có sự biến đổi. Sản phẩm tổng hợp được đặc trưng bằng các phương pháp phân tích hóa lý như phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phổ nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả thu được cho thấy khả năng phân tán và ổn định phân tán trong môi trường phân cực của graphen chức hóa tốt hơn nhiều so với graphit nguyên liệu.

Abstract - This paper reports the investigated results of the synthesis of functionalized graphene from natural graphite powder. There are many published methods for synthesis of functionalized graphene. The most interesting, is Tour method. which is considered as an environmental friendly approach because of the absence of waste gases such as NOx

and because the formed product is graphene oxide (GO). Therefore the study uses and modifies this method to prepare GO. The obtained products are characterized by methods such as Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and Scanning electron microscope (SEM). The results have shown that dispersal ability and dispersal stability in the polar environment of the functionalized graphene are better than those of the graphite material.

Từ khóa - Graphen chức hóa; Graphen oxit; khả năng phân tán; sự ổn định phân tán; môi trường phân cực.

Key words - functionalizated graphene; graphene oxide; dispersal ability; dispersal stability; polar environment.

1. Giới thiệu

Một trong những siêu vật liệu hiện nay đang được các

nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực công

nghệ nano là Graphen, một tấm cacbon dạng tổ ong có độ

dày nguyên tử [1]. Sự quan tâm đã được tăng mạnh kể từ

giải thưởng Nobel về Vật lý năm 2010 được trao cho các

nhà nghiên cứu Andre Geim và Konstantin Novoselov về

các nghiên cứu khám phá liên quan đến graphen – một loại

vật liệu có cấu trúc hai chiều (2D) [1, 2]. Với nhiều tính

chất ưu việt như siêu bền, siêu cứng, dẫn nhiệt, dẫn điện

tốt, graphen có thể dùng làm phụ gia gia cường và làm

thay đổi tính chất cơ lý, dẫn điện và quang học của

polymer [6]. Tuy nhiên, graphene có cấu trúc mạng tinh

thể hai chiều gồm các nguyên tử cacbon sắp xếp tại các

đỉnh của hình lục giác trên một mặt phẳng giống như bề

mặt tổ ong. Ba trong số bốn điện tử hóa trị của cacbon hình

thành ba orbital lai hóa sp2 nên graphen có cấu trúc bền

vững, không phân cực và trơ hóa học [1]. Vì vậy làm cho

loại vật liệu rất khó phân tán và tương tác tốt với môi

trường phân cực như nước, dung môi hữu cơ, polyme phân

cực kém [3, 4, 11, 15]. Với những hạn chế đã nêu mà tính

ứng dụng của graphen trong các lĩnh vực vật liệu hữu cơ –

polymer bị hạn chế, đã có nhiều công bố liên quan đến vấn

đề này, đều cho thấy việc tổng hợp graphen chức hóa từ

graphit tự nhiên nhằm mục đích làm tăng khả năng phân

tán và tương tác mạnh với môi trường phân tán, đặc biệt

là polyme phân cực, đều cho thấy hiệu quả sử dụng

graphen chức hóa với mục đích cải thiện, tăng cường các

tính chất cơ, lý, nhiệt, hóa vật liệu hữu cơ - polyme tăng

đáng kể so với graphen [1, 2, 6, 9, 11]. Vì vậy, việc nghiên

cứu phương pháp chức hóa graphen đã được nhiều nhà

khoa học đã công bố và tổng hợp trong các tài liệu [4, 7,

8, 10, 12, 13]. Cho đến nay,sản phẩm graphen chức hóa

bằng phương pháp oxy hóa được gọi chung là graphen

oxit, ký hiệu là GO, chủ yếu được tổng hợp từ graphit bằng

ba phương pháp chính đó là Brodie (1859), Staudenmaier

(1899) và Hummers và Offeman (1958). Trong đó,

phương pháp Brodie và Staudenmaier sử dụng kết hợp cả

KClO3 và HNO3 để oxy hóa graphit. Trong khi đó, phương

pháp Hummers lại sử dụng cách xử lý graphit với hỗn hợp

KMnO4, NaNO3và H2SO4 [6]. Phương pháp Hummer sau

này được xem là phương pháp phổ biến được sử dụng

nhiều trong nghiên cứu và trong sản xuất công nghiệp, tuy

nhiên nó vẫn tồn tại một số nhược điểm nên đã được cải

tiến nhằm loại bỏ việc sử dụng NaNO3, do đó ngăn ngừa

tạo ra khí độc hại trong quá trình tổng hợp, các phương

pháp này được gọi là phương pháp Hummers biến đổi

(Modified Hummers) [6]. Song sản phẩm của quá trình

vẫn được đánh giá là oxy hóa chưa hoàn toàn [11]. Đến

năm 2010, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Tour tại Đại học

Rice (Mỹ) đã công bố phương pháp mới với thay đổi cơ

bản so với phương pháp Hummer là không sử dụng

NaNO3, tăng lượng KMnO4 và sử dụng thêm axit

photphoric (H3PO4), sản phẩm thu được theo phương pháp

này có mức độ oxy hóa cao hơn [3]. Hơn nữa, ưu điểm nổi

bật của phương pháp này là không sử dụng NaNO3 nên

không tạo ra các khí NO2, N2O4 độc hại làm cho quá trình

tổng hợp thân thiện với môi trường hơn. Qua phân tích các

ưu nhược điểm ở trên, trong nghiên cứu này nhóm tác giả

đã sử dụng phương pháp Tour để tổng hợp Graphen chức

hóa từ graphit tự nhiên nhưng có sự biến đổi (được trình

bày ở Phần 2.1). Quá trình tổng hợp graphen oxit bằng

phương pháp oxy hóa graphit được biểu diễn ở Hình 1.

Hình 1. Sơ đồ tổng hợp graphen oxit từ graphit [13]



36 Phan Thị Thúy Hằng, Nguyễn Đình Lâm

2. Thực nghiệm

2.1. Nguyên liệu và hóa chất

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng graphit tự

nhiên dạng bột được sản xuất bởi Công ty General Pencil

(Mỹ). Các axit H2SO4 98%, axit H3PO4 63%, HCl 36,5%,

KMnO4 được sản xuất bởi Xilong Chemical Factory và

Guangdong Guanghua Sci-Tech Co. Các nguyên liệu và

hoá chất này được sử dụng trực tiếp như khi nhận.

2.2. Phương pháp tổng hợp GO từ bột graphit tự nhiên

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Tour có sự biến

đổi về điều kiện thời gian, nhiệt độ và quá trình xử lý sau

cùng để tổng hợp graphen chức hóa. Ở đây chỉ sử dụng axit

HCl để xử lý bóc tách graphit oxit tạo graphen oxit mà

không qua xử lý với hydroperoxit (H2O2). Quá trình tổng

hợp được trình bày trong sơ đồ Hình 2.

Hình 2. Quy trình tổng hợp GO từ graphit theo

phương pháp Tour biến đổi

2.3. Phương pháp phân tán graphit và GO

Tiến hành phân tán graphit và GO bằng 2 phương pháp:

rung siêu âm và đánh siêu âm. Phương pháp rung siêu âm

tiến hành trong bể rung siêu âm truyền qua môi trường

nước trong thời gian 1 giờ, ở nhiệt độ phòng. Phương pháp

đánh siêu âm bằng thanh siêu âm (Sonic 750) trong thời

gian 1 giờ, biên độ tần số siêu âm 40%, ở nhiệt độ phòng.

2.4. Các phương pháp đặc trưng

- Sử dụng phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi

Fourier (FTIR) trên máy Nicolet 6700 tại Trung tâm Phân

tích Phân loại Hàng hóa Xuất Nhập Khẩu - Chi nhánh Đà

Nẵng để xác định sự có mặt của các nhóm chức oxy sản

phẩm tổng hợp GO.

- Sử dụng phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X

(XRD) trên máy SIEMENS D5005 tại phòng thí nghiệm

vật lý chất rắn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại

học Quốc gia Hà Nội để xác định cấu trúc tinh thể của sản

phẩm tổng hợp.

- Sử dụng phương pháp phân tích bằng kính hiển vi điện

tử quét (SEM) loại S4800-NIHE, điện thế gia tốc 10 kV tại

Phòng Siêu cấu trúc của Viện Dịch tễ Trung ương để xác

định hình thái học của sản phẩm tổng hợp.

2.5. Phương pháp phân tán graphen và GO trong môi trường

Sử dụng phương pháp phân tán rung siêu âm trong bể

siêu âm trong thời gian 1 giờ, ở nhiệt độ phòng và đánh siêu

âm bằng thanh siêu âm trong thời gian 1 giờ, biên độ tần số

40%. Sau khi phân tán, để yên và theo dõi trạng thái ổn định

phân tán sau thời gian là 1 giờ, 1 ngày, 3 ngày và 1 tháng.

Môi trường phân tán khảo sát trong nghiên cứu là nước.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Kết quả tổng hợp GO từ graphit

Sản phẩm tổng hợp được đánh giá bằng các phương

pháp đặc trưng về cấu tạo hóa học, hình thái học, cấu trúc

tinh thể và thu được các kết quả được trình bày sau đây.

3.1.1. Kết quả phân tích bằng phổ FTIR

Tiến hành phân tích FTIR để nhận biết sự có mặt của các

nhóm chức, nhóm hóa học đặc trưng của sản phẩm thu được.

Kết quả khảo sát phổ FTIR được thể hiện trên Hình 3.

Hình 3. Phổ FT-IR của Graphit (A) và GO (B)

Từ Hình 3A cho thấy, đối với graphit thì không có các

pic đặc trưng dao động liên kết của các nhóm chức chứa oxy,

chỉ có đỉnh hấp thụ tại pic 1050 cm-1 đặc trưng cho dao động

của liên kết C-C, và pic tại 1650 cm-1 tương ứng của liên kết

C=C trong mạng tinh thể cacbon của graphit (tồn tại rất ít so

với C-C). Hình 3B xuất hiện các pic hấp thụ mạnh tại

3475cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết nhóm -OH,

được hình thành trong sản phẩm GO và cũng là nhóm –OH

của phân tử nước (tồn tại trong mẫu), pic tại 1730 cm-1 đặc

trưng cho dao động của liên kết C=O của nhóm cacboxyl,

pic tại 1625 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết C=C,

các đỉnh hấp thụ tại 1150 cm-1 tương ứng là dao động của

nhóm epoxy (C-O-C),và pic tại 1050 cm-1 đặc trưng cho dao

động của liên kết C-C mạng tinh thể graphit vẫn còn trong

GO. Như vậy, với kết quả phân tích FT-IR của graphit và

GO cho thấy sản phẩm tổng hợp từ graphit đã chức hóa thành

công, tức là đã có sự hiện diện của nhóm chức chứa oxy gồm

OH, -COO, C-O-C trong cấu trúc của GO và cấu trúc vòng

6 cạnh của mạng tinh thể graphit hình thành từ các liên kết

lai hóa sp2 dạng C-C vẫn còn kể cả sau quá trình phản ứng

tạo GO. Kết quả này tương đồng với kết quả thu được trong

các tài liệu [5, 7, 8, 9, 10, 16].

3.1.2. Kết quả phân tích phổ XRD của graphit và GO

Giản đồ XRD của graphit và GO được thể hiện trên Hình

4A và 4B, giúp cho sự đánh giá đặc trưng tinh thể của vật

liệu trước và sau quá trình tổng hợp tạo GO từ graphit.

Từ Hình 4A cho thấy, đỉnh hấp thụ cực đại tại 2θ =

26,5° tương ứng của tinh thể cacbon sắp xếp theo hình lục

giác dạng tổ ong của graphit, khoảng cách giữa các lớp d =

0,339 nm, kết quả này tương đồng với kết quả trong các tài

liệu [3, 5, 6, 7, 9]. Hình 4B cho thấy đỉnh hấp thụ mạnh tại

3475 1050

1730

1650 1150 1050


2θ = 26,5° gần như mất đi, điều này chứng tỏ chỉ còn lại 1

phần tinh thể của graphit không đáng kể. Đỉnh hấp thụ

mạnh không xuất hiện tại đỉnh 2θ = 11° của tinh thể graphit

oxit như kết quả của các nghiên cứu đã công bố trong các

tài liệu [5, 6, 7, 8, 9]. Sự mất đi đỉnh tinh thể tại 2θ = 26,5°

và không xuất hiện đỉnh hấp thụ mạnh của tinh thể tại 2θ =

11° cũng chứng tỏ cấu trúc tinh thể của graphit mất đi tức

là các lớp trong cấu trúc graphit đã không còn sự sắp xếp

một cách trật tự để tạo thành tinh thể đã tách lớp. Điều này

có thể được giải thích rằng, sản phẩm thu được sau chức

hóa graphit bằng phương pháp Tour có sự biến đổi trong

nghiên cứu này đã gắn các nhóm chức không những trên

bề mặt graphit tạo graphit oxit, mà còn gắn vào giữa các

lớp trong cấu trúc của graphit đủ để bóc tách các lớp ra khỏi

nhau dạng graphen oxit (GO) mà không qua quá trình xử

lý bóc tách bằng các phương pháp khác như vi sóng, siêu

âm, cơ, nhiệt, hóa học… như các kết quả trong các tài liệu

[5, 6, 7, 8, 9]. Ngoài ra cũng có thể giải thích cho sản phẩm

tạo ra đã được bóc tách thành ít lớp là do quá trình xử lý

sau cùng với axit HCl 36,5%, là một axit có độ phân cực

mạnh nên dễ dàng len lỏi vào giữa các lớp graphen oxit.

Do vậy mà GO thu được có kết quả phân tích XRD không

thể hiện đỉnh hấp thụ mạnh tại 2θ = 11° của cấu trúc tinh

thể graphit oxit.

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau XGO

12-0212 (D) - Graphite - C - Y: 32.10 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

26-1077 (C) - Carbon - C - Y: 9.41 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hang-KhoaHoa-DHBK Danang-XGO.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/18/17 13:52:51

Lin

(C

ps)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

2-Theta - Scale

10 20 30 40 50 60 70

d=

3.3

69

d=

1.6

798

d=

2.0

849

d=

2.0

357

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau XG2

20-0258 (D) - Carbon - C - Y: 8.84 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

12-0212 (D) - Graphite - C - Y: 37.64 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

26-1077 (C) - Carbon - C - Y: 32.20 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Hang-KhoaHoa-DHBK Danang-XG2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/18/17 16:08:41

Lin

(C

ps)

0

100

200

300

400

500

2-Theta - Scale

10 20 30 40 50 60 70

d=

3.3

44

d=

2.1

339

d=

1.8

210

d=

2.9

591

d=

4.2

69

B

Hình 4. Phổ XRD của Graphit (A) và GO (B)

A

38 Phan Thị Thúy Hằng, Nguyễn Đình Lâm

3.1.3. Đặc trưng hình thái hình học của graphit và GO

Cấu trúc hình thái học của graphit và GO được xác định

bằng kính hiển vi điện tử quét. Kết quả phân tích SEM được

thể hiện trong Hình 5.

Từ Hình 5 cho thấy graphit tự nhiên có cấu trúc tinh thể

dạng khối, nên không thấy rõ dạng tấm phẳng. Trong khi

đó, GO đã hình thành dạng tấm hay bản xếp lớp chồng lên

nhau dạng bậc thang. Điều này chứng tỏ quá trình tổng hợp

đi từ nguyên liệu graphit đã tạo thành sản phẩm có hình

thái học là dạng tấm hay bản. Kết quả này khá tương đồng

với các kết quả nghiên cứu tương tự đã được công bố trong

các tài liệu [3, 7, 9, 13, 14, 15, 16].

Hình 5. SEM của Graphit (A - Ảnh do nhà sản xuất cung cấp)

và GO (B)

3.2. Khảo sát khả năng phân tán với các phương pháp

phân tán khác nhau

Để đánh giá khả năng phân tán của graphit và GO, tiến

hành phân tán bằng phương pháp rung siêu âm trong bể

siêu âm và đánh siêu âm bằng thanh siêu âm. Kết quả thu

được trong Hình 6.

Hình 6. Kết quả phân tán graphit và GO bằng rung siêu âm (A)

và đánh siêu âm (B)

Từ Hình 6A cho thấy, khi phân tán bằng phương pháp

rung siêu âm trong bể siêu âm thì graphit không phân tán,

GO phân tán hoàn toàn. Điều này có thể lý giải rằng với

phương rung siêu âm năng lượng chưa đủ lớn để bóc tách

lớp graphen trong tinh thể graphit nên không thể phân tán

được graphit trong nước. Trong khi đó lại phân tán được

GO trong nước, chứng tỏ GO với sự có mặt của các nhóm

chức chứa oxy đã dễ dàng phân tán trong nước dưới tác

động của năng lượng sóng siêu âm không quá lớn.

Từ Hình 6B cho thấy, với phương pháp đánh siêu âm

bằng thanh siêu âm thì graphit và GO đều phân tán hoàn

toàn. Điều này chứng tỏ năng lượng siêu âm truyền trực

tiếp bằng thanh đã đủ lớn để phân tán được graphit và GO.

Như vậy, có thể thấy rằng khả năng phân tán của GO đã

được cải thiện đáng kể so với graphit.

3.3. Khảo sát trạng thái ổn định phân tán của graphit và GO

Để đánh giá trạng thái ổn định phân tán của graphit và

sản phẩm tổng hợp tạo GO từ graphit, trong nghiên cứu

này, tiến hành phân tán bằng phương pháp đánh siêu âm

bằng thanh trong thời gian 1 giờ, ở nhiệt độ phòng. Trạng

thái ổn định phân tán được đánh giá bằng cách quan sát

thông qua hiện tượng lắng tụ của mẫu trong các khoảng

thời gian khác nhau: 1 giờ, 3 giờ, 1 ngày, 1 tháng và 3

tháng. Kết quả được trình bày trong Hình 7.

Hình 7. Kết quả khảo sát phân tán của graphit và GO trong

nước: sau siêu âm (A); để yên lần lượt: 1 giờ (B); 3 giờ (C);

1 ngày (D); 1 tháng (E) và 3 tháng (F)

Từ Hình 7 cho thấy, sau khi phân tán bằng thanh siêu

âm thì graphit và GO đều phân tán trong môi trường nước.

Sau đó để yên và quan sát trong các khoảng thời gian lần

lượt 1 giờ, 3 giờ,1 ngày và 1 tháng thì mẫu GO vẫn ổn định

trạng thái phân tán. Trong khi đó, mẫu graphit chỉ sau 1 giờ

là bắt đầu lắng tụ, sau 3 giờ thì lắng tụ gần hoàn toàn và

sau 1 ngày lắng tụ hoàn toàn. Điều này chứng tỏ graphit

với cấu trúc 3D kích thước micro trơ hóa học nên trạng thái

ổn định phân tán rất kém. Trong khi đó, GO với sự có mặt

của các nhóm chức chứa oxy (-COO, -CO, -OH) và cấu

trúc 2D dạng tấm nano ít lớp (few-layer), nên khi phân tán

vào môi trường phân cực có khả năng hình thành các liên

kết hydro, liên kết lưỡng cực, do vậy các tấm nano graphen

oxit không bị kết tụ trong môi trường phân tán phân cực.

Điều này dẫn đến khả năng phân tán và ổn định phân tán

Graphit GO Graphit GO


A

B

B

A



D

C

F

E


trong môi trường phân cực của GO tăng lên rõ rệt so với

graphit.

4. Kết luận

- Đã tổng hợp graphen chức hóa đi từ nguyên liệu

graphit tự nhiên bằng phương pháp Tour biến đổi thành

công.

- GO tạo ra không qua quá trình xử lý bóc tách để tạo

cấu trúc ít lớp trung gian như các công trình đã công bố.

- GO so với graphit có khả năng phân tán và ổn định

trạng thái phân tán trong môi trường phân cực tốt hơn rất

nhiều. Đã khắc phục phần nào nhược điểm của vật liệu

cacbon cấu trúc nano là khó phân tán, khả năng và ổn định

phân tán rất kém trong môi trường phân cực. Điều này rất

quan trọng đối với tính năng ứng dụng của vật liệu cacbon

khi kết hợp với các loại vật liệu khác như polyme, kim loại,

ceramic… trong lĩnh vực vật liệu compozit.


[1] Yao Tong, Siva Bohm, Mo Song, “Review on Graphene based

materials and their composites as coatings”, Austin Journal of Nanomedicine &Nanotechnology, Vol. 1, No. 1, 2013, pp. 1-16.

[2] Karthikeyan Krishnamoorthy, Kadarkaraithangam

Jeyasubramanian, Mariappan Premanathan, Geetha Subbiah, Hyeon

Suk Shin, Sang Jae Kim, “Graphene oxide nanopaint”, Carbon

Journal, No. 72, 2014, pp. 328-337.

[3] Daniela C.M., Dmitry V.K., Jocob M.B., Tous Jame M., “Improved

synthesis of Graphene Oxide”, ACS Nano, Vol. 4, 2010, pp. 4806-4814.

[4] Guilin Shao, Yonggen Lu, Fangfang Wu, Changling Yang, Fanlong

Zeng, Qilin Wu, “Graphene oxide: The mechanisms of oxidation

and exfoliation”, J Mater Sci, 47, 2012, pp. 4400–4409.

[5] Marcelo M. Viana, Meiriane C. F. S. Lima, Jerimiah C. Forsythe,

Varun S. Gangoli, Minjung Cho, Yinhong Cheng, Glaura G. Silva,

Michael S. Wongand Vinicius Caliman, “Facile Graphene Oxide

Preparation by Microwave-Assisted Acid Method”, J. Braz. Chem.

Soc., Vol. 26, No. 5, 2015, pp. 978-984.

[6] Ming Li, Qian Liu, Zhaojun Jia, Xuchen Xu, Yan Cheng, Yufeng

Zheng, Tingfei Xi, Shicheng Wei, “Graphene oxide/hydroxyapatite

composite coatings fabricated by electrophoretic nanotechnology

for biological applications”, Carbon Journal, No. 67, 2014, pp. 185-

197.

[7] Valentin N. Popov, “Graphene Synthesis via Deoxidization of

Exfoliate-GO under Alkaline Conditions”, Materials Science and Engineering R, 2004, pp. 43-61.

[8] Paulchamy B, Arthi G, Lignes BD, “A Simple Approach to Stepwise

Synthesis of Graphene Oxide”, Journal Nanomedicine

Nanotechnology, Vol 6:1, 2015.

[9] J. Mondal, Novel Corrosion Protective Nanostructured Composite

Coatings, Thisis for the degree of Doctor, ISSN 2228-0928, 2016.

[10] Mujeeb Khan, Muhammad Nawaz Tahir, M. Rafiq H. Siddiqui, Syed

Farooq Adil, Abdulrahman A. Al-warthan, Hadayat Ullah Khan, Wolfgang Tremel, “Review on Graphene based metal and metal

oxide nanocomposites: Synthesis, properties and their applications”,

Journal of Materials Chemistry A, 3, 18753, 2015, pp. 18753-18808.

[11] Garima Mittal, Vivek Dhand, Kyong Yop Rhee, Soo-jin Park, “A

review on carbon nanotubes and graphene as fillers in reinforced polymer nanocomposites”, Journal of Industrial and Engineering

Chemistry, 21, 2015, pp.11-25.

[12] Balaprasad Ankamawar, Farah Surti, “Water Soluble Graphene

Synthesis”, Chem Sci Trans, 1(3), 2012, pp. 500-507.

[13] Jianchang Li, Xiangqiong Zeng, Tianhui Ren, Emile van der Heide,

“The Preparation of Graphene Oxide and Its Derivatives and Their

Application in Bio-Tribological Systems”, Lubricants, 2, 2014, pp. 137-161.

[14] X. Fang, J. Donahue, A. Shashurin, M. Keidar, “Plasma-Based

Graphene Functionalization in Glow Discharge”, Graphene

Journal, 4, 2015, pp. 1-6.

[15] Shrikant S. Maktedar, Gopal Avashthi and Man Singh,

“Understanding the significance of O-doped graphene towards

biomedical applications”, RSC Adv., 6, 2016, pp. 114264-114275.

[16] A. V. Melezhyk, A. G. Tkachev, “Synthesis of graphene

nanoplatelets from peroxosulfate graphite intercalation compounds”, Nanosystems Journal, 5 (2), 2014, pp. 294-306.


40 Nguyễn Quang Hòa, Trần Quang Hưng, Trần Minh Quân

THUỘC TÍNH CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG BỘT THỦY TINH THẢI Y TẾ

NHƯ CỐT LIỆU MỊN – MỘT SỐ KẾT QUẢ BAN ĐẦU

BASED ON PROPERTIES OF CONCRETE, USING WASTE MEDICAL GLASS POWDER

AS FINE AGGREGATE – SOME INITIAL RESULTS

Nguyễn Quang Hòa1, Trần Quang Hưng2, Trần Minh Quân3 1Trường Đại học Xây dựng Miền Trung; [email protected]

2Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected] 3Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải II; [email protected]

Tóm tắt - Thủy tinh từ chai lọ thải của ngành y tế đang là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước, không khí, đất… do phương pháp xử lý loại rác thải này chưa triệt để. Với tính chất cơ học và thành phần hóa học, thủy tinh có thể sử dụng như là một phần thay thế cốt liệu thô, cốt liệu mịn và xi măng trong chế tạo bê tông, tạo ra hướng xử lý rác thải bền vững. Ở dạng bột đủ mịn, thủy tinh thể hiện thuộc tính puzzolan và có thể sử dụng thay thế một phần vai trò xi măng trong bê tông. Trong nghiên cứu này, thủy tinh thải được nghiền thành dạng bột, với độ mịn dưới 10% thông qua sàng 90 µm để giảm một phần xi măng sử dụng. Hàm lượng bột thủy tinh thay thế 5%, 10%, 15% và 20% khối lượng xi măng, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng sự thay thế này đến sự phát triển cường độ nén theo thời gian và so sánh với bê tông thông thường. Kết quả thể hiện rằng, khi thay thế 10% xi măng thì cường độ bê tông khá tốt và có thể được ứng dụng vào thực tiễn.

Abstract - Due to lack of effective recycled method, waste glass collected from medical bottles may cause pollution of water, air and soil. By possessing a high performance of mechanical and chemical properties, this type of glass can be used as a partial replacement for coarse aggregate, fine aggregate or cement in manufacture of concrete toward a sustainable construction industry. In powder form, glass possesses pozzolan characteristics and can be used as a partial replacement of cement role in concrete. In this study, medical glass is crushed into powder, with a fineness of less than 10% through a sieve of 90 micrometers. In order to reduce amount of cement, glass powder is introduced with content of 5%, 10%, 15% and 20% by weight of cement respectively. The aim is to study the effect of this substitution on the development of compressive strength of concrete compared to nominal concrete. The results show that with replacement of 10%, the strength of concrete is the best and can be practically applied.

Từ khóa - bê tông; thủy tinh thải y tế; bột thủy tinh; cốt liệu; cường độ chịu nén; độ sụt.

Key words - concrete; waste medical glass; glass powder; aggregates; compressive strength; slump.

1. Rác thải thủy tinh và tình hình sử dụng thủy tinh làm

vật liệu xây dựng

Theo Tổng cục Môi trường, hiện mỗi ngày các cơ sở

khám chữa bệnh trên cả nước phát sinh khoảng 340 tấn chất

thải, mức tăng chất thải y tế hiện nay là 7,6%/năm. Năm

2015, lượng phát sinh chất thải vào khoảng 600 tấn/ngày.

Dự kiến đến năm 2020, tổng lượng rác thải là 800 tấn/ngày.

Trong đó, hằng năm, lượng rác thải gồm chai, lọ thủy tinh

đựng dược phẩm y tế được thải ra với số lượng lớn, chiếm

khoảng 3% [1]. Theo ước lượng của tác giả, Bệnh viện

Trung ương Huế hằng ngày thải ra khoảng 300 kg chai thủy

tinh đựng thuốc y học, lượng rác này hiện đang tồn đọng

tại bệnh viện khoảng hàng trăm tấn. Phương hướng xử lý

chủ yếu hiện nay là thải trực tiếp hoặc xay thô và chôn lấp.

Phương án này đòi hỏi phải có nơi xử lý, quỹ đất chôn lấp

lớn, chi phí cao (bao gồm thu gom, xử lý đốt cháy và chôn

lấp, nhân công và vận chuyển). Bên cạnh đó, rác thải y tế

nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ô nhiễm môi trường

và chất lượng đất, nước, … ảnh hưởng đến sức khỏe con

người. Và phương án này cũng không còn bền vững.

Nghiên cứu tiến hành thống kê một số nước có lượng

phát sinh thủy tinh thải (trong đó có thủy tinh thải y tế) một

số năm điển hình [2]. Theo thống kê, năm 2010, tại Mỹ,

thủy tinh thải đạt xấp xỉ 4,6% trong tổng sản lượng chất

thải rắn đô thị (trong khi lượng sản xuất xấp xỉ 20 triệu tấn).

Năm 1999 - 2000, tại Ấn Độ, chất thải thủy tinh đạt 2,1%

trong tổng sản lượng chất thải rắn đô thị. Tại Thổ Nhĩ Kỳ,

trong 120.000 tấn thì có 80.000 tấn thủy tinh được tái chế,

còn ở Đức là khoảng 3 triệu tấn thủy tinh thải được tái chế.

Ở Hồng Kông, ước tính có xấp xỉ 373 tấn thủy tinh thải ra

mỗi ngày trong năm 2010. Năm 2002, vật liệu thủy tinh

thải ở Đài Loan xấp xỉ 600.000 tấn. Tại Việt Nam, hầu như

chưa có thống kê cụ thể nào về lượng chất thải thủy tinh

nói chung và thủy tinh thải y tế nói riêng.

Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng

thủy tinh thải như kính, bóng đèn, ống tia ca-tốt, cửa sổ,

chai, lọ… như một vật liệu thứ yếu làm cốt liệu trong sản

xuất bê tông. Vì thủy tinh có nguồn gốc từ silicat nên

phương án dùng nguyên liệu này xay nhỏ để làm vật liệu

xây dựng là một ý tưởng rất tốt. Tung-Chai Ling, Chi-Sun

Poon, Hau-Wing Wong [3] báo cáo về phương án chuyển

đổi thủy tinh thải thành vật liệu có giá trị và một số ứng

dụng của nó. Theo đó, thủy tinh nghiền mịn đến cỡ hạt 75

-150 µm có thể thay thế một phần xi măng trong bê tông.

Một số ứng dụng khác của thủy tinh trong thay thế cốt liệu

lớn, cốt liệu nhỏ hay mịn có thể được sử dụng làm thành

các khối block, dùng để lắp vỉa hè và tường, bê tông, bê

tông tự đầm hay vữa kiến trúc…

Việc sử dụng thủy tinh nghiền như cốt liệu trong bê

tông xi măng Pooclăng đã có một số hiệu ứng trái ngược

trong thuộc tính của bê tông. Tuy nhiên, ứng dụng vào thực

tiễn vẫn có thể được sản xuất, thậm chí sử dụng 100% thủy

tinh nghiền như cốt liệu [4]. Batayneh Malek, Marie Iqbal,

Asi Ibrahim [5] nghiên cứu sự tăng dần cường độ chịu nén,

cường độ chịu kéo tách và cường độ chịu uốn của bê tông

có chứa thủy tinh nghiền khi thay thế cát tự nhiên với tỉ lệ

hàm lượng là 5%, 10%, 15% và 20%. Borhan Tumadhir

Merawi [6] báo cáo rằng, sự tăng cao 15% trong cường độ





chịu kéo tách của bê tông ở tuổi 28 ngày có chứa 20% khối

lượng thủy tinh màu tái chế (cỡ hạt 3 - 0,5 mm) thay thế

cát tự nhiên. Các nghiên cứu khác cũng dẫn đến kết luận

rằng, việc sử dụng thủy tinh thải làm cốt liệu thô trong bê

tông hay để sản xuất xi măng Pooclăng không làm ảnh

hưởng cường độ nhưng làm giảm độ sụt, hàm lượng bọt khí

và trọng lượng của bê tông tươi [7].

Nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, giá trị cộng thêm của

thủy tinh trong bê tông đạt được tốt nhất nếu nó được sử dụng

làm vật liệu thay thế xi măng. Thủy tinh là vật liệu vô định

hình với hàm lượng silic cao, do đó làm cho nó có khả năng

xảy ra phản ứng pozolanic khi kích cỡ hạt nhỏ hơn 75 μm [8,

9]. Ankur Meena và Randheer Singh đã kiểm tra ảnh hưởng

của kích thước hạt của bột thủy tinh từ 150 μm đến 100 μm và

từ 100 μm đến 50 μm đến độ bền của bê tông. Quan sát thấy

kích thước hạt nhỏ hơn của bột thủy tinh có hoạt tính cao hơn

so với vôi, làm cho cường độ nén của bê tông cao hơn. Bê

tông bột thủy tinh mịn hơn có cường độ sớm cao hơn cường

độ muộn [10]. Shilpa Raju và P. R. Kumar nhận xét rằng, bột

thủy tinh thể hiện hoạt tính puzolanic khi kích thước hạt nhỏ

hơn 75 μm, trong khi thí nghiệm được thực hiện bằng bột thủy

tinh có kích thước 45 μm. Các kết quả thử nghiệm cho thấy

cường độ nén tăng do bột thủy tinh được nghiền rất mịn, có

thể hoạt động như một chất độn hoặc có thể có các tính chất

puzzolan đủ để thay thế một phần xi măng [11].

Tuy nhiên, các kết quả kiểm tra vẫn có những hiệu ứng

trái chiều liên quan đến các đặc tính tươi và đông cứng của bê

tông. Soroushian [12] kết luận rằng, sự gia tăng độ sụt có hệ

thống khi tăng hàm lượng bột thủy tinh trong hỗn hợp bê tông.

Ngược lại, tính chất bê tông đông cứng có một sự cải thiện về

cường độ nén bê tông khi thay thế xi măng với hàm lượng

10% bột thủy tinh, đặc biệt là khi sử dụng bột thủy tinh có cỡ

hạt nhỏ hơn 90 µm. Vandhiyan đã nghiên cứu và kết luận

rằng, sự gia tăng đáng kể cường độ ban đầu ở mẫu chứa bột

thủy tinh 15% đã tăng 29% ở tuổi 7 ngày, cường độ giảm

xuống còn 23% ở tuổi 28 ngày so với mẫu đối chứng [13].

Shilpa Raju, Dr.P.R. Kumar [11] đã nghiên cứu về ảnh

hưởng trong bê tông khi sử dụng thủy tinh dạng bột theo các

tỉ lệ thay thế xi măng từ 0% đến 40% (có sử dụng phụ gia

siêu dẻo hàm lượng 2% khối lượng xi măng). Kết quả nghiên

cứu chỉ ra rằng, có sự tăng cường độ khi tăng bột thủy tinh

đến hàm lượng 20%, đây là cấp độ tối ưu, có tính khả thi cao

và khi vượt quá điều đó thì bắt đầu giảm cường độ. Shao và

cộng sự [14] đã báo cáo rằng, thủy tinh được nghiền mịn hơn

38 µm sẽ có sự hoạt động của puzzolan. Cường độ chịu nén

của hỗn hợp thủy tinh – đá vôi cao hơn giới hạn là 4,1 MPa.

Những nghiên cứu trên đều sử dụng thủy tinh thải nói

chung, cho thấy những lợi ích nhất định về các đặc tính cơ

lý của bê tông. Ở đây, bài báo chủ yếu tập trung nghiên cứu

sử dụng chai, lọ thủy tinh thải y tế (nghiên cứu sử dụng

thủy tinh trắng) được nghiền thành dạng bột như một vật

liệu thay thế cho một phần cốt liệu xi măng, đã và đang thu

hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Các nghiên cứu

đã chỉ ra rằng, việc dùng bột thủy tinh thải thay thế một

phần xi măng mang lại những hiệu quả tích cực như sau:

- Góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do

chất thải rắn, giảm chi phí xử lý chôn lấp…;

- Có thể cải thiện đáng kể một số tính chất cơ bản của

hỗn hợp bê tông và bê tông như: cường độ (nén, uốn), khả

năng chống thấm nước, …

2. Chương trình thực nghiệm

2.1. Vật liệu sử dụng

- Xi măng (XM): sử dụng xi măng Sông Gianh PCB40,

tính chất hóa – lý của xi măng phù hợp với TCVN 6260:2009.

- Đá và cát: sử dụng đá dăm 1x2 (kích cỡ hạt lớn nhất

dmax = 20 mm) của mỏ đá Hốc Khế tại Hòa Nhơn, Đà Nẵng

và cát vàng sông Túy Loan tại Hòa Phong, Đà Nẵng, cỡ hạt

dưới 4,75 mm. Các chỉ tiêu cốt liệu được xác định theo

TCVN 7572:2006, đường đặc tính thành phần hạt của hai

cốt liệu này phù hợp với TCVN 7570:2006.

- Nước (N): nước dùng để trộn bê tông, trộn vữa, rửa

cốt liệu và bảo dưỡng bê tông là nước máy sạch tại Trường

Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.

- Bột thủy tinh: chai lọ thủy tinh được thu thập từ Bệnh

viện Trung ương Huế và chỉ dùng thủy tinh trắng. Sau khi

vệ sinh, thủy tinh được nghiền thành dạng bột đảm bảo yêu

cầu độ mịn theo tiêu chuẩn chất lượng kỹ thuật của TCVN

6260:2009. Độ mịn được xác định thông qua phương pháp

sử dụng máy thổi không khí FSY-150 qua lưới sàng lọc 90

µm tại phòng thí nghiệm.

Thành phần hóa học của bột thủy tinh được thí nghiệm

bởi Trung tâm QUATEST 3, sử dụng phương pháp thử

mẫu qua tiêu chuẩn ASTM C169-16, kết quả như Bảng 1.

Bảng 1. Thành phần hóa học của bột thủy tinh theo % (m/m)

Tên chỉ tiêu Bột thủy tinh (%)

Hàm lượng silic trong oxit SiO2 72,1

Hàm lượng kali trong oxit K2O 1,04

Hàm lượng natri trong oxit Na2O 11,1

Hàm lượng canxi trong oxit CaO 9,53

Hàm lượng magie trong oxit MgO 0,23

Hàm lượng sắt trong oxit Fe2O3 0,49

Hàm lượng nhôm trong oxit Al2O3 2,93

Hàm lượng bo (B) 0,73

Bảng 2. Thuộc tính lý của bột thủy tinh

STT Thuộc tính Bột thủy tinh

1 Màu bột Trắng

2 Độ mịn % lọt sàng (cỡ sàng) 94,73 (90 µm)

3 Tỷ trọng 2,42 - 3,01

2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

Các thiết bị và dụng cụ chính phục vụ thí nghiệm gồm:

- Máy trộn bê tông loại B150, dung tích danh định 150

lít, dung tích thành phẩm 113 lít;

- Bộ thiết bị côn thử sụt bê tông loại N1, thí nghiệm phù

hợp với TCVN 3016:1993;

- Khuôn đúc mẫu bê tông kích thước 15x15x15 cm3 và

thanh thép đầm 16; 600l mm .

- Cân Nhơn Hòa 30 kg, sai số 100 g; cân điện tử với

khối lượng tối đa là 15 kg, độ chính xác 0,01 g;

- Máy nén mẫu bê tông loại 100 T, thí nghiệm phù hợp

với TCVN 3118:1993.

42 Nguyễn Quang Hòa, Trần Quang Hưng, Trần Minh Quân

2.3. Cấp phối mẫu và nội dung thí nghiệm

Cấp phối mẫu đối chứng (kí hiệu PCB) được xây dựng

trên cơ sở mác bê tông M250, đạt cường độ tối thiểu ở tuổi

28 ngày là 250 daN/cm2 và hỗn hợp bê tông có độ sụt 6 - 8

cm. Chất kết dính có tổng khối lượng là 100% xi măng và

nước, hàm lượng bột thủy tinh là 0%.

Với mục đích nghiên cứu khả năng thay thế bột thủy

tinh thải y tế cho một phần xi măng, chúng tôi đưa ra 4 tỉ

lệ thay thế là 5%, 10%, 15% và 20% tương ứng với các

mẫu cấp phối kí hiệu là 95PCB-5GP, 90PCB-10GP,

85PCB-15GP, 80PCB-20GP. Lượng nước dùng cho cấp

phối bột thủy tinh được giữ nguyên như cấp phối mẫu đối

chứng PCB. Thành phần của 5 cấp phối được miêu tả trong

Bảng 3. Các cốt liệu thô được thí nghiệm để xác định độ

ẩm, khối lượng thể tích, thành phần hạt, mô-đun độ lớn.

Bảng 3. Bảng thiết kế cấp phối bê tông

Thành

phần

Ký hiệu cấp phối

PCB 95PCB -

5GP

90PCB -

10GP

85PCB -

15GP

80PCB -

20GP

XM (kg) 27,28 25,92 24,55 23,19 21,82

GP (kg) 0 1,36 2,73 4,09 5,46

Cát (kg) 51,57 51,57 51,57 51,57 51,57

Đá (kg) 92,45 92,45 92,45 92,45 92,45

Nước (lít) 15,20 15,20 15,20 15,20 15,20

N/XM 0,56 0,59 0,62 0,66 0,70

Lưu ý: Lượng nước trong Bảng 3 đã được điều chỉnh so với

lượng nước định mức do lượng nước trong cát (độ ẩm 2,45%) và

lượng nước trong đá (độ ẩm 0,4%).

Mỗi cấp phối thiết kế được đúc với số lượng 4 tổ mẫu

ở 4 độ tuổi lần lượt là 3, 7, 14 và 28 ngày, 1 tổ mẫu gồm 5

mẫu. Quá trình đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu theo tiêu chuẩn

TCVN 3015:1993, các tổ mẫu được ngâm trong nước cho

đến thời điểm đạt độ tuổi thí nghiệm.

Nội dung thí nghiệm bao gồm:

+ Thí nghiệm xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông theo

TCVN 3016:1993;

+ Xác định và theo dõi sự phát triển cường độ chịu nén

của bê tông 5 cấp phối trên theo các độ tuổi 3 ngày, 7 ngày,

14 ngày và 28 ngày.


Kết quả đo độ sụt hỗn hợp bê tông được lấy trung bình

các giá trị qua 3 lần đo, thể hiện trên Hình 1.

Kết quả Hình 1 cho thấy rằng:

+ Độ sụt hỗn hợp bê tông cho cấp phối mẫu đối chứng

PCB đạt độ sụt theo yêu cầu thiết kế 6 - 8cm;

+ Khi thay thế một phần xi măng bằng bột thủy tinh với

hàm lượng từ 5% đến 20% về khối lượng, giữ nguyên

lượng nước như PCB thì độ sụt hỗn hợp có xu hướng tăng,

thậm chí là tăng mạnh so với cấp phối PCB;

+ Với tỉ lệ hàm lượng thay thế thấp 5% - 10% thì độ sụt

đạt 10 - 12 cm, bằng độ sụt của bê tông thương phẩm.

+ Với tỉ lệ hàm lượng thay thế xi măng bằng bột thủy

tinh là 15% và 20%, lúc này, lượng nước cần cho sự thủy

hóa của xi măng tạo chất kết dính thấp hơn 5% - 10%,

lượng nước dư ra và làm tăng độ linh động. Vì vậy, độ sụt

của hỗn hợp bê tông với tỉ lệ 15% - 20% tăng rất cao, đạt

tương ứng 14 cm và 16 cm.

0% 5% 10% 15% 20%

8

10

12

14

16

8

11.67

10.83

14

16

Độ

sụ

t h

ỗn

hợ

p (

cm)

Tỉ lệ hàm lượng thay thế

Độ sụt trung bình

Hình 1. Độ sụt trung bình hỗn hợp bê tông 5 cấp phối

Nhìn chung, khi thêm bột thủy tinh thay thế một phần xi

măng thì độ sụt tăng nhanh, tỉ lệ thuận với hàm lượng thay

thế. Trường hợp thay thế 10% độ sụt có giảm chút ít so với

5%, đây có thể là vấn đề thiếu sót trong thực hiện thí nghiệm.

Sự phát triển cường độ chịu nén được thể hiện ở Hình

2 và Hình 3, có thể thấy:

+ Ở các độ tuổi thí nghiệm, cường độ nén cấp phối có

chứa bột thủy tinh thấp hơn cấp phối đối chứng PCB. Quy

luật phát triển cường độ nén diễn ra tương tự như bê tông

thông thường. Với trường hợp thay thế 5%, trong độ tuổi 7 -

14 ngày, cường độ nén tăng chậm hơn các trường hợp khác.

+ Ở tuổi 28 ngày, với tỉ lệ thay thế thấp từ 5% - 10%,

cường độ nén đạt được cường độ mong ước là 250 kg/cm2;

+ Với tỉ lệ thay thế cao hơn (≥15%) thì cường độ giảm

so với yêu cầu đạt mác thiết kế M250. Ở tuổi 28 ngày,

cường độ nén chỉ đạt 200,98 kg/cm2 với tỉ lệ thay thế 15%,

với tỉ lệ thay thế 20% cường độ còn thấp hơn nhiều.

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của mẫu qua các

ngày tuổi được thể hiện ở Bảng 4.

Bảng 4. Kết quả cường độ nén các tuổi thí nghiệm (kg/cm2)

Cấp phối 3 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày

PCB 137,20 191,01 250,38 281,50

95PCB - 5GP 109,44 175,91 195,85 248,54

90PCB - 10GP 109,11 162,31 219,93 250,82

85PCB - 15GP 94,90 124,42 157,83 200,98

80PCB - 20GP 78,31 114,24 155,73 188,69

Các kết quả trên có thể được lý giải là do sự thay thế xi

măng bằng bột thủy tinh đã làm giảm hàm lượng xi măng.

Cùng lượng nước không đổi, hàm lượng xi măng cần cho

sự thủy hóa tạo chất kết dính giảm đi, trong khi đó, lượng

nước cho cốt liệu tăng lên, đây là lý do độ sụt của hỗn hợp

với tỉ lệ thay thế 15 - 20% tăng cao. Lúc này, sự liên kết

giữa các cốt liệu giảm do giảm chất kết dính, vai trò của

bột thủy tinh cũng có tham gia phản ứng nhờ có phản ứng

hydrat hóa của xi măng và nước tạo môi trường kiềm. Theo

nhiều nghiên cứu, thủy tinh dạng bột có độ mịn dưới 100

µm sẽ có phản ứng puzzolan xảy ra, tạo thành hợp chất có

tính chất xi măng.


Mặc dù bột thủy tinh có tham gia phản ứng khi thay thế

quá nhiều xi măng nhưng lượng nước vẫn dư nhiều trong

khoảng thời gian từ 0 đến 28 ngày, điều này làm tăng độ

sụt, nhưng do liên kết các cốt liệu giảm đi, dẫn đến làm

giảm cường độ của mẫu. Vì vậy, cường độ nén ở tuổi 28

ngày của các trường hợp tỉ lệ thay thế 15 - 20% sẽ thấp hơn

so với tỉ lệ thay thế 5 - 10%.

0 3 7 14 28

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

0

137.2

191.01

250.38

281.5

0

109.44

175.91195.85

248.54

0

109.11

162.31

219.93

250.82

0

94.9

124.42

157.83

200.98

0

78.31

114.24

155.73

188.69

Cư

ờng

độ

ch

ịu n

én t

rung

bìn

h (

kG

/cm

2)

Độ tuổi thí nghiệm (ngày)

PCB

95PCB-5GP

90PCB-10GP

85PCB-15GP

80PCB-20GP

Hình 2. Sự phát triển cường độ nén trong bê tông

0%

(PCB)

5% 10% 15% 20%

50

100

150

200

250

300

137.2

109.44 109.11

94.9

78.31

191.01

175.91

162.31

124.42114.24

250.38

195.85

219.93

157.83 155.73

281.5

248.54 250.82

200.98

188.69

Cư

ờn

g đ

ộ n

én t

run

g b

ình

(k

G/c

m2)

Tỉ lệ % hàm lượng thay thế

3 ngày

7 ngày

14 ngày

28 ngày

Hình 3. Quá trình phát triển cường độ nén theo tỉ lệ %

các độ tuổi thí nghiệm

Có thể thấy rằng, với tỉ lệ thay thế xi măng bằng bột

thủy tinh là 10% khối lượng thì cho kết quả khả quan về

cường độ nén, đồng thời độ sụt cũng tương đối tốt.

4. Kết luận

Nghiên cứu này đã tập trung vào việc sử dụng bột thủy

tinh thải trong y tế để thay thế một phần xi măng trong bê

tông. Kết quả cho thấy rằng, việc sử dụng bê tông với hàm

lượng thay thế 10% khối lượng xi măng là khả quan vì có

thể đạt được yêu cầu về cường độ, đồng thời, tính công

tác của hỗn hợp bê tông cũng rất cao. Do đó, việc sử dụng

bột thủy tinh để chế tạo bê tông không những giảm được

một phần xi măng, mà còn giải quyết được vấn đề xử lí

rác thải y tế, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển

bền vững.

Kết quả cũng cho thấy rằng, lượng nước sử dụng đóng

vai trò quan trọng đối với cường độ bê tông có bột thủy

tinh, nếu tối ưu hóa lượng nước thì cường độ của bê tông

có bột thủy tinh có thể đạt cao hơn nhiều.

Để ứng dụng vào thực tiễn, cần nghiên cứu thêm nhiều

đặc tính khác của vật liệu như độ chống thấm, chống xâm

thực, ăn mòn…

Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn

đến phòng thí nghiệm thuộc Công ty Xi măng Sông Gianh,

Trung tâm QUATEST 3, Phòng thí nghiệm Kết cấu công trình

thuộc Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.


[1] Bộ Tài nguyên và Môi trường, Báo cáo môi trường quốc gia 2011,

Chất thải rắn, Hà Nội, 2011, trang 83-96,

http://quantracmoitruong.gov.vn/Portals/0/Bao%20cao/SOE%202011/Baocaomoitruongquocgia2011.pdf

[2] Rashad Alaa M, “Recycled waste glass as fine aggregate

replacement in cementitious materials based on Portland cement”,

Construction and Building Materials, Vol 72, 2014, pp. 340-357.

[3] Tung-Chai Ling, Chi-Sun Poon, and Hau-Wing Wong,

“Management and recycling of waste glass in concrete products:

Current situations in Hong Kong”, Resources, Conservation and Recycling, Vol 70, 2013, pp. 25-31.

[4] Meyer, C. and S. Baxter, “Use of recycled glass for concrete

masonry blocks”, Final Report, Vol 97, 1997, pp. 15.

[5] Batayneh Malek, Marie Iqbal, and Asi Ibrahim, “Use of selected

waste materials in concrete mixes”, Waste Manage, Vol 27, 2007,

pp. 1870–6.

[6] Borhan Tumadhir Merawi, “Properties of glass concrete reinforced

with short basalt fibre”, Mater Des, Vol 42, 2012, pp. 265–71.

[7] Meyer, C Egosi, and C. N Andela, Concrete with waste glass as

aggregate, Proceedings of the International Symposium Concrete

Technology Unit of ASCE and University of Dundee, Dundee, 2001.

[8] Jin Weihua, Meyer Christian, and S. Baxte, “Glascrete" - Concrete

with Glass Aggregate”, ACI Materials Journal, Vol 97 (2), 2000, pp. 208-213.

[9] Federico LM and Chidiac SE, “Waste glass as a supplementary

cementitious material in concrete–critical review of treatment

methods”, Cement and concrete composites, Vol 31 (8), 2009, pp.

606-610.

[10] Meena Ankur and Singh Randheer, Comparative study of waste

glass powder as pozzolanic material in concrete, 2012.

[11] Shilpa Raju and Dr. P. R. Kumar, “Effect of Using Glass Powder in

Concrete”, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Volume 3 (Special Issue 5), 2014, pp.

421-427.

[12] Nassar Roz-Ud-Din and Soroushian Parviz, “Strength and durability

of recycled aggregate concrete containing milled glass as partial

replacement for cement”, Construction and Building Materials, Vol 29, 2012, pp. 368-377.

[13] Vandhiyan R, Ramkumar K, and Ramya R, “Experimental study on

replacement of cement by glass powder”, International Journal of

Engineering Research & Technology (IJERT), Vol 2, 2013.

[14] Shao et al., “Studies on concrete containing ground waste glass”,

Cement and Concrete Research, Vol 30 (1), 2000, pp. 91-100.




44 Phan Ánh Nguyên

THIẾT KẾ ÂM HỌC SÂN KHẤU VÀ XÁC NHẬN LẠI BẰNG

MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỦA KHÁN PHÒNG LỚN KIỂU RUỘNG BẬC THANG

STAGE ACOUSTIC DESIGN AND VERIFICATION BY SIMULATION MODELS OF

A LARGE TERRACE HALL

Phan Ánh Nguyên

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Trong khán phòng kiểu ruộng bậc thang, sân khấu được bao bọc bởi ghế ngồi khán giả ở mọi phía. Sự thay đổi này làm tăng phần thể tích sân khấu và ảnh hưởng đến hỗ trợ sớm ưa thích khi các nhạc công đồng diễn. Nghiên cứu này với mục đích cải thiện âm học sân khấu của một khán phòng lớn kiểu ruộng bậc thang và giảm ảnh hưởng tiêu cực đến khu vực khán giả. Nhiều phương án được đề xuất và xác nhận lại bằng mô hình mô phỏng ODEON 11. Góc nghiêng của tường bên sân khấu, tấm phản xạ phẳng treo trên sân khấu và độ treo cao được nghiên cứu. Phương án tường bên sân khấu thẳng đứng và tấm phản xạ treo ở cao độ +8,2 m trên nguồn âm cho kết quả tốt hơn cả. Hỗ trợ sớm ST1 tăng 4,5 dB và sức mạnh âm Gk trong khu vực khán giả tăng 0,2 dB so với phương án ban đầu. Tất cả các phương án đề xuất đã có những cải thiện chất lượng âm học tích cực đối với cả khu vực sân khấu và khu vực khán giả.

Abstract - In a terrace hall, the stage is surrounded by audiences’ seats from all sides. This change increases the volume behind the stage line and consequently influences the acoustical support desired for ensemble among musicians. This study is intended to improve the stage acoustics of a large terrace hall while reducing harm to the audience area. Various schemes are proposed and verified using ODEON 11 model simulation. Side stage wall tilting, overhead flat reflector and overhead reflector height are studied. Scheme with vertical side stage walls and overhead reflector at +8,2 m above the source gives the best result. Early support ST1 increases by 4,5 dB and strength Gk on the auditorium increases by only 0,2 dB in comparison with original scheme. All the proposed schemes can improve the acoustical quality both on the stage and the auditorium.

Từ khóa - khán phòng kiểu ruộng bậc thang; thiết kế âm học sân khấu; âm học phòng khán giả; ODEON 11; mô phỏng máy tính

Key words - terrace hall; stage acoustic design; auditorium acoustics; ODEON 11; computer simulation


Số lượng khán phòng kiểu ruộng bậc thang đang ngày

càng phát triển bởi vì sự kết nối giữa người biểu diễn và

khán giả trong kiểu khán phòng này. Khán phòng

Philharmonic Berlin, nhà tiên phong về loại khán phòng

nhạc giao hưởng này, kết hợp một sân khấu được bao

quanh bởi khán giả và chia thành "các khối ruộng bậc

thang". Tuy nhiên, do số lượng đáng kể chỗ ngồi được thiết

kế xung quanh sân khấu và chiều rộng khán phòng mở rộng

dẫn đến vẫn còn một số điểm không chắc chắn về chất

lượng âm thanh của các phòng kiểu ruộng bậc thang này.

Một khán phòng kiểu ruộng bậc thang sở hữu những

đặc điểm sau. Ghế ngồi khán giả bao quanh sân khấu và

phần lớn ghế ngồi khán giả là ở phía trước sân khấu. Khán

giả được chia làm nhiều khối nhỏ để mỗi khối khán giả sẽ

nhận được phản xạ bên sớm từ phần tường phía trước của

các khối khán giả bên cạnh (tường nảy). Với các hàng ghế

hai bên sân khấu, khán phòng kiểu ruộng bậc thang thông

thường rộng hơn khán phòng kiểu hình hộp. Độ dốc sàn

của loại khán phòng này cùng cao hơn so với kiểu khán

phòng hình hộp do sự phân chia các khối khán giả. Hình

khối thì khá là phức tạp bởi các khối chỗ ngồi và hình dáng

mặt bằng “hữu cơ”.

Ưu điểm của khán phòng kiểu ruộng bậc thang là

khoảng cách giữa người biểu diễn và khán giả ngắn lại, và

sức chứa lớn hơn. Tuy nhiên, trong loại khán phòng này, vì

khán giả ngồi xung quanh sân khấu nên dẫn đến thể tích

khu vực sân khấu tăng lên gây ảnh hưởng đến hỗ trợ sớm

(ST1) của các nhạc công khi đồng diễn.

Thiết kế sân khấu là để hỗ trợ cho nhạc công, người sản

xuất ra âm nhạc. Đối với người nhạc công, đạt được sự cân

bằng giữa nghe âm thanh do bản thân tạo ra và nghe âm

thanh do người khác tạo ra là cực kỳ quan trọng. Trên sân

khấu mà có nhiều bề mặt hấp thụ âm, thì sức mạnh âm sẽ

nhỏ và người nhạc công khó nghe được âm thanh mà họ

tạo ra, và họ dường như sẽ cố gắng chơi to hơn. Trên sân

khấu và có thể tích lớn, âm phản xạ thưa thớt và yếu ớt dẫn

đến khó nghe âm thanh của những người khác. Trong biểu

diễn, các âm phản xạ sớm trong 35 mili giây là rất quan

trọng trong nhịp điệu biểu diễn [1]. Thiết kế âm học sân

khấu không chỉ ảnh hưởng đến dàn nhạc giao hưởng mà

còn ảnh hưởng đến cả khu vực khán giả. Ví dụ, các bề mặt

trên sân khấu hướng các âm phản xạ đến cả dàn nhạc và

khu vực khán giả.

Bề mặt sân khấu bao gồm tường xung quanh, trần và sàn

sân khấu (có hoặc không có bục sân khấu). Bục sân khấu

(kiểu băng dài hoặc kiểu vòng cung) ngày càng phổ biến hiện

nay và thường được sử dụng để cung cấp đường đi rõ ràng

từ nguồn âm đến người nghe, và đặc biệt là cho các nguồn

âm có cường độ âm thanh yếu như bộ dây. Tấm phản xạ treo

thường được trang bị trong các khán phòng với trần cao hoặc

có thiên kiều đối với khán phòng đa chức năng.

Đầu năm 1931, Knudsen đã mô tả khái niệm “hỗ trợ”.

Tuy nhiên, mãi cho đến khi Marshall nghiên cứu về thiết

đặt sân khấu cho bộ ba biểu diễn đàn dây vào năm 1978,

một ít thông tin về âm học sân khấu bắt đầu xuất hiện trên

lý thuyết [2].

Những âm phản xạ quay trở lại dàn nhạc trong khoảng

17-35 mili giây có một vai trò quan trọng trong việc giao

tiếp giữa các nhạc công [2]. Vì vậy, các bề mặt nhỏ vừa

phải xung quanh sân khấu là có ích. Tuy nhiên, trong những

sân khấu có diện tích bề mặt xung quanh lớn, các tấm phản

xạ treo cũng hữu dụng trong việc hướng các âm phản xạ

sớm quay trở lại sân khấu.


Năm 1989 Gade thực hiện một loạt các nghiên cứu tiên

phong trong phòng thí nghiệm và trong nhiều khán phòng

nổi tiếng ở châu Âu [3]. Sự tương quan giữa kết quả khảo

sát của dàn nhạc và các kết quả đo đạt đã khẳng định hỗ trợ

sớm (ST1). ST1 là tỉ số giữa năng lượng âm phản xạ sớm

và năng lượng âm tới:

𝑆𝑇1 = 10𝑙𝑜𝑔∫ |𝑝2(𝑡)|𝑑𝑡100𝑚𝑠20𝑚𝑠

∫ |𝑝2(𝑡)|𝑑𝑡10𝑚𝑠0𝑚𝑠

(1)

Trong đó p(t) là đáp ứng xung (impulse response) đo đạt

cách nguồn âm 1 m tại 3 vị trí trên sân khấu, ví dụ tại vị trí

của người độc tấu, ở giữa bộ dây bên phải, và hàng thứ 2 xa

nhất của bộ khí. Giá trị tối ưu của ST1 là từ -13 đến -12 dB

tính trung bình cho tần số 250 Hz đến 2000 Hz, được đề xuất

cho biểu diễn giao hưởng. Một khoảng ưa thích khác là từ

-15 đến -12 dB được đề xuất bởi Beranek [4].

Có một sự tương quan mạnh mẽ giữa ST1 và thể tích

sân khấu và đã được biểu diễn bằng công thức hồi quy thu

được trong khảo sát các khán phòng hòa nhạc ở châu Âu

bởi Gade:

ST1 = 12 - 7.65 log VStage (2)

Trong đó Vstage là thể tích sân khấu tính từ mép sân

khấu. Từ công thức tính ra ST1 giảm 2.3 dB khi mà tăng

gấp đôi thể tích sân khấu Vstage [3].

Đối với các sân khấu lớn, các tấm phản xạ treo từ

6 – 8 m trên sàn sân khấu được đề xuất [5] trong khi treo ở

độ cao 12 m vẫn được cân nhắc là hữu dụng [6]. Khán

phòng Berlin Philhamonic với thể tích là 21,000 m3 với sức

chứa 2,218 chỗ ngồi với 530 chỗ ngồi bao quanh sân khấu.

Tập hợp 10 tấm phản xạ âm hình thang bằng nhựa treo trên

sân khấu với độ cao từ 10 – 12 m được đưa vào với tổng

diện tích là 75 m2. Hỗ trợ sớm ST1 tại khu vực sân khấu là

-16.8 dB. Phần trên của tường bên được làm nghiêng xuống

để cung cấp các âm phản xạ sớm đến dàn nhạc.

Thời gian giảm âm sớm (EDT) đo thời gian mà âm thanh

suy yếu đi 10 dB sau khi nguồn âm bị tắt và nhân với hệ số

6, dùng để chỉ độ âm vang của âm thanh. Giá trị thời gian

giảm âm sớm chấp nhận được cho khán phòng hòa nhạc vào

khoảng 1,8 đến 2,2 giây [7]. “Trong những khán phòng tốt

nhất, sử dụng ghế ngồi bọc nệm, thời gian giảm âm sớm

(EDT) nằm trong khoảng 2,25 đến 2,75 giây, và trong những

khán phòng được đánh giá thấp nhất, thời gian giảm âm sớm

(EDT) nằm trong khoảng 1,4 đến 2,0 giây” [4].

Mô phỏng máy tính trong thiết kế môi trường âm học

đã có những bước tiến đáng kể trong suốt 5 thập kỷ qua,

ngày càng trở nên phổ biến và ứng dụng rộng rãi trong âm

học phòng kín, kiểm soát tiếng ồn… Khán phòng hòa nhạc

Walt Disney (2003) tại Los Angeles, New Danish Radio

(2009) tại Copenhagen đã sử dụng phần mềm mô phỏng

âm học máy tính trong quá trình thiết kế hình khối của công

trình và đến gia đoạn gần như hoàn thành thiết kế, mô hình

tỉ lệ 1/10 được sử dụng để kiểm tra tiếng dội bất lợi [8], [9].

Nghiên cứu này dự định điều tra về thiết kế âm học sân

khấu của một khán phòng kiểu ruộng bậc thang bằng mô

hình máy tính sử dụng phần mềm âm học ODEON 11 với

mục tiêu cải thiện âm học khu vực sân khấu nhưng không

gây ảnh hưởng tiêu cực đến khu vực khán giả.

2. Phương pháp, thiết kế âm học sân khấu, và mô phỏng

máy tính

2.1. Phương pháp

Một khán phòng kiểu ruộng bậc thang lớn được thiết kế

bởi giáo sư Chiang Wei Hwa năm 2012 [10] được sử dụng.

Tham số đánh giá chất lượng âm học cho khu vực sân khấu

gồm có: hỗ trợ sớm ST1, sức mạnh âm Gs, thời gian giảm

âm sớm EDTs cho dải tần số từ 250 Hz – 2000 Hz. Tại khu

vực khán giả, tham số âm học sức mạnh âm Gk và thời gian

giảm âm sớm EDTk cho dải tần số từ 500 Hz – 1000 Hz

được sử dụng.

Đầu tiên, các âm phản xạ sớm đến sau âm trực tiếp

trong vòng 35 mili giây được thiết kế. Sau đó, một vài

phương án thiết kế được đề xuất và sau cùng là mô phỏng

bằng phần mềm ODEON 11 để xác nhận lại.

2.2. Thiết kế âm học sân khấu

2.2.1. Khán phòng kiểu ruộng bậc thang

Hình 1. Thông số kỹ thuật khán phòng nghiên cứu

Hình 2. Các kích thước của sân khấu

Mặt bằng (trên) và mặt đứng (dưới)

Khán phòng nghiên cứu có mặt bằng hình đa giác được

phát triển từ khán phòng hình hộp Concertgebouw thông

qua việc phân chia các khối ghế ngồi khán giả. Khán phòng

có thể tích 22,500 m3 và diện tích khu vực khán giả là

1.440 m2. Chiều dài và chiều rộng của khán phòng lần lượt

là 49 m và 37 m. Sân khấu hình thang có diện tích 230 m2.

Khoảng cách từ sân khấu đến trần phẳng là 17,4 m, cao hơn

khán phòng Concertgebouw 2,1 m.

Chiều rộng sân khấu lần lượt là 20,6 m ở phía trước và


15 m ở phía sau. Chiều sâu của sân khấu là 13 m. Kích thước

của các bức bên là 2,3 m cao và 9,25 m dài. Thể tích sân

khấu là 9.000 m3. Tổng diện tích tường bên sân khấu là

42,5 m2. Tường sau sân khấu phía sau là 32 m2. Các bức

tường bên được nghiêng xuống bởi một góc 1/20 hướng các

âm phản xạ sớm đến người biểu diễn. Bục nâng sân khấu

hình vòng cung với tổng chiều cao của 4 bậc là 700 mm.

2.2.2. Phân tích hình học

Phân tích hình học được tiến hành để xác định vị trí và

hướng của các bề mặt có thể cung cấp âm phản xạ sớm đến

trễ hơn so với âm trực tiếp trong vòng 35 mili giây với

khoảng cách nguồn âm và tai nghe là 8 m hoặc 16 m

(Hình 3). Nguồn âm S, tai nghe R1, R2 nằm cùng cao độ

so với sàn sân khấu. Ellipse r1, r2 là các ellipse lần lượt

được vẽ từ cặp tiêu cự S, R1 và cặp tiêu cự S, R2. Các bề

mặt nằm ngang dưới 9,1 m trên nguồn âm có thể cung cấp

các phản xạ đến trễ trong vòng 35 mili giây hoặc ngắn hơn

cho khoảng cách 8 m, trong khi chiều cao có thể nâng lên

11,5 m đối với khoảng cách 16 m.

Hình 3. Ellipse chỉ ra vị trí và hướng của bề mặt cung cấp các

phản xạ đến trễ trong vòng 35 mili giây

Hình 4. Ellipse chỉ ra các bức tường sân khấu cung cấp các

phản xạ đến trễ trong vòng 35 mili giây

Nguồn âm S tại vị trí độc tấu, tai nghe tại vị trí R1 (tại

khu vực bộ dây) và R2 (tại khu vực bộ khí) được khảo sát

(Hình 4). Ellipse r1, r2 là các ellipse lần lượt được vẽ từ

cặp tiêu cự S, R1 và cặp tiêu cự S, R2. Đối với khoảng cách

nguồn âm và tai nghe 8 m, các bức tường bên có thể cung

cấp phản xạ đến trễ trong vòng 35 mili giây cho các tai

nghe tại R1 và R2 từ nguồn S. Tai nghe R2 còn có âm phản

xạ đến trễ trong vòng 35 mili giây từ bức tường phía sau.

Khoảng cách 8,0 m là khoảng cách mà người nhạc công bắt

đầu cảm nhận được độ trễ giữa âm thanh và hình ảnh.

Tường nghiêng hai bên sân khấu là những bề mặt phản

xạ hữu ích trong khu vực sân khấu. Khi tường bên sân khấu

thẳng đứng, tai nghe R1, R2 chỉ nhận được 1 âm phản xạ thứ

nhất từ tường gần nó hơn với độ trễn 23 mili giây so với âm

trực tiếp. Khi nghiêng cả hai tường bên sân khấu 1 góc 1/20,

tai nghe R1, R2 cùng nhận thêm 1 âm phản xạ thứ nhất với

độ trễ là 52 mili giây từ tấm tường bên sân khấu còn lại.

2.2.3. Thiết kế âm học sân khấu

Những phân tích trên chứng tỏ ảnh hưởng của tường bên

sân khấu và tấm phản xạ treo đến âm học sân khấu của khán

phòng ruộng bậc thang đang nghiên cứu. Vì vậy chúng được

sử dụng như là các biến số trong nghiên cứu này. Bên cạnh

những ảnh hưởng của khu vực sân khấu, những tác dụng phụ

lên khu vực khán giả cũng được nghiên cứu.

Tường bên sân khấu thẳng đứng và tường bên sân khấu

được nghiêng xuống góc 1/20 được nghiên cứu. Tấm phản

xạ có hình dáng đồng dạng với sân khấu được treo ở 2 cao

độ là +11,6 m và +8,2 m so với nguồn âm cao 1 m (cao độ

của trần so với nguồn âm là +16,4 m chia cho √2 hoặc 2).

Khi thêm tấm phản xạ phẳng ở +11,6 m cường độ âm phản

xạ từ trần có thể tăng xấp xỉ 3 dB khi quãng đường đi giảm

đi √2 lần và xấp xỉ 6 dB khi tấm phản xạ treo ở +8,4 m khi

quãng đường đi giảm đi xấp xỉ 2 lần (theo quy luật nghịch

đảo I1/I2 = (d2/d1)2, khi tỉ số cường độ âm cho quãng đường

đi giảm 2 lần là 4 và độ tăng dB tương ứng là 10log4, hay

6 dB). Sức mạnh âm của bộ dây, bộ khí, bộ đồng và bộ gõ

không đồng nhất trong dàn nhạc giao hưởng. Sức mạnh âm

của bộ đồng thông thường lớn bộ dây 10 dB, và lớn hơn bộ

khí là 5 dB. Vì vậy mà tấm phản xạ treo thường không che

phủ bộ đồng và bộ gõ để họ không bị phơi nhiễm trong âm

thanh quá lớn. Vì vậy trong nghiên cứu, tấm phản xạ treo

được dịch chuyển về phía trước 6 m để không che phủ bộ

gõ và bộ đồng.

Hình 5. Vị trí và cao độ của tấm phản xạ treo

Kết quả là với 3 biến số, tường bên sân khấu (thẳng

đứng hoặc nghiêng), tấm phản xạ (có hoặc không) ở độ cao

độ (11,6m và 8,2 m), ta có 6 mô hình được nghiên cứu.

2.3. Mô phỏng máy tính

2.3.1. Cài đặt

Mô phỏng máy tính được thực hiện bằng phần mềm

thương mại ODEON 11. Số lượng tia âm được đặt là

20.000. Độ dài của đáp ứng xung được thiết đặt là 4.000

mili giây. Chiều cao của nguồn âm là 1,0 m và tai nghe là

1,2 m so với sàn.

Nguồn âm tỏa hình cầu Omni tại vị trí S1, S2, S3 và tai

nghe tại vị trí 1, 2, 3 được sử dụng để mô phỏng tham số

hỗ trợ sớm ST1 (Hình 6a). Khoảng cách giữa các nguồn

âm và tai nghe (S1-1; S2-2; và S3-3) là 1,0 m. Nguồn âm

Omni tại S1 và tai nghe tại vị trí 4, 5 (Hình 6b) được sử

dụng để mô phỏng sức mạnh âm Gs và thời gian giảm âm

sớm EDTs tại khu vực sân khấu. Khoảng cách giữa nguồn

âm và tai nghe (S1-4; và S1-5) là 8,0 m.


Hình 6. Sơ đồ vị trí nguồn âm và tai nghe mô phỏng hỗ trợ sớm

ST1 (a), sức mạnh âm Gs và thời gian giảm âm sớm EDTs (b)

Hình 7. Sơ đồ vị trí nguồn âm và tai nghe mô phỏng sức mạnh

âm Gk và thời gian giảm âm sớm EDTk trong khu vực khán giả

Nguồn âm Omni tại S4, S5 trên trục đối xứng sân khấu

và tai nghe tại vị trí được đánh số từ 1 đến 14 trong khu

vực khán giả được sử dụng để mô phỏng sức mạnh âm Gk

và thời gian giảm âm sớm EDTk trong khu vực khán giả

(Hình 7).

Hệ số hấp thụ âm và hệ số tán xạ bề mặt được cài đặt

theo Bảng 1. Tường gỗ 1 được ghép bởi các thanh gỗ nhỏ

để tạo bề mặt lồi lõm, tăng hệ số tán xạ, được áp dụng cho

tường xung quanh khán phòng. Ngoại trừ ghế khán giả, ghế

nhạc công và trần thạch cao, phần còn lại của khán phòng

được đặt là vật liệu tường gỗ 2.

Bảng 1. Hệ số hấp thụ và hệ số tán xạ âm bề mặt được cài đặt

2.3.2. Kết quả và phân tích

Dữ liệu âm học mô phỏng cho khu vực sân khấu và

khán giả được tập hợp tại Bảng 2. Mô hình mô phỏng được

đặt tên gồm phần chữ và phần số. Tường bên sân khấu

thẳng đứng được ký hiệu là T và tường bên sân khấu được

nghiêng xuống 1 góc 1/20 được ký hiệu là N. Mô hình

không có tấm phản xạ được kết hợp với phần số 00. Mô

hình có tấm phản xạ được treo tại cao độ 11,6 m hoặc 8,2

m được kết hợp với phần số lần lượt là 11 hoặc 08. Có tổng

cộng 6 mô hình mô phỏng được nghiên cứu.

Mô hình với tường bên sân khấu thẳng đứng không có

treo tấm phản xạ (T00) là mô hình cơ sở để so sánh với các

mô hình khác.

Bảng 2. Dữ liệu âm học mô phỏng tại khu vực sân khấu và khu

vực khán giả

Tường

bên Thẳng Nghiêng Thẳng Nghiêng

Tấm

phản xạ Không Có

Cao độ

(m) - - 11,6 8,2 11,6 8,2

Mã T00 N00 T11 T08 N11 N08

ST1

(dB) -18,8 -18,5 -17,2 -14,3 -17,0 -15,6

Gs (dB) 7,4 7,5 7,8 8,6 7,8 8,6

EDTs (s) 2,06 2,02 1,92 1,68 1,85 1,68

Gk (dB) 3,4 3,4 3,5 3,6 3,5 3,6

EDTk

(s) 2,00 1,99 1,95 1,93 1,95 1,93

Phương án N00 và N11 cho kết quả hỗ trợ sớm ST1 cao

hơn một chút (0,3 dB) so với phương án T00 và T11 cho

thấy sự hiệu quả của tường của tường nghiêng hai bên sân

khấu khi không có hoặc có tấm phản xạ ở cao độ +11,6 m.

Tuy nhiên, khi tấm phản xạ ở độ cao + 8,2 m thì phương

án T08 với tường thẳng đứng lại cho kết quả ST1 cao hơn

phương án N08 với tường nghiêng là 1,3 dB và đạt

-14,3 dB. Nguyên nhân là do tường bên sân khấu thẳng

đứng đã hướng ra các âm phản xạ lên tấm phản xạ treo hoặc

tường xung quanh khán phòng với hệ số tán xạ cao và được

thiết kế nghiêng góc 1/6 đã hướng các tia âm phản xạ quay

trở lại sân khấu với độ trễ trong vòng 100 mili giây và làm

tăng giá trị hỗ trợ sớm ST1. Hỗ trợ sớm ST1 tăng tổng cộng

4,5 dB so với phương án cơ sở (T00).

Bằng cách nghiêng tường bên sân khấu, sử dụng tấm

phản xạ âm, và hạ thấp xuống cao độ +8,2 m, thể tích khu

không gian sân khấu giảm, sức mạnh âm Gs có cải thiện

khoảng 1 dB và thời gian giảm âm sớm EDTs giảm còn

1,68 giây.

Sức mạnh âm Gk trong khu vực khán giả không khác

nhau giữa các mô hình với tường đứng và tường nghiêng

tương ứng. Bằng cách đưa vào tấm phản xạ, và hạ thấp

xuống cao độ +8,2 m, Gk tăng nhẹ và EDTk giảm nhẹ không

đáng kể.

3. Bàn luận

Các giải pháp thiết kế cải thiện chất lượng âm học sân

khấu đã cải thiện đáng kể hỗ trợ sớm ST1. Sức mạnh âm

Gs cũng được cải thiện và đồng thời thời gian giảm âm sớm

Hệ số hấp thụ âm Hệ số

tán xạ

âm 125 250 500 1000 2000 4000

Tường gỗ 1 0,09 0,17 0,19 0,20 0,20 0,20 0,8

Tường gỗ 2 0,06 0,08 0,09 0,11 0,10 0,10 0,3

Khán giả 0,38 0,55 0,58 0,63 0,66 0,66 0,7

Thạch cao 0,15 0,10 0,06 0,04 0,04 0,05 0,05

Ghế

nhạc công 0,03 0,04 0,07 0,10 0,14 0,14 0,3


EDTs cũng rút ngắn lại tại khu vực sân khấu. Tại khu vực

khán giả, sức mạnh âm Gk tăng nhẹ và thời gian giảm âm

sớm EDTk giảm nhẹ không đáng kể.

Tổng hợp các kết quả dữ liệu, giải pháp tường nghiêng

thẳng đứng kết hợp với tấm phản xạ âm treo ở cao độ +8,2

m so với nguồn âm tại vị trí độc tấu là một giải pháp an

toàn và hiệu quả thúc đẩy phân bố năng lượng âm thanh cả

ở khu vực sân khấu, đạt đến khoảng yêu thích từ -15 dB

đến -12 dB mà không có tác động tiêu cực đến khu vực

khán giả.

4. Kết luận

Thiết kế âm học sân khấu phù hợp dẫn đến sự đồng diễn

hòa hợp giữa các nhạc công và kết quả làm cho chất lượng

âm nhạc tốt hơn. Nghiên cứu này điều ra về khả năng cải

thiện âm học sân khấu của khán phòng hòa nhạc kiểu ruộng

bậc thang lớn và giảm những tác động tiêu cực đến khu vực

khán giả. Nghiên cứu sử dụng mô hình máy tính mô phỏng

bằng phần mềm ODEON 11.

Các kết luận là:

1. Cân nhắc cả tường bên sân khấu và tấm phản xạ treo,

hỗ trợ sớm ST1 có thể cải thiện đối đa 4,5 dB và đạt

-14,5 dB với phương án T08 sử dụng tường bên sân khấu

thẳng đứng và tấm phản xạ treo ở cao độ +8,2 m so với

nguồn âm ở vị trí độc tấu.

2. Hiệu quả của việc sử dụng tấm phản xạ treo để cải

thiện hỗ trợ sớm ST1 là đáng kể hơn nhiều so với việc thay

đổi độ nghiêng của tường bên sân khấu.

3. Các giải pháp thiết kế cải thiện âm học sân khấu cải

thiện sức mạnh âm Gs và đồng thời rút ngắn thời gian giảm

âm sớm EDTs tại khu vực sân khấu.

4. Các giải pháp thiết kế cải thiện âm học sân khấu có

cải thiện không đáng kể đối với khu vực khán giả ở sức

mạnh âm Gk và rút ngắn không đáng kể thời gian giảm âm

sớm EDTk.


[1] R. A. Rasch, "Synchronization in performed ensemble music”, Acustica 43, p. 121, 1979.

[2] A. H. Marshall, D. Gottlob and H. Alrutz, "Acoustical conditions

preferred for ensemble”, Acoustical Society of America 64, p. 1437,

1978.

[3] A. C. Gade, "Acoustical survey of eleven European concert halls - a

basic for discussion of halls in Denmark”, The acoustics laboratory,

Technical University of Denmark, 1989.

[4] L. Beranek, Concert halls and opera houses: music, acoustics and

architecture, New York: Springer-Verlag, 2004.

[5] M. Barron, "The Gulbenkian Great Hall, Lisbon, II: an acoustic

study of a concert hall”, J. Sound Vib. 59, pp. 481-502, 1978.

[6] J. Meyer, Acoustics and the performance of music, New York:

Springer, 2009.

[7] M. Barron, Auditorium Acoustics and Architectural Design,

London: E&FN SPON, 2009

[8] Y. Toyota, "Acoustical design of the Walt Disney Concert Hall in

Los Angeles”, The Journal of the Acoustical Society of America 105, 1999.

[9] A. H. Y. T. Motoo Komoda, "Acoustical Design of New Danish

Radio Concert Hall”, in Proceedings of the International Symposium

on Room Acoustics, Melbourne, 2010.

[10] Wei-Hwa Chiang, Wei Lin, Hui-Ping Wu, Bing-Jie Chiu. “Multi-

dimensional Analyses of Large Vineyard Halls”. INTER NOISE

2012, New York. August 19 th - 22 th.



ẢNH HƯỞNG CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA CHUYỂN ĐỘNG NỀN KHI

ĐỘNG ĐẤT XẢY RA ĐẾN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

EFFECTS OF FEATURES OF GROUND MOTION ON STRUCTURE

OF CONSTRUCTIONS DURING EARTHQUAKES

Lê Chí Phát

Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh của nền đất gây ra chuyển động ở phần móng công trình xây dựng. Do đó, chuyển động nền đất khi động đất xảy ra là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết cấu công trình xây dựng chịu tải trọng động đất. Trong số các đặc trưng của chuyển động nền khi động đất xảy ra, thì các đặc trưng: biên độ lớn nhất của chuyển động nền, khoảng thời gian kéo dài của chuyển động mạnh, tần số dao động có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế kháng chấn của công trình. Trong nội dung bài báo này, tác giả sẽ ứng dụng phương pháp lịch sử thời gian để đánh giá ảnh hưởng của các đặc trưng chuyển động nền đất đến kết cấu công trình xây dựng thông qua việc khảo sát các trận động đất có biên độ dao động và thời gian kéo dài chuyển động mạnh khác nhau.

, Abstract - Earthquakes are very strong oscillations of the ground that cause foundation movements of the building. Therefore, the ground movements during an earthquake is one of important factors affecting the structures of buildings that are subjected to earthquake loads. Among various indices of earthquake ground motion, the maximum amplitude value, the duration of strong motion and the frequency of oscillation play important roles in earthquake resistant design of buildings. In this paper, the author applies the time-history method to evaluating the responses of characteristics of ground motion to building structures. The earthquakes with different amplitudes and durations of strong motion are surveyed.

Từ khóa - biên độ lớn nhất của chuyển động nền; khoảng thời gian kéo dài của chuyển động mạnh; gia tốc nền đất; lịch sử thời gian; động đất.

Key words - maximum amplitude of ground movement; the duration of strong movement; ground acceleration; time-history method; earthquakes.


Động đất là một trong những thảm hoạ thiên nhiên

khủng khiếp nhất đối với nhân loại mà cho đến nay khoa

học kỹ thuật đương đại vẫn chưa dự báo chính xác thời

điểm và địa điểm xảy ra. Trong thời gian gần đây, động đất

diễn ra rất phức tạp, nó đang là vấn đề, mối quan tâm lớn

không những của các cơ quan có chuyên môn mà còn là

mối quan tâm chung của toàn nhân loại.

Khi động đất xảy ra, chuyển động của bất kỳ hạt vật

chất nào trong nền đất cũng đều theo quỹ đạo phức tạp ba

chiều với vận tốc, gia tốc và chuyển vị thay đổi một cách

chóng mặt trong một dải tần số rộng. Chuyển động của nền

đất được đo và ghi lại dưới dạng các đồ thị bằng một loại

địa chấn kế có biên độ lớn. Hình 1 là gia tốc nền biến thiên

theo thời gian của trận động đất Elcentro (Hoa Kỳ) theo

phương Bắc – Nam, xảy ra ngày 19/5/1940 [10].

Hình 1. Gia tốc đồ của trận động đất Elcentro (19/5/1940)

(Nguồn: http://peer.berkeley.edu/)

Trong số các đặc trưng của chuyển động nền khi động

đất xảy ra, thì các đặc trưng: biên độ lớn nhất của chuyển

động nền, khoảng thời gian kéo dài của chuyển động mạnh,

tần số dao động có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế

kháng chấn của công trình. Mỗi đặc trưng đều có ảnh

hưởng khác nhau đến phản ứng của công trình. Chẳng hạn,

biên độ lớn nhất của chuyển động nền ảnh hưởng đến biên

độ dao động của công trình, khoảng thời gian kéo dài của

chuyển động mạnh ảnh hưởng đến mức độ tàn phá của chấn

động nền lên công trình và nội dung tần số ảnh hưởng đến

tần số, chu kỳ dao động của công trình [1, 10].

Trong nội dung bài báo, tác giả chỉ tập trung khảo sát

các đặc trưng: biên độ lớn nhất của chuyển động nền,

khoảng thời gian kéo dài của chuyển động mạnh đến kết

cấu công trình xây dựng khi chịu tải trọng động đất.

a. Biên độ lớn nhất của chuyển động nền [1, 4, 10]

Biên độ lớn nhất của chuyển động nền được thể hiện dưới

nhiều dạng khác nhau: Đỉnh của chuyển động nền và gia tốc

aRMS (căn bậc hai trung bình bình phương của gia tốc nền đất).

- Đỉnh của chuyển động nền có thể là gia tốc đỉnh, vận

tốc đỉnh, chuyển vị đỉnh. Trong đó, thông tin quan trọng

nhất dùng trong thiết kế kháng chấn là gia tốc lớn nhất hay

còn gọi là gia tốc đỉnh của nền đất. Gia tốc này không cung

cấp các thông tin liên quan tới lịch sử biến thiên của gia tốc

nền theo thời gian.

- Gia tốc aRMS là gia tốc trung bình của thời gian, là

thông số biểu thị chuyển động của nền đất trong đó có xét

đến biên độ cũng như nội dung tần số của chuyển động.

b. Khoảng thời gian kéo dài của chuyển động mạnh

[1, 4, 10]

Khoảng thời gian kéo dài chuyển động mạnh của nền

đất có ảnh hưởng lớn đến sự phá hoại kết cấu công trình

xây dựng do động đất gây ra. Khoảng thời gian kéo dài

chuyển động mạnh của nền đất được định nghĩa là khoảng

50 Lê Chí Phát

thời gian cần để giải phóng lượng năng lượng biến dạng

tích lũy dọc theo đứt gãy.

Gia tốc đồ của một trận động đất là tập hợp tất cả các

gia tốc của chuyển động nền từ khi bắt đầu động đất cho

đến khi mặt đất trở lại bình thường. Trong kỹ thuật, chỉ

phần gia tốc đồ có chuyển động mạnh mới có ý nghĩa quan

trọng. Do đó, trong địa chấn học công trình, người ta định

nghĩa khoảng thời gian kéo dài chuyển động mạnh là

khoảng thời gian nền đất chấn động với biên độ lớn, tức là

biên độ có khả năng gây ra phá hoại công trình.

Hiện nay, trên thế giới đã có một số tác giả nghiên cứu

về phương pháp lịch sử thời gian để đánh giá ảnh hưởng của

thời gian động đất đến kết cấu công trình xây dựng [1, 2, 6,

7, 12, 13]. Ở nước ta cũng có một số công trình nghiên cứu

của tác giả Nguyễn Lê Ninh, Trần Ngọc Cường [10, 13, 14]

cũng đề cập đến vấn đề này; tuy nhiên, hầu như các tác giả

chưa tính toán và phân tích cụ thể ảnh hưởng đến công trình

như thế nào. Do đó, việc nghiên cứu, khảo sát các đặc trưng

của chuyển động nền đất đến kết cấu công trình xây dựng là

vấn đề mới và có tính thời sự.

2. Cơ sở lý thuyết tinh toan đông đât theo phương pháp

lich sư thơi gian [1, 3, 4]

Có hai cách tính động đất theo phương pháp lịch sử thời

gian: Phương pháp tích phân dạng dao động (Modal) va

Phương phap tích phân trực tiếp phương trình dao động

tổng thể (Direct Integration).

2.1. Phương pháp tích phân các dạng dao động (Modal)

Ta có thể lý tưởng hóa công trình N tầng thành hệ có

khối lượng tập trung đặt tại mỗi tầng. Phương trình chuyển

động tổng quát của hệ N tầng:

g(t) (t) (t) 1 (t) m u c u k u m u (1)

Trong đo:

- ; ;m c k lân lươt la ma trân khôi lương, ma trân

hê sô can va ma trân đô cưng.

- (t) ; (t) ; (t)u u u lân lươt la ma trân gia tôc, ma trân

vân tôc, ma trân chuyên vi theo phương u.

Phương trình chuyển động của hệ N tầng trong hệ tọa

độ chuẩn ứng với dạng dao động thứ n:

n n n n n n n g(t) (t) (t) (t) M Y C Y K Y L u (2)

Thê n

n

n

2C

α =M

; 2 n

n

n

Kω =

M vao phương trinh (2) ta co:

2 nn n n n n g

n

(t) 2 (t) (t) (t) L

Y α Y ω Y uM

(3)

Trong đo:

- n n n(t); (t); (t)Y Y Y lân lươt la gia tôc, vân tôc, chuyên

vi cua hê trong hê toa đô chuân.

- T

n n nM Φ m Φ khôi lương quy đôi.

- T

n n nC Φ c Φ hê sô can quy đôi.

- T

n n nK Φ k Φ đô cưng quy đôi.

- T

n n 1L Φ m .

- nΦ : Ma trận dạng dao động ứng với tần số dao

động thứ n của hệ.

Ta co (3) là phương trình dao động của hệ một bậc tự do

với tần số dao động riêng 2

nω và hệ số giảm chấn nξ được

kích thích ở bậc n

n

L

M

bởi gia tốc nền g (t)u . Lời giải chuyển

vị trong hệ tọa độ chuẩn la tích phân Duhamel dưới dạng:

n

t

(t )n

n g nD

n nD 0

1(t) ( ) sin (t ) d

LY u e ω

M ω (4)

Vơi 2

nD n n1 ω ω ξ (5)

Sự đóng góp của dạng dao động thứ n vào chuyển vị tại

tầng thứ j được xác định trong hệ tọa độ thực:

jn jn n(t) (t)u Φ Y ; với j = 1, 2, …, N (6)

n

tjn (t )n

jn g nD

n nD 0

(t) ( ) sin (t ) d

ΦL

u u e ωM ω

(7)

Biến dạng tương đôi của tầng trên so với tầng dưới:

jn jn j 1,n(t) (t) (t) Δ u u (8)

n n n n

2

n n n

(t) (t) (t)

(t)

f k u k Φ Y

ω m Φ Y (9)

Lực ngang tác dụng tại từng tầng thứ j do dạng dao

động thứ n gây ra:

2

jn j n jn n(t) (t)f m ω Φ Y (10)

n

t2(t )n n

jn j jn g nD

n nD 0

(t) ( ) sin (t ) d

L ω

f m Φ u e ωM ω

(11)

Lực cắt và mô-men tại móng do dao động thứ n gây ra

được tính: N

0n jn

j 1

(t) (t)

V f (12)

N

0n j jn

j 1

(t) (t)

M h f (13)

Trong mỗi bước thời gian, ứng xử tổng thể của kết cấu

được xác định bằng cách kết hợp ứng xử của tất cả các dạng

dao động: N

n

n 1

(t) (t)

r r (14)

Chuyển vị, lực cưỡng bức tại tầng thứ j:

N

j jn

n 1

(t) (t)

u u ; N

j jn

n 1

(t) (t)

f f (15)

Lực cắt đáy, mô-men đáy được viết:

N

0 0n

n 1

(t) (t)

V V ; N

0 0n

n 1

(t) (t)

M M (16)

2.2. Tích phân trực tiếp phương trình dao động tổng thể

(Direct Integration)

Theo phương pháp này, trục thời gian được chia thành

nhiều khoảng nhỏ dt. Trong mỗi bước thời gian, hệ phương

trình vi phân được thay bằng hệ phương trình đại số với ẩn


số là chuyển vị của kết cấu. Các số hạng biết trước của hệ

kết cấu được xác định từ một số giả thuyết về điều kiện

biến thiên của tải trọng tác động hoặc gia tốc nền trong

khoảng thời gian mỗi bước. Phản ứng toàn phần của hệ kết

cấu xác định được ở cuối một bước thời gian sẽ trở thành

điều kiện ban đầu để tính toán phản ứng của hệ kết cấu ở

bước thời gian tiếp theo. Quá trình tính toán lặp lại cho tất

cả các bước thời gian được xét tới. Thủ thuật tính toán này

có tên gọi là phương pháp tích phân từng bước một. Để

được kết quả có độ tin cậy cần thiết, hệ kết cấu cần được

tính toán với gia tốc nền g (t)u khác nhau.

2.3. Tổ hợp hệ quả các thành phần tác động động đất

Khi phân tích kết cấu theo mô hình bài toán không gian, các

thành phần nằm ngang của tác động động đất phải được xem

xét là tác động đồng thời nên ta có thể tổ hợp như sau [3, 4]:

EEX “+” 0,30.EEY

0,30.EEX “+” EEY

Trong đó:

“+” : Có nghĩa là “tổ hợp với”;

EEX : Hệ quả tác động động đất theo trục nằm ngang

X của kết cấu;

EEY : Hệ quả tác động động đất theo trục nằm ngang

Y vuông góc của kết cấu.

3. Kết quả nghiên cứu và khảo sát

3.1. Số liệu phân tích

Công trình 14 tầng kết cấu bê tông cốt thép có mặt bằng

kết cấu tầng điển hình như sau:

Hình 2. Mặt bằng kết cấu tầng điển hình (tầng 2-14)

Vật liệu: Bê tông cốt thép; bê tông cấp bền B25.

Chiều cao mỗi tầng ht = 3,6 (m); khoảng cách từ dầm

móng (đà kiềng) đến đài móng 2,0 (m).

Tiết diện sàn, dầm, cột và lõi thang máy như sau:

- Sàn S1 (12 cm); S2 (10 cm); Lõi dày δ = 25 cm;

- Dầm D1, D2, D3 (25x40) cm, Dầm D4 (25x55) cm;

- Cột C1 (30x60) cm, Cột C2 (30x70) cm.

Số liệu tải trọng [3, 5]:

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân kết cấu: sàn, dầm,

cột, vách, … khai báo phần mềm ETABS v9.2.0 tự tính.

- Tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn: 1,1 kN/m2.

- Hoạt tải sàn: pS1 = 2,4 kN/m2; pS2 = 3,6 kN/m2.

3.2. Các trường hợp phân tích

1. Trường hợp 1: Trận động đất Altadena có gia tốc

cực đại agR = 438,913 cm/s2 tại thời điểm t = 2,84 s và thời

gian kéo dài chuyển động mạnh ngắn.

2. Trường hợp 2: Trận động đất Elcentro1 có gia tốc

cực đại được quy đổi theo gia tốc trọng trường g: agR =

0,3129 (g) tại thời điểm t = 2,15 s.

3. Trường hợp 3: Ta khuếch đại gia tốc nền trận động

đất Elcentro1 (agR = 0,3129 g) để có cùng gia tốc nền cực

đại với trận động đất Altadane (agR = 438,913 cm/s2) bằng

cách nhân hệ số điều chỉnh Scale Factor:

438,913.0,011,43

0,3129.9,81

Gọi trận động đất sau khi được khuếch đại là Elcentro2.

Nhận xét:

- Trường hợp (2) và (3): Có cùng thời gian kéo dài chuyển

động mạnh nhưng cường độ trận động đất Elcentro2 đã được

khuếch đại lên 1,43 lần so với trận động đất Elcentro1.

- Trường hợp (1) và (3): Có cùng gia tốc đỉnh nhưng

thời gian kéo dài chuyển động mạnh khác nhau rất nhiều.

Trận động đất Elcentro2 có thời gian kéo dài chuyển động

mạnh nhiều hơn so với trận động đất Altadane.

3.3. Phân tích động đất công trình trong phần mềm

ETABS v9.2.0

3.3.1. Xây dựng mô hình kết cấu [9, 11, 14]

Hình 3. Mô hinh kêt câu công trinh trong phân mêm ETABS

3.3.2. Khai báo các biểu đồ gia tốc nền [1, 9, 14]

Tiến hành khai báo biểu đồ gia tốc nền trận động đất

Elcentro như Hình 4.

Hình 4. Biểu đồ gia tốc nền trận động đất Elcentro

Đối với trận động đất Altadena khai báo tương tự.

52 Lê Chí Phát

3.3.3. Khai báo các trường hợp phân tích động đất [9]

Với mỗi trường hợp phân tích ta xét theo cả hai phương

X và Y. Để tổ hợp hệ quả của động đất theo mỗi phương ta

cần xét đến ảnh hưởng của phương còn lại.

Hình 5. Khai báo trường hợp động đất Altadena (phương X)

Đối với các trường hợp động đất Elcentro1 và

Elcentro2 khai báo tương tự.

3.4. Kết quả phân tích

Phân tích động đất theo phương pháp lịch sử thời gian

dựa theo biểu đồ gia tốc nền hai trận động đất Elcentro và

Altadena với ba trường hợp phân tích (1) - Altadena; (2) -

Elcentro1 và (3) - Elcentro2, ta được kết quả động đất đối

với khung K6 như sau:

3.4.1. Tổ hợp chuyển vị khung K6 (theo phương X)

Bảng 1. Chuyển vị khung K6 khi phân tích Altadena;

Elcentro1 và Elcentro2

Tầng Altadena Elcentro1 Elcentro2 So sánh

(1) & (3)

So sánh

(2) & (3) (1) (2) (3)

15-Mái 0,0603 0,2316 0,3312 449,3% 43,0%

14 0,0555 0,22376 0,32 476,6% 43,0%

13 0,0534 0,21264 0,304 469,3% 43,0%

12 0,0533 0,19808 0,28328 431,5% 43,0%

11 0,0522 0,1808 0,25856 395,3% 43,0%

10 0,048 0,16144 0,2308 380,8% 43,0%

9 0,0492 0,14056 0,20096 308,5% 43,0%

8 0,0465 0,11904 0,17024 266,1% 43,0%

7 0,0413 0,10296 0,1472 256,4% 43,0%

6 0,0365 0,08992 0,12856 252,2% 43,0%

5 0,0331 0,07688 0,10992 232,1% 43,0%

4 0,0292 0,06008 0,08592 194,2% 43,0%

3 0,0214 0,04008 0,05736 168,0% 43,1%

2 0,0105 0,01864 0,02672 154,5% 43,3%

1 0,0009 0,00152 0,00224 148,9% 47,4%

Hình 6. Chuyển vị khung K6 khi phân tích Altadena;


3.4.2. Tổ hợp nội lực cột khung K6 (theo phương X)

Bảng 2. Lực cắt chân cột trục A khung K6 khi

phân tích Altadena; Elcentro1 và Elcentro2

Tầng Altadena

Elcentro

1

Elcentro

2 So sánh

(1) & (3)

So sánh

(2) & (3) (1) (2) (3)

15-Mái 31208 41.183 58.890 88,7% 43,0%

14 65.333 72.255 103.313 58,1% 43,0%

13 79.958 102.368 146.378 83,1% 43,0%

12 75.863 125.198 179.010 136,0% 43,0%

11 58.058 142.133 203.235 250,1% 43,0%

10 64.530 154.005 220.208 241,2% 43,0%

9 92.738 160.958 230.145 148,2% 43,0%

8 104.955 169.823 242.828 131,4% 43,0%

7 95.933 164.948 235.860 145,9% 43,0%

6 72.345 146.558 209.558 189,7% 43,0%

5 56.258 147.500 197.288 250,7% 33,8%

4 55.523 162.135 231.833 317,5% 43,0%

3 81.075 187.718 268.410 231,1% 43,0%

2 101.768 213.893 305.843 200,5% 43,0%

1 145.193 306.345 438.030 201,7% 43,0%

Hình 7. Lực cắt chân cột trục A khung K6 khi xét Altadena;



Bảng 3. Mô-men chân cột trục A khung K6 khi phân tích,

Altadena; Elcentro1 và Elcentro2

Tầng Altadena

Elcentro

1

Elcentro

2 So sánh

(1) & (3)

So sánh

(2) & (3) (1) (2) (3)

15-Mái 17.637 27.212 38.909 120,6% 43,0%

14 78.395 75.285 107.648 37,3% 43,0%

13 126.334 130.151 186.100 47,3% 43,0%

12 142.727 177.207 253.382 77,5% 43,0%

11 126.960 214.462 306.652 141,5% 43,0%

10 93.460 242.045 346.091 270,3% 43,0%

9 126.326 261.699 374.195 196,2% 43,0%

8 173.174 278.813 398.666 130,2% 43,0%

7 187.838 291.231 416.422 121,7% 43,0%

6 162.659 277.309 396.515 143,8% 43,0%

5 117.845 243.595 348.308 195,6% 43,0%

4 87.869 242.913 347.333 295,3% 43,0%

3 118.395 315.684 451.387 281,3% 43,0%

2 224.648 491.965 703.445 213,1% 43,0%

1 255.883 551.277 788.253 208,1% 43,0%

Hình 8. Mô-men chân cột trục A khung K6 khi xét Altadena;


3.4.3. Tổng hợp hệ quả lớn nhất của động đất tác dụng lên

khung K6 (theo phương X)

Hình 9. Biểu đồ thể hiện hệ quả lớn nhất của động đất do

Altadena; Elcentro1 và Elcentro2 đối với khung K6

Bảng 4. Hệ quả lớn nhất của động đất do Altadena; Elcentro1

và Elcentro2 đối với khung K6

Giá trị khảo

sát

Trường hợp phân tích động đất So sánh

(1) và

(3)

So sánh

(2) và

(3) Altadena

(1)

Elcentro1

(2)

Elcentro2

(3)

Chuyển vị lớn

nhất (mm) 60,3 231,6 331,2 449% 43%

Lực cắt cột

lớn nhất (kN) 108,9 306,3 328,5 202% 7%

Mô-men cột

lớn nhất

(kN.m)

191,9 413,5 591,2 208% 43%

4. Bàn luận

- So sánh các trường hợp phân tích động đất (2) -

Elcentro1 và (3) - Elcentro2, tác giả nhận thấy, khi gia tốc

cực đại của trận động đất càng lớn (khuếch đại trận động

đất Elcentro1 lên 1,43 lần) thì hệ quả động đất của kết cấu

càng lớn (chuyển vị, nội lực tăng 43%).

- So sánh các trường hợp phân tích động đất (1) -

Altadena và (3) - Elcentro2, tác giả nhận thấy thời gian kéo

dài chuyển động mạnh của trận động đất Elcentro2 lớn hơn

nhiều so với trận động đất Altadena, nên kết quả chuyển vị,

nội lực lớn nhất khi phân tích hai trận động đất chênh lệch

nhau rất lớn (chuyển vị tăng 449%, nội lực tăng đến 208%).

- Dưới tác động của động đất, chuyển vị của công trình

tăng dần theo chiều cao công trình và đạt giá trị lớn nhất

đối với phần kết cấu tại đỉnh.

5. Kết luận

Bài báo đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp lịch sử

thời gian vào phân tích kết cấu công trình xây dựng chịu

tải trọng động đất có xét đến các đặc trưng của chuyển động

nền đất (gia tốc cực đại và thời gian kéo dài chuyển động

mạnh của các trận động đất khác nhau). Trong phạm vi

nghiên cứu của bài báo, tác giả có thể rút ra một số kết luận

như sau:

- Hệ quả động đất: chuyển vị, nội lực của kết cấu phụ

thuộc vào gia tốc cực đại (PGA) của trận động đất. Khi gia

tốc cực đại của trận động đất càng lớn (tăng 43%) thì hệ

quả động đất tác động lên kết cấu càng tăng (chuyển vị, nội

lực trận động đất Elcentro2 tăng 43% so với trận động đất

Elcentro1).

- Hệ quả động đất: chuyển vị, nội lực của kết cấu không

những phụ thuộc vào giá trị gia tốc cực đại của trận động

đất tại một thời điểm (PGA) mà còn phụ thuộc rất lớn vào

thời gian kéo dài chuyển động mạnh của trận động đất đó.

Ta thấy thời gian kéo dài chuyển động mạnh của trận động

đất Elcentro2 lớn hơn nhiều so với trận động đất Altadena

nên kết quả chuyển vị, nội lực khi phân tích hai trận động

đất chênh lệch rất lớn (chuyển vị tăng 449%, nội lực tăng

đến 208%).


[1] Anil K. Chopra, Dynamics of Structures: Theory and Applications

to Earthquake Engineering, International Edition, Prentice –Hall, UK, 1995, pp. 794.

[2] Bathe, K.J. and Wilson, E.L., “Stability and accuracy analysis of

54 Lê Chí Phát

direct integration methods”, Earthquake Engineering and Structural

Dynamics, Vol. 1, 1973, pp. 283-291.

[3] Bộ Xây dựng, TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động (soát xét lần

2), NXB Xây dựng, Hà Nội, 1996.

[4] Bộ Xây dựng, TCVN 9386:2012 Thiết kế công trình chịu động đất,

NXB Xây dựng, Hà Nội, 2012.

[5] Bộ Xây dựng, TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép,


[6] Clough, R. W. and Penzien, J., Dynamics of structures, Computers

& Structures Inc., USA, 2003, pp. 730.

[7] Dobbs, M.W., “Comments on “stability and accuracy analysis of

direct integration methods” by Bathe & Wilson”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 2, 1974, pp. 295-299.

[8] Krieg, R.D., “Unconditional stability in numerical time integration

methods”, Journal of Applied Mechanics, Vol. 40, 1973, pp. 417-421.

[9] Makar Nageh, How to model and Design high rise building using

ETABS Program, Scientific Book House, Cairo, A.R.E, 2007.

[10] Nguyễn Lê Ninh, Động đất và thiết kế công trình chịu động đất,


[11] Pinho, R. and Crowley, H., Revisiting Eurocode 8 formulae for

periods of vibration and their employment in linear seismic analysis,

Proc. of Eurocode 8 perspectives from Italian standpoint workshop, E. Cosenza (ed.), Napoli, Italy, 2009, pp. 95-108.

[12] Penelis, G. G. and Kappos, A. J., Earthquake-resistant concrete

structures, E & FN Spon, An Imprint of Chapman & Hall, London,

UK, 1997, pp. 572.

[13] Shuenn-Yih Chang, Trần Ngọc Cường, “Phương pháp phân tích

động phi tuyến kết cấu theo lịch sử thời gian không có điều kiện ổn định”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Số 1, 2015.

[14] T. N. Cường, “Các phương pháp phân tích động phi tuyến kết cấu

theo lịch sử thời gian trong SAP 2000 (phần 1, 2)”, Tạp chí Khoa

học Công nghệ Xây dựng, số 1, 2, 2016.



NGHIÊN CỨU BẢO QUẢN CHUỐI BẰNG MÀNG PECTIN – CHITOSAN

VÀ PECTIN – ALGINATE

POSTHARVEST PRESERVATION OF BANANA FRUITS USING

PECTIN – CHITOSAN AND PECTIN – ALGINATE COATINGS

Ngô Thị Minh Phương1*, Pornchai Rachtanapun2, Đặng Thị Mộng Quyên3, Trần Thị Xô4 1Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

2Đại học Chiang Mai, Thái Lan 3Trường Cao đẳng Lương thực - Thực phẩm Đà Nẵng; [email protected]

4Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Bài báo này đã nghiên cứu tạo được màng pectin - alginate (P/AG) và pectin – chitosan (P/CS), đã xác định được những tính chất cơ bản của màng như độ dày, độ hòa tan, độ bền cơ học, độ thấm hơi nước, độ truyền hơi nước, độ thấm khí oxy và khả năng kháng vi sinh vật của hai loại màng. Sau đó tiến hành nghiên cứu bảo quản quả chuối bằng 2 loại màng này. Kết quả cho thấy chuối được phủ màng có tỉ lệ hao hụt khối lượng, có tỉ lệ hư hỏng, hàm lượng vitamin C, độ cứng giảm chậm hơn nhiều so với mẫu đối chứng. Đặc biệt, chuối được phủ màng P/CS có số lượng tế bào vi khuẩn, số lượng tổng tế bào nấm men, nấm mốc thấp hơn so với chuối phủ màng P/AG, đều nhỏ hơn 106 CFU/g chuối sau 18 ngày bảo quản. Vì vậy, có thể ứng dụng phủ màng P/CS cho quả chuối để kéo dài thời gian bảo quản và đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng của chuối.

Abstract - In this article, the pectin-alginate (P/AG) and pectin – chitosan (P/CS) films are prepared. The thickness, water solubility, the mechanical properties, water vapour permeability, water vapor transmission rate, oxygen permeability and antimicrobial activity of these films are investigated. Effect of P/CS and P/AG coatings on postharvest preservation of banana fruits are studied. The results indicate that these coatings show lower weight loss, lower decay but retain higher firmness and vitamin C content compared to control ones. Especially, the count of bacteria, molds and yeasts in the banana fruits with P/CS coatings reaches 106 CFU/g by the end of storage time of 18 days, lower than that of the control and P/AG coatings. Therefore, P/CS coatings can be applied to banana fruit preservation to extend the shelf life and protect the quality of banana fruits.

Từ khóa - bảo quản; chuối; độ cứng; hao hụt khối lượng; màng phủ Key words - preservation; banana; firmness; weight loss; coatings


Hiện nay, người tiêu dùng rất quan tâm đến sức khỏe.

Nhu cầu sử dụng rau quả của con người ngày càng tăng,

đòi hỏi ngành công nghiệp thực phẩm phải đưa ra các

phương pháp mới để duy trì chất lượng thực phẩm và kéo

dài thời gian bảo quản. Để kéo dài thời gian bảo quản trái

cây, người ta thường hay dùng hóa chất hoặc bảo quản

lạnh. Phương pháp hóa chất sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe

người tiêu dùng, phương pháp bảo quản lạnh rất tốn kém

và không tiện lợi.

Việc ứng dụng màng phim và màng phủ cho các sản

phẩm thực phẩm là môt cách tiếp cận mới để giải quyết vấn

đề này. Các màng này có thể cố định các chất kháng vi sinh

vật để bảo quản thực phẩm đạt chất lượng tốt hơn. Lợi ích

của việc sử dụng màng sinh học là có khả năng phân hủy tự

nhiên, thay thế cho những vật liệu plastic thương mại hiện

nay và đảm bảo vấn đề an toàn thực phẩm.

Pectin có nhiều ứng dụng, đặc biệt là nó có khả năng tạo

màng, ưu điểm của màng pectin là có khả năng làm rào cản

khí oxy rất tốt và có khả năng bảo vệ sản phẩm chứa lipid

khỏi bị oxy hóa [1]. Màng từ polysaccharide có khả năng

chống chịu lực lớn hơn và linh động hơn so với màng protein.

Cả pectin, alginate và chitosan đều có thể sử dụng để

tạo màng phân hủy và ăn được, nhưng màng được tạo ra từ

một loại polysaccharide thường có những nhược điểm

riêng như màng pectin có thể tan hoàn toàn trong nước, độ

bền kéo thấp, khả năng làm rào cản hơi nước thấp. Để màng

được tạo ra có những tính chất hóa lý theo mong muốn,

nghiên cứu này thực hiện tạo màng kết hợp giữa pectin và

alginate, giữa pectin và chitosan.

Chuối là một trong những loại trái cây phổ biến nhất trên

thế giới, ở Việt Nam, chuối là loại trái cây đóng vai trò quan

trọng và có giá trị xuất khẩu lớn, đặc biệt là xuất khẩu sang

Trung Quốc, Nhật Bản. Sản lượng chuối hàng năm trên triệu

tấn. Các thành phần chính của chuối bao gồm nước, đường,

polysaccharides, axit hữu cơ, hợp chất nitơ, chất thơm, các

chất polyphenol và vitamin,… [2]. Do giá trị dinh dưỡng cao,

chuối dễ mắc bệnh do vi sinh vật gây ra. Bên cạnh đó, chuối

dễ bị tổn thương ở nhiệt độ thấp và hơn nữa, nó là loại quả hô

hấp đột biến. Việc phủ màng lên bề mặt quả chuối có nhiệm

vụ làm rào cản oxy nên làm chậm quá trình hô hấp, làm rào

cản hơi nước nên làm giảm tổn thất khối lượng, giữ được độ

tươi ngon của quả tốt hơn so với quả không được phủ màng.

Chính vì những lí do trên, nghiên cứu này chọn bảo

quản chuối bằng cách phủ màng pectin – alginate và pectin

– chitosan để tạo môi trường khí quyển điều chỉnh, do đó

có thể kéo dài được thời gian bảo quản và duy trì được chất

lượng của chuối trong thời gian bảo quản.

2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Nguyên liệu

Chuối tiêu Musa acuminata đạt độ già chín được thu

hái tại vườn ở huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam, đem

rửa sạch trong nước. Chọn các nải chuối trên cùng một

buồng và đồng nhất về kích cỡ, màu sắc, hình dạng. Những

quả bị bẩn hay sâu bệnh phải được loại bỏ.

Pectin được chiết từ vỏ bưởi theo quy trình của Ngô Thị

Minh Phương và cộng sự [3].

Chitosan có độ deacetyl hóa là 90% và khối lượng phân tử

là 70.000 Da, được cung cấp bởi Công ty Chitosan Việt Nam.


56 Ngô Thị Minh Phương, Pornchai Rachtanapun, Đặng Thị Mộng Quyên, Trần Thị Xô

Alginate được mua tại Công ty TNHH Lianyungang

Zhongda, Trung Quốc.

Glycerol và CaCl2 có độ tinh khiết lớn hơn 99%, được

mua của hãng Xilong, Trung Quốc.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tạo màng:

Chuẩn bị dung dịch pectin-alginate [4-7]: Alginate và

pectin được hòa tan trong nước nóng với nồng độ 2%. Ngoài

2 thành phần chính ra, có bổ sung glycerol với vai trò là chất

dẻo hóa với tỉ lệ 50% so với lượng chất khô polyme và CaCl2

với hàm lượng 0,01g/1g polyme. Sau đó, phối trộn hỗn hợp

pectin và alginate với tỉ lệ 1:1 và khuấy đều.

Chuẩn bị dung dịch pectin-chitosan: Pectin được hòa tan

trong nước nóng với nồng độ 2%, bổ sung CaCl2 với hàm

lượng 0,01g/1g polyme. Chitosan được hòa tan trong dung

dịch axit axetic 1,5%. Sau đó phối trộn hỗn hợp pectin-

chitosan với tỉ lệ 1:1. Ngoài 2 thành phần chính ra, có bổ

sung glycerol với vai trò là chất dẻo hóa với tỉ lệ 50% so với

lượng polyme. Sau đó, khuấy đến khi dung dịch đồng nhất.

Hỗn hợp tạo màng sau khi chuẩn bị xong được bảo quản

ở nhiệt độ 4°C trong 24 giờ để loại bọt khí. Sau đó, đổ dung

dịch tạo màng vào khuôn có kích thước 8 cm x 15 cm. Lượng

dung dịch đổ vào khuôn luôn được điều chỉnh là 30g.

- Xác định độ dày của màng: Độ dày được xác định

bằng cách sử dụng thiết bị Mitutoyo (hiệu PCM 137,

No.2046S, Nhật Bản). Tiến hành đo 5 ở vị trí của màng (4

góc và 1 ở tâm), sau đó lấy kết quả trung bình.

- Xác định độ hòa tan của màng (%H) [4]: Màng được

cắt thành hình vuông 3 x 3 cm và sấy khô đến khối lượng

không đổi ở 60°C trong thiết bị sấy chân không, cân khối

lượng ban đầu (Wđ). Sau đó, đặt màng vào cốc chứa 20 ml

nước cất, lắc đều trong 24 giờ ở nhiệt độ 25°C. Màng sau

đó được sấy khô trong cùng điều kiện, cân khối lượng (Ws).

Độ tan của màng được tính toán theo công thức:

% .100đ s

đ

W WH

W

%

- Xác định tính chất cơ lý của màng: Độ bền kéo (TS)

và độ dãn dài (E) được xác định theo tiêu chuẩn ASTM,

phương pháp chuẩn D882 (1995b) [8].

- Xác định độ thấm hơi nước [8]: Độ thấm hơi nước

(WVP) được xác định theo phương pháp E95-96 (ASTM,

1995b). Mẫu màng được cố định lên hộp nhôm có chứa sẵn

silicagen để giữ độ ẩm ban đầu bên trong hộp là 0%. Sau đó

đặt vào bình hút ẩm có điều chỉnh độ ẩm tương đối 50±5%

bằng dung dịch muối MgNO3 bão hòa. Tiến hành đo sau mỗi

12 giờ trong 6 ngày để biết lượng hơi nước hấp thụ qua

màng. Độ thấm hơi nước được tính theo phương trình sau:

).(..

.

210 RHRHPAt

xwWVP

Trong đó: w/t là tốc độ thấm hơi nước, được tính bằng

hệ số hồi quy tuyến tính của sự thay đổi khối lượng theo

thời gian (g/h); x là chiều dày màng (mm); A là diện tích

thấm của màng (m2); P0 là áp suất hơi của nước tinh khiết

(3.159 kPa ở 25°C); (RH1- RH2) là chênh lệch độ ẩm tương

đối giữa bên trong và ngoài màng.

- Đo độ thấm khí oxy của màng: Độ thấm khí oxy được

đo bằng thiết bị Mocon (OX-TRAN® Model 2/21 Series,

Mocon Inc., Hoa Kì). Các phép đo được thực hiện ở nhiệt

độ 23 ± 2°C, 75% RH và 760 mmHg, theo tiêu chuẩn

ASTM D-3985 và sử dụng các màng có kích thước 6 cm x

6 cm. Kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

- Kiểm tra khả năng kháng vi sinh vật: Khả năng kháng

khuẩn của các dung dịch tạo màng được kiểm tra với các vi

sinh vật thường gây bệnh trong thực phẩm và hoa quả như

E. coli, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger bằng

phương pháp khuếch tán giếng thạch. Tiến hành thực hiện

như sau: pha dung dịch chứa 106 CFU/ml của mỗi vi sinh vật

được khảo sát và chuẩn bị môi trường nuôi cấy tương ứng:

môi trường thạch BHI cho E. coli, môi trường Salouraud cho

S. cerevisiae và Aspergillus niger. Sau khi đổ môi trường

vào đĩa petri và làm nguội, tạo các giếng thạch có đường

kính 5 mm và đổ 0,5 ml dung dịch tạo màng vào bên trong

giếng thạch một cách cẩn thận. Để 24 giờ trong tủ lạnh, lấy

ra cấy vi sinh vật vào ở giữa tủ ấm ở 30°C trong 48 giờ, sau

đó kiểm tra đường kính của vùng kháng khuẩn (mm).

- Phương pháp tạo màng phủ mẫu chuối bảo quản: Các

quả chuối được lựa chọn theo yêu cầu và phân loại thành 3

nhóm, mỗi nhóm chứa 21 quả. Nhúng quả chuối vào dung

dịch pectin-chitosan và dung dịch pectin-alginate trong

thời gian 3 phút, lấy ra và để khô ở nhiệt độ 25°C và độ ẩm

53±2% (có sử dụng quạt). Sau đó bảo quản ở 25°C và độ

ẩm 53±2% trong các thùng carton để hở trong 18 ngày, cứ

cách 3 ngày lấy mẫu đo các chỉ tiêu chất lượng của chuối.

Mẫu không phủ màng gọi là mẫu đối chứng.

- Đo tổn thất khối lượng của chuối bằng công thức [9]:

% tổn thất = (mđ – mc)/mđ.

Trong đó: mđ là khối lượng ban đầu của quả (g); mc là

khối lượng của quả sau thời gian bảo quản (g).

- Xác định độ cứng của chuối: tính bằng g lực, đo bằng

thiết bị Rheotex bằng cách cố định đường đi và tiết diện

đầu đo. Độ cứng của quả được tính bằng lực (g) với mũi

đầu típ dài 10 mm [10].

- Xác định hàm lượng vitamin C bằng phương pháp

chuẩn độ i-ốt.

- Xác định hàm lượng đường tổng bằng phương pháp

Bertrand.

- Xác định số lượng tế bào vi khuẩn và số lượng tế bào

nấm men, nấm mốc theo tiêu chuẩn AOAC phương pháp

997.02.

- Phương pháp phân tích số liệu: Các kết quả đều được đo

lặp lại 3 lần. Phân tích phương sai bằng phần mềm Minitab.


3.1. Một số tính chất cơ bản của màng P/CS và màng P/AG

Kết quả một số tính chất cơ bản của màng P/CS và

màng P/AG được biểu diễn ở Bảng 1.

Từ các kết quả ở Bảng 1 ta thấy, màng P/AG mỏng hơn

màng P/CS, sự khác biệt này là do khối lượng phân tử của

các nguyên liệu tạo màng khác nhau, và hơn nữa, sự tương

tác giữa pectin và chitosan, giữa pectin và alginate cũng

theo cơ chế khác nhau, cấu trúc mạng lưới không gian

không giống nhau, do đó độ dày của chúng khác nhau.


Bảng 1. Một số tính chất của màng P/CS và P/AG

Các chỉ tiêu của màng P/CS P/AG

Độ dày, µm 75±3,4 43,8±2,11

Độ bền kéo đứt, MPa 19,7±0,85 21,71±1,23

Độ hòa tan, % 9,09±0,5 30,38±1,3

Độ thấm hơi nước,

g.mm/d.m2.kPa.dia 0,946±0,032 0,873±0,025

Độ truyền hơi nước, g/d.m2 21,34±0,852 36,514±1,042

Độ thấm khí oxy,

cc.mm/m2.d 162,4±7,6 190,6±10,2

Màng P/CS có độ hòa tan thấp hơn so với màng P/AG, cả

hai đều có độ hòa tan thấp hơn 50% ở 25°C. Chitosan không

tan trong nước, còn pectin và alginate tan trong nước nhưng

trong trường hợp tạo màng có cầu nối Ca+ sẽ tạo ra màng có

độ hòa tan thấp hơn nguyên liệu ban đầu. Kết quả cho thấy sự

kết hợp giữa pectin và chitosan, giữa pectin và alginate tạo

được mạng lưới giữ ổn định trong nước, và mức độ hòa tan

phụ thuộc vào mức độ bền vững của các liên kết giữa pectin

và chitosan, giữa pectin và alginate với cầu nối Ca+.

Màng P/CS có độ thấm hơi nước cao hơn và có độ

truyền hơi nước thấp hơn so với màng P/AG. Kết quả này

liên quan đến bản chất của polymer và cấu trúc mạng lưới

không gian của các màng, chúng ảnh hưởng đến khả năng

hấp thụ và truyền hơi nước của các màng. Tương tự như độ

truyền hơi nước, độ thấm khí của màng P/CS cũng thấp hơn

của màng P/AG. Có thể giải thích là do mạng lưới không

gian được tạo bởi lực liên kết tĩnh điện giữa pectin và

chitosan chặt chẽ và gọn hơn so với liên kết ngang dạng

“hình hộp trứng” được tạo thành bởi nhóm –COO- của

pectin, alginate với cầu nối Ca2+.

3.2. Khả năng kháng vi sinh vật của màng P/CS và

màng P/AG

Để ứng dụng màng trong bảo quản chuối, khả năng

kháng vi sinh vật của màng đóng vai trò rất quan trọng. Kết

quả kiểm tra khả năng kháng một số vi sinh vật nghiên cứu

được biểu diễn ở Hình 1.

(a)

(b)

Hình 1. Khả năng kháng vi sinh vật của màng P/CS

và màng P/AG

Dung dịch tạo màng P/CS có khả năng kháng nấm men

S.cerevisiae, nấm mốc A.niger và vi khuẩn E.Coli, còn dung

dịch tạo màng P/AG thì hầu như không thể thấy rõ khả năng

kháng những loại vi sinh vật nghiên cứu này. Đây là điều

kiện để xem xét khả năng làm rào cản và kháng vi sinh vật

khi tiến hành bảo quản chuối bằng màng. Có thể giải thích

khả năng kháng nấm men, nấm mốc, vi khuẩn của màng

P/CS, mà chủ yếu là do chitosan như sau: do có sự tương tác

điện giữa nhóm -NH3+ của chitosan và nhóm phosphoryl

trong thành phần phospholipid của màng tế bào, làm rò rỉ

thành tế bào, cuối cùng là tế bào vi sinh vật bị chết.

3.3. Nghiên cứu bảo quản chuối bằng phương pháp phủ

màng pectin – alginate và màng pectin - chitosan

3.3.1. Sự hao hụt khối lượng của quả chuối trong thời gian

bảo quản

Kết quả nghiên cứu về hao hụt khối lượng của quả

chuối trong quả trình bảo quản ở 25°C trong thời gian 18

ngày được biểu diễn ở đồ thị Hình 2.

Hình 2. Hao hụt khối lượng của chuối trong thời gian bảo quản

Kết quả ở đồ thị Hình 2 cho thấy, hao hụt khối lượng

của chuối tăng dần theo thời gian bảo quản đối với cả mẫu

đối chứng và mẫu phủ màng. Hao hụt khối lượng của mẫu

đối chứng tăng nhanh, đạt 27,15%; của mẫu phủ màng

P/CS và màng P/AG lần lượt là 8,45% và 8,97% sau 18

ngày bảo quản. Vì chuối được phủ màng nên giảm được

tốc độ thoát hơi nước, đồng thời khi được phủ màng thì hạn

chế khả năng thấm khí oxy từ bên ngoài vào quả, làm giảm

quá trình hô hấp, kết quả là hao hụt khối lượng sẽ giảm.

Hao hụt khối lượng của chuối phủ màng P/CS và P/AG có

tổn thất khối lượng gần giống nhau là do màng P/AG có độ

truyền hơi nước cao hơn so với màng P/CS nhưng độ thấm

hơi nước của màng P/AG lại thấp hơn so với màng P/CS.

Hơn nữa, việc phủ màng đã kéo dài thời gian đạt đỉnh

hô hấp của quả chuối. Đỉnh hô hấp của mẫu đối chứng là 6

ngày, trong khi đó chuối được phủ màng đạt đỉnh hô hấp

sau 12 ngày khi bảo quản ở 25°C, kết quả này được thể

hiện ở độ tăng mạnh hao hụt khối lượng của mẫu đối chứng

sau 6 ngày và của mẫu phủ màng sau 12 ngày.

3.3.2. Tỉ lệ hư hỏng của chuối trong thời gian bảo quản

Từ Hình 3 và đồ thị Hình 4 có thể thấy, trong điều kiện

bảo quản ở 25°C, chuối được phủ màng vẫn giữ được màu

xanh của quả và tươi lâu hơn quả không phủ màng. Đối với

quả chuối không phủ màng, sau 12 ngày bảo quản đã bắt

đầu hư hỏng, sau 15 ngày bảo quản tỉ lệ hư hỏng gần

35,7%. Quả chuối được phủ màng có thể bảo quản đến 18

ngày và tỉ lệ hư hỏng rất thấp, chuối bảo quản màng P/CS

và P/AG có tỉ lệ hư hỏng lần lượt là 7,2 và 14,3% sau 18

ngày. Như vậy, việc phủ màng đã kéo dài được thời gian

bảo quản của chuối so với mẫu đối chứng.

0

5

10

15

20

25

30

0 3 6 9 12 15 18

Hao

hụ

t kh

ối l

ượ

ng,

%

Thời gian bảo quản, ngày

P/CS

P/AG

ĐC


(a) (b)

Hình 3. Chuối trước (a) và sau khi bảo quản 12 ngày (b)

Hình 4. Tỉ lệ hư hỏng của chuối trong thời gian bảo quản

3.3.3. Độ cứng của chuối trong thời gian bảo quản

Hình 5. Độ cứng của chuối trong thời gian bảo quản

Độ cứng là một trong các chỉ tiêu cơ lí của quả trong

quá trình bảo quản. Độ cứng của chuối giảm dần trong quá

trình tồn trữ do sự mất nước và sự biến đổi sinh hóa của

quả làm cho cấu trúc tế bào trở nên lỏng lẻo, làm cho quả

mềm. Độ cứng giảm chậm chứng tỏ quá trình biến đổi càng

được kìm hãm và do đó chất lượng quả càng tốt. Kết quả

nghiên cứu về độ cứng của chuối trong thời gian bảo quản

được thể hiện ở đồ thị Hình 5.

Qua đồ thị Hình 5 ta thấy, độ cứng của tất cả các mẫu

đều giảm dần theo thời gian bảo quản, tuy nhiên, mức độ

giảm khác nhau. Độ cứng của mẫu đối chứng giảm mạnh

sau 6 ngày bảo quản và độ cứng của chuối phủ màng giảm

dần đều và giảm mạnh sau 12 ngày bảo quản. Kết quả này

cũng phù hợp với nghiên cứu tại mục 3.3.1 ở trên, cho rằng

đỉnh hô hấp của mẫu đối chứng là sau 6 ngày bảo quản và

đỉnh hô hấp của chuối phủ màng P/AG, P/CS là sau 12 ngày

bảo quản. Việc giảm độ cứng trong quá trình bảo quản là

do trong quá trình già chín, hoạt động của các enzyme

polygalacturonase và pectinesterase thủy phân pectin

không tan trở thành pectin hòa tan, làm liên kết giữa các tế

bào và các mô yếu đi, bên cạnh đó, quá trình mất nước làm

rối loạn sinh lý, làm tăng hô hấp, làm cho quả trở nên mềm.

Độ cứng của chuối có phủ màng P/CS và P/AG giảm ít hơn

so với quả không phủ màng là do tác dụng của màng làm

giảm các hoạt động sinh lí, sinh hóa, làm chậm quá trình

già hóa của quả, làm giảm quá trình mất nước, do đó độ

cứng của quả ít bị biến đổi trong quá trình bảo quản.

3.3.4. Hàm lượng vitamin C của chuối trong thời gian bảo quản

Hình 6. Hàm lượng vitamin C của chuối trong thời gian bảo quản

Đồ thị Hình 6 cho thấy, hàm lượng vitamin C trong chuối

giảm dần theo thời gian bảo quản. Mẫu được phủ màng giảm

chậm hơn so với mẫu đối chứng. Chuối được phủ màng pectin-

chitosan có khả năng giữ được hàm lượng vitamin C cao hơn

so với chuối được bảo quản bằng màng pectin – alginate. Điều

này có thể giải thích như sau: Quả được phủ màng sẽ hạn chế

sự tiếp xúc với ánh sáng trực tiếp, giảm độ thấm khí oxy nên

hạn chế được quá trình hô hấp tiêu thụ vitamin C, hạn chế quá

trình oxy hóa vitamin C. Và theo nghiên cứu về độ thấm khí

oxy ở mục 3.1, màng pectin – chitosan có khả năng thấm khí

oxy thấp hơn so với màng pectin – alginate nên làm giảm tốc

độ hao hụt vitamin của quả chuối.

3.3.5. Hàm lượng đường tổng của chuối trong thời gian

bảo quản

Tinh bột là thành phẩn chính của chuối xanh, có thể đạt

đến 25% với một số loại chuối ở Việt Nam. Khi chuối chín,

tinh bột dần chuyển thành đường. Sự thay đổi hàm lượng

đường khử của quả chuối trong thời gian bảo quản ở 25°C

được biểu diễn ở đồ thị Hình 7.

Qua biểu đồ Hình 7, ta thấy, nhìn chung hàm lượng đường

tổng ở chuối phủ màng và mẫu đối chứng đều tăng dần theo

thời gian bảo quản. Đối với mẫu đối chứng, hàm lượng đường

tổng ban đầu là 1,53%, sau 15 ngày bảo quản thì hàm lượng

đường tổng tăng lên 17,6%, sau 18 ngày thì giảm xuống

16,6%. Điều này chứng tỏ hàm lượng đường tổng tăng khi

chuối chín và giảm khi có quá trình hư hỏng. Đối với mẫu

chuối được phủ màng, hàm lượng đường tổng tăng chậm hơn

nhưng đạt được giá trị cao hơn so với mẫu đối chứng, sau 15

ngày bảo quản, chuối phủ màng P/AG, P/CS có hàm lượng

đường tổng lần lượt là 16,3% và 14,9%; sau 18 ngày bảo quản,

hàm lượng đường tổng lần lượt là 18,1% và 19,1%. Có thể

giải thích, vì chuối được phủ màng có độ thấm khí oxy vào

bên trong quả ít hơn nên quá trình hô hấp (làm tiêu tốn hàm

lượng chất khô, đặc biệt là đường) xảy ra chậm hơn, dẫn đến

0

10

20

30

40

50

0 3 6 9 12 15 18

Tỉ lệ

hư

hỏ

ng,

%


P/CS

P/AG

ĐC

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 3 6 9 12 15 18

Độ

cứ

ng

của

chu

ối,

g lự

c


P/CS

P/AG

ĐC

0

5

10

15

20

25

30

35

0 3 6 9 12 15 18H

àm lư

ợn

g vi

tam

in C

, mg%


ĐC

P/AG

P/CS


hàm lượng đường tổng đạt được cao hơn so với mẫu đối

chứng. Hơn nữa, màng P/CS và P/AG có khả năng làm rào

cản khí CO2 tạo thành trong quá trình hô hấp, chúng ức chế

quá trình sinh etylen, là tác nhân gây chín quả, do đó, làm cho

quả lâu chín hơn, kết quả là hàm lượng đường tổng tăng chậm

hơn so với mẫu đối chứng. Vì vậy, việc phủ màng cho quả

chuối sẽ kéo dài được thời gian bảo quản, đồng thời giữ được

màu sắc, trạng thái của quả tốt hơn.

Hình 7. Hàm lượng đường tổng của chuối trong thời gian bảo quản

3.3.6. Hàm lượng vi khuẩn hiếu khí và lượng nấm men,

nấm mốc của các mẫu

Sự tăng trưởng của vi sinh vật bề mặt là nguyên nhân

chính gây hư hỏng cho sản phẩm thực phẩm. Các vi sinh

vật phát triển trên chuối chủ yếu là nấm men, nấm mốc và

vi khuẩn lên men đường. Kết quả ở đồ thị Hình 8 cho thấy

ảnh hưởng của việc phủ màng phủ đến số lượng tế bào vi

sinh vật có trên quả chuối.

Hình 8. Số lượng tế bào vi khuẩn và nấm men, nấm mốc trên

quả chuối trong thời gian bảo quản

Kết quả ở Hình 8 cho thấy, việc phủ màng cho quả chuối

đã làm giảm lượng vi khuẩn, nấm men, nấm mốc trên chuối

trong thời gian bảo quản. Màng P/CS có hiệu quả cao hơn

trong việc hạn chế số lượng tế bào vi sinh vật. Điều này có

thể được giải thích, khi chuối được phủ màng đã tạo một rào

cản ngăn cản sự xâm nhiễm vi sinh vật từ bên ngoài, hơn

nữa, những loại nấm mốc hô hấp hiếu khí, nấm men sẽ hạn

chế phát triển do không được cung cấp oxy đầy đủ. Theo kết

quả nghiên cứu về khả năng kháng khuẩn của dung dịch tạo

màng P/CS và P/AG ở trên, ta thấy màng P/CS có khả năng

kháng nấm mốc A.niger, nấm men S.cerevisiae và vi khuẩn

E.Coli, do vậy, chuối được bảo quản bằng màng P/CS có số

lượng tế bào tăng chậm nhất, sau 18 ngày bảo quản thì số

lượng tế bào vi khuẩn và tế bào nấm men, nấm mốc nhỏ hơn

106 CFU/g chuối, đây cũng là điều kiện cần cho việc bảo

quản thực phẩm ở chỉ tiêu vi sinh. Theo kết quả khảo sát ở

mục 3.1, màng P/AG hầu như không thể hiện rõ khả năng

kháng vi sinh vật nhưng chuối bảo quản bằng màng P/AG

cũng có số lượng tế bào vi khuẩn thấp hơn nhiều so với mẫu

chuối đối chứng, số lượng tế bào vi khuẩn sau 18 ngày bảo

quản cũng nhỏ hơn 106 CFU/ml, điều này có thể giải thích là

do pectin trong nghiên cứu này được chiết bằng axit xitric

nên nó cũng có vai trò kháng vi khuẩn, nhưng khả năng

kháng không mạnh.

Qua các kết quả trên, ta thấy có thể sử dụng cả hai màng

P/CS và P/AG để bảo quản chuối. Nhưng xem xét trên tất

cả các chỉ tiêu hóa sinh học, chỉ tiêu vi sinh vật của quả

chuối trong thời gian bảo quản thì màng P/CS có khả năng

bảo quản tốt hơn, vì màng này có khả năng giữ được hàm

lượng vitamin C của chuối cao, tỉ lệ hư hỏng của chuối thấp

và lượng tế bào vi sinh vật thấp sau 18 ngày bảo quản.

4. Kết luận

Đã nghiên cứu một số tính chất cơ bản của màng pectin-

chitosan và pectin-alginate như độ dày, độ bền cơ học, độ

hòa tan, độ thấm hơi nước, độ truyền hơi nước, độ thấm khí

oxy và khả năng kháng một số chủng vi sinh vật, nhận thấy

cả hai loại màng này đều phù hợp cho ứng dụng làm màng

film hoặc tạo màng phủ để bảo quản trái cây.

Đã nghiên cứu ứng dụng tạo màng phủ P/CS và P/AG để

bảo quản chuối, kết quả cho thấy, bảo quản bằng 2 loại màng

này giúp giảm hao hụt khối lượng của chuối, giữ được hàm

lượng vitamin C và hàm lượng đường tổng cao, đảm bảo độ

cứng của quả tốt, hàm lượng tế bào vi sinh vật thấp và kết

quả là kéo dài được thời gian bảo quản chuối. Đặc biệt, chuối

được phủ màng P/CS có ưu thế cao hơn so với màng P/AG

về khả năng kháng vi sinh vật, đảm bảo số lượng tế bào vi

khuẩn, số lượng tổng tế bào nấm men, nấm mốc đều nhỏ hơn

106 CFU/g chuối sau 18 ngày bảo quản. Hơn nữa, các màng

P/CS và P/AG là những màng được tạo thành từ những

nguyên liệu ăn được nên không gây ảnh hưởng đến sức khỏe

người tiêu dùng. Do vậy, đây có thể là cách tiếp cận để ứng

dụng trong lĩnh vực công nghệ sau thu hoạch nói chung và

có thể ứng dụng cho một số loại trái cây khác.


[1] Johannes Frueh et al., Structure and Thermodynamics of

Polyelectrolyte Complexes, Springer International Publishing

Switzerland, 2014.

1,5

7,6

10,4

15,2

17,616,6

1,53,8

8,0

11,9

16,318,1

1,53,5

7,5

11,0

14,9

19,1

0

5

10

15

20

25

1 6 9 12 15 18

Hàm

lượ

ng

đư

ờn

g tổ

ng,

%


ĐC

P/AG

P/CS

2,1

4,3

6,3

9,2

1,8

3,4

4,6

5,7

1,4

2,7 3,0

4,6

0

2

4

6

8

10

1 6 12 18

Số lư

ợn

g tế

bào

vi k

hu

ẩn,

log

10

(C

FU/g

)


ĐC

P/AG

P/CS

4,4

6,98,1

10,7

3,9

5,7 6,1

7,9

2,5

4,4 5,05,6

0

2

4

6

8

10

12

1 6 12 18

Số lư

ợn

g tế

bào

nấm

me

n v

à n

ấm m

ốc,

log

10

CFU

/g


ĐC

P/AG


[2] Le Pham Tan Quoc*, Truong Hoang Duy, “Effect of Nopal Gel

Solution on the Preservation of Banana (Musa Paradisiaca)”, Agricultural and Biological Sciences Journal, 1(3), 2015, pp. 95-99.

[3] Ngô Thị Minh Phương, Lê Thị Thu Thủy, Trần Thị Xô, “Tối ưu hóa

quá trình chiết xuất pectin từ vỏ bưởi và nghiên cứu tạo màng pectin

– chitosan”, Tạp chí Công nghệ Sinh học, 2A(13), 2015, pp. 673-68.

[4] Theo Guenter Kieckbusch*, Andréa Cristiane Krause Bierhalz,

Mariana Altenhofen da Silva, “Natamycin release from

alginate/pectin films for food packaging applications”, Journal of Food Engineering, 110, 2012, pp. 18–25.

[5] Sabina Galus et al., “Colour, mechanical properties and water

vapour permeability of pectin films”, Acta Agrophysica, 20(3),

2013, pp. 375-384.

[6] Zhi-Wei Wang et al., “Properties of low methoxyl pectin-

carboxymethyl cellulose based on montmorillonite nanocomposite

films”, International Journal of Food Science and Technology, 49,

2014, pp. 2592–2601.

[7] Fernanda L. Seixas et al., “Biofilms Composed of Alginate and

Pectin: Effect of Concentration of Crosslinker and Plasticizer

Agents”, Chemical Engineering Transaction, 32, 2013, pp. 1693-

1698.

[8] Annual book of ASTM standards - Plastic. an American National

standard, 1995. 08.01.

[9] Mitra Moalemiyan et al., “Pectin-based coating for shelf-life

extension of atauflo mango”, Journal of Food Engineering, 35,

2012, pp. 572–600.

[10] Nadeem Akhtar Abbasi et al., “Posharvest quality of mango (Mangifera indica L.) fruit as affected by chitosan coating”, Pak. J.

Bot., 41(1), 2009, pp. 343-357.



ẢNH HƯỞNG THÀNH PHẦN HÓA KHOÁNG TRONG XI MĂNG ĐẾN

CO NGÓT HÓA HỌC CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO

INFLUENCE OF MINERAL COMPOSITION IN CEMENT ON CHEMICAL SHRINKAGE

OF ULTRA HIGH PERFORMANCE CONCRETE

Bạch Quốc Sĩ, Phan Nhật Long

Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Bê tông bột hoạt tính (RPC) là một loại bê tông tính năng siêu cao (UHPC). Đặc trưng của RPC là có tỷ lệ khối lượng nước/xi măng rất thấp, điều này làm cho bê tông có độ rỗng nhỏ và thể tích thành phần rắn rất cao. Những đặc điểm này làm cho RPC có tính năng siêu cao bao gồm cả cường độ nén và độ bền. Trong bài báo này, các đặc tính phát triển của sự co ngót hóa học từ 2 ngày đến 7 ngày trong RPCs được phân tích. Các mẫu bê tông RPC được làm từ 3 loại xi măng khác nhau có các thành phần khoáng chất khác nhau. Phân tích tập trung vào những đặc trưng của sự hình thành lỗ rỗng thủy hóa (cũng như sự co ngót hóa học) trong bê tông theo thời gian khi hàm lượng chất khoáng trong xi măng thay đổi. Mô hình lỗ rỗng thủy hóa được tính toán dựa trên chương trình mô phỏng để phát triển vi cấu trúc của hồ kết dính xi măng-SF trong quá trình thủy hóa xi măng.

Abstract - The Reactive Powder Concrete (RPC) is Ultra-High Performance Concrete (UHPC). RPC is characterized via a very low water ratio to cement ratio (W/C) which is the source of the small volume of total pore and high volume of solid components. These characteristics make RPC have ultra-high performance including compressive strength and durability. In this paper, the characteristics of the development of chemical shrinkage from 2 days to 7 days in RPCs are analyzed. These RPCs are made from three different types of cement with different content of mineral components in them. The analysis focuses on the characteristics of the hydration pore (as well as the chemical shrinkage) formation in concrete by time when the content of mineral composition in the cement changes. The hydration pore model is calculated based on the simulation program for microstructure development of cement-SF paste in the process of cement hydration.

Từ khóa - mô hình; hồ xi măng; co ngót hóa học; thủy hóa; bê tông Key words - model; cement paste; chemical shrinkage; hydration; concrete


Sự co ngót hóa học trong bê tông được định nghĩa là

giảm thể tích tuyệt đối của bê tông trong quá trình thủy hóa

chất kết dính. Sự thay đổi thể tích bê tông được xem như là

nguyên nhân chính dẫn đến sự nứt trong bê tông (không kể

đến do tác động ngoại lực), qua đó làm giảm hiệu suất của

bê tông.

Sự thủy hóa chất kết dính trong bê tông là chuỗi phản

ứng hóa học của các thành phần chất khoáng trong xi măng

với nước. Vì vậy, đặc điểm thành phần khoáng trong xi

măng ảnh hưởng trực tiếp đến đặc trưng co ngót hóa học

trong bê tông.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung đánh giá và

phân tích các đặc trưng co ngót hóa học của các mẫu bê tông

bột hoạt tính (RPC) được làm từ các loại xi măng khác nhau,

nhằm nghiên cứu sự ảnh hưởng thành phần hóa khoáng trong

xi măng đến co ngót hóa học của bê tông. Những đánh giá

và phân tích dựa trên các kết quả thực nghiệm và mô hình về

sự co ngót hóa học của các mẫu RPCs này.

RPC là một loại bê tông có thành phần cốt liệu với kích

thước nhỏ, thông thường người ta sử dụng các loại cát mịn

(mô-đun độ lớn của cát nhỏ). Những chất kết dính như xi

măng cùng phụ gia siêu mịn hoạt tính như muội silic, tro

bay, xỉ lò cao … được đưa vào trong sản xuất RPC làm cho

bê tông có độ chặt cao (độ rỗng khí rất nhỏ). Đặc điểm này

làm cho khả năng chịu nén của bê tông tăng cao cùng tính

bền với tác động của môi trường bên ngoài.

Những cấp phối tốt của loại RPC thường có cường độ

chịu nén vượt 150 Mpa. Do vậy, theo cách phân loại bê

tông theo đặc trưng chịu nén thì RPC thuộc loại bê tông có

tính năng siêu cao (UHPC) [1]. Bên cạnh đó, RPC thường

có độ bền cao hơn hẳn các loại UHPC khác.

2. Vật liệu và mẫu bê tông

Để sản xuất các mẫu UHPC, vật liệu được sử dụng

trong nghiên cứu này bao gồm: xi măng Portland (OPC);

muội silic (SF); bột đá (QB) với cỡ hạt lớn nhất là 0,41

mm; cát mịn (SB) và phụ gia dẻo (SP). Ba loại OPC (phân

loại theo ASTM) được lựa chọn trong nghiên cứu này

gồm: loại I (OPC1), loại II/V (OPC2) và loại IV (OPC3).

Thành phần hóa học, thành phần khoáng theo Bogue, đặc

tính vật lý của chúng được trình bày trong Bảng 1. Các

đặc trưng của hỗn hợp bê tông nghiên cứu được ghi ở

Bảng 2 và Bảng 3. Trong các bảng này, các mẫu bê tông

có nhãn B1, B2, B3 được làm từ các loại xi măng tương

ứng OPC1, OPC2, OPC3.

Bảng 1. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của

vật liệu xi măng và muội silic

Tỷ lệ thành phần hóa học theo

trọng lượng (%)

Tỷ lệ thành phần khoáng theo

trọng lượng (%)

T_phần OPC1 OPC2 OPC3 T_phần OPC1 OPC2 OPC3

SiO2 21,86 21,00 25,13 C3S 62,50 60,08 44,23

Al2O3 5,31 4,10 2,51 C2S 15,52 14,87 38,67

Fe2O3 3,43 3,70 3,48 C3A 8,26 4,60 0,76

CaO 66,34 63,50 63,03 C4AF 10,43 11,25 10,59

MgO 0,96 2,3 1,66 CŠH2 1,3 1,3 1,3

Cl 0,02 - 0,01 Tính chất vật lý

SO3 0,30 2,10 2,05 T_phần OPC1 OPC2 OPC3

K2O 0,28 0,67 0,64 Dung trọng

(g/cm3) 3,18 3,20 3,15

Na2O 0,10 0,09 0,04

P2O5 0,30 0,25 0,21 Diện tích bề

mặt (m2/kg) 372 382 347

LOI 0,09 2,01 1,25

62 Bạch Quốc Sĩ, Phan Nhật Long

Bảng 2. Tỷ lệ trộn bê tông có chứa hàm lượng muội silic khác nhau

Nhãn

bê tông

Vật liệu thành phần

Đơn vị Xi

măng Cát

Muội

silic Bột đá

Phụ gia

dẻo Nước

B1 */C 1 1,1 0,10 0,05 0,018 0,16

B2 */C 1 1,1 0,10 0,05 0,018 0,16

B3 */C 1 1,1 0,10 0,05 0,018 0,16

Ghi chú: *: Xi măng; cát; muội silic; bột đá; phụ gia dẻo; nước.

C: Xi măng; */C: Tỷ lệ khối lượng.

Bảng 3. Khối lượng vật liệu trong 1m3 bê tông, kg/m3

Nhãn

Bê

tông

Vật liệu thành phần

Xi măng Cát Muội

silic Bột đá

Phụ gia

dẻo Nước

B1 1030,68 1133,75 192,40 51,53 18,55 164,91

B2 1032,77 1136,05 103,27 51,63 18,59 165,24

B3 1027,51 1130,26 102,75 51,37 18,49 164,40

3. Công việc thực nghiệm

Các thực nghiệm được tiến hành trên tất cả các mẫu bê

tông có nhãn B1, B2, B3 ở nhiệt độ 20°C, bao gồm: đo

nhiệt phát triển trong bê tông, đo co ngót hóa học. Việc thí

nghiệm nhiệt phát triển trong bê tông nhằm mục đích xác

thực các mô phỏng về sự thủy hóa xi măng, cũng như sự

phát triển vi cấu trúc của hồ kết dính trong quá trình thủy

hóa; thí nghiệm đo độ co ngót hóa học nhằm xác thực thể

tích lỗ rỗng trong bê tông do quá trình thủy hóa chất kết

dính tạo ra, cũng như làm cơ sở phân tích đặc trưng của nó.

3.1. Đo sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt

Sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt được đo

bằng một nhiệt lượng kế ở chế độ đẳng nhiệt (TAM-Air)

cho các mẫu có khối lượng 5-10 gram. Các mẫu được đựng

trong một lọ nhỏ bằng nhựa và được đặt vào nhiệt lượng

kế. Các thực nghiệm được thực hiện trên 2 mẫu song song

và kéo dài trong 7 ngày (168 giờ), tính từ lúc chế tạo mẫu.

Sơ đồ đo nhiệt phát triển và tốc độ nhiệt phát triển được

trình bày ở Hình 1. Nhiệt lượng phát ra từ sự thủy hóa xi

măng tại thời điểm t, test

Q t , được tính như sau:

tes tes

0

.

tt t

Q t q t dt (1)

trong đó

testq t

là tốc độ nhiệt phát ra từ mẫu.

Hình 1. Sơ đồ đo nhiệt phát triển và tốc độ nhiệt phát triển

3.2. Đo lỗ rỗng do thủy hóa xi măng để xác định co ngót

hóa học

Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm đo lỗ rỗng do

thủy hóa xi măng được thực hiện bằng phương pháp đo

trọng lượng. Phương pháp này được dựa trên nguyên tắc

lực đẩy nổi Archimedes. Các mẫu bê tông khoảng 5÷10

gram được nhúng trong một chậu nước ở chế độ đẳng nhiệt,

các mẫu này được đựng trong một lọ nhỏ và treo vào một

cái cân tiểu ly. Sơ đồ đo lỗ rỗng do sự thủy hóa xi măng

được thể hiện trong Hình 2 và lỗ rỗng do sự thủy hóa xi

măng được tính toán theo phương trình sau:

0

_

W

past

H

a

e paste

ter

M t M tV t

ρ

y pore (2)

trong đó 0 pasteM t và

pasteM t lần lượt là trọng lượng

ban đầu và trọng lượng ở thời gian t của mẫu. Waterρ là

trọng lượng riêng của nước. Từ công thức (2), giá trị thể

tích lỗ rỗng thủy hóa xi măng trên một đơn vị khối lượng

của chất kết dính được tính như sau:

_

_

H

H C FS

V tS t

M t M t 0 0

y pore

y pore

(3)

trong đó C

M t0 , FS

M t0 lần lượt là khối lượng ban đầu

của xi măng và muội silic trong mẫu.

Hình 2. Sơ đồ đo lỗ rỗng do sự thủy hóa xi măng theo

phương pháp trọng lượng

4. Mô hình động học thủy hóa cho xi măng Portland

4.1. Cơ chế của sự thủy hóa của xi măng

Quá trình thủy hóa xi măng là quá trình bao gồm các

phản ứng hóa học phức tạp. Quá trình này được Taylor

H.F.W. (1997) mô tả qua các phương trình hóa học cho mỗi

hợp chất khoáng trong xi măng theo các phương trình từ

[A] đến [F]. Đối với hỗn hợp chất kết dính có bổ sung thêm

muội silic, phản ứng puzzolan được mô tả theo phương

trình [G]. Cơ chế diễn ra phản ứng hóa học trong hỗn hợp

chất kết dính xi măng – muội silic được thể hiện ở Hình 3.

3 1,7 45,3 1,3C S H C S H CH [A]

2 1,7 44,3 0,3C S H C S H CH [B]

3 2 6 3 323 26C A CSH H C AS H [C]

3 6 3 32 4 12 + 0.5 + 2H 1.5C A HC A C AS H S [D]

Loï thuûy tinh

Maãu beâ toâng Nhieät löôïng keá

Chi tieát maùy ño nhieät Saûn xuaát beâ toâng

Maùy tính

Maùy ño nhieät

Maùy tính

Caân tieåu ly

Maãu beâ toâng

Chaäu nöôùc ñöôïc oån ñònh nhieät ñoä


3 4 13 + + 12H C AHC A CH [E]

4 3 6 3 62 10C AF CH H C AH C FH [F]

1,7 41,7 2,3S CH H C SH [G]

Hình 3. Cơ chế phản ứng hóa học trong

hỗn hợp xi măng – muội silic

Khi biết được bậc phản ứng của mỗi thành phần khoáng

xi măng và muội silic, mô hình tính toán nhiệt phát triển ở

thời điểm t trong quá trình thủy hóa hỗn hợp OPC-SF được

tính như sau:

L C S

Q t Q t Q t (4)

trong đó: L

Q t , C

Q t , S

Q t là nhiệt lượng tỏa ra tại

thời điểm t tương ứng của hỗn hợp OPC-SF, OPC và SF. Và

tốc độ phát triển nhiệt được xác định theo công thức sau:

ass com

ii/C. .

m iL

i

d tdQ tr t Q

dt dt 0

ξ (5)

trong đó: ass

i/C

mr t0 là tỷ lệ thành phần khoáng thứ i (C3S,

C2S, C3A, C4AF) theo khối lượng trong xi măng, mass

S/FSr t0

là tỷ lệ ôxit silic trong muội silic theo khối lượng. Giá trị

ass

i/C

mr t0 ,

mass

S/FSr t0 được lấy trong Bảng 1. com

iQ là nhiệt

lượng tỏa ra tối đa khi một đơn vị khối lượng pha i thủy

hóa hoàn toàn. Một cách tương tự, com

SQ là nhiệt lượng tỏa

ra tối đa khi một đơn vị khối lượng ôxit silic phản ứng hoàn

toàn. i

tξ , S

tξ lần lượt là bậc thủy hóa pha i và ôxit

silic. i

tξ , S

tξ được mô phỏng cho mỗi hỗn hợp bê

tông trong Bảng 2 và Bảng 3. Chi tiết mô hình tính toán

cho i

tξ , S

tξ có thể tham khảo ở [2].

4.2. Mô hình sự phát triển thể tích các pha

Sau khi xác định được i

tξ và S

tξ , mô hình tính

toán sự phát triển thể tích các sản phẩm do thủy hóa xi

măng được tính theo công thức (6) và thể tích lỗ rỗng thủy

hóa được tính toán theo công thức (7).

Pro_hy_j

molaire molairei,i, /j_Stoechiométrie

i, 0 i,

. / .

/ . .

e

e

j

j i

SS

S S

V t

r M M

V t t

(6)

Pore_hy

0

Por _gelPr _ P _cap

Binder Unhy

eo hy ore

V t

V t V t

V t V t V

(7)

trong đó: Pro_hy_j

e

V t là thể tích sản phẩm thứ j

(j = 1,7 4

C S H , CH , 6 3 32C AS H , 4 12C A HS ,

4 13C AH ,

3 6C AH , 3 6C FH ) do thủy hóa xi măng tại thời điểm t qua

phương trình phản ứng hóa học e (e = [A], [B], [C], [D],

[E], [F], [G]); i, /j_Stoechiométrie

e

Sr là tỷ lệ hóa trị giữa pha j và

pha i (hoặc muội silic) trong phương trình phản ứng e; molairei, ,SjM là phân tử lượng của các pha i, j, và muội silic;

i, ,Sj là trọng lượng riêng của các pha i, j, và muội silic;

0 i,SV t lần lượt là thể tích ban đầu trong hỗn hợp vữa của

xi măng và muội silic; Pore_hy

V t là thể tích lỗ rỗng trong

bê tông do thủy hóa chất kết dính tạo ra; 0 BinderV t là thể

tích ban đầu của vữa chất kết dính; Unhy

V t và Pr _o hy

V t

lần lượt là thể tích tại thời điểm t của lượng xi măng chưa

thủy hóa và muội silic chưa thủy hóa; P _capore

V t và

Por _geleV lần lượt là thể tích tại thời điểm t của lỗ rỗng mao

quản và lỗ rỗng trong gel C-S-H của bê tông.

C3A

H CSH2

C6AS3H32

[ C ] 1

H CH

[ F ] 1

C4AH13

H

[ A ] 1

C2S

C4AF

C3AH6

[ E ] 3

CHH

C3S

C3FH6

H

[ B ]CH

S [ G ] 3

CHH

CSH

C4ASH12

H C6AS3H32

[ D ] 2

[ A ] ... [ G ] :

Phöông trình phaûn

öùng hoùa hoïc.

Ghi chuù:

Traät töï öu tieân cuûa

caùc phaûn öùng hoùa hoïc.

(*)

1

1

Hydra

ted

Gyp

se

Wate

r

Wate

r

Hydrated

Silica fume

anhydre

Water

Water

Hydrated

Cement

anhydrate

Water

Water

Products ofhydration

2 3; ;

C3S

C6AS3H32

:

:

(*) :

Höôùng xaûy ra caùc

phaûn öùng hoùa hoïc.

:

Thaønh phaàn khoaùng

trong xi maêng.

Ñieàu naøy coù nghóa laø

caùc phaûn öùng hoùa hoïc

luoân xaûy ra trong moät

traät töï nhaát ñònh coù söï

öu tieân: ban ñaàu laø möùc

öu tieân 1, sau ñoù deán

möùc öu tieân 2, vaø cuoái

cuøng laø möùc öu tieân 3.

Möùc öu tieân trong traät

töï phaûn öùng ñöôïc hieåu

laø neáu taïi moät thôøi ñieåm

nhaát ñònh coù theå xaûy ra

nhieàu höôùng phaûn öùng

hoùa hoïc xaûy ra trong

quaù trình thuûy hoùa chaát

keát dính (xi maêng vaø

muoäi silic).

Saûn phaåm thuûy hoùa

chaát keát dính.

:

Hình thaùi hoà keát

dính trong beâ toâng.

64 Bạch Quốc Sĩ, Phan Nhật Long

Hình 4. Các thành phần trong bê tông bột hoạt tính

Những đại lượng thể tích mô tả các thành phần trong

RPC tại một thời điểm t trong suốt quá trình thủy hóa được

trình bày ở Hình 4. Hình 4 được tham khảo ở tài liệu [2]

(ngôn ngữ Pháp), nội dung và thuật ngữ hoàn toàn tương

đồng với bài báo này. Giá trị của các đại lương molairei, ,SjM ,

i, ,Sj được tham khảo tại các tài liệu [4], [5], [9], [11].


Tiến hành so sánh kết quả mô hình sự phát triển nhiệt

và tốc độ phát triển nhiệt được xác định theo phương trình

(4) và phương trình (5), với kết quả thực nghiệm được mô

tả ở phương trình (1) trên tất cả các mẫu bê tông nghiên

cứu, kết quả điển hình trên mẫu B1 được thể hiện ở Hình

5. Chúng ta nhận thấy rằng, các kết quả mô hình và kết quả

thực nghiệm rất tương thích với nhau. Điều này cho phép

tin cậy vào mô hình động học thủy hóa xi măng Portland

như đã mô tả ở mục 4.

Một cách tương tự đối với co ngót hóa học của bê tông,

kết quả thực nghiệm và mô hình ở các phương trình (2), (3),

(7) được so sánh. Hình 6 là một điển hình so sánh giữa thực

nghiệm và mô hình dự kiến về co ngót hóa học cho bê tông

có nhãn B1, qua đó chúng ta nhận thấy rằng, mô hình co ngót

hóa học của bê tông có độ chính xác rất cao. Bên cạnh đó,

kết quả mô hình sự phát triển thể tích các pha trong hồ kết

dính được mô tả ở mục 4.2 có thể nhìn thấy ở Hình 7. Hình

7 là kết quả tính toán cho mẫu bê tông có nhãn B1.

Hình 5. Nhiệt phát triển và tốc độ nhiệt phát triển, so sánh giữa

thực nghiệm và mô hình – trường hợp B1

Hình 6. Co ngót hóa học của bê tông, so sánh giữa

thực nghiệm và mô hình – trường hợp B1

Kết quả thực nghiệm đo co ngót hóa học trên tất cả các

UHPCs (B1, B2, B3) làm từ các loại xi măng khác nhau

được trình bày trong Hình 8, trong khoảng thời gian 168

giờ (7 ngày). Trong hình này, chúng ta có thể nhận thấy

rằng, giá trị co ngót hóa học của B3 (được làm từ loại xi

măng IV) thấp hơn giá trị co ngót hóa học của B2 (được

làm từ loại xi măng II/V). Một cách tương tự, giá trị co ngót

hóa học của B2 thấp hơn giá trị co ngót hóa học của B1

(được làm từ loại xi măng I) tại mọi thời điểm.

Hình 9 thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng (C3A+

C4AF) và kết quả thực nghiệm co ngót hóa học của tất cả

các UHPCs. Trên hình này, chúng ta dễ dàng nhận ra rằng,

sự gia tăng co ngót hóa học của bê tông đi cùng với sự gia

tăng hàm lượng thành phần khoáng (C3A+ C4AF) trong xi

măng. Hay nói cách khác, co ngót hóa học của bê tông sẽ

giảm khi hàm lượng thành phần khoáng (C3S + C2S) trong

xi măng ít lại. Những nhận xét này sẽ sáng tỏ hơn khi chúng

ta để ý phương trình (6) và phương trình (7), cũng như các

phương trình phản ứng hóa học từ [A] đến [G]. Trong các

phương trình này đã mô tả sự giảm thể tích tuyệt đối của các

sản phẩm thủy hóa chất kết dính so với thể tích tuyệt đối ban

đầu của các thành phần tham gia phản ứng ban đầu (bao gồm

bốn thành phần khoáng chính trong xi măng, muội silic và

nước). Điều này dễ nhận ra hơn khi quan sát Hình 4.

Cũng ở Hình 8 và Hình 9, chúng ta nhận thấy co ngót hóa

học của bê tông tăng nhanh ở thời điểm từ 36 giờ đến 48 giờ.

Trong khoảng thời gian này, tốc độ thủy hóa xi măng xảy ra

rất nhanh, và chúng ta có thể nhìn thấy điều này ở Hình 4.

Taylor H.F.W. (1997) giải thích rằng, tốc độ thủy hóa xi măng

tăng nhanh là do cộng hưởng về năng lượng (nhiệt lượng) từ

sự tỏa nhiệt khi thủy hóa các thành phần khoáng của xi măng.

VEau libre

VCSH-solide

VEau adsorbée dans CSH

VEau adsorbé physiquement

VC3A

VC2S

VFumées anhydrate

VC4AF

VC3S

Vlian

t an

hyd

raté

es

Vso

lide

gel

Vee

u g

el

Vh

ydra

tées

Vea

u c

apill

aire

Vp

ore

cap

illa

ire

Vp

ore

gel

Vp

ore

pât

eV

solide

pât

e

Vp

âte

lian

t

Vb

éto

nV

tota

le=

Vci

men

t an

hyd

rate

Vsable

Vbulle d'air

VCH

VCAH

VCAFH

Vvide d'hydratation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 24 48 72 96 120 144 168

Thời gian: t, [giờ]

Nh

iệt

ph

át

triể

n:

Q(t

) , [J

/ g

r ch

ất

kết

dín

h]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tố

c đ

ộ n

hiệ

t p

hát

triể

n:

dQ

(t)/

dt,

[J/ (g

r ch

ất

kết

dín

h).

(hrs

)]

Q(t) - Experiment

Q(t) - Model

dQ(t)/dt - Experiment

dQ(t)/dt - Model

E/C = 0,16

SF/C = 0,10

C3S : 62.50

C2S : 15.52

C3A : 8.26

C4AF : 10.43

CSH2 : 1.3

0

2

3

5

6

8

9

11

12

14

15

0 24 48 72 96 120 144 168

Thời gian, [giờ]

Co

ng

ót

hó

a h

ọc:

S(t

) , [m

m3 / g

r ch

ất

kết

dín

h] S(t): Thực nghiệm

S(t): Mô hình

E/C = 0.16

SF/C = 0.10

C3S : 62.50

C2S : 15.52

C3A : 8.26

C4AF : 10.43

CSH2 : 1.3


Hình 7. Sự phát triển thể tích các pha trong hồ kết dính

Hình 8. Kết quả thực nghiệm co ngót hóa học của tất cả

các UHPCs làm từ các loại xi măng khác nhau

Hình 9. Quan hệ giữa hàm lượng (C3A+ C4AF) và kết quả

thực nghiệm co ngót hóa học của tất cả các UHPCs

6. Kết luận

Trong nghiên cứu này, co ngót hóa học của bê tông

được làm từ các loại xi măng khác nhau được phân tích trên

cơ sở thực nghiệm và lý thuyết. Những kết luận chính được

rút ra như sau:

i) Một mô hình động học cho sự thủy hóa hỗn hợp “xi

măng - muội silic” được thiết lập và xác minh lại thông qua

đo nhiệt tỏa ra của bê tông trong quá trình thủy hóa chất

kết dính ở chế độ đẳng nhiệt;

ii) Các lỗ rỗng do thủy hóa xi măng được xác định bởi

thực nghiệm và tính toán bởi mô hình phát triển thể tích

các pha trong nghiên cứu này. Mô hình vi cấu trúc phát

triển đã chú ý đến sự thủy hóa từng thành phần khoáng

trong xi măng;

iii) Mô hình co ngót hóa học của UHPC được tính toán

dựa trên mô hình lỗ rỗng thủy hóa xi măng. Kết quả mô

hình co ngót hóa học của các UHPCs rất phù hợp với kết

quả thực nghiệm;

iv) Sự gia tăng co ngót hóa học của UHPC đi cùng với

sự gia tăng hàm lượng thành phần khoáng (C3A+ C4AF)

trong xi măng;

(v) Đối với những UHPCs như bê tông bột hoạt tính

trong nghiên cứu này, co ngót hóa học sẽ phát triển nhanh

trong khoảng thời gian từ 36 giờ đến 48 giờ.


[1] Aïtcin, P.C., High-Performance Concrete, 1st Ed, E & FN SPON,

London, UK, 1998.

[2] Bach, Quoc Si., Développement, caractérisation et modélisation des

Bétons de Poudres Réactives à impact environnemental réduit,

Thèse de Doctorat, Université de Nantes, France, 2014.

[3] Bach, Quoc Si., et Khelidj, Abdelhafid., Effet de la concentration la

fumée de silice sur le retrait chimique des BUHP, 32èmes Rencontres Universitaires de L'AUGC, 2014, pp. 21-33.

[4] Breugel, K.V., Simulation of hydration and formation of structure in

hardening cement-based materials, PhD thesis, Delft University of

Technology, Netherlands, 1991.

[5] Brouwers, H.J.H., Chemical Reactions in hydrated Ordinary

Portland Cement based on the work by Powers and Brownyard,

Proceedings 15th Ibausil, International Conference on Building Materials, Weimar, 2003, pp. 553-566.

[6] Jennings H. M., “A Model for the Microstructure of Calcium Silicate

Hydrate in Cement Paste”, Cement and Concrete Research, 30,

2000, pp. 101-116.

[7] Kishi., T., Maekawa, K., Multi-component model for hydration

heating of blended cement with blast furnace slag and fly ash,

Proceeding of JSCE, 30, 1997, pp. 125-139.

[8] Mazloom, M., Ramezanianpour, A. A., Brooks, J. J., “Effect of silica

fume on mechanical properties of high-strength concrete”, Cement and Concrete Composites, 26, 2004, pp. 347-357.

[9] Maekawa, K., Ishida, T., Kishi, T., Multi-scale Modeling of

Structural Concrete, 1st Ed, Taylor & Francis, London, UK, 2008.

[10] NF EN 12390., Essais pour béton durci, Norme Européenne, 2012.

[11] Taylor, H.F.W., Cement Chemistry, 2nd Ed, Thomas Telford

Publishing, London, UK, 1997.


0.227

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Degree of hydration of Portland cement : ξcement , [ - ]

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Pore hydrat

Eau_cap

Eau_ gel

C4AH13

CṨH2

C4AṦH12

C6AṦ3H32

C3A

S

CH

CSH

C3FH6

C4AF

C3AH6

C2S

C3S

Inerte_S

Inerte_C

ξultime

Vo

lum

e f

rac

tio

n o

f p

ha

se

s i

n b

ind

er

pa

ste

, [

- ]

E/C = 0,16

SF/C = 0,10

C3S : 62.50

C2S : 15.52

C3A : 8.26

C4AF : 10.43

CSH2 : 1.3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168

Thời gian: t, [giờ]

Th

ực n

gh

iệm

co

ng

ót

hó

a h

ọc:

S(t

) , [

mm

3/ g

r xi m

ăn

g ]

B1 (Type I)

B2 (Type II/V)

B3 (Type IV)

12 giờ36 giờ

48 giờ72 giờ

96 giờ168 hours

y = 0.4979x + 3.141

R2 = 0.9623

0

2

4

6

8

10

12

14

16

10 12 14 16 18 20

Hàm lượng C3A + C4AF, [%]

Th

ực n

gh

iệm

co

ng

ót

hó

a h

ọc:

S(t

) , [

mm

3/ g

r xi m

ăn

g ]

66 Nguyễn Thị Hoài Tâm, Nguyễn Thị Hồng Ngân, Huỳnh Thị Kim Cúc

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÁNH TRÁNG KHOAI LANG TÍM

GIÀU ANTHOCYANIN

A STUDY ON PRODUCTION OF ANTHOCYANIN-RICH GIRDLE CAKES

FROM PURPLE SWEET POTATO

Nguyễn Thị Hoài Tâm, Nguyễn Thị Hồng Ngân, Huỳnh Thị Kim Cúc

Trường Cao đẳng Lương thực – Thực phẩm; [email protected]

Tóm tắt - Nghiên cứu sản xuất bánh tráng khoai lang tím (KLT) giàu anthocyanin không chỉ là biện pháp kéo dài thời gian sử dụng KLT, mà còn tạo ra sản phẩm mới mang đậm tính truyền thống có giá trị dinh dưỡng cao và màu sắc đẹp. Sản phẩm bánh tráng KLT giàu hợp chất màu tự nhiên anthocyanin, không những có màu sắc đẹp tự nhiên hấp dẫn mà còn có hoạt tính kháng oxy hóa cao và đảm bảo ATTP. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng dịch gạo bổ sung vào bột KLT tăng gấp 2 lần thì độ bền kéo đứt tăng gấp 3,48 lần, tỉ lệ bột KLT (kg): dịch gạo (kg) = 0,5:1,4 để tráng bánh cho hiệu suất thu hồi là 95,76%. Khi sấy bánh bằng không khí nóng ở 60˚C cho hàm lượng anthocyanin cao nhất, bề mặt bánh phẳng, không bị nứt; khi phơi nắng điều kiện phơi tốt nhất là lúc nắng to, thời gian nắng dài. Nghiên cứu đã đề xuất được quy trình công nghệ sản xuất bánh tráng KLT có hàm lượng anthocyanin đạt khoảng 112,07÷119,91mg/100g chất khô và hàm lượng chất xơ đạt khoảng 1,69÷1,71%.

Abstract - Processing of purple sweet potato into anthocyanin-rich girdle cakes is not only a post-processed preservation but also a creation of developed-originally traditional new products with attractive color, and enhanced nutritional and utilization values. Purple sweet potato girdle cake products with natural anthocyanin-rich pigment not only have attractive color but also high antioxidant activity and food safety. The research shows that increasing added rice solution 2 times leads to 3.48 times of tensile strength. When adding 0.5 kilogram of rice solution to PWP pure, efficiency of forming girdle cake reaches 95.76%. The girdle cakes dried in heated air at ~60°C give the best anthocyanin contents and flat and unsplit girdle cake surface. The best drying condition is under direct, strong sunlight and long sunshine time. The research recommends a procedure to produce PWP girdle cakes containing ~112.07÷119.91mg of anthocyanin per 100g dried matter and 1.69÷1.71% of cellulose.

Từ khóa - anthocyanin; dịch gạo; khoai lang tím (KLT); hiệu suất thu hồi bánh; độ bền kéo đứt.

Key words - anthocyanin; rice solution; purple sweet potato (KLT); efficiency of forming girdle cakes; tensile strength.


Khoai lang tím (KLT) chứa nhiều chất dinh dưỡng, đặc

biệt hàm lượng anthocyanin tương đối cao chiếm từ

51,5-174,7mg/100g nguyên liệu tươi [10]. Ngoài việc tạo

ra màu sắc đẹp và an toàn cho thực phẩm, anthocyanin còn

là hợp chất có hoạt tính kháng oxy hóa cao [8]. Tuy nhiên,

thành phần hóa học của KLT đặc biệt là hàm lượng

anthocyanin bị giảm nhanh chóng sau thu hoạch [9].

Hiện nay, KLT đã nghiên cứu và chế biến thành một số

dạng sản phẩm như bột KLT, nước uống KLT, giấm đỏ

KLT,... Bánh tráng KLT là một sản phẩm mới mang đậm

tính truyền thống, không những có màu tím đẹp mà còn hứa

hẹn những ưu thế vượt trội nhờ hàm lượng chất xơ cao, khả

năng kháng oxy hóa cao nhờ thành phần anthocyanin trong

khoai lang tím.Tại Việt Nam, KLT được trồng nhiều ở các

tỉnh phía Nam, đặc biệt ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long,

tuy nhiên cho đến nay chưa có công bố nào về việc nghiên

cứu sản xuất bánh tráng KLT nhằm nâng cao giá trị sử dụng

của loại nông sản phổ biến, rẻ tiền và dễ hư hỏng này.

2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Nguyên liệu

KLT sử dụng trong nghiên cứu được thu hoạch vào tháng

6 (vụ Xuân Hè) và được trồng tại Bình Tân - Vĩnh Long.


2.2.1. Phương pháp xử lý nguyên liệu và chuẩn bị mẫu

khoai lang tím phục vụ nghiên cứu

KLT tươi thu mua về rửa sạch, loại bỏ phần sâu, hà, để

ráo nước, đem luộc vừa chín tới, để nguội, nghiền nhỏ. Sau

đó, phân mẫu, bao gói và bảo quản lạnh đông phục vụ cho

quá trình nghiên cứu.

2.2.2. Phương pháp chuẩn bị dịch gạo phục vụ nghiên cứu

Gạo được định lượng, rửa sạch và ngâm qua đêm với tỉ

lệ gạo: nước =1:2. Sau đó, gạo được rửa lại bằng nước sạch,

đem xay. Cứ 1kg gạo thu được 4,0kg dịch gạo.

2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng đường khử, hàm

lượng tinh bột

Sử dụng phương pháp Bertrand để xác định hàm lượng

đường khử và hàm lượng tinh bột [3].

2.2.4. Phương pháp xác định độ ẩm

Sử dụng phương pháp sấy nhanh bằng hồng ngoại để

xác định độ ẩm của mẫu trên máy sấy hồng ngoại MS 70

của Nhật [3].

2.2.5. Phương pháp chiết tách anthocyanin

Anthocyanin của khoai lang tím được chiết tách theo

kết quả nghiên cứu của Tạ Thị Tố Quyên [8]. Bánh tráng

KLT được xay mịn và chiết tách với điều kiện: dung môi

ethanol/nước là 75/25 bổ sung 1% HCl, nhiệt độ 80˚C, thời

gian chiết là 180 giây, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/16 [8].

2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng anthocyanin

Sử dụng phương pháp pH vi sai (AOAC method

2005.02) [11]. Dựa trên nguyên tắc sự đổi màu và thay đổi

độ hấp thụ của anthocyanin theo sự thay đổi của pH. Tại

pH = 1,0 các anthocyanin ở dạng muối oxinium (còn gọi là

cation flavylium) có màu và có độ hấp thụ cực đại. Ở

pH = 4,5 anthocyanin có dạng carbinol không màu nên độ

hấp thụ gần như bằng không.

2.2.7. Phương pháp xác định hàm lượng xơ

Hàm lượng chất xơ được xác định trên thiết bị chiết chất


xơ VELP [6]. Chất xơ được xác định dựa trên nguyên tắc

cellulose là chất xơ, bã còn lại sau khi các chất glucid khác

bị thủy phân. Sau khi lọc, rửa xơ, bã được sấy khô đến trọng

lượng không đổi và nung.

2.2.8. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt

Độ bền kéo đứt (đơn vị N) được xác định trên thiết bị

đo độ bền kéo đứt Instron 3345 của hãng Instron, Mỹ [5].

2.2.9. Phương pháp đánh giá cảm quan

Đánh giá cảm quan dựa trên phép thử thị hiếu với phép

thử chấp nhận [2], phép thử dựa trên mức độ hài lòng của

người tiêu dùng. Thang điểm mô tả cấp độ hài lòng, ưa

thích như sau: 1. Cực kỳ thích, 2. Rất thích, 3. Thích vừa

phải, 4. Hơi thích, 5. Không thích, không ghét, 6. Hơi ghét,

7. Ghét vừa phải, 8. Rất ghét, 9. Cực kỳ ghét.

2.2.10. Phương pháp phân tích số liệu

Các thí nghiệm được thực hiện với 3 lần lặp, các kết

quả nghiên cứu là trung bình của 3 lần lặp ± độ lệch chuẩn.

Xử lý số liệu bằng phần mềm excell, dùng hàm STDEV và

vẽ đồ thị sai số để đánh giá sự sai khác có nghĩa giữa các

lần lập lại thí nghiệm và giữa các mẫu.

3. Kết quả và bàn luận

3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn dịch gạo đến

độ bền kéo đứt và hiệu suất thu hồi bánh sau khi hấp

Để xác định tỉ lệ phối trộn dịch gạo vào bột KLT tiến

hành làm 6 mẫu theo tỉ lệ bột KLT (kg) và dịch gạo (kg)

như sau: mẫu a (0,5: 1,2), mẫu b (0,5: 1,3), mẫu c (0,5: 1,4),

mẫu d (0,5: 1,5), mẫu e (0,5: 1,6), mẫu f (0,5: 1,7), đo độ

bền kéo đứt của mẫu sau khi tráng bánh và hiệu suất thu

hồi sản phẩm theo mỗi mẫu phối trộn. Hiệu suất thu hồi là

tỉ lệ phần trăm giữa lượng bánh nguyên sau khi tráng được

so với lượng bánh (nguyên và bánh bị rách) sau khi tráng.

Khi phối trộn dịch gạo vào bánh trángKLT cố định tỉ lệ các

chất điều vị theo cơ sở sản xuất Như Hương (296 Phạm Cự

Lượng, Sơn Trà, Đà Nẵng) đã sử dụng cho bánh tráng gạo

đã bán ra trên thị trường (30g đường + 20g muối + 10g mì

chính/1kg nguyên liệu gạo).

Kết quả được trình bày ở Hình 1, Hình 2.

Kết quả ở Hình 1 cho thấy khi lượng bột gạo bổ sung

vào bột KLT càng tăng thì độ bền kéo đứt càng tăng nghĩa

là lượng bột gạo trong nguyên liệu đem tráng bánh càng

cao thì màng tạo thành càng bền [1]. Tuy nhiên, nếu tỉ lệ

bổ sung lượng dịch gạo càng tăng thì hàm lượng bột khoai

lang tím trong sản phẩm càng ít. Với mục đích sản xuất sản

phẩm, bánh tráng KLT có hàm lượng khoai lang tím là cao

nhất mà trong quá trình tráng bánh, bánh không bị rách, đứt

khi vớt ra khỏi lò và đặt trên vỉ phơi, sấy do đó tiến hành

khảo sát lượng dịch gạo bổ sung vào bột KLT và đánh giá

hiệu suất thu hồi bánh sao cho lượng dịch gạo bổ sung là ít

nhất mà hiệu suất thu hồi bánh cao, kết quả cho ở Hình 2.

Với các mẫu d, e, f cho hiệu suất thu hồi bánh cao và cho

thấy sự sai khác không có nghĩa. Với mẫu a, b, c cho tỉ lệ

phối trộn dịch gạo vào bột khoai lang tím thấp hơn và kết

quả thể hiện sự sai khác có nghĩa về hiệu suất thu hồi bánh.

Ở mẫu c cho kết quả sai khác có nghĩa lớn hơn so với kết

quả thể hiện ở 2 mẫu a và b do đó kết quả được chọn là

mẫu c (0,5kg bột KLT: 1,4kg dịch gạo).

Hình 1. Độ bền kéo đứt của mẫu theo tỉ lệ phối trộn bột

Hình 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bột đến

hiệu suất thu hồi bánh

3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian làm khô

đến hàm lượng anthocyanin bánh tráng khoai lang tím

3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng

anthocyanin bánh tráng khoai lang tím

Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến sự bền màu

anthocyanin bánh tráng KLT, sau khi hấp bánh vớt ra vỉ

sấy tiến hành sấy bằng không khí nóng cho đến khi đạt độ

ẩm khoảng dưới 12%. Nhiệt độ sấy được chọn nghiên cứu

là: 50˚C, 60˚C, 70˚C. Trong thời gian sấy, theo dõi sự biến

đổi độ ẩm và xác định hàm lượng anthocyanin của mẫu đạt

độ ẩm <12% ở các chế độ sấy 50˚C, 60˚C, 70˚C. Kết quả

thu được trình bày ở Hình 3, Hình 4 và Hình 5a, 5b, 5c.

Kết quả Hình 3 và Hình 4 cho thấy khi tăng nhiệt độ

sấy (50˚C, 60˚C, 70˚C) thì thời gian sấy được rút ngắn và

ở Hình 4 kết quả hàm lượng anthocyanin khác nhau không

có nghĩa. Điều này cho thấy anthocyanin từ KLT có khả

năng ổn định màu khá tốt [9].

Khi sấy ở nhiệt độ 50˚C, 60˚C bề mặt bánh phẳng đẹp,

ở 70˚C bị cong vênh và có hiện tượng bị rách (Hình 5a, b,

c). Điều này được giải thích bề dày bánh KLT mỏng nhưng

nhiệt độ sấy cao dẫn đến tốc độ thoát ẩm quá nhanh, chênh

lệch ẩm lớn ẩm di chuyển nhanh nên các mối liên kết phân

tử giữa tinh bột - protein chưa kịp phục hồi, đồng thời khi

sấy khô ở nhiệt độ cao tốc độ bay hơi lớn mạch phân tử tinh

bột định hướng mạnh mẽ cùng với sự giảm thể tích của

màng dẫn đến sự co ngót về chiều dày và xuất hiện ứng

suất nội, khi ứng suất nội lớn hơn độ bền của cấu trúc màng

lúc này màng bị rách. Do đó, nhiệt độ sấy càng cao bề mặt

bánh càng bị cong vênh và rách.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

mẫu a mẫu b mẫu c mẫu d mẫu e mẫu f

Độ

bền

kéo

đứ

t (N

)

63,2

85,3995,76

98,25 98,51 98,87

50

60

70

80

90

100

a b c d e f

Hiệ

u s

uấ

t th

u h

ồi

bá

nh

(%)

Mẫu


Hình 3. Sự thay đổi độ ẩm khi sấy bánh tráng KLT

ở các nhiệt độ khác nhau

Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy bánh tráng KLT

đến hàm lượng anthocyanin

Hình 5a. Mẫu bánh

tráng sấy ở nhiệt độ

50C

Hình 5b. Mẫu bánh


60C

Hình 5c. Mẫu bánh


70C

Đối với mẫu bánh tráng KLT sấy (50˚C, 210 phút) thì độ

ẩm bánh 11,26% (đạt yêu cầu) và hàm lượng anthocyanin

119,22mg/100 chất khô, với mẫu bánh tráng KLT sấy (60˚C,

180 phút) thì độ ẩm bánh 10,29% (đạt yêu cầu) và hàm lượng

anthocyanin 119,94mg/100g chất khô. Do đó, để tiết kiệm

thời gian và năng lượng mà sản phẩm bánh tráng KLT thu

được đạt yêu cầu về độ ẩm, hàm lượng anthocyanin đảm bảo

và bề mặt bánh không bị cong vênh và nứt bề mặt thì nhiệt

độ sấy phù hợp là 60˚C, thời gian 180 phút.

3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phơi nắng đến

hàm lượng anthocyanin bánh tráng khoai lang tím

Hiện nay, sản xuất bánh tráng chủ yếu được thực hiện

theo phương pháp thủ công với quy mô cơ sở sản xuất hộ

gia đình do đó cách làm khô bánh là phơi nắng. Hơn nữa,

với KLT trồng vụ xuân hè thì khi thu hoạch đúng vào mùa

nắng nên phù hợp cho việc chọn phương pháp phơi nắng

đề làm khô. Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời

gian đến hàm lượng anthocyanin, độ ẩm của bánh tráng

KLT, tiến hành phơi nắng trong điều kiện tự nhiên và theo

dõi nhiệt độ trong thời gian phơi nắng, cứ sau 30 phút lấy

mẫu kiểm tra độ ẩm và xác định hàm lượng anthocyanin

của mẫu đạt độ ẩm <12%. Kết quả thu được trình bày ở

Bảng 1, Hình 6.

Bảng 1. Diễn biến nhiệt độ theo thời gian phơi nắng

bánh tráng KLT

Thời gian phơi nắng (phút) Diễn biến nhiệt độ phơi nắng (0C)

0 (10h30 sáng) 34.0

30 (11h00 sáng) 34.8

60 (11h30 sáng) 35,2

90 (12h00 trưa) 35,4

120 (12h30 trưa) 35,4

150 (13h00 chiều) 35,6

180 (13h30 chiều) 35,8

210 (13h30 chiều) 35,2

Hình 6. Sự thay đổi độ ẩm khi phơi nắng bánh tráng KLT

ở các thời gian khác nhau

Kết quả Bảng 1 và Hình 6 cho thấy khi phơi nắng lúc

thời tiết nhiệt độ khoảng từ 34-36˚C, thời gian phơi đến

180 phút thì độ ẩm bánh còn lại là 11,54% và hàm lượng

anthocyanin đạt 119,91mg/100g chất khô. Nếu tiếp tục sấy,

ẩm tiếp tục giảm nhưng hàm lượng anthocyanin không đổi

và có chiều hướng giảm (119,09mg/100g chất khô). Tuy

nhiên, phơi đến 180 phút độ ẩm của bánh đã phù hợp với

qui định (độ ẩm bánh tráng <12%).

Hình 7. Ảnh hưởng của phương pháp làm khô

(phơi nắng và sấy bằng không khí nóng) đến

hàm lượng anthocyanin trong mẫu bánh tráng KLT

So với phương pháp sấy bằng không khí nóng ở 60˚C

cùng với khoảng thời gian làm khô 180 phút với mẫu bánh


tráng được phơi nắng lúc thời tiết nhiệt độ khoảng từ

34-36˚C, thời gian phơi đến 180 phút nhưng hàm lượng

anthocyanin tương đương nhau (Hình 7). Từ kết quả trên

cho thấy rằng bánh tráng KLT rất phù hợp với việc sản xuất

theo phương pháp cổ truyền, phơi nắng.

3.3. Đánh giá mức độ ưa thích của người tiêu dùng đối

với sản phẩm bánh tráng

Sản phẩm bánh tráng được sản xuất với tỉ lệ phối trộn

dịch gạo và bột KLT là 1,4kg: 0,5kg, bánh sau khi tráng

được làm khô và được đem đánh giá dựa trên mức độ hài

lòng của 105 người thường xuyên mua bánh tráng tại cơ sở

sản xuất Như Hương (296 Phạm Cự Lượng, Sơn Trà, Đà

Nẵng), nơi làm sản phẩm mẫu nghiên cứu bánh tráng KLT.

Kết quả được trình bày ở Bảng 2, Hình 8.

Bảng 2. Kết quả đánh giá cảm quan về sản phẩm bánh tráng

bằng phép thử chấp nhận

Cấp độ hài

lòng, ưa thích

Cực kỳ

thích

Rất

thích

Thích

vừa phải

Hơi

thích

Không thích,

không ghét

Số người 39 32 20 10 1

Tỉ lệ (%) 37,14 30,5 19,1 9,52 0,95

Cấp độ hài

lòng, ưa thích

Hơi

ghét

Ghét

vừa phải Hơighét

Cực kỳ

ghét Tổng

Số người 3 0 0 0 105

Tỉ lệ (%) 2,9 0 0 0 100

Hình 8. Mẫu bánh tráng KLT

Qua Bảng 2 cho thấy rằng với sản phẩm bánh tráng

KLT có số người ưa thích sản phẩm từ mức độ hơi thích

đến cực kỳ thích chiếm đến >98,1% (trong đó ở mức rất

thích chiếm 30,5%, cực kỳ thích chiếm 37,14%). Vì vậy,

điều này cho thấy sản phẩm được số đông người tiêu dùng

chấp nhận.

3.4. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm

Tham khảo TCCS 08:2010/SGC đối sản phẩm bánh

tráng của HTX bánh tráng Phú Hòa Đông và tham khảo

quy định của Bộ Y Tế (2007) về các chỉ tiêu lý hóa cho sản

phẩm tương tự của bánh tráng KLT. Trong đó, hai chỉ tiêu

độ ẩm và độ chua là hai chỉ tiêu bắt buộc quy định ngưỡng

cho phép, còn các chỉ tiêu như thành phần đường khử, tinh

bột hàm lượng xơ thuộc về dinh dưỡng. Các chỉ tiêu lý hóa

và kết quả phân tích chỉ tiêu lý hóa của bánh tráng KLT sau

khi sản xuất được thể hiện ở Bảng 3

Kết quả Bảng 3 cho thấy bột KLT có các chỉ tiêu lý hóa

đạt yêu cầu theo tham khảo TCCS 08:2010/SGC với sản

phẩm có độ ẩm là 11.56% và độ chua bằng 1.87 (ml NaOH

1N/100g) giúp sản phẩm an toàn trong bảo quản. Sản phẩm

có chứa các chất dinh dưỡng như đường khử, tinh bột,

anthocyanin và chứa một lượng chất xơ, cần thiết cho sự

tiêu hóa của con người. Đặc biệt, với hàm lượng xơ 1.69%

cao hơn so với các loại bánh tráng thông thường và có chứa

hàm lượng anthocyanin 112.07mg/100g chất khô

Bảng 3. Chỉ tiêu lý hóa của bánh trángKLT

STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu Kết quả

phân tích

1 Độ ẩm (%) ≤ 15 11,56

2 Độ chua (số ml NaOH 1N/100g) ≤ 4 1,87

3 Hàm lượng đường khử (%) Phân tích 7,33

4 Hàm lượng tinh bột (%) Phân tích 63,85

5 Hàm lượng xơ (%) Phân tích 1,69

6 Hàm lượng anthocyanin

(mg/100g chất khô)

Phân tích 112,07

3.5. Đề xuất quy trình sản xuất bánh tráng khoai lang tím

Kết quả nghiên cứu Mục 3.1, 3.2, 3.3 đề xuất quy trình

sản xuất bánh tráng khoai lang tím (Hình 9).

Xử

Củ KLT

Hình 9. Sơ đồ quy trình sản xuất bánh tráng KLT

Thuyết minh quy trình: Gạo được cân, rửa sạch, ngâm

gạo qua đêm theo tỉ lệ gạo: nước khoảng 1:2. Sau đó, gạo

được làm sạch bằng nước sạch và xay ướt. Cứ 1kg gạo thu

được 4,0kg dịch gạo.KLT tươi thu mua về rửa sạch, loại bỏ

phần sâu, hà, để ráo nước, luộc vừa chín tới, để nguội và

nghiền nhỏ thu được bột nhão KLT. Trộn đều 0,5kg bột

KLT và 1,4 kg dịch gạo, bổ sung gia vị (30g đường mật

+20g muối +10g mì chính/1kg nguyên liệu gạo khô). Tiến

hành tráng, hấp bánh bằng cách cho muỗng bột vào khi

nước sôi đủ tạo hơi, tráng đều tay để bột dàn đều tạo thành

vòng tròn trên mặt vải (đúng vạch tròn trên mặt vải). Đậy

nắp khoảng 60 giây sau đó mở nắp để ráo bề mặt khoảng

5-10 giây. Vớt bánh, đặt bánh lên vỉ. Sấy bánh bằng không

khí nóng ở nhiệt độ 60C, thời gian 180 phút hoặc phơi

nắng với trời nắng tốt nhiệt độ lên đến >35C, thời gian

phơi nắng 180 phút; tùy điều kiện thời tiết có thể kéo dài

thời gian phơi nếu nhiệt độ <35C. Sau đó, làm nguội, đóng

gói bảo quản.

Gạ

o

Phơi/sấy

bánh

Vớt bánh, đặt

bánh lên vỉ

Tráng, hấp

bánh

Làm

nguội

Đóng

gói

Bánh tráng KLT

Xử lý

Xử lý Trộn đều


4. Kết luận

Kết quả nghiên cứu đã xác định được hàm lượng dịch

gạo bổ sung vào bột KLT tăng gấp 2 lần thì độ bền kéo đứt

tăng gấp 3,48 lần và lượng dịch gạo bổ sung vào bột khoai

lang tím với tỉ lệ là 0,5kg bột KLT: 1,4 kg dịch gạo cho

hiệu suất thu hồi cao nhất là 95,76%. Khi sấy bằng không

khí nóng ở t=60˚C, thời gian 180 phút, độ ẩm bánh là

10,29% cho bề mặt bánh phẳng, không bị nứt và hàm lượng

anthocyanin đạt được 119,91%. Bánh tráng KLT rất phù

hợp với việc sản xuất theo phương pháp cổ truyền, phơi

nắng; với thời gian phơi nắng 180 phút, nhiệt độ khi phơi

trung bình từ 34-36˚C thì hàm lượng anthocyanin đạt

119,91%, tương đương mẫu sấy bằng không khí nóng.


[1] Hoàng Kim Anh, Hóa học thực phẩm (2007), NXB Khoa học và Kỹ thuật.

[2] Hà Duyên Tư, Kỹ thuật phân tích cảm quan thực phẩm (2010), NXB

Khoa học và Kỹ thuật.

[3] Hà Duyên Tư, Phân tích hóa học thực phẩm (2009), NXB Khoa học

và Kỹ thuật.

[4] Limited/International div (2004), Moisture Analyser MS-70/MX-

50/MF-50/ML-50 Q&A/users’ handbook, A&D Company

[5] Instron, Copyright (2009) IIIinois Tool Words Inc, USA

[6] VELP Scientifica Handbook (2007), Italia

[7] Chi cục Phát triển Nông thôn thành phố Hồ Chí Minh, Tiêu chuẩn

cơ sở của sản phẩm bánh tráng của HTX bánh tráng Phú Hòa Đông TCCS 08:2010/SGC có hiệu lực từ ngày 14 tháng 4 năm 2010.

[8] Tạ Thị Tố Quyên, Huỳnh Thị Kim Cúc, Cù Thị Ngọc Thúy, Đào

Hùng Cường (2013). "Chiết tách chất màu anthocyanin từ khoai lang

tím”, Tạp chí Khoa học và công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 11(84),

quyển 1, 55-59

[9] Huynh Thi Kim Cuc et al. (2013). "Changes in chemical compositions of post-harvest purple sweet potato", For International

Workshop on Agricultural Engineering and Post-harvest

Technology for Asia Sustainability.

[10] Truong, V. D. and Avula, R. Y. (2010), “Sweet potato purees and

powders for functional food ingredients”, Nova Science Publishers USA.

[11] AOAC Official Method 2005.02. Total Monomeric Anthocyanin

Pigment. Content of Fruit Juices, Beverages, Natural, Colorants, and Wines.



NGHIÊN CƯU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GIAO THÔNG XE ĐẠP VÀ

BỘ HÀNH TRONG CÁC ĐÔ THỊ VIỆT NAM THEO HƯỚNG

GIAO THÔNG XANH VÀ BỀN VỮNG

DEVELOPMENT OF BICYCLE AND PEDESTRIAN SYSTEM IN URBAN AREAS

OF VIETNAM TOWARDS GREEN AND SUSTAINABLE TRANSPORT

Nguyễn Tiến Thái1, Phan Cao Tho 2, TrầnThi Phương Anh3 1Ban QLDA phát triển GTNT thành phố Đà Nẵng; [email protected]

2Trường Cao đẳng Công nghệ – Đại học Đà Nẵng; [email protected] 3Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Thông qua các kết quả nghiên cứu lý thuyết về tiêu chuẩn, quy trình và kinh nghiệm của các nước trên thế giới về quy hoạch phát triển giao thông xe đạp, bộ hành; kết hợp với kết quả khảo sát thực nghiệm về tình hình sử dụng, tổ chức loại phương thức vận tải này trong đô thị Việt Nam, bài báo đã đề xuất 5 nhóm giải pháp gồm: giải pháp quy hoạch hạ tầng, giải pháp kỹ thuật và kết cấu, giải pháp tổ chức giao thông, giải pháp kết nối và giải pháp thể chế, chính sách. Các giải pháp được đề xuất nhằm mục đích phát triển hệ thống giao thông xe đạp và bộ hành, thu hút người dân sử dụng loại hình này trong đô thị, tăng thị phần sử dụng giao thông công cộng, cải thiện hiệu quả tình trạng ùn tắc giao thông... Từ đó, tạo ra cơ cấu hợp lý giữa các phương thức vận tải của đô thị, hướng tới phát triển giao thông xanh, bền vững trong đô thị. Kết quả nghiên cứu được áp dụng cụ thể cho khu trung tâm thành phố Đà Nẵng.

Abstract - From the results of theoretical research on standards, procedures and real experiences of bicycle and pedestrian developing planning as well as the results of practical study of using, exploiting and organizing these types of traffic in urban areas of Viet Nam, the paper proposes five main solutions regarding infrastructure planning, engineering and structure, traffic organization, connection and policies. These proposed solutions aim to develop pedestrian and bicycle traffic systems, attract people to using these types of traffic in urban areas to increase the number of public transport users and prevent congestion, and thereby create an appropriate proportion of various urban transport modes, orienting to green and sustainable transport development in urban areas. These research results are applied specifically in Danang city Centre.

Từ khóa - giao thông xe đạp; giao thông xanh; bộ hành; phát triển bền vững; tổ chức giao thông xe đạp; quy hoạch giao thông xe đạp và bộ hành.

Key words - bicycle traffic; green transport; pedestrian; sustainable development; bicycle traffic organization; bicycle and pedestrian traffic planning.


Giao thông xanh, bền vững là giải pháp về giao thông

được nhiều đô thị của các quốc gia trên thế giới cũng như

Việt Nam đề cập đến trong những năm gần đây. Trong đó,

phát triển hệ thống giao thông xe đạp và bộ hành được xem

là một trong những chiến lược, chính sách quan trọng và là

chính sách đầu tiên cho hệ thống giao thông xanh. Nhiều

đô thị hiện đại ở các nước tiên tiến trên thế giới đã nhận

thức được tầm quan trọng của việc phát triển loại phương

tiện này như một phương tiện giao thông “tích cực”,

phương tiện của xã hội văn minh hơn vì sức khỏe, vì môi

trường và vì an toàn giao thông. Từ đó, họ đã có những giải

pháp và đã đạt được một số kết quả tích cực trong quá trình

phát triển hệ thống giao thông này. Điển hình như ở Pháp,

hiện là quốc gia đang đứng thứ 3 ở Châu Âu với 2,9 triệu

xe đạp được bán ra hàng năm (sau Đức và Anh). Hay

trường hợp Hà Lan là quốc gia có tỷ lệ dân số dùng xe đạp

nhiều nhất trên thế giới với số lượng xe đạp ở Hà Lan đạt

đến 22 triệu xe, nhiều hơn cả dân số của quốc gia này (17

triệu dân) [1].

Ở các đô thị của Việt Nam, với đặc điểm phức tạp về

giao thông và những vấn đề về giao thông mà đô thị đang

phải đối mặt, phát triển hệ thống giao thông xe đạp và bộ

hành là một trong nhiều giải pháp cần thiết để cải thiện tình

hình giao thông hiện nay, giúp giảm ùn tắc giao thông, tăng

cường kết nối hợp lý với hệ thống giao thông công cộng.

Từ đó, có thể tăng thị phần sử dụng giao thông công cộng,

cải thiện tình trạng ùn tắc giao thông, tình trạng ô nhiễm

môi trường do giao thông, … và nhiều vấn đề liên quan

khác. Những năm gần đây, đã có nhiều chính sách được

thực hiện như hạn chế sử dụng phương tiện cá nhân (bao

gồm cả xe máy và ô tô), tuyên truyền vận động người dân

sử dụng xe đạp để giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ khí

thải, …Tuy nhiên, tất cả chỉ mới tập trung vào chủ trương,

giải pháp chính sách chung nên chưa tạo ra sự chuyển biến

một cách hiệu quả. Do vậy, cần thiết phải có nghiên cứu

các giải pháp phát triển hệ thống giao thông xe đạp và bộ

hành trong đô thị một cách chi tiết và cụ thể, tùy thuộc vào

đặc trưng, tính chất về văn hóa, về giao thông và các điều

kiện cụ thể khác của từng đô thị.

2. Kêt qua nghiên cưu va khao sat

2.1. Cơ sơ ly thuyêt va thưc tiên

2.1.1. Cơ sơ ly thuyêt

Phát triển giao thông xanh, bền vững, hiện đại và thân

thiện với môi trường không chỉ tập trung phát triển các loại

hình giao thông vận tải công cộng như xe buýt, tàu điện, …

[6] mà còn phải xem xét phát triển giao thông xe đạp, bộ hành.

Ở các nước phát triển, loại hình giao thông này đã khẳng định

được tính hiệu quả của nó trong việc thúc đẩy hệ thống giao

thông xanh phát triển, tạo nên bản sắc riêng về mô hình giao

thông của đô thị và phát triển du lịch đô thị.

Tùy thuộc vào đặc điểm giao thông, điều kiện hạ tầng

và văn hóa giao thông của mỗi đô thị, tiêu chuẩn kỹ thuật

của đường xe đạp và bộ hành có thể có những quy định

khác nhau [10, 11]. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn, quy chuẩn

này đều nhằm đạt đến một mục tiêu chung là hướng đến

một môi trường giao thông an toàn, tiện nghi cho người sử



72 Nguyễn Tiến Thái, Phan Cao Tho, TrầnThi Phương Anh

dụng và thân thiện với môi trường.

Trong quá trình thiết kế cần phải tuân thủ các yêu cầu

về kỹ thuật như bề rộng đường, số làn đường, độ dốc của

đường,... cũng như các yêu cầu về bố trí và tổ chức giao

thông trên đường theo tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành

gồm TCXDVN 104 – 2007 [2], QCVN 07/2016/BXD [3],

QCVN41-2016 [4] và QCXDVN 01: 2008/BXD [5].

2.1.2. Cơ sơ thưc tiên

Giao thông xe đạp và bộ hành đã trở nên quá quen thuộc

với người dân trong các đô thị. Nhiều nước trên thế giới đã

ứng dụng thành công loại hình giao thông này. Nó không

những góp phần tạo nên bản sắc văn hóa đô thị, tạo một mô

hình giao thông văn minh, hiện đại cho đô thị mà còn kết

nối thuận tiện với giao thông công cộng, giúp giảm ùn tắc

giao thông, cải thiện môi trường đô thị, phù hợp với chiến

lược phát triển xanh, bền vững. Nhiều chính sách, giải pháp

phát triển giao thông xe đạp và bộ hành đã được nhiều nước

áp dụng thành công như: chính sách đẩy mạnh truyền

thông, giảng dạy về lợi ích từ thói quen đi xe đạp cho học

sinh ngay từ cấp trung học ở Hà Lan; chính sách giảm thuế

cho người sử dụng xe đạp di chuyển tới nơi làm việc, hổ

trợ xe đạp miễn phí, trợ cấp theo tuyến khi di chuyển bằng

xe đạp ở Pháp, … [1].

Hình 1. Mô hình xe đạp công cộng ở Paris, Trung Quốc

Hình 2. Phố đi bộ ở Pháp và Australia

Hình 3. Làn đường dành cho xe đạp ở Hà Lan

Bên cạnh những chính sách thì nhiều giải pháp về kết

cấu hạ tầng cũng được áp dụng thành công ở nhiều nơi,

giúp cho hệ thống giao thông này phát triển mạnh. Có thể

kể đến một số giải pháp mà các nước trên thế giới đã áp

dụng thành công như: xây dựng các mô hình dịch vụ xe đạp

công cộng với các dịch vụ tự động, đơn giản và tiện nghi

tại các vị trí thuận tiện, gần nhà ga, bến xe, bến cảng, khu

công viên, khu mua sắm, du lịch, … đảm bảo tiếp cận tốt

với người sử dụng (Hình 1); xây dựng cơ sở hạ tầng với

các làn đường dành riêng cho xe đạp và bộ hành tạo dịch

vụ thoải mái, tiện nghi, kết nối thuận tiện với hệ thống giao

thông công cộng đảm bảo an toàn cho người đi bộ và người

đi xe đạp; đồng thời quy hoạch bãi đỗ xe đạp thuận tiện,

phong phú, dễ tiếp cận và dễ sử dụng, đảm bảo khoảng cách

đi bộ hợp lý cho người sử dụng (Hình 2, 3).

2.2. Giai phap phát triển hệ thống giao thông xe đạp và

bộ hành trong đô thị

Để phát triển giao thông xe đạp và bộ hành, rất nhiều

giải pháp được kiến nghị và được chia thành 5 nhóm giải

pháp cơ bản như sau:

2.2.1. Nhom giai phap về quy hoạch hạ tầng

- Đối với giao thông xe đạp, bề rộng làn đường tối thiểu

1,5m nhằm mục đích ô tô có thể sử dụng trong trường hợp

cần thiết và sử dụng trong một số trường hợp điều chỉnh

phương án tổ chức giao thông. Khi đường có vỉa hè rộng

> 7,0m, có thể bố trí 2 làn x1,5m/làn dành cho xe đạp đi trên

vỉa hè kết hợp với đi bộ.

- Đối với bộ hành, chiều rộng 1 làn tối thiểu 0,75m trên

vỉa hè, phía sát với nhà dân, vừa để cách ly với giao thông

cơ giới phía bên ngoài đồng thời giúp người đi bộ dễ dàng

tiếp cận với các dịch vụ phía trong vỉa hè.

- Phần đường dành cho xe đạp và bộ hành phải có tín

hiệu nhận biết (bằng vạch sơn, ký hiệu trên mặt đường hoặc

đèn, biển, …) giúp người sử dụng và các phương tiện cơ

giới dễ dàng nhận biết khi tham gia giao thông, đảm ảo trật

tự và an toàn giao thông (Hình 3, 4).

Hình 4. Giải pháp hạ tầng cho xe đạp, bộ hành

2.2.2. Nhóm giải pháp kết cấu

Giải pháp kết cấu cho đường xe đạp và bộ hành, ngoài

yêu cầu đảm bảo độ êm thuận, tiện nghi, tính bền vững còn

phải dễ dàng nhận biết cho người và phương tiện tham gia

giao thông, đảm bảo an toàn cho người sử dụng, đồng thời

phải đảm bảo yêu cầu tính thẩm mỹ và văn minh, văn hóa

của đô thị, hài hòa với cảnh quan khu vực.

- Đối với đường xe đạp được bố trí làn riêng có cùng

cao độ với các phương tiện cơ giới, kết cấu vật liệu lớp mặt

nên chọn cùng loại với phần xe cơ giới. Tuy nhiên, để dễ

nhận biết và phân biệt với các làn giao thông khác có thể

sơn màu nổi (Hình 4).

- Đối với bộ hành: loại kết cấu đường đi bộ có thể cùng

hoặc khác loại với mặt đường các phương tiện giao thông

khác và xe đạp. Khi làn đi bộ là phần đường trên vỉa hè, kết

cấu có thể là gạch Terazzo (Hình 4).

2.2.3. Nhóm giải pháp tổ chức giao thông

Tùy thuộc vào đặc điểm cụ thể về điều kiện đường (kích

thước bề rộng đường, cấp đường, nút giao, …), điều kiện

giao thông (thành phần, tốc độ, …), điều kiện tổ chức và

điều khiển giao thông (đường 1 chiều hay 2 chiều, loại nút

giao, …), giải pháp tổ chức giao thông xe đạp và bộ hành

phải đảm bảo yêu cầu an toàn và tiện nghi cho người sử

dụng. Hệ thống biển báo, vạch sơn phân làn, ký hiệu vạch

sơn trên đường và trong phạm vi nút giao thông được thiết

kế theo Quy chuẩn báo hiệu đường bộ QCVN41-2016 [4],

trên nguyên tắc dễ nhận biết và dễ sử dụng cho người tham

gia giao thông.


a. Đối với giao thông xe đạp

- Trường hợp đường 2 chiều, làn xe đạp được bố trí 2

bên theo 2 chiều xe chạy của đường.

- Trường hợp đường 1 chiều, làn xe đạp được bố trí sát

mép bó vỉa phía tay phải. Phía trái có thể kết hợp bố trí vịnh

đỗ xe và một số bãi đỗ xe công cộng bằng cách thu hẹp vỉa

tại những vị trí thuận lợi.

- Trong phạm vi nút giao, xe đạp có thể đi chung với

các phương tiện khác. Riêng đối với nút giao điều khiển

bằng tín hiệu đèn, cần bố trí pha đèn riêng cho xe đạp để

đảm bảo an toàn cho xe qua nút (Hình 5).

Hình 5. Tổ chức giao thông xe đạp trong phạm vi nút

b. Đối với bộ hành

- Phần đường dành cho người đi bộ được bố trí trên vỉa

hè, phía trong tiếp giáp với nhà dân để đảm bảo an toàn tốt

hơn cho người đi bộ. Riêng đối với một số tuyến phố có chức

năng du lịch, cần kết hợp giải pháp cấm phương tiện cơ giới

lưu thông trong một số khoảng thời gian nhất định.

- Tại phạm vi nút giao, tùy thuộc vào nhu cầu bộ hành

qua đường và đặc điểm cụ thể của đường giao, các giải

pháp tổ chức giao thông cho bộ hành qua đường phải lưu ý

đảm bảo an toàn cho người đi bộ. Một số trường hợp cần

thiết phải bố trí phần đường xe đạp khác mức với các

phương tiện cơ giới khác (Hình 6).

Hình 6. Tổ chức giao thông bộ hành

2.2.4. Nhóm giải pháp kết nối

Để phát huy hiệu quả, hệ thống giao thông xe đạp và bộ

hành phải tạo kết nối hợp lý và thuận tiện với hệ thống giao

thông công cộng. Điều này không những thúc đẩy sự phát

triển hệ thống giao thông xe đạp mà còn góp phần nâng cao

thị phần sử dụng giao thông công cộng [9]. Giải pháp kết

nối được kiến nghị trên cơ sở đảm bảo tiếp cận dễ dàng

trong hệ thống đối với người dùng. Cụ thể khoảng cách đi

bộ hợp lý từ (300 ÷ 500)m, khoảng cách cho phép sử dụng

xe đạp không quá 2Km.

2.2.5. Nhóm giải pháp thể chế, chính sách

Ngoài các giải pháp liên quan đến kỹ thuật, tổ chức giao

thông, … để khuyến khích người dân sử dụng loại phương

tiện này cần phải kết hợp với nhiều giải pháp về chính sách,

thể chế. Cụ thể:

a. Đối với xe đạp

- Về phương tiện: loại phương tiện được thiết kế trên

nguyên tắc đảm bảo độ bền, ít bảo dưỡng và sữa chữa; màu

sắc và kiểu dáng bắt mắt, phù hợp với mọi lứa tuổi, giới

tính, phù hợp với điều kiện môi trường khí hậu, thể hiện

đặc trưng của vùng.

- Về hệ thống trạm: Bố trí các trạm xe đạp công cộng

với số lượng và khoảng cách dựa trên các nguyên tắc dễ

dàng tiếp cận cho người dân và kết nối thuận tiện với giao

thông công cộng của đô thị. Định kỳ đánh giá hiệu quả khai

thác để xem xét điều chỉnh và bổ sung đảm bảo phù hợp

với thực tế sử dụng.

- Về hệ thống quản lý, giám sát: Xây dựng hệ thống

quản lý, theo dõi, kiểm soát tất cả các hoạt động của dịch

vụ xe đạp công cộng tự động với hệ thống quản lý, điều

hành trung tâm. Tất cả các hoạt động như giám sát vị trí

phương tiện, số hiệu phương tiện sử dụng, thời gian lấy và

trả phương tiện, … đều được giám sát trực tiếp qua hệ

thống điều khiển ở trung tâm.

- Về hệ thống thông tin cho người sử dụng: Xây dựng

hệ thống thông tin, chỉ dẫn cho người sử dụng tại các

trạm, gồm có bảng hướng dẫn sử dụng, ký hiệu, biển báo,

hướng dẫn xử lý khi xảy ra sự cố, quy trình lấy và trả xe

tại trạm, …

- Về hệ thống vé: Để tạo thói quen sử dụng xe đạp trong

đô thị, thành phố cần phải có những chính sách hổ trợ giá

vé hoặc miễn phí vé cho một số đối tượng ưu tiên. Quy

trình, thủ tục đăng ký sử dụng dịch vụ tạm thời hay lâu dài

phải thuận lợi, dễ dàng, nhanh chóng. Hình thức thanh toán

phải đa dạng, có thể thanh toán bằng tiền mặt tại trạm, bằng

thẻ tín dụng, hay dùng tích hợp trên điện thoại thông minh

(Hình 7).

Hình 7. Hệ thống giao thông xe đạp công cộng

- Ngoài ra, cần có những chính sách tuyên truyền, giáo

dục người dân, học sinh về lợi ích cho cá nhân và xã hội

đối với việc sử dụng giao thông xanh. Từ đó, giúp họ thay

đổi nhận thức và chọn loại phương tiện này trong các hoạt

động đi lại hàng ngày ở đô thị.

b. Đối với bộ hành

- Cần có những chính sách thu hồi và bảo vệ không gian

cho người đi bộ, ngăn cấm và có hình thức xử phạt nghiêm

đối với những trường hợp vi phạm, lấn chiếm vỉa hè dành

cho người đi bộ, tạo không gian an toàn, thoải mái cho

người đi bộ trên vỉa hè.

- Quy hoạch các phố đi bộ trên cơ sở đảm bảo các nguyên

tắc: 1 - Cơ sở hạ tầng đầy đủ và đồng bộ, 2 – Đa dạng các loại

hình dịch vụ, 3 – Cung cấp sự kết nối đa dạng đến phố đi bộ

bằng hệ thống giao thông công cộng và bãi đỗ, 4 – Đảm bảo

an toàn, an ninh cho người đi bộ. Từ đó, tạo không gian thoáng

mát với đầy đủ tiện nghi như cây xanh, ghế đá, vệ sinh công

cộng và các dịch vụ khác dọc hai bên đường, đảm bảo đáp ứng

các yêu cầu thiết yếu của người đi bộ trong điều kiện thời tiết

thuận lợi cũng như bất lợi.

- Xây dựng, ban hành và áp dụng các quy định về quản

lý các hoạt động trong khu phố đi bộ như bãi giữ xe, giá cả

các mặt hàng, dịch vụ, … nhằm tạo môi trường an toàn, vệ

sinh, trật tự cho người sử dụng.

- Phát triển loại hình phố đi bộ vào một số thời điểm

74 Nguyễn Tiến Thái, Phan Cao Tho, TrầnThi Phương Anh

nhất định trong ngày tại các khu trung tâm, kết hợp với các

hoạt động văn hóa, lễ hội, du lịch, mang đặc trưng riêng

của thành phố [8].

2.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng ở trung tâm thành phố

Đà Nẵng

2.3.1. Hiện trạng tình hình giao thông xe đạp và bộ hành

Nhìn chung, cơ sở hạ tầng giao thông dành cho hệ thống

xe đạp hầu như chưa được chú trọng phát triển. Phương tiện

xe đạp chưa có làn đường và hệ thống tín hiệu riêng mà phải

sử dụng cơ sở hạ tầng chung với các phương tiện lưu thông

khác. Dịch vụ xe đạp công cộng tập trung ở một số điểm nhỏ

lẻ với mục đích phục vụ du lịch là chủ yếu. Phần đường dành

cho người đi bộ chủ yếu là trên vỉa hè của đường phố, tuy

nhiên trừ một số tuyến phố du lịch như Bạch Đằng, Hoàng

Sa-Trường Sa, Lê Duẩn, còn lại vỉa hè thường bị lấn chiếm,

phục vụ cho việc kinh doanh, buôn bán và đậu đỗ xe, rất

nhiều trường hợp người đi bộ phải đi trên lòng đường, chung

với các loại phương tiện khác (Hình 8). Hiện tượng vức rác

bừa bãi, gây mất vệ sinh môi trường vẫn còn xảy ra trên một

số tuyến phố. Điều này gây mất an toàn đối với người sử

dụng và là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự

kém hấp dẫn của loại hình giao thông này. Ngoài ra, thời tiết

nắng nóng, mưa nhiều của khu vực và văn hóa nhường

đường cho người đi bộ kém cũng ảnh hưởng đến việc quyết

định lựa chọn loại phương tiện này của người dân thành phố.

Hình 8. Hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông xe đạp và bộ hành

thành phố Đà Nẵng

Nhu cầu sử dụng xe đạp của thành phố tương đối lớn. Điều

này được thể hiện qua kết quả điều tra khảo sát 193 phiếu thăm

dò online trong khoảng thời gian từ 30/3/2017 đến 03/05/2017.

Cụ thể: 72,5% có thói quen đã từng sử dụng xe đạp trước đây

và 24,3% đang sử dụng xe đạp; lý do sử dụng xe đạp chủ yếu là

rèn luyện sức khỏe (chiếm 56,5); nguyên nhân không sử dụng

hoặc chưa sử dụng xe đạp chủ yếu do quảng đường đi lại xa

hoặc do sở hữu phương tiện khác.

Khi được hỏi về ý định trong tương lai đối với loại hình

giao thông này, 74,9% người được hỏi trả lời sẽ sử dụng xe

đạp nếu thành phố quy hoạch, đầu tư xây dựng cơ sở hạ

tầng xe đạp; 64,2% người được hỏi sẽ sử dụng xe đạp công

cộng khi thành phố xây dựng trạm cho thuê xe đạp kết nối

với xe buýt.

2.3.2. Giải pháp phát triển giao thông xe đạp và bộ hành

khu trung tâm thành phố Đà Nẵng

Các kết quả ứng dụng phát triển hệ thống giao thông xe

đạp và bộ hành tại khu trung tâm thành phố được thể hiện

ở Bảng 1, 2, 3 và Hình 9.

Hình 9. Tổ chức giao thông xe đạp trên đường

Bảng 1. Tổng hợp các giải pháp phát triển giao thông xe đạp,

bộ hành tại khu trung tâm thành phố Đà Nẵng

TT Giải pháp Đối với xe đạp Đối với bộ

hành

I Quy hoạch, thiết kế

1 Bề rộng 1,5m/làn (2 làn đối với đường 2 chiều và trên vỉa hè, 1 làn đối với

đường 1 chiều)

0,75m/làn

(trên vỉa hè)

2 Bố trí

Đường 2 chiều 2 làn xe đạp + cấm

đỗ ô tô theo giờ; đỗ ô tô theo ngày chẵn, lẻ xe đạp đi bên không đỗ ô tô;

đường 1 chiều bố trí 1 làn; vỉa hè

>6m thì đi xe đạp trên vỉa hè

Phía trong vỉa hè sát với

nhà dân

3 Định hướng

phát triển

Giai đoạn 1: Các tuyến đường khu vực trung tâm thành

phố. Giai đoạn 2 phát triển rộng ra toàn thành phố

II Hạ tầng

Kết cấu mặt Mặt đường bê tông nhựa Gạch Terazzo

III Tổ chức giao thông

1 Phân làn Vạch sơn liền 1.2

2 Nút giao

thông Tín hiệu đèn (có pha cho xe đạp)

Tín hiệu đèn

+ vạch sơn

3 Biển báo,

biển chỉ dẫn

Bố trí dễ nhận biết và tạo thuận lợi cho người sử

dụng

IV

Chính

sách phát

triển

- Yêu cầu về loại xe đạp sử dụng (Kỹ

thuật vận hành, Quản lý việc vận hành) đảm bảo hiệu quả khai thác,

kiểm soát.

- Bố trí mạng lưới trạm cho thuê xe

đạp: Kết nối các khu vực phát sinh thu hút; Tích hợp với mạng lưới xe buýt;

Kết nối giữa các khu vực trong thành

phố; Kết nối các địa điểm du lịch;

Người dân tiếp cận dễ dàng.

- Quản lý việc vận hành xe đạp:

Quản lý hệ thống, trạm giữ xe, trang

thiết bị, thông tin.- Bảo dưỡng: Xe đạp và trạm cho thuê xe đạp

- Điều phối phương tiện giữa các trạm

- Phương án cho thuê: Mức vé, hình

thức đăng ký sử dụng phù hợp và dễ

tiếp cận cho người sử dụng.

- Quy trình nhận và trả xe thuận lợi, đơn giản

- Chế tài xử lý vi phạm đảm bảo hiệu

quả khai thác

- Trợ giá sử dụng xe đạp để khuyến

khích người sử dụng

- Đầu tư bằng xã hội hóa để tăng khả năng đầu tư

- Giành lại

vỉa hè cho

người đi bộ

- Đầu tư cơ sở hạ tầng

đầy đủ và

đồng bộ.

- Tạo điều khiện thuận

lợi cho người

đi bộ trong trường hợp

điều kiện

thời tiết bất lợi.

- Bố trí bãi

giữ xe

- Hạn chế

phương tiện giao thông cá

nhân vào khu

vực trung tâm thành

phố

- Bổ sung tiêu chí giao thông xe đạp và bộ hành vào

quy hoạch giao thông

- Đẩy mạnh công tác vận động, tuyên truyền

- Kết hợp với phát triển du lịch.

- Phát triển phố chuyên doanh


V

Kết nối bộ

hành – xe

đạp – xe

buýt

- Khoảng cách từ nhà đến trạm cho thuê xe đạp <300m.

- Khoảng cách trạm cho thuê xe đạp đến trạm xe buýt <2,0Km.

- Tuyến xe buýt phải thuận lợi cho người sử dụng.

- Trạm dừng xe buýt có bố trí trạm cho thuê xe đạp hoặc gần đó.

- Trạm cho thuê xe đạp, xe buýt đảm bảo tính thuận lợi

cho người sử dụng theo lộ trình: Xuất phát → đi bộ → xe đạp → xe buýt → xe đạp → đi bộ → nơi đến

Bảng 2. Bố trí làn dành riêng cho xe đạp

tại khu trung tâm thành phố Đà Nẵng

TT Tên đường

Hiện trạng bề rộng Bề rộng làn

xe đạp (m)

x số làn Mặt đường

(m)

Vỉa hè

(m)

1 Nguyễn Thái Học 9.2 2x3.7 1,5x2

2 Lý Thường Kiệt 9 2x4 1,5x2

3 Trần Phú 10.5 2x5 1,5x1

4 Lý Tự Trọng 9 2x5 1,5x2

5 Phan Châu Trinh 8.3 2x5 1,5x1

6 Nguyễn Chí Thanh 10.5 2x3 1,5 x 1

7 Ngô Gia Tự 10.5 2x3.5 1,5x2

8 Duy Tân 21 2x5 1,5x2

9 Nguyễn Văn Trỗi 11.5 2x2.7 1,5x2

10 Trần Thị Lý 10.6 1,5x2

11 Phan Đăng Lưu 14 2x4.5 1,5x2

12 Nguyễn Hữu Thọ 21 2x6 1,5 x 2

13 Điện Biên Phủ 32 2x6 1,5x2

14 Lý Thái Tổ 10.7 2x3.5 1,5x2

15 Trần Hưng Đạo 15 2x5 1,5x2

16 Nguyễn Tri Phương 21 2x5 1,5 x 2

17 Đường 3-2 21 2x4 1,5 x 2

18 Bạch Đằng 15 2x3.5 1,5x2

19 Ngô Quyền 33 2x4 1,5x2

20 Ngũ Hành Sơn 33 2x4 1,5x2

21 Hoàng Sa 30 2x8 1,5x2

22 Trường Sa 30 2x5.5 1,5x2

23 Nguyễn Tất Thành 23 2x3.5 1,5x2

24 Phạm Văn Đồng 30 2x8.8 1,5x2

25 Lê Duẩn 15 2x4 1,5x2

26 Võ Văn Kiệt 30 2x6 1,5x2

27 Nguyễn Văn Linh 21 2x5 1,5 x 2

Bảng 3. Bố trí đường đi bộ trên vỉa hè các tuyến phố

tại khu trung tâm thành phố Đà Nẵng

TT Tên đường Vỉa hè

(m)

Bề rộng làn bộ

hành (m)

1 Nguyễn Thái Học 2x3.7 2x0,75

2 Lý Thường Kiệt 2x4 2x0,75

3 Trần Phú 2x5 2x0,75

4 Lý Tự Trọng 2x5 2x0,75

5 Phan Châu Trinh 2x5 2x0,75

6 Nguyễn Chí Thanh 2x3 2x0,75

7 Ngô Gia Tự 2x3.5 2x0,75

8 Trần Bình Trọng 2x3 2x0,75

9 Nguyễn Thiện Thuật 2x2 2x0,75

10 Duy Tân 2x5 2x0,75

11 Nguyễn Văn Trỗi 2x2.7 2x0,75

12 Phan Đăng Lưu 2x4.5 2x0,75

13 Nguyễn Hữu Thọ 2x6 2x0,75

14 Đinh Tiên Hoàng 2x2.7 2x0,75

15 Phạm Văn Nghị 2x2.5 2x0,75

16 Nguyễn Tri Phương 2x5.2 2x0,75

17 Điện Biên Phủ 2x6 2x0,75

18 Hoàng Hoa Thám 2x4 2x0,75

19 Lý Thái Tổ 2x3.5 2x0,75

20 Nguyễn Tất Thành 2x6 2x0,75

21 Trần Hưng Đạo 2x5 2x0,75

22 Đường 3-2 2x4 2x0,75

23 Bạch Đằng 2x3.5 2x0,75

24 Ngô Quyền 2x4 2x0,75

25 Hoàng Sa 2x8 2x0,75

26 Trường Sa 2x5.5 2x0,75

27 Phạm Văn Đồng 2x8.8 2x0,75

28 Lê Duẩn 2x4 2x0,75

29 Võ Văn Kiệt 2x6 2x0,75

30 Nguyễn Văn Linh 2x5 2x0,75

3. Kết luận

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết các quy chuẩn, tiêu chuẩn

và kinh nghiệm thực tế của các nước về hệ thống giao thông xe

đạp và bộ hành, kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm về đặc

điểm giao thông, định hướng, quy hoạch giao thông xanh và

tình hình khai thác, sử dụng giao thông xe đạp, bộ hành trong

các đô thị Việt Nam, các giải pháp phát triển giao thông xe đạp

và bộ hành trong đô thị được kiến nghị gồm có 5 nhóm: nhóm

giải pháp quy hoạch hạ tầng, nhóm giải pháp kết cấu, nhóm giải

pháp tổ chức giao thông, nhóm giải pháp kết nối và nhóm giải

pháp thể chế, chính sách. Các giải pháp được nghiên cứu đề

xuất có ý nghĩa thúc đẩy phát triển loại hình giao thông xe đạp

và bộ hành trong đô thị, góp phần cải thiện các vấn đề hiện nay

của đô thị như giảm ùn tắc giao thông, giảm ô nhiễm môi trường

do giao thông, tạo sự kết nối hoàn chỉnh với hệ thống giao thông

công cộng, … Từ đó, từng bước tạo môi trường giao thông đô

thị ngày càng văn minh, hiện đại hơn. Tuy nhiên, trong quá trình

áp dụng cần vận dụng các giải pháp một cách linh hoạt và phối

hợp nhiều nhóm giải pháp với nhau tùy thuộc vào đặc thù riêng

của từng đô thị để nâng cao khả năng khai thác, tiện nghi của hệ

thống, thúc đẩy người dân sử dụng các loại hình phương tiện

này trong đô thị.

Kết quả nghiên cứu được ứng dụng cụ thể cho khu vực

trung tâm thành phố Đà Nẵng.


[1] http://baodautu.vn/phat-trien-xe-dap-trong-giao-thong-do-thi-viet-

nam-tu-kinh-nghiem-phap-va-ha-lan-d54862.html

[2] Bộ Xây dựng, Tiêu chuẩn XD Việt Nam - TCXDVN 104: 2007 - Đường đô thị - Yêu cầu thiết kế, Năm 2007.

[3] Bộ Xây dựng, Quy chuẩn XD Việt Nam - QCVN 07:2016/BXD - Quy

chuẩn kỹ thuật quốc gia về “Các công trình hạ tầng kỹ thuật”, Năm 2016.

[4] Bộ Xây dựng, Quy chuẩn Việt Nam QCVN41-2016/BGTVT – Quy

chuẩn kỹ thuật quốc gia về “báo hiệu đường bộ”, Năm 2016.

[5] Bộ Xây dựng, Quy chuẩn XD Việt Nam - QCXDVN 01: 2008/BXD - Quy

hoạch xây dựng, Năm 2008.

[6] Phan Cao Thọ, Xây dựng bộ chỉ số Phát triển xanh và bền vững cho

các đô thị lớn ở Việt Nam – trường hợp của thành phố Đà Nẵng, Tạp

chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11 (108) Quyển 2, Năm 2016.

[7] Quyết định số 5030/QĐ-UBND ngày 28/7/2014, “Quy hoạch GTVT

thành phố Đà Nẵng đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030”.

[8] Quyết định số 8105/QĐ-UBND ngày 24/11/2016, “Phát triển mạnh

các ngành dịch vụ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng đến năm 2020, định hướng đến năm 2030”.

[9] Nguyễn Hồng Tiến, Nguyễn Thành Đạt, Phát triển đô thị xanh, giao

thông xanh tại Việt Nam, Hội thảo quốc tế về giao thông công cộng

hướng tới phát triển đô thị xanh, bền vững, Năm 2016.

[10] Portland State, Fundamentals of Bicycle Boulevard Planning & design.

[11] California Development of Transportation, Pedestrian and Bicycle

Facilities in California Pedestrian and Bicycle Facilities in California

- A Technical Reference and Technology Transfer Synthesis for Caltrans Planners and Engineers, July 2005.

[12] Fideral Highway Administration, Bicycle Road Safety Audit

Guidelines and Prompt Lists, July 2007.


http://baodautu.vn/phat-trien-xe-dap-trong-giao-thong-do-thi-viet-nam-tu-kinh-nghiem-phap-va-ha-lan-d54862.html

http://baodautu.vn/phat-trien-xe-dap-trong-giao-thong-do-thi-viet-nam-tu-kinh-nghiem-phap-va-ha-lan-d54862.html

76 Nguyễn Văn Thái

TÍNH THẤM VÀ CÁC THUỘC TÍNH TRUYỀN NHIỆT CỦA BÊ TÔNG

THÔNG THƯỜNG VÀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO Ở NHIỆT ĐỘ CAO

PERMEABILITY AND THERMAL PROPERTIES OF NORMAL AND HIGH PERFOMANCE

CONCRETE AT HIGH TEMPERATURE

Nguyễn Văn Thái

Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Trong các trường hợp hỏa hoạn, bê tông cho thấy sự mất ổn định, thể hiện qua các dạng bong tróc bề mặt, nổ vỡ do quá trình chuyển hóa thủy nhiệt trong bê tông. Thuộc tính truyền nhiệt, cấu trúc vật lý được đặc trưng bởi tính thấm của bê tông là những tham số chi phối sự chuyển hóa này. Nội dung bài báo trình bày kết quả thực nghiệm các thuộc tính này, được nghiên cứu trên 2 loại bê tông thông thường (BTTT) và bê tông cường độ cao (BTCĐC) được nung đến 300°C. Kết quả cho thấy, với một cấu trúc đặc chắc, nhờ vào tỷ số nước/xi măng (N/X) thấp, độ thấm của BTCĐC thấp hơn so với của BTTT, độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt của BTCĐC cao hơn so với của BTTT. Khi nhiệt độ nung tăng, độ thấm gia tăng, độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt giảm đối với cả 2 loại bê tông nghiên cứu.

Abstract - In case of fire, the concrete shows a thermal instability (in the form such as spalling, explosion) caused by thermo-hydro transfer. Thermal properties, physical properties characterized by permeability are the parameters that govern this transformation. This article presents experimental results of these properties studied on two concrete types: normal concrete (NC) and high performances concrete (HPC) subjected to room temperature to 300°C. Obtained results show that with a compact structure thanks to the low ratio W/C, the permeability of NC is lower than that of HPC; the thermal conductivity, diffusion of HPC is higher than that of NC. The increase in the permeability and the diminution of the thermal conductivity and diffusion occurs for both of concrete types while increasing imposed temperature.

Từ khóa - tính thấm; thuộc tính truyền nhiệt; bê tông thông thường; bê tông cường độ cao; nhiệt độ cao.

Key words - permeability; thermal properties; normal concrete; high performance concrete; high temperature.

1. Giới thiệu

Ngay khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ cao, bê tông cho thấy

sự mất ổn định dưới các dạng bong tróc bề mặt, nứt nẻ và có

thể bị nổ. Những hỏa hoạn xảy ra ở các công trình dân dụng

như Tháp Windsor, Thủ đô Mandrid, Tây Ban Nha (2005),

hay công trình giao thông như hầm Manche (1996 và 2008)

nối liền Anh và Pháp, Tauern (1999) ở Áo, Saint-Gothard

(2001) ở Thụy Sỹ là những minh chứng cho sự mất ổn định

này. Sự mất ổn định này là do những chuyển hóa thủy –

nhiệt, mà ở đó qua trình phóng thích nước dạng hơi đưa đến

một áp lực hơi nước trong lỗ rỗng đủ lớn để gây ra hiện

tượng nổ của bê tông [1], hay cũng như những ứng xử cơ-

nhiệt xảy ra bên trong bê tông, làm phát sinh các ứng suất

nhiệt (ứng suất nén song song với bề mặt bị đốt nóng) [2],

hay sự xung khắc biến dạng giữa vữa xi măng và cốt liệu,

mà hậu quả là đưa đến sự nứt nẻ hay bong tróc bề mặt [1, 3].

Các tham số đặc trưng cho thuộc tính vật lý như: độ đặc

chắc, tính xốp, tính thấm, tính truyền nhiệt của bê tông, hay bản

chất cốt liệu, thành phần hỗn hợp bê tông và những nhân tố khác

có thể ảnh hưởng đến các ứng xử của bê tông ở nhiệt độ cao.

Bài báo sẽ tập trung trình bày và phân tích các kết quả

thực nghiệm về tính thấm, tính truyền nhiệt trên các mẫu

bê tông được chế tạo từ hai loại BTTT (N/C = 0,67; Rc =

37 Mpa ở 28 ngày) và BTCĐC (N/C = 0,30; Rc = 73 Mpa).

Các mẫu thử nghiệm được nung từ nhiệt độ phòng đến

300°C khi xác định tính thấm và tính truyền nhiệt. Sự chi

phối của các thuộc tính truyền nhiệt, tính thấm đến quá

trình chuyển hóa thủy nhiệt trong bê tông sẽ được đề cập

trong những nghiên cứu tiếp theo.

2. Vật liệu, mẫu và thiết bị thí nghiệm

2.1. Vật liệu

Hai loại bê tông được sử dụng trong nghiên cứu này là

BTTT (ký hiệu B1) và BTCĐC (ký hiệu B2). Thành phần

hỗn hợp của chúng được trình bày trong Bảng 1.

Bảng 1. Thành phần hỗn hợp các loại bê tông cho 1 m3

Thành phần B1 B2

Xi măng CEM I 52,5N CE CP2 NF (kg) 328 500

Nước (kg) 219 150

Sỏi Silico-Calcaire (6,3-20) (kg) 1.069 1.090

Cát Silico-Calcaire (0-4) (kg) 630 640

Phụ gia siêu dẻo (Cimfluide 3002) (kg) 0 4,4

Tỷ lệ N/C 0,67 0,30

Cường độ nén 28 ngày (Mpa) 37 73

2.2. Mẫu và thiết bị thí nghiệm

2.2.1. Mẫu và thiết bị đo thấm

Mẫu đo thấm có dạng hình đĩa, có đường kính 15 cm

và chiều cao 5 cm (Hình 1). Mẫu được cắt từ các mẫu đúc

hình trụ 15x30 cm (Øxh).

Hình 1. Mẫu thử dạng đĩa = 150 mm, H = 50 cm

Trước khi thí nghiệm, các mẫu được sấy khô trong lò ở

80°C đến khi khối lượng không đổi. Điều này giúp loại bỏ

hoàn toàn nước tự do ở các lỗ rỗng mà vẫn bảo toàn nước


liên kết trong các hydrat silicat canxi (Calcium Silicate

Hydrate C-S-H). Các mẫu lần lượt chịu tác dụng ở 3 mức

nhiệt độ khác nhau và để nguội như trước khi đo thấm

(Hình 2) bằng thiết bị Cembureau (Hình 3).

Hình 2. Các chế độ tác dụng nhiệt để đo thấm

Hình 3. Thiết bị đo thấm – phương pháp Cembureau

2.2.2. Mẫu và thiết bị đo thuộc tính truyền nhiệt

Mẫu đo có dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước

8x4x12 cm. Mẫu được cắt từ các mẫu đúc hình lăng trụ

8x8x24 cm.

Trước khi thí nghiệm, các mẫu cũng được sấy khô trong

lò ở 80°C đến khi khối lượng không đổi. Các thuộc tính

truyền nhiệt lần lượt được đo ở các nhiệt độ 24°C, 80°C,

150°C và 300°C (Hình 4) trong quá trình nung mẫu bằng

thiết bị đo Hot Disk TPS 1500 (Hình 5).

Hình 4. Các ngưỡng nhiệt độ đo thuộc tính truyền nhiệt

Hình 5. Mẫu và thiết bị đo Hot Disk TPS 1500


3.1. Tính thấm

Tính thấm được xác định bằng độ thấm khí gas khi cho

dòng khí gas nitơ được giữ ở một áp lực nhất định (từ 1,5 bar

đến 3,5 bar) thấm xuyên qua mẫu bê tông đã được chuẩn bị

như mô tả ở Mục 2.2.1. Các thiết bị thí nghiệm tuân thủ theo

tiêu chuẩn RILEM TC 116-PCD (phương pháp Cembureau).

Độ thấm khí gas được xác định bởi công thức:

APP

LQPk

i

g

2

0

2

002

Q0 là lưu lượng khí nitơ (N2) đo được ở đầu ra [m3/s].

A là tiết diện thấm của mẫu [m²].

L chiều dày của mẫu [m].

μ độ nhớt động của khí N2, được lấy 1,76x10-5 Pa.s.

Pi là áp suất tuyệt đối khí ở đầu vào [Pa].

P0 là áp suất môi trường [Pa], và lấy 101325 (Pa).

Kết quả đo độ thấm (ký hiệu Ki) và độ thấm tương đối

(là tỷ lệ giữa độ thấm đo được ở nhiệt độ Ti so với độ thấm

của mẫu sau khi sấy ở 80°C, ký hiệu Ki/K80) theo nhiệt độ

được nêu trong Bảng 2.

Bảng 2. Độ thấm và độ thấm tương đối của bê tông ở

các nhiêt độ đo

Mẫu T(°C) Ki (10-16.m2) Ki/K80 (%)

B1

80 4,5 100

150 13,0 288

300 43,4 960

B2

80 0,7 100

150 2,7 363

300 20,3 2.723

Hình 6 và Hình 7 cho thấy sự thay đổi trong độ thấm và

độ thấm tương đối theo nhiệt độ. Độ thấm của bê tông tăng

theo nhiệt độ. Sự gia tăng mạnh mẽ của độ thấm xảy ra khi

nhiệt độ vượt quá 150°C. So với độ thấm ban đầu ở 80°C, độ

thấm của mẫu B1 đo được ở 300°C gấp 10 lần, trong khi đó,

độ thấm của mẫu B2 cũng ở nhiệt độ này nhưng gấp 30 lần.

Kết quả cũng cho thấy rằng, độ thấm của bê tông B2

luôn nhỏ hơn so với bê tông B1 ở các ngưỡng nhiệt độ đo.

Điều này có được là nhờ cấu trúc đặc chắc của bê tông B2

khi có tỷ lệ N/C ít hơn so với bê tông B1. Tuy nhiên, dưới

tác dụng của nhiệt độ, độ thấm tương đối của bê tông B2

lại gia tăng mạnh hơn so với bê tông B1 (Hình 7).

Hình 6. Sự thay đổi độ thấm của bê tông theo nhiệt độ

50

150

300

T°C

0

Thời gian

t

Pha nung nóng Pha làm lạnh

t : Thời gian lưu giữ

Tmax

Tmax : Nhiệt độ nung

lg

lg

Tmax (°C) t

150 30 giờ

300 6 giờ

lg

80 28 ngày

Đo thấm

M


Hình 7. Sự thay đổi độ thấm tương đối của bê tông theo nhiệt độ

Sự gia tăng độ thấm có liên quan đến sự xuất hiện và

phát triển của các vết nứt trong bê tông. Dưới tác dụng của

nhiệt độ nung, cốt liệu bị giãn nở [4-6], trong khi hồ xi

măng lại co rút [7]. Chính sự không tương thích của biến

dạng giữa hồ xi măng và cốt liệu gây ra hiện tượng nứt của

bê tông. Các Hình 8 và Hình 9 cho thấy rằng, bề rộng vết

nứt tăng lên cùng với sự gia tăng nhiệt độ. Một mạng lưới

dày đặc của các vết nứt làm cho độ thấm tăng.

Hình 8. Bề rộng vết nứt trên mẫu bê tông B1 sau khi nung ở

các nhiệt độ thử nghiệm

Hình 9. Bề rộng vết nứt trên mẫu bê tông B2 sau khi nung ở

các nhiệt độ thử nghiệm

Hình 10. So sánh độ thấm đo được trên các mẫu B1 và B2 với

kết quả đo của các tác giả khác [8-11] khi có sự khác biệt về

thời gian duy trì nhiệt độ nung

Từ một cấu trúc đặc chắc hơn, độ thấm của B2 nhỏ hơn

so với B1. Tuy nhiên, sau khi nung đến 300°C, sự gia tăng

độ thấm tương đối của B2 gấp 3 lần so với B1. Điều này

cho phép khẳng định rằng bê tông B2 trải qua một sự hủy

hoại đáng kể khi bị nung nóng.

So sánh kết quả đo được với các tác giả khác Fares [8],

Mindeguia [9], Haniche [10] và Kanema [11] (Hình 10),

trong điều kiện có sự khác biệt về thời gian duy trì tác dung

nhiệt, cho thấy rằng, với một tốc độ gia nhiệt chậm 0,1°

C/phút và một thời gian duy trì tác dụng nhiệt lâu, độ thấm

đo được khá gần với kết quả đo của tác giả Mindeguia và

cao hơn so với các tác giả còn lại khi duy trì thời gian tác

dụng nhiệt ngắn. Điều này cho thấy, với thời gian tiếp xúc

nhiệt càng lâu, cấu trúc của bê tông càng bị hư hại nghiêm

trọng và đưa đến sự gia tăng mạnh của độ thấm của bê tông.

3.2. Thuộc tính truyền nhiệt

Các kết quả thực nghiệm về thuộc tính truyền nhiệt của 2

loại bê tông đặc trưng bởi độ dẫn nhiệt, độ khuếch tán nhiệt

và nhiệt dung riêng theo nhiệt độ được thể hiện trong Bảng 3.

Bảng 3. Thuộc tính truyền nhiệt của bê tông ở các nhiêt độ đo

Loại

BT

Nhiệt

độ đo

T (°C)

Độ dẫn

nhiệt

(W/m/K)

Độ khuếch

tán nhiệt

(mm2/s)

Nhiệt dung

riêng (*)

C (J/kg/K)

B1

24 1,94 1,12 820

80 2,03 1,00 966

150 1,91 0,81 1.125

300 1,62 0,64 1.235

B2

24 2,22 1,17 808

80 2,26 1,04 926

150 2,18 0,86 1.098

300 1,85 0,70 1.167

Ghi chú: (*) Khối lượng thể tích của mẫu đo được lấy

trong Bảng III-4 [12] để xác định nhiệt dung riêng của mẫu

bê tông thử nghiệm.

3.2.1. Độ dẫn nhiệt

Sự thay đổi độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ được biểu diễn

trên Hình 11. Một sự tăng nhẹ độ dẫn nhiệt xảy ra khi nhiệt

độ nung tăng đến 80°C. Sự gia tăng độ dẫn nhiệt này có

liên quan đến nước bị mắc kẹt trong các lỗ rỗng và vữa xi

măng. Chính sự gia tăng độ dẫn nhiệt của nước gây ra sự

gia tăng độ dẫn nhiệt của bê tông [13].

Khi nhiệt độ vượt quá 80°C, một sự suy giảm độ dẫn

nhiệt gần như tuyến tính cho cả hai loại bê tông. Trong quá

trình gia nhiệt, bê tông trở nên khô hơn do mất nước. Mặt

khác, sự hình thành các khe nứt do sự xung khắc biến dạng

giữa hồ xi măng và cốt liệu làm hạn chế sự truyền dẫn nhiệt

trong bê tông.

Hình 11. Độ dẫn nhiệt thay đổi theo nhiệt độ

Thời gian duy trì nhiệt thay đổi

Thời gian duy trì nhiệt 1 tiếng

Thời hona


Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy rằng, độ dẫn nhiệt

của bê tông B2 (BHP) luôn lớn hơn so với bê tông B1 (BO)

vào khoảng 13% cho cả 4 mức nhiệt độ thử nghiệm. Một

cấu trúc kém đặc chắc của bê tông thông thường B1 làm

cho độ dẫn nhiệt thấp.

Hình 12. So sánh độ dẫn nhiệt đo được với kết quả của các

tác giả Xing [14], Mindeguia [9]và Euro code 2

Khi so sánh kết quả thí nghiệm đạt được với các kết quả

khác của tác giả Xing [14], Mindeguia [9] và tiêu chuẩn

Euro code 2 (Hình 12) cho thấy kết quả đạt được hoàn toàn

phù hợp với những nghiên cứu của các tác giả Xing [14] và

Mindeguia [9]. Các trị số đo được ở các nhiệt độ dưới 80°C

của Mindeguia cao hơn, do thực hiện trong điều kiện mẫu

ướt và chưa được sấy khô.

3.2.2. Độ khuếch tán nhiệt

Sự thay đổi độ khuếch tán nhiệt theo nhiệt độ được biểu

diễn trên Hình 13. Tương tự như độ dẫn nhiệt, độ khuếch

tán nhiệt của bê tông B1 luôn nhỏ hơn so với bê tông B2 ở

bất kỳ nhiệt độ đo. Đối với cả 2 loại bê tông, khả năng

khuếch tán nhiệt của chúng giảm khi nhiệt độ nung tăng.

Trong một môi trường có nhiều lỗ rỗng hay một vi cấu trúc

bị hư hại bởi các vết nứt, sự truyền nhiệt diễn ra chậm. Điều

này giải thích sự giảm khả năng khuếch tán nhiệt khi nhiệt

độ nung tăng.

Một sự sụt giảm nhanh độ khuếch tán nhiệt khi nhiệt độ

lên đến 150°C. Hiện tượng này có thể liên quan đến sự tiêu

thụ nhiệt để nước tự do bay hơi. Vượt quá 150°C, độ

khuếch tán nhiệt giảm chậm hơn. Điều này có liên quan

đến sự mất nước trong các hydrat [14].

Hình 13. Độ khuếch tán nhiệt thay đổi theo nhiệt độ

Sự thay đổi độ khuếch tán nhiệt theo nhiệt độ đo được

trên các mẫu thử là khá tương đồng với các kết quả của tác

giả Xing [14] và Mindeguia [9] (Hình 14).

Hình 14. So sánh độ khuếch tán nhiệt đo được với kết quả

của các tác giả Xing [14]và Mindeguia [9]

3.2.3. Nhiệt dung riêng

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, nhiệt dung riêng của

bê tông B1 lớn hơn bê tông B2. Điều này là do bê tông B1

chứa nhiều nước hơn và sở hữu một cấu trúc kém đặc chắc

hơn so với bê tông B2.

Hình 15. Nhiệt dung riêng thay đổi theo nhiệt độ đo

Nhiệt dung riêng của hai loại bê tông tăng cùng với sự gia

tăng nhiệt độ nung (Hình 15). Sự gia tăng của nhiệt dung riêng

là do bê tông hấp thụ năng lượng nhiệt để chuyển hóa lý - hóa

xảy ra bên trong nó. Một sự gia tăng nhanh chóng khi nhiệt độ

nâng lên đến 150°C. Điều này là do nước tự do hấp thu nhiệt

để hóa hơi và thoát ra khỏi bê tông. Tiến trình này phù hợp với

các quan sát của Schneider [15] và Xing [14].

4. Kết luận

Với một cấu trúc đặc chắc do sử dụng lượng nước thấp,

bê tông cường độ cao B2 (N/X = 0,3; R28 = 73 Mpa) có tính

thấm nhỏ hơn so với bê tông thông thường B1 (N/X = 0,67;

R28 = 37 Mpa). Khi bị nung nóng, độ thấm của các loại bê

tông này tăng. Khi nhiệt độ nung vượt quá 150°C, độ thấm

của cả hai loại bê tông tăng mạnh. Đặc biệt bê tông B2, độ

thấm tương đối của nó là gấp đôi so với bê tông B1 ở 300°C.

Điều này cho thấy bê tông cường độ cao trải qua một sự suy

thoái đáng kể bởi vết nứt so với bê tông thông thường. Ngoài

ra, thời gian duy trì tác dụng nhiệt càng lâu, tiến trình giải

nước (dehydration) của C-S-H càng mạnh, thì cấu trúc của

bê tông càng bị hủy hoại. Sự hình thành và phát triển của các

vết nứt góp phần làm tăng tính thấm của bê tông.

Một cách tổng quát, sự thay đổi thuộc tính truyền nhiệt

theo nhiệt độ nung diễn ra một cách tương tự nhau cho cả hai


loại bê tông nghiên cứu là B1 và B2. Các kết quả thực nghiệm

cho thấy rằng, độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt của bê tông

giảm khi nhiệt độ nung tăng. Sự giảm sút này là do quá trình

mất nước trong bê tông và sự xuất hiện của các vết nứt. Trong

khi đó, nhiệt dung riêng của bê tông lại tăng theo nhiệt độ

nung. Sự gia tăng này là do bê tông hấp thụ nhiệt lượng cho

sự bay hơi của nước hay sự giải nước của C-S-H. Sự hiện diện

của nước tự do trong lỗ rỗng có ảnh hưởng đến các thuộc tính

truyền nhiệt khi nhiệt độ nung dưới 150°C.


[1] Consolazio, G.R., McVay, M.C. & Rish, J.W., Measurement and

prediction of pore pressure in cement mortar subjected to elevated temperature, International Workshop of Fire Performance of High

Strength Concrete, Gaithersburg, Maryland, NIST: National Institute of

Standards and Technology Special Publication 919, 1997, pp. 125-148.

[2] Bazant, Z.P. & Kaplan, M.F., Concrete at high temperatures: Material

properties and mathematical models, Harlow, Longman, 1996.

[3] Kalifa, P., Menneteau, F.-D. & Quenard, D., “Spalling and pore

pressure in HPC at high temperatures”, Cement and Concrete Research, Vol. 30, 2000, pp. 1915-1927.

[4] Khoury, G.A., “Strain components of nuclear-reactor-type concretes

during first heat cycle”, Nuclear Engineering and Design, Vol. 156,

1995, pp. 313-321.

[5] Khoury, G.A., Grainger, B.N. & Sullivan, P.J.E., “Transient Thermal

Strain of Concrete: Literature Review, Condition Within Specimen and

Behaviour of Individual Constituent”, Magazine of Concrete Research, Vol. 37, 1985, pp. 131-144.

[6] Schneider, U., Diederichs, U. & Ehm, C., “Effect of temperature on

steel and concrete for PCRV's”, Nuclear Engineering and Design, Vol.

67, 1982, pp. 245-258.

[7] Diederichs, U., Jumppanen, U.M. & Penttala, V., Behaviour of high

strength concrete at high temperatures, In: ed. Helsinki, University of

Technology, Department of Structural Engineering, 1989.

[8] Fares, H., Propriétés mécaniques et physico-chimiques de bétons

autoplaçants exposés à une température élevée, Thèse de doctorat,

Génie civil, Université de Cergy-Pontoise, 2009.

[9] Mindeguia, J. C., Contribution expérimentale à la compréhension des

risques d'instabilité thermique des bétons, Thèse de Doctorat, Génie

Civil, Université de Pau et des Pays de l’Adour, 2009.

[10] Haniche, R., Contribution à l’étude des bétons portés en température / Évolution des propriétés de transfert: Étude de l’éclatement, Thèse de

doctorat, Génie Civil, Institut National des Sciences Appliquées de

Lyon, 2011.

[11] Kanema, M., Influence des paramètres de formulation sur le

comportement à haute température des bétons, Thèse de Doctorat, Génie civil, Université de Cergy-Pontoise, 2007.

[12] Van Thai, N., Comportement des bétons ordinaire et à hautes

performances soumis à haute température: Application à des

éprouvettes de grandes dimensions, Thèse de Doctorat, Génie Civil,

Université de Cergy-Pontoise, 2013.

[13] Maréchal, J.C., “Contribution à l'étude des propriétés thermiques et

mécaniques du béton en fonction de la température”, Annales de l'Institut Technique du Bâtiment et des Travaux Publics, Vol. 23, 1970,

pp. 123-145.

[14] Xing, Z., Influence de la nature minéralogique des granulats sur leur

comportement et celui du béton à haute température, Thèse de

Doctorat, Génie Civil, Université de Cergy-Pontoise, 2011.

[15] SCHNEIDER, U., “Concrete at high temperatures - A general review”,

Fire Safety Journal, Vol. 13, 1988, pp. 55-68.



NGHIÊN CỨU BỘ CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG GIAO THÔNG XANH

CHO CÁC ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM

RESEARCH ON THE SET OF GREEN TRANSPORTATION EVALUATION INDEXES

FOR VIETNAM’S MUNICIPALITIES

Phạm Đức Thanh

Trường Đại học Thủy lợi; [email protected]

Tóm tắt - Bài báo phân tích các bộ chỉ số về giao thông xanh của các học giả và tổ chức trên thế giới, từ đó tổng hợp và đề xuất bộ chỉ số đánh giá hệ thống giao thông xanh phù hợp với các điều kiện của đô thị ở Việt Nam. Bộ chỉ số gồm 12 chỉ số phát triển giao thông xanh, được chia thành 3 nhóm: (1) nhóm các chỉ số cơ sở hạ tầng, (2) nhóm các chỉ số phương tiện vận chuyển, (3) nhóm các chỉ số tổ chức giao thông. Sử dụng phương pháp cho điểm kết hợp với phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu, có thể giúp đánh giá hệ thống giao thông của một đô thị ở Việt Nam có đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống giao thông xanh hay không? Và nếu đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống giao thông xanh thì đáp ứng ở mức độ trung bình hay mức độ tốt?

Abstract - The article analyzes the green transportation indexes of scholars and organizations in the world. Thereby, it synthesizes and proposes a set of green transportation evaluation indexes in accordance with Vietnam’s urban conditions. The set of indexes consists of 12 green transportation development indexes, divided into 3 groups: (1) infrastructure index group, (2) vehicle index group, (3) organizing transportation index group. Using rating scale method combined with management by objectives method can help evaluate whether a city's urban transportation system meets the requirements of the urban green transportation system? And if it does, the response is moderate or good?

Từ khóa - giao thông xanh; giao thông xanh đô thị; chỉ số đánh giá; bộ chỉ số đánh giá; đô thị.

Key words - green transportation; urban green transportation; evaluation index; set of evaluation index; urban.


Theo nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế [4],

giao thông vận tải là ngành có tỷ lệ phát thải chiếm tới 25%

tổng lượng phát thải của toàn bộ nền kinh tế, trong đó, giao

thông vận tải đường bộ chiếm tới 90% tổng lượng phát thải

của ngành giao thông vận tải. Do đó, phát triển hệ thống

giao thông xanh ở đô thị, đặc biệt là hệ thống giao thông

đường bộ xanh sẽ góp phần quan trọng giúp giảm phát thải

khí nhà kính và tiêu thụ nhiên liệu của hệ thống giao thông

vận tải và của toàn bộ nền kinh tế.

Theo tác giả [1], thuật ngữ “giao thông xanh” (green

transportation) cần hiểu theo nghĩa rộng là một hệ thống giao

thông vận tải sử dụng hiệu quả các nguồn lực (năng lượng, tài

nguyên đất…), đồng thời phát thải ít khí nhà kính, khí độc hại,

nhằm giảm thiểu tất cả những tác động tiêu cực của hệ thống

giao thông vận tải đến môi trường, kinh tế và xã hội. Như vậy,

để đạt được giao thông xanh hay chính là mục tiêu phát triển

bền vững cần có một hệ thống (Hình 1) gồm:

(1) Chiến lược, kế hoạch phát triển giao thông xanh;

(2) Quy hoạch giao thông vận tải xanh và mô hình xanh

trong phát triển đô thị và giao thông;

(3) Phát triển phương tiện giao thông xanh và chính

sách quản lý;

(4) Xây dựng hạ tầng giao thông xanh và ứng dụng

công nghệ xanh;

(5) Khai thác, vận hành giao thông xanh và ứng dụng

công nghệ xanh.

Hệ thống giao thông xanh

Chiến lược,

kế hoạch

phát triển

giao thông

vận tải xanh

Quy hoạch

giao thông

xanh, mô hình

xanh trong

phát triển đô

thị và giao

thông

Phát triển

phương tiện

giao thông

xanh và chính

sách quản lý

Xây dựng hạ

tầng giao

thông xanh và

ứng dụng công

nghệ xanh

Khai thác,

vận hành giao

thông xanh và

ứng dụng

công nghệ

xanh

Hình 1. Sơ đồ minh họa hệ thống giao thông xanh

Tuy nhiên, để đánh giá một hệ thống giao thông hiện

tại có đáp ứng các tiêu chí của hệ thống giao thông xanh

hay chưa, hoặc, nếu đã đáp ứng các tiêu chí của hệ thống

giao thông xanh thì đáp ứng ở mức độ nào, là vấn đề chưa

được quy định trong các văn bản pháp luật, quy phạm ở

Việt Nam hiện nay. Do vậy, tác giả nghiên cứu các hệ

thống tiêu chí, chỉ số đánh giá của các tổ chức, chuyên gia

nước ngoài. Trên cơ sở đó, tổng hợp đề xuất bộ chỉ số đánh

giá giao thông xanh phù hợp với các điều kiện của đô thị

ở Việt Nam.

82 Phạm Đức Thanh

2. Cơ sở khoa học

Các học giả nước ngoài đã thực hiện nhiều nghiên cứu

về hệ thống đánh giá cacbon thấp [10, 11]. Theo tổng hợp

của các nghiên cứu [5, 6, 14], các phương pháp đánh giá

chủ yếu bao gồm: phương pháp phân tích quá trình phân

cấp AHP (analytic hierarchy process), phương pháp phân

tích bao bọc dữ liệu DEA (data envelopment analysis),

phương pháp phân tích thành phần chủ yếu PCA (principal

component analysis) …

Năm 2008, Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế

(OECD) [12], đã xây dựng các chỉ số môi trường chính

để đo lường sự ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới môi

trường.

Năm 2010, Dagoumas và Barker [3] đã phân tích sự

phát thải khí CO2 của Vương quốc Anh bằng mô hình

E3MG (Energy Economy Environment Model). Các chỉ số

phát triển giao thông xanh của Vương quốc Anh hướng tới

đo lường mức độ tiếp cận các dịch vụ giao thông công cộng

của cư dân đô thị. Nhóm nghiên cứu sử dụng số thời gian

một cư dân sử dụng phương tiện giao thông công cộng để

đi học, đi làm mà không dùng đến xe hơi cá nhân; tỷ lệ cư

dân sử dụng phương tiện công cộng và đánh giá chất lượng

dịch vụ công cộng của cư dân.

Năm 2012, Zhao [9] đã xây dựng hệ thống chỉ số giao

thông đô thị ít cacbon, trong đó, phát thải khí CO2 và chất

ô nhiễm từ động cơ là các chỉ số chính.

Năm 2013, Peng [13] đã xây dựng hệ thống chỉ số

đánh giá giao thông ít cacbon trong đô thị gồm công

nghệ cacbon thấp, quản lý nhu cầu và tổ chức giao thông

hiệu quả.

Tại Hội nghị Nhóm Công tác ASEAN về Thành phố

bền vững môi trường lần thứ 5 [7] và lần thứ 6 [8] đã thống

nhất một số chỉ tiêu phát triển giao thông xanh của các nước

ASEAN như: tỷ lệ (%) các phương tiện giao thông chạy

bằng xăng đáp ứng các tiêu chuẩn thành phố/quốc gia; tỷ

lệ (%) các phương tiện giao thông chạy bằng dầu đáp ứng

các tiêu chuẩn thành phố/quốc gia.

Năm 2015, thành phố Đà Nẵng xây dựng bộ chỉ số phát

triển xanh và bền vững của thành phố Đà Nẵng. Theo tài

liệu [2], các chỉ số về giao thông xanh bao gồm: mật độ

mạng lưới, mật độ mạng lưới giao thông công cộng, tỷ lệ

gia tăng phương tiện giao thông cơ giới cá nhân, giảm thiểu

tỷ lệ tai nạn giao thông, tỷ lệ người sử dụng phương tiện

giao thông công cộng, tỷ lệ đất sử dụng cho giao thông (tĩnh

và động)/tổng diện tích đất đô thị, tổng thời gian mất trung

bình theo đầu người do tắc nghẽn trong một năm.

Tóm lại, các bộ chỉ tiêu giao thông xanh phụ thuộc vào

trình độ phát triển, các vấn đề phát triển kinh tế - xã hội -

môi trường bức xúc cần giải quyết của mỗi nước.

Bài báo nghiên cứu về hệ thống chỉ số đánh giá trên cơ

sở kết hợp các hệ thống chỉ số đánh giá với quản lý của các

thành phố cacbon thấp để cung cấp chuẩn tham chiếu và cơ

sở đánh giá cho các thành phố ở Việt Nam. Từ bộ chỉ số có

thể làm cơ sở để các thành phố đánh giá hiện trạng, tìm ra

các tiêu chí chưa đạt, hoặc đạt ở mức độ thấp để hoàn thiện

và phấn đấu trở thành các thành phố có hệ thống giao thông

xanh trong tương lai.

3. Phương pháp nghiên cứu

3.1. Phương pháp phân tích tổng hợp

Sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp từ việc phân

tích các hệ thống chỉ số đánh giá giao thông xanh của các

cá nhân và tổ chức trên thế giới, tác giả tổng hợp các chỉ số

phù hợp với điều kiện về nguồn cơ sở dữ liệu ở Việt Nam.

3.2. Các phương pháp đánh giá

Có 3 phương pháp đánh giá thường được sử dụng trong

thực tiễn là:

(1) Phương pháp đánh giá cho điểm (rating scale);

(2) Phương pháp đánh giá mô tả (essay method);

(3) Phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu

(management by objectives).

a) Phương pháp đánh giá cho điểm

Phương pháp đánh giá cho điểm cho phép người sử

dụng có nhiều lựa chọn trong việc thiết kế mô hình đánh

giá. Theo phương pháp này, người đánh giá xem xét từng

tiêu chí đánh giá và cho điểm hoặc xếp hạng dựa trên một

thang đánh giá được xây dựng từ trước. Thông thường,

thang đánh giá gồm một số bậc được xếp hạng từ thấp tới

cao, hoặc một cách sắp xếp tương tự nào đó. Mỗi một tiêu

chí cần đánh giá sẽ có một thang điểm phù hợp.

Khi lựa chọn những tiêu chí đánh giá, người thiết kế

phải luôn giữ nguyên tắc là các tiêu chí này bắt buộc phải

liên quan tới mục tiêu của đối tượng được đánh giá.

Đặc điểm:

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp đánh giá cho điểm

là có kết cấu rõ ràng. Việc tiêu chuẩn hoá cho phép kết quả

xếp hạng dễ dàng được so sánh và đối chiếu. Phương pháp

đánh giá cho điểm rất dễ hiểu và dễ sử dụng bởi vì khái

niệm cho điểm là rất rõ ràng, cả người đánh giá và đối

tượng được đánh giá đều dễ dàng thấy được logic đơn giản

và hiệu quả của thang điểm đánh giá. Do đó, đây là phương

pháp phổ biến và được áp dụng rộng rãi.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số hạn chế

như: (1) Những tiêu chí đánh giá trong phương pháp đánh

giá cho điểm có thể không liên quan một cách rõ ràng tới

mục tiêu của toàn bộ hệ thống; (2) Việc cho điểm có thể

không dựa trên các thang đo, quy định các mục tiêu rõ ràng

và định lượng nên việc đánh giá cho điểm có thể mang tính

cảm tính của người đánh giá.

b) Phương pháp đánh giá mô tả

Trong phương pháp đánh giá mô tả, người đánh giá thể

hiện đánh giá của mình về đối tượng được đánh giá bằng

việc viết một bản báo cáo đánh giá. Báo cáo đánh giá

thường tập trung mô tả những điểm mạnh và điểm yếu cụ

thể nào đó về đối tượng được đánh giá và có thể đề xuất

các biện pháp nhằm khắc phục những tồn tại phát hiện

được trong quá trình đánh giá.

Đặc điểm:

So với phương pháp cho điểm, phương pháp đánh giá mô

tả cho phép người đánh giá có thể thực hiện đánh giá hầu hết

mọi khía cạnh có liên quan tới đối tượng cần đánh giá. Khi

áp dụng phương pháp đánh giá này, người đánh giá có thể

chủ động hoàn toàn về việc đưa ra mức độ đánh giá về các


vấn đề mà họ cảm thấy là phù hợp và hợp lý. Chính vì vậy,

quá trình đánh giá không bị giới hạn và rất linh hoạt.

Phương pháp này tiêu tốn nhiều thời gian và không dễ

thực hiện. Đối với người đánh giá, phương pháp đánh giá

này đòi hỏi những yêu cầu khắt khe hơn so với phương

pháp đánh giá khác, đặc biệt là về khả năng diễn đạt và óc

tổng hợp. Sự mô tả về đối tượng đánh giá một cách tự

nhiên, không gò bó vừa là một ưu điểm, nhưng đồng thời

cũng chính là nhược điểm của phương pháp đánh giá mô tả

khi khó định lượng được các tiêu chí đánh giá.

c) Phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu

Phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu là phương pháp

hướng kết quả vì theo phương pháp này kết quả đánh giá

dựa trên mức độ đạt được của đối tượng đánh giá so với

mục tiêu của tiêu chí đã được xác định từ trước.

Đặc điểm:

Phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu khắc phục

được một số vấn đề phát sinh do kết quả của đối tượng cần

đánh giá có thể xác định và đo lường một cách đáng tin

cậy. Thay vì phải giả định về những đặc điểm của đối

tượng, phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu lại tập trung

vào kết quả thực tế. Một điểm mạnh của phương pháp đánh

giá quản trị mục tiêu là tính rõ ràng của mục tiêu.

3.3. Áp dụng phương pháp cho điểm kết hợp với phương

pháp đánh giá quản trị mục tiêu

Từ đặc điểm của 3 phương pháp đánh giá đã trình bày ở

trên, trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp cho

điểm từng chỉ số kết hợp với phương pháp đánh giá quản trị

mục tiêu nhằm phát huy các ưu điểm của cả 2 phương pháp.

Sử dụng phương pháp đánh giá quản trị mục tiêu để đặt

ra các mục tiêu cụ thể của từng tiêu chí để đạt được hệ

thống giao thông xanh. Sử dụng phương pháp cho điểm

từng chỉ số: mỗi mục tiêu được cho điểm số tương ứng.

Người đánh giá cho điểm số của từng tiêu chí dựa trên kết

quả thực tế của đối tượng cần đánh giá khi so sánh với các

mục tiêu của các tiêu chí đã đặt ra.

Sau đó, tổng hợp điểm và đánh giá. Các chỉ số đánh giá

về mức độ tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải khí nhà kính

là các chỉ số định lượng toàn diện, giúp thiết lập các tiêu

chuẩn để tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí ô nhiễm.

Từ đó giúp các nhà quản lý, các cơ quan có thẩm quyền đánh

giá, cho điểm và đưa ra chính sách quản lý hiệu quả.

4. Nghiên cứu xây dựng bộ chỉ số đánh giá giao thông

xanh cho các đô thị ở Việt Nam

4.1. Nguyên tắc xây dựng bộ chỉ số

- Căn cứ vào điều kiện thực tiễn để lập các mục tiêu phù

hợp với phát triển kinh tế xã hội cho các đô thị ở Việt Nam.

- Chọn lọc các chỉ số phù hợp với điều kiện, cơ sở dữ

liệu của hệ thống giao thông đô thị ở Việt Nam để có thể

dễ dàng sử dụng chỉ số và dễ dàng đánh giá.

4.2. Cấu trúc theo chiều dọc của bộ chỉ số

- Tổng thể điểm số, chủ yếu phản ánh mức độ phát triển

quan hệ giữa các chỉ số đánh giá.

- Nhóm các chỉ số cùng loại, phân loại và tích hợp các

chỉ số cùng loại một cách toàn diện.

- Nội dung đánh giá chủ yếu phản ánh các yếu tố được

xem xét trong từng nhóm, tìm kiếm nội dung các chỉ số phù

hợp để phản ánh các đặc điểm của việc phát triển hệ thống

giao thông cabon thấp một cách toàn diện và cụ thể.

- Điểm số đánh giá chủ yếu phản ánh nội dung cụ thể

của các yếu tố.

4.3. Cấu trúc theo chiều ngang của bộ chỉ số

Cấu trúc này chủ yếu gồm hệ thống thứ bậc các nhóm chỉ

số, tên và ý nghĩa, tiêu chuẩn đánh giá gồm khoảng giá trị tương

ứng với 3 mức (thấp, trung bình, cao) và điểm số tương ứng.

Bộ chỉ số đánh giá bao gồm 12 chỉ số được chia thành

3 nhóm:

- Nhóm 1: các chỉ số về cơ sở hạ tầng (tối đa 20 điểm);

- Nhóm 2: các chỉ số về phương tiện vận chuyển (tối đa

25 điểm);

- Nhóm 3: các chỉ số về tổ chức giao thông (tối đa 15 điểm).

Kết quả đề xuất bộ chỉ số đánh giá giao thông xanh cho

các đô thị ở Việt Nam được thể hiện ở Bảng 1.

Bảng 1. Bộ chỉ số đánh giá giao thông xanh cho các đô thị ở Việt Nam

Nhóm chỉ

số TT Chỉ số Tiêu chuẩn đề xuất

Điểm đánh

giá

Đề xuất

đạt được

Cở sở hạ

tầng

(20 điểm)

1 Mật độ mạng lưới (km/km2)

< 3 Thấp 1

> 4 3 - 4 Trung bình 3

> 4 Cao 5

2 Mật độ mạng lưới giao thông công

cộng (km/km2)

< 2 Thấp 1

> 3 2-3 Trung bình 3

>3 Cao 5

3

Tỷ lệ đất sử dụng cho giao thông

(tĩnh + động)/tổng diện tích đất đô thị

(%)

< 20 Thấp 1

> 30 20 - 30 Trung bình 3

> 30 Cao 5

4 Đầu tư hàng năm cho tuyến đi bộ và

xe đạp

<25% Chưa hài lòng 1

>53% 25-53% Hài lòng 3

>53% Rất hài lòng 5

Phương

tiện vận

chuyển (25

điểm)

5 Tỷ lệ người đến cơ quan bằng xe đạp

(%)

<20% Thấp 1

>40% 20-40% Trung bình 3

>40% Cao 5

6 Tỷ lệ người sử dụng phương tiện <15% Thấp 1 > 30%

84 Phạm Đức Thanh

giao thông công cộng (%) 15-30% Trung bình 3

>30% Cao 5

7 Tỷ lệ gia tăng phương tiện giao thông

cơ giới cá nhân (qui đổi) (%)

> 10 Cao 1

< 5 5 - 10 Trung bình 3

< 5 Thấp 5

8

Tỷ lệ các phương tiện giao thông

chạy bằng xăng đáp ứng các tiêu

chuẩn khí thải EURO 4 trở lên khi

đăng kiểm (%)

<30% Thấp 1

>70% 30-70% Trung bình 3

>70% Cao 5

9

Tỷ lệ các phương tiện giao thông

chạy bằng dầu đáp ứng các tiêu

chuẩn khí thải EURO 4 trở lên khi

đăng kiểm (%)

<30% Thấp 1

>70% 30-70% Trung bình 3

>70% Cao 5

Tổ chức

giao thông

(15 điểm)

10

Số lượng phương tiện đơn chiếc vào

trung tâm thành phố vào buổi

sáng/giờ

<25% Thấp 1

>45% 25-45% Trung bình 3

>45% Cao 5

11

Ùn tắc giao thông: Tổng thời gian

mất trung bình theo đầu người do tắc

nghẽn (giờ/năm)

> 110 Cao 1

< 100 100 - 110 Trung bình 3

< 100 Thấp 5

12 Tai nạn đường bộ bị thương vong

(/10.000)

> 20 Cao 1

<10 10-20 Trung bình 3

< 10 Thấp 5

ĐÁNH

GIÁ

Không đáp ứng các tiêu chí của hệ thống giao thông xanh < 30

Đáp ứng trung bình các tiêu chí của hệ thống giao thông xanh 30 – 45

Đáp ứng tốt các tiêu chí của hệ thống giao thông xanh 45 - 60

5. Cách cho điểm và đánh giá

Từ bảng hệ thống tiêu chí đánh giá giao thông xanh cho các

đô thị ở Việt Nam (Bảng 1), người đánh giá căn cứ vào tiêu

chuẩn đề xuất và thực tế đối tượng cần đánh giá để cho điểm.

Sau khi cho điểm từng tiêu chí, tiến hành cộng tổng số điểm

của từng tiêu chí. Nếu tổng số điểm của hệ thống đánh giá:

T ≥ 45 điểm: thì đối tượng đánh giá đáp ứng tốt các

tiêu chí của hệ thống giao thông xanh.

30 điểm ≤ T < 45 điểm: thì đối tượng đánh giá đáp ứng

trung bình các tiêu chí của hệ thống giao thông xanh.

T < 30 điểm: thì đối tượng đánh giá không đáp ứng

các tiêu chí của hệ thống giao thông xanh.

6. Kết luận

Bài báo đi từ phân tích hệ thống các chỉ số phát triển

giao thông xanh của các học giả và tổ chức trên thế giới để

tổng hợp và đề xuất bộ chỉ số gồm 12 chỉ số phát triển giao

thông xanh, được chia thành 3 nhóm: (1) nhóm các chỉ số

cơ sở hạ tầng, (2) nhóm các chỉ số phương tiện vận chuyển,

(3) nhóm các chỉ số tổ chức giao thông.

Trên cơ sở đánh giá và cho điểm với từng chỉ số có thể giúp

xác định hệ thống giao thông của một đô thị ở Việt Nam có đáp

ứng được các yêu cầu của hệ thống giao thông xanh đô thị hay

không? Và nếu đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống giao

thông xanh thì đáp ứng ở mức độ trung bình hay mức độ tốt?


[1] Phạm Đức Thanh, Nguyễn Quang Đạo, “Tổng quan một số công nghệ hiện đại trong giao thông xanh”, Tạp chí Khoa học và Công

nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859-1531, số tháng 11, 2016.

[2] Phan Cao Thọ, “Xây dựng bộ chỉ số phát triển xanh và bền vũng cho

các đô thị lớn ở Việt Nam – Trường hợp của thành phố Đà Nẵng”,

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859-1531,

số tháng 11, 2016.

[3] T. S. Barker A.S. Dagoumas, “Pathways to a low-carbon economy

for the UK with the macro econometric E3MG model”, Energy Policy, 38, 2010, pp. 3067-3077.

[4] International Energy Agency, CO2 Emissions from fuel combustion

highlights, 2012.

[5] Y.J. Zhang B. Ouyang, J. Guo, “The Comprehensive Evaluation

Indicators for Low-carbon Transport and Applications”, Journal of

Beijing Institute of Technology (Social Science Edition), 3, 2014.

[6] W.D. Liu B.Y. Gao, “Emissions reduction potential analysis of road

transport”, Geographical Research, 32, 2013, pp. 767-775.

[7] ASEAN Cooperation on Environment, 5th High Level Seminar On

Environmentally Sustainable Cities Programme, https://www.hls-

esc.org/node/17, 2014.

[8] ASEAN Cooperation on Environment, 6th High Level Seminar On

Environmentally Sustainable Cities Programme, https://www.hls-esc.org/node/23, 2015.

[9] H. Jiang H. Zhao, N. Wu, “A Simulation based Evaluation Method

for Low-carbon Transportation Strategy”, Journal of Transportation

Information and Safety, 30, 2012, pp. 34-38.

[10] C.H.He K.Y.Wu, G.X.Wang et al., “Measurement and

Decomposition Analysis on Carbon Emissions of Transportation

Industry in Shanghai”, Economic Geography, 32, 2012, pp. 45-51.

[11] J.Y. Long, Evaluation Model and Optimization Method of Urban

Passenger Transport System Based on Carbon Emission Target , Huazhong University of Science & Technology, Wuhan, 2011.

[12] Organization for Economic Development and Cooperation (OECD),

OECD Key Environmental Indicators, 35, 2008.

[13] P. Peng, Analysis on Comprehensive Evaluation and Development

Approaches of Urban Low-carbon Traffic, Beijing Jiaotong

University, Beijing, 2013.



PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH VÀ ĐO THỬ NGHIỆM SỰ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG

TÁI TẠO CUNG CẤP CHO HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG

TẠI KHU VỰC VEN BIỂN VIỆT NAM

DEVELOPING MODEL AND MEASURING THE COMBINATION OF RENEWABLE

ENERGY PROVIDED FOR TRAFFIC LIGHT SYSTEMS IN COASTAL

AREAS IN VIETNAM

Phan Cao Thọ, Phạm Minh Mận, Nguyễn Thị Hải Vân

Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng;

[email protected], [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Bài báo đã đánh giá kết quả đo thử nghiệm và mô phỏng quá trình kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo để cung cấp năng lượng cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông tại các khu vực ven biển của Việt Nam. Kết quả phân tích cho thấy sự kết hợp ba nguồn năng lượng đạt được hiệu quả nhất định với điều kiện cho phép khi sử dụng các loại năng lượng sạch này thay thế năng lượng truyền thống hiện nay từ lưới điện và máy phát sử dụng động cơ đốt trong. Ngoài ra, hiệu quả về việc sử dụng năng lượng mặt trời sẵn có để cung cấp năng lượng cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông chiếm phần lớn, với mô hình thử nghiệm trong nghiên cứu được bố trí và kết hợp một cách tối ưu, mang lại hiệu quả kinh tế trong vấn đề năng lượng để giảm tiêu hao năng lượng từ lưới điện truyền thống, góp phần phát triển công nghệ điều khiển thông minh trong giao thông tại các khu vực ven biển của Việt Nam.

Abstract - This paper evaluates the results of measurement and simulates the combined process of renewable energy sources to provide energy for traffic signal systems in coastal areas of Vietnam. Analytical results show that the combination of three sources of energy has achieved much with certain conditions, which allows the use of clean energies to replace the traditional energy from the grid and generators using combustion engines. In addition, the article also shows that the efficiency of using available solar power to provide for the traffic light system is significant, with the experimental model in the research arranged and combined optimally, which brings economic efficiency in the field of energy, and reduces energy consumption from the traditional grid, contributing to the development of intelligent control technology in transportation in coastal areas in Vietnam.

Từ khóa - ba nguồn năng lượng kết hợp; năng lượng gió; năng lượng mặt trời; hệ thống đèn tín hiệu giao thông; khu vực ven biển

Key words - three combined energy sources; wind energy; solar power; traffic lights; coastal area.

1. Giới thiệu

Theo xu hướng phát triển ngày nay, việc tiết kiệm năng

lượng, kết hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo để phát điện

(tạo năng lượng) cung cấp cho các thiết bị sử dụng năng

lượng cần thiết đã được quan tâm tại Việt Nam nói riêng và

các nước phát triển trên thế giới nói chung. Với mục tiêu ưu

tiên hàng đầu là sử dụng năng lượng sạch, hiệu quả, giảm

phát thải nhằm tiết kiệm năng lượng, cải thiện môi trường

sống và phát triển bền vững cho tất cả các hoạt động dịch vụ

của xã hội là hết sức cần thiết. Hệ thống kết hợp ba nguồn

năng lượng bao gồm năng lượng gió - mặt trời - máy phát từ

con quay (do quá trình hoạt động của các phương tiện giao

thông) là một hệ thống được kết hợp để bố trí cung cấp cho

các hệ thống đèn tín hiệu bị cô lập, tự do, không phụ thuộc

vào lưới điện quốc gia, đồng thời có thể lấy một cách tự

nhiên theo các điều kiện môi trường hiện nay tại Việt Nam

như: quanh năm có gió mùa, nắng nóng vào mùa hè và dọc

các khu vực đô thị ven biển luôn có các loại phương tiện hoạt

động liên tục. Chính vì thế, nhiều nhà nghiên cứu và các cơ

quan liên quan đến biến đổi khí hậu đã dự báo rằng, hiện

nay, năng lượng từ gió và mặt trời là hai nguồn năng lượng

dồi dào của Việt Nam [1-2]. Nhiều quốc gia phát triển khác

trên thế giới cũng đang chú ý và nhìn thấy qua các đánh giá

phát triển năng lượng trong những năm gần đây và có ý định

đầu tư và phát triển tại thị trường đầy tiềm năng của Việt

Nam, để kết hợp và nhằm tăng cường hiệu quả sử dụng năng

lượng tái tạo, góp phần giảm thiểu hiệu ứng nhà kính cho

Việt Nam nói riêng và cả thế giới nói chung. Một số nước

phát triển đã và đang nghiên cứu để ứng dụng mô hình kết

hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo nhằm phát điện, tạo năng

lượng và giảm việc sử dụng năng lượng truyền thống như

các nước Nhật Bản, Hà Lan, Anh, New Zealand, Hàn Quốc,

…, họ chủ yếu tập trung kết hợp hai hoặc ba nguồn khác

nhau như: gió-mặt trời, sóng biển-mặt trời, địa nhiệt-gió, địa

nhiệt-gió-mặt trời,… Bên cạnh đó, những nghiên cứu trước

đây cũng tập trung đầu tư phát triển các nguồn năng lượng

tái tạo, diễn ra đầu tiên ở các nước khu vực châu Âu như

Anh, chiếm khoảng 10% sản lượng điện thay thế cho các

nguồn năng lượng truyền thống [3], và Hà Lan chiếm

khoảng 5% nguồn năng lượng lấy được từ việc dùng ít nhất

hai nguồn tái tạo từ gió- mặt trời sau khi kết hợp, hoặc năng

lượng từ bước chân và nhiệt của bề mặt đường [4]. Tiếp theo

là các nước châu Á như Nhật Bản, chiếm khoảng 2% mức

năng lượng kết hợp để dành cho việc sạc xe điện, xe hybrid

[5], và Trung Quốc chiếm khoảng 1% dành cho việc bố trí

đèn và tín hiệu giao thông [6].

Những hệ thống tín hiệu giao thông dọc trên các tuyến

đường được điều khiển và kết nối hầu hết với lưới điện quốc

gia - là nguồn cung cấp năng lượng chính, tiêu thụ một mức

đáng kể hằng năm. Gần đây nhất, một số nhóm tác giả đã

nghiên cứu và đưa ra các chỉ số phát triển xanh và bền vững

cho các đô thị, trong đó có việc sử dụng năng lượng cho

phương tiện giao thông và thiết bị hỗ trợ tín hiệu giao thông

với các mức tiêu thụ năng lượng ảnh hưởng đến chỉ số xanh

như trong bài báo [7]. Với phương án kết hợp các nguồn

năng lượng tái tạo (gió, mặt trời và con quay) là sẵn có tại

chỗ dựa vào thiết bị kết hợp và lưu trữ, sau đó cung cấp cho

hệ thống đèn tín hiệu giao thông, là một phương pháp hiệu

quả góp phần vào phát triển giao thông xanh. Đây cũng là

một xu hướng có tính chiến lược và bền vững.


86 Phan Cao Thọ, Phạm Minh Mận, Nguyễn Thị Hải Vân

Bài báo đã tiến hành đánh giá các nguồn năng lượng

sẵn có của Việt Nam (chủ yếu là gió, mặt trời) tại các khu

vực ven biển có phương tiện lưu thông và hệ thống đèn tín

hiệu giao thông công cộng cần cung cấp năng lượng sau

khi kết hợp. Sau đó, xây dựng mô hình kết hợp ba nguồn

năng lượng tái tạo là gió, mặt trời và các con quay (tạo ra

dựa vào điểm tiếp xúc của các bánh xe), và kết hợp lưu trữ

vào ắc quy nhằm cung cấp cho hệ thống đèn tín hiệu mà

không cần quá nhiều dây dẫn, không dùng lưới điện quốc

gia, không gây ô nhiễm môi trường.

2. Đánh giá nguồn năng lượng kết hợp tại Việt Nam

Ở Việt Nam, với nguồn năng lượng mặt trời dồi dào, hàng

năm có đến 5.000 giờ nắng, mật độ trung bình có thể đạt được

100 đến 175 kcal/cm2/năm, tạo ra tổng lượng năng lượng mặt

trời lên đến hơn 1.744,5 kWh/m2/năm. Các giá trị của bức xạ

mặt trời được sử dụng cho các tấm pin mặt trời đã được thảo

luận tại 3 thành phố lớn (Hà Nội, Đà Nẵng và thành phố Hồ

Chí Minh) của Việt Nam trong báo cáo [8]. Ngoài ra, theo báo

cáo quy hoạch phát triển năng lượng gió Việt Nam [9] đến

năm 2030 thì dọc các tỉnh ven biển Việt Nam có gió lớn, mức

độ trung bình trong năm là 5,6 m/s trở lên ở độ cao hơn 80m

so với mặt đất. Dựa theo Atlas địa lý, gió có tiềm năng kỹ thuật

khi sử dụng làm năng lượng bằng cách phát triển các tuabin

gió từ đất liền đến ngoài biển khơi, nhất là dọc theo vùng ven

biển. Những năm gần đây, việc phát triển các dự án điện gió

tầm quốc gia cỡ lớn được dự kiến là chiếm 20.000 GWh đến

năm 2020. Trong một nghiên cứu đã báo cáo cho thấy mức

năng lượng sẵn có của hai loại nguồn từ gió và mặt trời này

tại Việt Nam là rất lớn [10, 11]. Xét đến hai nguồn năng lượng

tiềm năng này, nhóm đã nghiên cứu và kết hợp ba nguồn năng

lượng dùng để cung cấp cho các hệ thống đèn tín hiệu giao

thông, hoặc để làm nguồn năng lượng dự phòng, được lưu trữ,

hoặc trực tiếp cung cấp năng lượng cho thiết bị liên quan đến

hệ thống. Đây là một nghiên cứu hết sức cần thiết, có ý nghĩa

cao trong việc tiết kiệm năng lượng cũng như tận thu nguồn

năng lượng và cũng là một giải pháp cần thiết, mang lại hiệu

quả cao khi sử dụng nhiều nguồn năng lượng tái tạo kết hợp.

3. Phân tích mô hình kết hợp năng lượng cho hệ thống

đèn tín hiệu giao thông

3.1. Đánh giá hệ thống đèn tín hiệu giao thông

Sau khi khảo sát tất cả các khu vực đô thị ven biển tại

Việt Nam, hệ thống đèn tín hiệu giao thông được bố trí tại

các tuyến đường có tham gia của phương tiện giao thông là

khác nhau về mật độ, số lượng đèn tín hiệu, mức độ điều

khiển và kể cả nguồn cung cấp năng lượng liên quan. Theo

đánh giá ban đầu, xét theo luật đi đường của Việt Nam, tất

cả các điểm giao nhau như ngã ba, ngã tư, phần dành cho

người đi bộ, hoặc những khu vực báo hiệu nguy hiểm,… đều

có điểm chung là có hệ thống đèn tín hiệu được bố trí với các

màu khác nhau, có thể là đỏ, xanh, vàng hoặc hướng chỉ

đường kết hợp với các biển báo,… Trên cơ sở đó, nhóm thực

hiện đánh giá một số khu vực có phương tiện tham gia giao

thông như: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Huế,…

Nhóm cũng đã tiến hành xét các điều kiện thực tế tại hầu hết

các vị trí khảo sát, cho thấy, hiện nay, hệ thống đèn tín hiệu

giao thông chủ yếu dùng nguồn năng lượng là nguồn điện

nối từ lưới điện quốc gia, một phần nhỏ các đèn tín hiệu sử

dụng năng lượng mặt trời dựa vào các tấm pin năng lượng

cỡ nhỏ. Hình 1 là hình ảnh được ghi lại điển hình tại hai

tuyến đường chính có hệ thống đèn tín hiệu giao thông sử

dụng nguồn năng lượng truyền thống và được bố trí với

khoảng cách tối thiểu là 100 m cho người quan sát có thể

thấy được, chiều cao của đèn không thấp hơn 1,4 m và không

quá 5,8 m so với mặt đất. Chiều cao của hệ thống đèn cũng

được quy định không thấp hơn 5,2 m và không cao hơn 7,8

m, tính luôn diện tích của các đèn.

Hình 1. Khu vực đèn đỏ được khảo sát thực tế tại đường Lê Lợi

và đường Võ Nguyên Giáp, thành phố Đà Nẵng

3.2. Mô phỏng vị trí đèn tín hiệu giao thông

Sau khi kết hợp tìm hiểu thực tế của quá trình khảo sát,

nhóm nghiên cứu đã tiến hành đưa ra một trường hợp cụ

thể tại điểm giao nhau của ngã tư đường, nơi có phương

tiện tham gia giao thông nhiều. Sau đó, sử dụng phần mềm

Sketchup 2016 phác thảo chỗ giao nhau giữa hai đường

chính có sử dụng các hệ thống đèn tín hiệu giao thông đầy

đủ (nơi có nhiều phương tiện lưu thông qua lại) để thấy

được mật độ của đèn tín hiệu bố trí cho phương tiện lưu

thông qua lại. Trong phần mô phỏng, chúng tôi thể hiện cụ

thể có 4 hướng đi khác nhau của ngã tư và bốn xe ô tô tượng

trưng cho các phương tiện tham gia. Giữa các mặt đường

có nhiều làn đường và được ngăn cách, có cọc đèn tín hiệu

an toàn cho từng làn đường, mỗi hướng di chuyển được bố

trí một bộ đèn tín hiệu giao thông có nhiều màu sắc khác

nhau (xanh, vàng, đỏ). Ở đây, chúng tôi không thể hiện dấu

mũi tên cho mỗi hướng để tránh nhầm lẫn và phức tạp.

Hình 2. Mô phỏng vị trí các hệ thống đèn tín hiệu giao thông

với luật đi đường của Việt Nam


Hình 2 xét trong trường hợp có bố trí bốn xe ô tô (A, B,

C, D) đang hoạt động có vị trí, hướng di chuyển và khoảng

cách của mỗi xe di chuyển đến khu vực đèn tín hiệu giao

thông là khác nhau. Hệ thống đèn tín hiệu giao thông được

bố trí và điều khiển các phương tiện tham gia giao thông

tại ngã tư giao nhau của đường Nguyễn Văn Linh và

Nguyễn Tri Phương, các đèn có màu sắc khác nhau và được

điều khiển với thời gian nhất định để phương tiện lưu thông

dễ dàng, không bị kẹt. Vị trí bố trí được xem xét và xây

dựng một cách hợp lý cho mỗi góc đường tại mỗi điểm giao

nhau là phù hợp nhất, nguồn năng lượng được kết hợp để

sạc và lưu trữ tại khối pin Li-ion, và sau đó cung cấp cho

tất cả các đèn tín hiệu trong hệ thống giao thông công cộng

tại mỗi vị trí giao nhau của các tuyến đường khi cần thiết.

3.3. Xây dựng mô hình thử nghiệm kết hợp năng lượng

tái tạo

Việc kết hợp nhiều năng lượng tái tạo để tập trung lưu

trữ sau đó cung cấp cho một hệ thống là một hướng mới của

nhóm nghiên cứu hiện nay. Do vậy, với kết cấu thử nghiệm

để đáp ứng cho nghiên cứu ban đầu và giúp xây dựng được

mô hình học tập cho sinh viên. Hình 3 đã thể hiện cụ thể các

chi tiết có bên trong hệ thống như: bộ tạo năng lượng từ gió

(mô tơ điện, cánh quạt gió, cánh dẫn hướng gió, đồng hồ đo

tốc độ của gió,…); bộ tạo năng lượng mặt trời (tấm pin năng

lượng mặt trời, bộ thu và điều chỉnh dòng điện với ánh sáng

mặt trời, cảm biến nhiệt độ,…); bộ tạo năng lượng từ con

quay (con quay, trục con quay, mặt bằng bê tông nhựa, máy

phát kết nối với con quay,…); bên cạnh đó còn nhiều chi

tiết liên quan như các đèn tín hiệu giao thông có ba màu

(xanh, đỏ, vàng), các thiết bị kết nối, chuyển đổi và lưu trữ

năng lượng như pin Li-ion được mắc nối tiếp với nhau.

Bằng cách sử dụng phần mềm Inventer 2015, nhóm đã xây

dựng lại mô hình 3D với một số chi tiết điển hình như: lớp

bê tông nhựa có độ dày 0,3m, khung giữ các chi tiết và gá

con quay, các trụ ngang dọc để bố trí tuabin gió và pin mặt

trời để cung cấp năng lượng. Bên cạnh đó còn có các máy

phát điện cỡ nhỏ, được kết nối với quạt gió và con quay (bố

trí dưới lòng đường) để phát ra điện nhờ vào tốc độ của gió

và chuyển động của con quay khi có tác dụng từ bánh xe

hoạt động khi dừng và chạy tiếp.

Hình 3. Mô hình thử nghiệm khi kết hợp các nguồn năng lượng

sạch cung cấp cho hệ thống đèn giao thông

Trục bố trí quạt làm tuabin gió có cách hướng dòng theo

các điều kiện thời tiết và hướng gió khác nhau phù hợp với

từng thời điểm có mức độ gió, tấm pin năng lượng mặt trời

được nghiêng với góc cho phép theo chiều quay của mặt

trời để hướng và tận dụng ánh sáng được nhiều nhất. Bộ

điều khiển thu nạp năng lượng để lưu trữ vào pin sau khi

chỉnh lưu được đặt bên dưới (thực tế được bố trí tại hộp

phân phối tín hiệu). Mức độ hoạt động và tạo năng lượng

của các nguồn là khác nhau do các điều kiện riêng biệt, nên

sự kết hợp ba nguồn năng lượng sẽ được lọc sau khi phát

ra với các mức độ tạo không đồng nhất theo thời tiết, số

lượng xe chạy qua, mức độ nắng nóng.

Sau khi tạo ra năng lượng tại các nguồn, thực hiện việc

kết hợp để cung cấp và lưu trữ vào bộ pin Li-ion 24V (các

bộ pin này được mắc nối tiếp và được tái chế từ các pin còn

sử dụng của máy tính xách tay). Bên trong hệ thống đèn tín

hiệu giao thông, toàn bộ là đèn led có kết cấu nhỏ gọn và

tiết kiệm năng lượng, có mức tiêu thụ đủ để cung cấp cho

thí nghiệm. Năng lượng sau khi được lưu trữ tại bộ pin sẽ

cung cấp cho cả hệ thống đèn giao thông một cách hợp lý

trong suốt thời gian hoạt động và điều khiển.

4. Phân tích quá trình thử nghiệm mô hình kết hợp ba

nguồn năng lượng

4.1. Mô phỏng và chuẩn bị mô hình kết hợp ba nguồn

năng lượng kết hợp

Sau khi xây dựng mô hình và khảo sát các vị trí giao nhau

của ngã ba, ngã tư, phần đường dành riêng cho người đi bộ,

phần đường cắt ngang, … tiến hành bố trí hệ thống đèn tín

hiệu giao thông trên một số tuyến đường tại một số tỉnh,

thành ven biển trong cả nước. Nhóm đã sử dụng một số phần

mềm mô phỏng 3D, 2D như Sketchup 2016 [12], Autodesk

Inventer 2015 [13], phần mềm thiết kế mạch Proteus, và

phần mềm lập trình các mạch điện Arduno để hỗ trợ thiết lập

mô phỏng và thiết kế mạch điều khiển đơn giản cho quá trình

hoạt động phù hợp với điều kiện thực tế trước khi tạo mô

hình thử nghiệm trên cơ sở đo, xử lý và nghiên cứu kết quả

khảo sát. Trong bài báo này, từng bước mô phỏng của từng

phần mềm có thể được mô tả sơ lược như sau: (1) Mô phỏng

bằng phần mềm Sketchup; (2) Phác thảo các chi tiết liên

quan nhờ phần mềm Inventer 2015; (3) Thiết kế mạch điện

nhờ vào arduno và phần mềm proteus.

Tiếp theo là chuẩn bị các nguyên vật liệu tận dụng để

chế tạo mô hình thử nghiệm, gồm có các đèn tín hiệu màu

đỏ, vàng, xanh, mạch điện điều khiển, các khung, thanh

nối, … và đặc biệt là bộ lưu trữ thông tin, bộ pin Li-ion để

lưu trữ năng lượng và sau đó cung cấp cho hệ thống đèn tín

hiệu giao thông cần thực hiện thử nghiệm. Ngoài ra, khi kết

hợp ba nguồn năng lượng còn có hai máy phát của con quay

và tuabin gió cùng với pin mặt trời để cung cấp năng lượng

chính cho pin Li-ion, có điện áp định mức là 24V (được

mắc nối tiếp nhiều pin nhỏ, có kết cấu đặc điểm giống với

pin của máy tính xách tay, được tái chế để giảm thiểu chi

phí). Trong mô hình còn xây dựng và chế tạo bộ chỉnh lưu

dòng điện, nguồn điện dự phòng cho toàn hệ thống trong

suốt quá trình đo và xử lý. Bên cạnh đó, còn có nhiều dụng

cụ đo được chuẩn bị như máy đo tốc độ gió, tốc độ máy

phát, đồng hồ đo điện, và các thiết bị hỗ trợ khác để thực

hiện trong suốt quá trình thử nghiệm của mô hình.

88 Phan Cao Thọ, Phạm Minh Mận, Nguyễn Thị Hải Vân

4.2. Nguyên lý làm việc kết hợp ba nguồn năng lượng

Hệ thống đèn tín hiệu giao thông được xét trong Hình

4 gồm 2 dãy đèn có đủ ba màu khác nhau (xanh, vàng, đỏ),

bên trong hệ thống có 2 máy phát điện cỡ nhỏ (1 máy kết

nối với con quay, 1 máy kết nối với tuabin gió – cánh quạt)

với định mức năng lượng là 12V/1,5A cho mỗi máy phát,

số vòng quay làm việc ổn định với tốc độ 250 vòng/phút.

Bộ điều khiển dùng để chỉnh lưu và sạc năng lượng cho bộ

pin được mắc nối tiếp đảm bảo 24V (Li-ion). Pin Li-ion

được tái chế từ pin của các loai máy tính hỏng, dùng thay

thế cho các loại ắc qui truyền thống để có có tuổi thọ cao

và chịu được điều kiện thời tiết tốt hơn với nắng nóng. Bộ

pin này được cung cấp năng lượng từ ba nguồn xen kẽ nhau

và không đồng bộ, sau khi được lọc từ các máy phát điện

của tuabin gió, con quay và tấm pin mặt trời, tất cả được

kết nối thông qua mạch sạc và mạch điều khiển có chỉnh

lưu và điều áp dòng điện phù hợp cho từng chế độ làm việc.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống năng lượng

tái tạo cung cấp cho đèn dừng phương tiện giao thông

Thực hiện kết nối và điều khiển tần suất hoạt động

sáng/tắt của các bóng đèn trong ba loại đỏ, vàng, xanh với

từng chế độ làm việc của hệ thống đèn tín hiệu khi điều

khiển phương tiện giao thông lưu thông. Với các máy đo

có độ chính xác tương đối thì mức gió nhỏ nhất là 2 m/s và

lớn nhất là 6 m/s, số vòng quay của con quay nhỏ nhất là

120 vòng/phút và lớn nhất là 410 vòng/phút. Ngoài ra, để

đảm bảo cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông hoạt động

liên tục khi không có gió, trời tối, hoặc hư hỏng hệ thống

ngoài pin lưu trữ Li-ion, trong mô hình thử nghiệm còn đề

xuất bộ dự phòng được kết nối với lưới điện 220 V và qua

bộ ổn định trong mạch sạc và chỉnh lưu, đảm bảo quá trình

cung cấp năng lượng cho hệ thống là liên tục.

5. Thảo luận và đánh giá kết quả

Với kết quả thực nghiệm trong một ngày, chúng tôi thực

hiện đo thử nghiệm với 5 lần đo trong mỗi khung giờ khác

nhau, lần lượt là 8:00, 10:00, 11:00, 13:00 và cuối cùng là

16:00, lấy được tốc độ gió khác nhau, mức độ nắng khác

nhau và lưu lượng làm việc của con quay phát điện cũng

trong một ngày và trong cả tuần là khác nhau.

Hình 5 cho thấy kết quả đo công suất tương ứng với từng

thời điểm phù hợp có gió, có ánh sáng mặt trời và có phương

tiện qua lại của con quay (rulo). Thực nghiệm được tiến hành

với điều kiện gió không ổn định (lúc mạnh, lúc yếu) và ánh

sáng mặt trời được thay đổi theo giờ hoạt động trong ngày,

cũng như tốc độ của con quay (rulo) là không ổn định tại các

thời điểm. Năng lượng gió có số vòng quay thay đổi theo

thời gian và tăng lên từ 9 vòng/phút (8:00) đến 25 vòng/phút

(16:00). Năng lượng do con quay (rulo) tăng khá mạnh, từ

8:00 sáng đến 16:00 chiều và đạt ngưỡng trên 60 vòng/phút.

Điều này chứng tỏ, tốc độ gió là không ổn định nhưng lại

tăng lên theo giờ và con quay cũng phụ thuộc vào số lượng

xe qua lại tác động trong suốt thời gian thử nghiệm. Năng

lượng mặt trời từ tấm pin là cung cấp năng lượng lớn nhất,

và đạt trên 36 W vào lúc 13:00 giờ chiều, nhưng đến 16:00

giờ thì năng lượng do mặt trời thấp dần, đạt cỡ 25 W.

Hình 5. Kết quả thực hiện đo năng lượng kết hợp trong

một ngày của ba nguồn (gió-mặt trời-rulo)

Tiếp theo sau là năng lượng do con quay, cũng đạt mức

tăng dần, từ hơn 17 W vào lúc 8:00 giờ sáng và trên 30 W

vào lúc 16:00 giờ chiều. Cuối cùng là năng lượng do gió

gây ra cũng tăng lên. Điều này chứng tỏ rằng, mức năng

lượng sinh ra là không ổn định theo điều kiện thời tiết và

tốc độ quay của con quay (rulo), nhưng ngược lại, nó có

thể thay thế cho nhau để thực hiện quá trình phát năng

lượng. Ngoài ra, cũng cung cấp cho toàn hệ thống một cách

xen kẽ hay hỗn hợp, làm nguồn năng lượng sạch cho hệ

thống đèn tín hiệu giao thông, đảm bảo bền vững và không

dùng lưới điện truyền thống.

Hình 6. Kết quả đo được trong một tuần khi kết hợp ba nguồn

năng lượng để cung cấp cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông

Hình 6 thể hiện cụ thể kết quả đo được năng lượng từ

ba nguồn gió, mặt trời và con quay trong 7 ngày liên tục,

từ thứ Hai đến Chủ nhật. Giá trị được đo ở nhiệt độ, điều

kiện thời tiết có gió nhiều và có nắng nóng vào mùa hè. Với

5 lần đo mỗi ngày, từ ngày thứ Hai đến Chủ nhật, cũng

được đo với thời gian là cả buổi sáng 8:00 giờ đến 16:00


giờ chiều. Giá trị trung bình năng lượng được xác định thay

đổi liên tục và cụ thể, tuy nhiên, nguồn năng lượng từ mặt

trời là lớn nhất trong suốt thời gian đo, đạt ngưỡng gần 40

W vào thứ Sáu, thấp nhất là vào thứ Hai khoảng 25 W, tiếp

sau đó thì gió và con quay thay đổi liên tục, mức năng

lượng được tạo ra từ gió cung cấp cao nhất vào thứ Sáu, đạt

khoảng 23 W và thấp nhất vào thứ Ba, khoảng 18W.

Năng lượng cung cấp từ máy phát do con quay cao nhất

vào thứ Ba, khoảng 28 W. Kết quả cho thấy thực tế trong

một tuần, sự cung cấp năng lượng của ba nguồn là không

đồng bộ sẽ được lọc và sau đó nạp vào bộ pin lưu trữ, sự

khác nhau của chúng là do phụ thuộc vào điều kiện thời tiết

nhất định, tuy nhiên cung cấp cho các hệ thống đèn tín hiệu

giao thông là khả thi. Mặc dù mô hình chỉ thí điểm thử

nghiệm với quy mô nhỏ nhưng mức độ thu được hiệu quả

năng lượng từ các nguồn tái tạo là đáng kể.

6. Kết luận

Sau quá trình khảo sát, tiến hành mô phỏng và xây dựng

mô hình thử nghiệm kết hợp ba nguồn năng lượng cung cấp

cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông. Bài báo đã đưa ra kết

quả đo sau khi mô hình hóa hệ thống và đo thử nghiệm khi

kết hợp ba nguồn năng lượng tái tạo (gió, mặt trời, con

quay), được gọi là năng lượng sạch, không gây ô nhiễm và

tiết kiệm được năng lượng truyền thống. Kết quả đo thể

hiện rõ hiệu quả nhất định khi sử dụng riêng lẻ hay kết hợp

ba loại năng lượng này để cung cấp và lưu trữ, nhằm cung

cấp cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông, là có hiệu quả,

mặc dù phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, khí hậu và vùng

miền. Bằng cách kết hợp và phân bố các bộ lọc và lưu trữ

một cách tối ưu để sạc cho bộ pin Li-ion, nhằm cung cấp

thường xuyên cho hệ thống đèn tín hiệu, là một hướng mới

tại Việt Nam và có thể góp phần vào việc phát triển bền

vững về năng lượng trong xu thế toàn cầu hiện nay. Kết

quả đo trong một ngày với các thời gian khác nhau và một

tuần với năng lượng trung bình thu được trong mỗi ngày

cho thấy, năng lượng mặt trời là phổ biến nhất, chiếm mức

lớn nhất trong ba loại sau khi kết hợp. Với kết quả này,

nhóm cũng tiếp tục nghiên cứu để phát triển mô hình thực

tế, có quy mô lớn để có thể thực hiện ở nhiều địa điểm,

triển khai rộng hơn khi kết hợp nhiều nguồn năng lượng tái

tạo vào hệ thống giao thông thông minh.


[1] Phan Trang, Năng lượng tái tạo và giải pháp cho tương lai, Báo điện

tử Chính phủ Việt Nam, http://baochinhphu.vn/Kinh-te/Nang-luong-tai-tao-Giai-phap-cho-tuong-lai/305061.vgp

[2] Ipsos, Khảo sát năng lượng tương lai, 2013, Shell Vietnam.

[3] Tania Soares, Is 100% Renewable Energy Possible for the UK by 2020?, Research Associate, Global Energy Network Institute

(GENI).

[4] Energy Report Transition to Sustainaible Energy, Ministry of

Economic Affairs of the Netherlands.

[5] Lewis M. Fulton (UC Davis), Amr Seleem, Francisco Boshell,

Alessandra Salgado and Deger Saygin, Electric Vehicles:

Technology brief, International Renewable Energy Agency (IRENA), Abu Dhabi, ISBN print: ISBN 978-92-9260-000-6, 2017.

[6] Fusheng Li, Yuming Chen, Yang Liu, and Dahua Chen,

“Comparative In Situ Study of LEDs and HPS in Road Lighting”,

The Journal of the Illuminating Engineering Society of North

America, Vol. 8, No. 3, ISSN: 1550-2724, pp. 205 – 214.

[7] Phan Cao Thọ, “Xây dựng bộ chỉ số phát triển xanh và bền vững cho

các đô thị lớn ở Việt Nam, trường hợp của thành phố Đà Nẵng”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Số 11(108), Quyển

2, 2016, trang 235-240.

[8] Binh Van Doan, Bach Ngoc Nguyen, The current status and

renewable energy outlook in Vietnam up to 2030, Presented at Asian

Renewable Energy Workshop, Chiang Mai, Thailand, 2013, pp. 16.

[9] Bộ Công thương Việt Nam, Maps of Solar Resource and Potential

in Vietnam.

[10] Nguyen Duc Luong, “A critical review on potential and current

status of wind energy in Vietnam”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 43, March 2015, pp. 440-448.

[11] Nguyen Duc Luong, “A critical review on Energy Efficiency and

Conservation policies and programs in Vietnam”, Renewable and

Sustainable Energy Reviews, Volume 52, December 2015, pp. 623-634.

[12] https://www.sketchup.com/

[13] https://www.autodesk.com/products/inventor/overview#


http://baochinhphu.vn/Kinh-te/Nang-luong-tai-tao-Giai-phap-cho-tuong-lai/305061.vgp

http://baochinhphu.vn/Kinh-te/Nang-luong-tai-tao-Giai-phap-cho-tuong-lai/305061.vgp

http://www.sciencedirect.com/science/journal/13640321


http://www.sciencedirect.com/science/journal/13640321/43/supp/C



http://www.sciencedirect.com/science/journal/13640321/52/supp/C

https://www.sketchup.com/

https://www.autodesk.com/products/inventor/overview

90 Phạm Thị Trang, Nguyễn Huy Thanh

NHẬN THỨC VÀ MỨC ĐỘ THỰC HIỆN QUẢN TRỊ RỦI RO TRONG

CÁC DỰ ÁN ĐẦU TƯ CƠ SỞ HẠ TẦNG KỸ THUẬT THEO

HÌNH THỨC ĐỐI TÁC CÔNG TƯ TẠI ĐÀ NẴNG

AWARENESS AND LEVELS OF RISK MANAGEMENT IN

INFRASTRUCTURE INVESTMENT PROJECTS UNDER

THE FORM OF PUBLIC PRIVATEPARTNERSHIP (PPP) IN DA NANG

Phạm Thị Trang1, Nguyễn Huy Thanh2 1Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

2Trường Đại học Xây dựng Hà Nội; [email protected]

Tóm tắt - Quan hệ Đối tác Công - Tư (PPP) là hình thức hợp tác tối ưu hóa hiệu quả đầu tư và cung cấp dịch vụ công cộng chất lượng cao, sử dụng được kỹ năng, công nghệ hiện đại và tính hiệu quả trong quản lý của khu vực tư nhân. Tuy nhiên, hiện nay, vấn đề quản trị rủi ro nhằm hạn chế tác động xấu từ các ảnh hưởng đến dự án đầu tư cơ sở hạ tầng kỹ thuật (CSHTKT) theo hình thức PPP chưa được quan tâm, còn mang tính đối phó bị động, khiến cho nhiều dự án PPP trong đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng chưa thực sự được triển khai vào thực tiễn và chưa phát huy hiệu quả như kỳ vọng. Nguyên nhân khách quan của vấn đề này là do nhận thức của các chủ thể có liên quan còn nhiều hạn chế. Do vậy, việc nghiên cứu nhận thức và mức độ thực hiện quản trị rủi ro trong các dự án đầu tư CSHTKT theo hình thức PPP là thực sự cần thiết, nhằm nâng cao hiệu quả của việc thực hiện dự án PPP trong phát triển CSHTKT tại Đà Nẵng.

Abstract - Public Private Partnership (PPP) is a form of cooperation that optimizes the efficiency of investment and the provision of high quality public services that utilize modern skills, technology and effectiveness in management of the private sector. However, at present, risk management in order to limit the negative impact on the PPP investment projects has not been paid attention to and is still passive. It makes many PPP projects in Danang's infrastructure not be really implemented and not be as effective as expected. The objective cause of this problem is the limited awareness of stakeholders. Therefore, the research on awareness and the level of risk management implementation in PPP investment projects is really necessary to improve the effectiveness of PPP implementation in development of Danang's technical infrastructure.

Từ khóa - kiểm soát rủi ro; quản lý rủi ro; quản trị rủi ro; rủi ro tiềm ẩn; rủi ro cơ sở hạ tầng kỹ thuật

Key words - risk control; risk management; potential risk; risk of technical infrastructure


Hiện nay, đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật tại

thành phố Đà Nẵng không ngừng tăng nhanh cả về quy mô

và lĩnh vực, với sự tham gia của toàn xã hội. Chính những

tác động không ổn định từ môi trường xung quanh và sự

điều chỉnh nội tại của dự án dẫn đến việc phải thay đổi

nhiều tiêu chí cơ bản được dự tính ban đầu và làm thay đổi

hiệu quả của dự án. Đó chính là sự tồn tại của rủi ro đối với

dự án đầu tư cơ sở hạ tầng kỹ thuật theo hình thức Đối tác

Công - Tư (PPP) tại Đà Nẵng.

Rủi ro xuất hiện khi tồn tại đồng thời 2 yếu tố cơ bản:

yếu tố gây rủi ro và đối tượng chịu tác động, chịu ảnh

hưởng. Các rủi ro thường gây ra những tổn thất đòi hỏi phải

tốn kém những khoản chi phí để khắc phục. Việc sớm chủ

động nhận thức được tầm quan trọng của công tác quản rị

rủi ro và mức độ thực hiện quản trị rủi ro có hiệu quả góp

phần giảm thiểu tác động của rủi ro đối với các dự án PPP

tại Đà Nẵng, nâng cao hiệu quả của việc thực hiện các dự

án PPP, phục vụ tốt công tác quản lý đầu tư và xây dựng

dự án CSHTKT tại Đà Nẵng.

Xuất phát từ những vấn đề trên, việc nghiên cứu vấn đề

nhận thức về quản trị rủi ro và mức độ thực hiện quản trị

rủi ro trong các dự án đầu tư CSHTKT theo hình thức PPP

là thực sự cần thiết, nhằm góp phần giảm thiểu rủi ro trong

quá trình triển khai thực hiện các dự án PPP đầu tư

CSHTKT tại Đà Nẵng, đồng thời tạo điều kiện để phát triển

dự án một cách bền vững trong điều kiện môi trường đầy

bất trắc như hiện nay.

2. Tổng quan nghiên cứu nhận thức về quản trị rủi ro

và mức độ thực hiện quản trị rủi ro trong các dự án đầu

tư CSHTKT theo hình thức PPP

2.1. Nghiên cứu nhận thức về quản trị rủi ro và mức độ

thực hiện quản trị rủi ro trong các dự án đầu tư CSHTKT

theo hình thức PPP ở các nước trên thế giới

Quản trị rủi ro là vấn đề chính cần giải quyết khi bắt tay

vào triển khai một dự án PPP, đặc biệt là dự án PPP đầu tư

CSHTKT. Là lĩnh vực có tính thương mại không cao, để

thu hút nhà đầu tư và các định chế tài chính tham gia đầu

tư vào dự án PPP đầu tư CSHTKT, việc giảm thiểu một

cách hợp lý các loại rủi ro là điều quan trọng nhất để bảo

đảm tính khả thi của các dự án trong lĩnh vực này.

Trên thế giới, không một chính phủ nào có thể chi trả

được toàn bộ chi phí đầu tư cho hệ thống cơ sở hạ tầng giao

thông, nhưng cũng không nhà đầu tư tư nhân nào có thể

làm được việc này vì đây là lĩnh vực có hiệu quả kinh tế

thấp và nhiều rủi ro. Do vậy, các nước phát triển và đang

phát triển đều đang có mối quan tâm ngày càng tăng trong

việc áp dụng chính sách đối tác nhà nước - tư nhân.

Quản trị rủi ro là một trong những nội dung quan trọng

đang được đề cập đến trong dự án PPP đầu tư CSHTKT

trong giai đoạn hiện nay. Đã có rất nhiều nhà nghiên cứu

trên thế giới quan tâm đến vấn đề này, các nghiên cứu đã

tập trung vào việc phát triển mô hình để giải quyết các vấn

đề khác nhau về quản trị rủi ro cho dự án như: Bakatjan và

cộng sự đã sử dụng một mô hình đơn giản để xác định mức

công bằng tối ưu cho các nhà hoạch định chính sách ở giai


đoạn đánh giá của một dự án BOT, mô hình này kết hợp một

mô hình tài chính và một mô hình lập trình tuyến tính để tối

đa hoá dự án từ quan điểm của chủ sở hữu [1]; Hồ đã phát

triển một mô hình dựa trên lý thuyết trò chơi, xác định thời

điểm và cách chính phủ sẽ cứu hộ một dự án bị ảnh hưởng

đối với việc mua sắm và quản lý dự án [2]; Subprasom và

Chen đã cung cấp mô hình phân tích giá cả đường cao tốc và

lựa chọn năng lực cho một kế hoạch dự án BOT, qua đó cho

thấy rằng sự kết hợp của lệ phí cầu đường bộ và quy định

năng lực đường bộ là giải pháp thực hiện tốt nhất nhằm tăng

phúc lợi xã hội, tuy nhiên, trong các dự án đường cao tốc

PPP quy định có thể gây áp lực tài chính đối với các nhà đầu

tư tư nhân để vận hành một dự án nên cần phải có trợ cấp

cho các nhà đầu tư tư nhân để sự tham gia của họ có tính khả

thi về mặt tài chính [11]; Wibowo đã xây dựng một mô hình

dòng tiền mặt để tính toán các khoản chi phí hoạt động được

tạo ra bởi một dự án PPP, qua đó nhận thấy được tác động

tài chính của tổ chức bảo đảm từ quan điểm của chính phủ

và nhà tài trợ dự án, kết quả mô phỏng cho thấy việc đảm

bảo có thể làm giảm rủi ro về khả năng tài chính nhưng

không phải trả phí [14]. Các nghiên cứu trên cho thấy quá

nhiều hoặc quá ít sự đảm bảo hay hỗ trợ của chính phủ không

thể đạt được sự cân bằng phù hợp. Do vậy, Thomas và cộng

sự đã đưa ra một khung xác suất và đánh giá tác động rủi ro

dựa trên cây mờ và phương pháp Delphi nhằm mô hình hóa

các kịch bản rộng rãi về những rủi ro quan trọng trong các

dự án và xử lý có hệ thống các đánh giá chuyên môn của các

chuyên gia [12]; Zhang và Zou đã phát triển một mô hình

phân cấp mờ để đánh giá rủi ro liên quan đến các dự án liên

doanh [15]. Các nghiên cứu này đã cố gắng xác định những

rủi ro trong PPP bằng cách sử dụng một mẫu nhỏ, tuy nhiên,

để làm cho kết quả xác định rủi ro có ý nghĩa hơn, nên sử

dụng mẫu có kích thước lớn hơn. Hơn nữa, nghiên cứu trong

tương lai cũng nên tập trung vào việc khám phá các mô hình

đánh giá rủi ro thuyết phục hơn, cần thiết phải tạo ra các mô

hình đánh giá rủi ro để kết hợp nhiều loại rủi ro khác nhau.

Quản trị rủi ro là vấn đề nghiên cứu đang được thế giới

quan tâm. Các nghiên cứu đã phát triển được các mô hình

nhằm quản trị rủi ro cho dự án. Tuy nhiên, quản trị rủi ro

ro trong các dự án PPP đầu tư CSHTKT không thể đơn giản

được sao chép từ nước này sang nước khác, các nước khác

nhau có những thực tiễn khác nhau về văn hoá và chính

sách. Do vậy, cần có trường hợp nghiên cứu cụ thể đối với

vấn đề quản trị rủi ro tại Việt Nam nói chung và thành phố

Đà Nẵng nói riêng.

2.2. Nghiên cứu nhận thức về quản trị rủi ro và mức độ

thực hiện quản trị rủi ro trong các dự án đầu tư CSHTKT

theo hình thức PPP tại Việt Nam

PPP cũng đang là mối quan tâm lớn của Chính phủ Việt

Nam nói chung và thành phố Đà Nẵng nói riêng. Nhiều

nghiên cứu của các tác giả trong nước mới chỉ tập trung tìm

hiểu kinh nghiệm thế giới, để từ đó rút ra bài học kinh

nghiệm cho Việt Nam, tiêu biểu có Nguyễn Hồng Thái đã

nghiên cứu kinh nghiệm quản lý mô hình PPP trong phát

triển mạng lưới giao thông đường bộ có thu phí của một số

nước nhằm rút ra bài học cho Việt Nam [5]. Một số khác

lại nghiên cứu, phân tích thực trạng để từ đó đưa ra một số

đề xuất thúc đẩy hình thức PPP như: Huỳnh Thị Thúy

Giang đã nghiên cứu hình thức hợp tác công tư để phát triển

cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ [3]; Ngô Thế Vinh đã

nghiên cứu ứng dụng hình thức đối tác công tư trong quản

lý đầu tư xây dựng công trình giao thông đô thị [6]; Nguyễn

Thị Hồng Minh đã nghiên cứu vấn đề quản lý Nhà nước

đối với dự án đầu tư theo hình thức đối tác công tư trong

xây dựng hạ tầng giao thông đường bộ tại Việt Nam [9];

Nguyễn Thị Ngọc Huyền và Lê Hồng Minh đã nghiên cứu

phát triển hình thức đối tác công tư trong đầu tư xây dựng

kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ Việt Nam [10].

Quản trị rủi ro cũng đang là mối quan tâm của nhiều

nhà nghiên cứu trong nước nhưng kết quả nghiên cứu lại

còn rất hạn chế như: Nguyễn Văn Châu nghiên cứu rủi ro

kỹ thuật trong thi công công trình giao thông đường bộ ở

Việt Nam [4]; Nguyễn Hồng Thái đã nghiên cứu quy trình

quản lý rủi ro trong đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng giao

thông [8]; Nguyễn Văn Châu, Bùi Ngọc Toàn & Nguyễn

Quang Phúc đã ứng dụng mô hình F-AHP để đo lường mức

độ rủi ro kỹ thuật trong xây dựng công trình giao thông

đường bộ ở Việt Nam [7]; Thân Thanh Sơn nghiên cứu

phân bổ rủi ro trong hình thức hợp tác công tư trong phát

triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ Việt Nam [13].

Vấn đề quản trị rủi ro trong các dự án CSHTKT theo hình

thức PPP tại Đà Nẵng chưa có nhà nghiên cứu nào quan tâm

nghiên cứu. Đó là lý do tại sao rất nhiều dự án PPP tại Đà

Nẵng chưa thực sự được triển khai vào thực tiễn. Do vậy,

việc nghiên cứu nhận thức và mức độ thực hiện quản trị rủi

ro trong dự án đầu tư CSTHKT theo hình thức PPP tại Đà

Nẵng là thực sự cần thiết, nhằm làm tăng hiệu quả của dự án

và góp phần hiện thực hóa các dự án PPP tại Đà Nẵng.

3. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu về vấn đề

nhận thức và mức độ thực hiện quản trị rủi ro dự án

PPP trong đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng

3.1. Khái niệm PPP

PPP là hình thức đầu tư được thực hiện trên cơ sở hợp

đồng giữa cơ quan nhà nước có thẩm quyền và nhà đầu tư,

doanh nghiệp dự án để thực hiện, quản lý, vận hành dự án

kết cấu hạ tầng, cung cấp dịch vụ công.

3.2. Khái niệm rủi ro

Rủi ro là tổng hợp của những sự kiện ngẫu nhiên tác

động lên sự vật, hiện tượng làm thay đổi kết quả của sự vật

hiện tượng.

3.3. Quản trị rủi ro đối với dự án PPP

Quản trị rủi ro là một quá trình bao gồm: nhận dạng,

phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp ứng phó rủi ro

nhằm tối đa hóa các cơ hội và giảm thiểu những hậu quả

tiêu cực của các rủi ro của doanh nghiệp.


Bài báo sử dụng phương pháp điều tra khảo sát số liệu

kết hợp với ý kiến của chuyên gia để phân tích, xử lý và tổng

hợp số liệu, nhằm xác định nhận thức và mức độ thực hiện

quản trị rủi ro trong các dự án PPP đầu tư CSHTKT tại Đà

Nẵng, qua đó đề xuất nhóm giải pháp để nâng cao nhận thức

về quản trị rủi ro cho các dự án PPP về CSHTKT Đà Nẵng.

3.5. Sơ đồ nghiên cứu

Dựa trên cơ sở mục đích của vấn đề cần nghiên cứu và

thực trạng nhận thức vấn đề quản trị rủi ro dự án PPP đầu


tư CSHTKT tại Đà Nẵng, tác giả đề xuất sơ đồ nghiên cứu

như sau:

Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu nhận thức về quản trị rủi ro

3.6. Phương pháp chọn mẫu

3.6.1. Phương pháp chọn mẫu

Bài báo áp dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên, phân

tầng kết hợp theo các tiêu chí bao gồm: cơ quan công tác, vị

trí công tác, kinh nghiệm chuyên môn, mức độ nhận thức…

3.6.2. Phương pháp thu thập số liệu

Phương pháp thu thập số liệu được thực hiện bằng

phương pháp định lượng thông qua việc phát bảng câu hỏi

với kích thước mẫu là 200 phiếu, được thực hiện ở các cơ

quan nhà nước, nhà đầu tư, tổ chức tài chính, trên địa bàn

thành phố Đà Nẵng.

3.6.3. Phương pháp đánh giá độ tin cậy của bảng câu hỏi

Độ tin cậy của câu trả lời được đánh giá thông qua độ lệch

chuẩn của các câu hỏi. Độ lệch chuẩn cho phép đánh giá mức

đồ đồng nhất trong các câu trả lời của đối tượng được khảo sát.


4.1. Đặc điểm của đối tượng khảo sát

Để đánh giá vấn đề nhận thức và mức độ thực hiện vấn

đề quản trị rủi ro trong các dự án CSHTKT theo hình thức

PPP tại Đà Nẵng, nghiên cứu đã thực hiện điều tra các đối

tượng liên quan đến nhà nước và nhà đầu tư các công trình

thực hiện theo hình thức PPP trong CSHTKT tại Đà Nẵng.

Tổng số phiếu điều tra phát ra là 230 phiếu, thu về được

200 phiếu hợp lệ. Thông tin chung của hai nhóm đối tượng

được khảo sát là nhà đầu tư và nhà nước với 3 nhóm lĩnh

vực liên quan như lĩnh vực xây dựng, tài chính và lĩnh vực

khác có liên quan, kết hợp với số năm kinh nghiệm và chức

vụ đã đảm nhận, được thể hiện trong các bảng sau:

Bảng 1. Bảng thống kê thông tin đối tượng khảo sát

Cơ quan công

tác Tần số

Phần

trăm

Phần trăm

hợp lệ

Phần trăm

tích lũy

Nhà nước 100 50 50 50

Nhà đầu tư 100 50 50 100

Tổng 200 100 100

Lĩnh vực công

tác Tần số

Phần

trăm

Phần trăm

hợp lệ

Phần trăm

tích lũy

Xây dựng 143 71,5 71,5 71,5

Tài chính 32 16 16 87,5

Lĩnh vực khác 25 12,5 12,5 100

Tổng 200 100 100

Năm kinh

nghiệm Tần số

Phần

trăm

Phần trăm

hợp lệ

Phần trăm

tích lũy

Dưới 5 năm 55 27,5 27,5 27,5

Từ 5-10 năm 82 41 41 68,5

Từ 11-20 năm 56 28 28 96,5

Trên 20 năm 7 3,5 3,5 100

Tổng 200 100 100

Chức vụ đảm

nhận Tần số

Phần

trăm

Phần trăm

hợp lệ

Phần trăm

tích lũy

Nhân viên bình

thường 133 66,5 66,5 66,5

Cán bộ quản lý 67 33,5 33,5 100

Tổng 200 100 100

(Kết quả khảo sát được xử lý từ phần mềm SPSS.16)

Kết quả khảo sát cho thấy, đối tượng khảo sát đều là các

bên liên quan trong quá trình hình thành dự án PPP tại Đà

Nẵng. Đồng thời, đối tượng khảo sát có trình độ chuyên môn

cao, với 100% có trình độ chuyên môn là cử nhân, kỹ sư trở

lên. Trong đó, 72% có kinh nghiệm trên 5 năm trong lĩnh vực

chuyên môn, 33,5% đã giữ chức vụ quản lý. Với đối tượng đã

khảo sát có đủ năng lực để trả lời các câu hỏi của nghiên cứu

đề xuất, tác giả thấy rằng số liệu khảo sát có độ tin cậy cao.

4.2. Kết quả khảo sát

Tác giả đã tiến hành điều tra thông qua phiếu khảo sát cho

200 đối tượng thuộc các bên có liên quan như các cơ quan Nhà

nước (thành phố), nhà đầu tư, cơ quan tài trợ vốn trong quá

trình thực hiện dự án PPP đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng và đã

thu được kết quả. Kết quả đã được thống kê, tính toán thông

qua phần mềm SPSS.16 và có độ lệch chuẩn của các câu trả

lời tương đối hợp lý, được thể hiện trong Bảng 2.

Bảng 2. Bảng thống kê độ lệch chuẩn của câu trả lời

Thông tin câu hỏi khảo sát Giá trị

trung bình

Độ lệch

chuẩn

Đã bao giờ nghe đến PPP 1,86 0,348

Đã biết PPP qua hình thức nào 1,64 0,418

Đầu tư PPP là gì 1,73 0,297

Có biết các quy định của Nhà nước liên

quan đến PPP 3,01 0,787

Đã biết những loại hợp đồng PPP nào 1,67 0,329

Đã từng tham gia dự án PPP 1,37 0,483

Đã tham gia bao nhiêu dự án PPP 1,56 0,642

Yếu tố quan trọng trong dự án PPP 1,56 0,459

Có biết những rủi ro trong dự án PPP 3,10 0,800

Có quan tâm đến dự án PPP Đà Nẵng 2,76 0,721

Có nhu cầu đầu tư dự án PPP 2,05 0,969

Ly do quan tâm đến dự án PPP 2,51 0,806

Kêu gọi PPP được quan tâm đúng mức chưa 1,68 0,856

Có mong muốn nhận thông tin dự án PPP không 3,05 0,595

Hình thức PPP quan trọng không 3,30 0,520

5. Bàn luận

5.1. Mức độ đã từng nghe về PPP tại Đà Nẵng

Trong tổng số 200 đối tượng được điều tra khảo sát thì

có 172 đối tượng (chiếm 86%) là đã từng nghe đến PPP,

Nghiên cứu thực trạng công tác quản trị rủi ro các

dự án PPP đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng

Xây dựng hệ thống các câu hỏi trên cơ sở tham

khảo ý kiến chuyên gia

Thu thập tài liệu thông qua khảo sát

Phân tích kết quả khảo sát

Đánh giá và kết luận


nhận thức được chủ yếu là qua các phương tiện thông tin

đại chúng (có 123 đối tượng chọn đáp án này), qua hội thảo,

hội nghị (có 67 đáp án chọn), số rất ít (18 đối tượng) được

biết qua bạn bè, người thân và 40 đáp án chọn là biết đến

PPP qua các kênh khác như do làm dự án, do học đại

học,…; còn 28 đối tượng (chiếm 14%) xác nhận là chưa

bao giờ biết đến PPP.

5.2. Mức độ nhận thức đúng về PPP tại Đà Nẵng

Hầu hết những đối tượng đã từng nghe đến PPP đều

nhận thức rất đúng về hình thức PPP, trong tổng số 172 đối

tượng biết đến PPP, có 137 đối tượng (79,7%) nhận thức

đúng về PPP, xem “PPP là hình thức đầu tư được thực hiện

trên cơ sở hợp đồng giữa cơ quan Nhà nước có thẩm quyền

và nhà đầu tư, doanh nghiệp dự án để thực hiện, quản lý,

vận hành dự án kết cấu hạ tầng, cung cấp dịch vụ công”; số

rất ít - 35 đối tượng, chiếm 18,6% cho rằng “PPP là hình

thức xã hội hóa hay đơn thuần là sự phối hợp giữa Nhà

nước và nhà đầu tư để thực hiện dự án”, 1,7% xác nhận

chưa nhận thức chính xác PPP là gì.

5.3. Mức độ nhận thức đủ về PPP tại Đà Nẵng

Hầu hết 172 đối tượng đã nghe đến PPP, chủ yếu biết

đến 3 loại hợp đồng phổ biến của PPP như BOT (163 đối

tượng biết), BT (152 đối tượng biết đến), một số rất ít biết

đến loại hợp đồng nhượng quyền khai thác và hợp đồng

xây dựng – chuyển giao – kinh doanh (BTO), đa số không

biết đến các hình thức hợp đồng còn lại của hình thức PPP

như BOO, BTL, BLT, DBFO, O&M,…

Hầu hết đối tượng đã từng nghe đến PPP đều cho rằng,

PPP là hính thức rất quan trọng (50 đối tượng) và quan

trọng đối với sự phát triển của Đà Nẵng (119 đối tượng),

số rất ít - chỉ có 3 đối tượng cho rằng PPP không quan trọng

hoặc không biết. Do vậy, hầu hết các đối tượng có mong

muốn nhận thông tin liên quan đến dự án PPP Đà Nẵng (có

160 đối tượng, chiểm 93,02%) với mục đích muốn đầu tư

và muốn tìm hiểu để biết (155 đối tượng).

Hầu hết đối tượng được khảo sát đã từng nghe đến PPP

đều biết ít (102 đối tượng), hay biết rất ít (24 đối tượng),

hoặc không biết gì (8 đối tượng) đến các văn bản pháp quy

liên quan đến hình thức PPP; chỉ có 34 đối tượng biết nhiều

và 4 đối tượng biết rất nhiều về PPP.

Mặt khác, hầu hết đối tượng khảo sát đã từng nghe đến

PPP đều cho rằng hiệu quả kinh tế xã hội là yếu tố quan trọng

nhất trong quá trình đầu tư theo hình thức PPP trong đầu tư

CSHTKT tại Đà Nẵng (có 142 đối tượng chọn yếu tố này),

bên cạnh đó, hiệu quả tài chính được xem là yếu tố quan

trọng thứ hai (có 92 đối tượng), các yếu tố còn lại như cơ cấu

nguồn vốn, chia sẻ rủi ro và thời gian chuyển nhượng ít được

biết đến trong quá trình đầu tư theo PPP tại Đà Nẵng.

Như vậy, nhìn chung, qua số liệu khảo sát các đối tượng

(200 đối tượng được khảo sát), tác giả nhận thấy rằng, mặc

dù PPP trong đầu tư CSHTKT theo hình thức PPP tại Đà

Nẵng được xem là hình thức đầu tư rất quan trọng, hiện đang

có nhu cầu biết và đầu tư khá cao, tuy nhiên, nhận thức về

PPP tại Đà Nẵng trong đầu tư CSHTKT lại rất hạn chế, hầu

hết đối tượng được khảo sát mới chỉ nhận thức được đúng

khái niệm về PPP, còn những văn bản và quy định liên quan

đến PPP lại không biết, biết rất ít hoặc ít (có 136 đối tượng,

chiếm 79,1%). Hơn nữa, nhận thức về yếu tố quan trọng cần

phải quan tâm trong dự án PPP đầu tư CSHTKT còn chưa

biết đến nhiều. Điều này chứng tỏ nhận thức về PPP trong

đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng còn chưa được đầy đủ.

5.4. Mức độ nhận thức về quản trị rủi ro và mức độ thực

hiện quản trị rủi ro dự án PPP trong đầu tư CSHTKT Đà

Nẵng

Hầu hết đối tượng được khảo sát đẽ từng nghe đến PPP

đều biết ít (73 đối tượng), biết rất ít (37 đối tượng) hoặc không

biết (3 đối tượng) đến những rủi ro trong quá trình thực hiện

dự án PPP; chỉ có 58 đối tượng biết nhiều và 1 đối tượng biết

rất nhiều về những rủi ro trong quá trình thực hiện dự án PPP.

Vấn đề chia sẻ rủi ro có rất ít đối tượng quan tâm và

biết đến trong quá trình thực hiện dự án PPP Đà Nẵng (chỉ

có 45 đối tượng biết trong tổng số 172 đối tượng đã từng

nghe đến PPP).

Mặt khác, trong tổng số 31 chuyên gia được phóng vấn

tại Đà Nẵng về quản trị rủi ro và mức độ thực hiện quản trị

rủi ro các dự án PPP đầu tư CSHTKT, hầu hết cho rằng rủi

ro chỉ được xác định khi dự án có gặp vấn đề về rủi ro, rủi

ro xuất hiện ở giai đoạn do bên nào quản lý thì bên đó chịu

trách nhiệm xử lý, phần lớn các rủi ro không được dự tính

trước và không được phân bổ ngay từ đầu, tất cả các dự án

BT thì hầu như rủi ro đều phân bổ cho nhà đầu tư.

Như vậy, qua kết quả điều tra này, tác giả nhận thấy,

thực trạng nhận thức đầy đủ về PPP tại Đà Nẵng là nguyên

nhân khách quan khiến cho nhận thức về quản trị rủi ro và

mức độ thực hiện quản trị rủi ro tại Đà Nẵng còn chưa đúng

đắn và còn nhiều hạn chế, bị động. Đó chính là nguyên

nhân khiến cho rất nhiều dự án PPP tại Đà Nẵng hiện chưa

được triển khai và hiện thực hóa được trong thực tế.

6. Đề xuất giải pháp nâng cao nhận thức về quản trị rủi ro

và nâng cao mức độ thực hiện quản trị rui ro trong các dự

án đầu tư CSHTKT theo hình thức PPP tại Đà Nẵng

Giải pháp 1: Nâng cao nhận thức về PPP, nhận thức về

quản trị rủi ro dự án PPP tại Đà Nẵng. Đà Nẵng cần có giải

pháp tăng cường công tác tuyên truyền rộng rãi trên các

phương tiện thông tin đại chúng, tăng cường công tác bồi

dưỡng, mở các lớp đào tạo về PPP, tổ chức nhiều các hội

thảo, hội nghị, tập huấn về PPP.

Giải pháp 2: Nâng cao năng lực thực hiện dự án PPP

cho các nhà đầu tư. Trong số những người đã từng nghe

đến PPP chỉ có 63 người (chiếm 36,6%) đã từng tham gia

dự án PPP (có 33 người tham gia 1 dự án, 25 người tham

gia 3-5 dự án và 5 người tham gia trên 3 dự án), còn 109

người chưa bao giờ tham gia dự án PPP Đà Nẵng (chiếm

63,4%). Đó có thể là nguyên nhân làm cho nhận thức về

PPP, nhận thức về quản trị rủi ro và mức độ quản trị rủi

ro trong dự án PPP đầu tư CSHTKT Đà Nẵng còn nhiều

hạn chế. Do vậy, Đà Nẵng cần tạo điều kiện về năng lực

cho nhà đầu tư thông qua cơ cấu góp vốn của thành phố

(thành phố góp vốn nhiều hơn quy định) hoặc có nhiều

chính sách ưu đãi, hỗ trợ cho nhà đầu tư, nhằm khuyến

khích nhiều nhà đầu tư mạnh dạn đầu tư vào dự án PPP.

Giải pháp 3: Nâng cao mức độ quan tâm hơn nữa đối

với các dự án PPP. Theo số liệu khảo sát, có 90 đối tượng

(hơn 50%) cho rằng PPP ở Đà Nẵng chưa được quan tâm

đúng mức. Do vậy, thành phố cần có chính sách ưu tiên, có


giải pháp hỗ trợ, tăng cường công tác tuyên truyền, vận

động để thu hút nhà đầu tư tư nhân tham gia vào dự án PPP

đầu tư CSHTKT, nhằm giải quyết vấn đề khó khăn về vốn

trong đầu tư CSHTKT hiện nay của thành phố.

Giải pháp 4: Đơn giản hóa các văn bản pháp quy hiện

hành của Nhà nước, cụ thể hóa thành văn bản riêng, áp

dụng, hướng dẫn sử dụng cho PPP tại Đà Nẵng nhằm tạo

điều kiện cho PPP tại Đà Nẵng được thực hiện thuận lợi,

dễ nhận thức và triển khai.

Giải pháp 5: Nâng cao năng lực thẩm định các dự án PPP

đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng nhằm mục đích nâng cao hiệu

quả của các dự án, nâng cao nhận thức đối với yếu tố quan

trọng cần được quan tâm trong thẩm định, cần quan tâm xem

xét vấn đề quản trị rủi ro trong quá trình thực hiện dự án PPP,

góp phần giảm thiểu rủi ro trong các dự án PPP, tạo sự an

tâm, đồng thời kích thích nhu cầu đầu tư cho các nhà đầu tư.


7.1. Kết luận

Dựa vào kết quả nghiên cứu khảo sát, tác giả đã cho

thấy thực trạng hiện nay về nhận thức của các bên liên quan

về PPP, về quản trị rủi ro và mức độ thực hiện quản trị rủi

ro các dự án PPP trong đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng. Qua

đó cho thấy những vấn đề đang còn tồn tại trong việc thực

hiện dự án PPP tại Đà Nẵng mà thành phố cần có giải pháp

khắc phục. Đồng thời, tác giả cũng đã đề xuất được nhóm

giải pháp phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình

thực hiện dự án PPP đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng. Kết quả

nghiên cứu góp phần hiện thực hóa các dự án PPP tại Đà

Nẵng, nâng cao nhận thức cho các bên có liên quan về vai

trò của công tác quản trị rủi ro trong các dự án PPP trong

đầu tư CSHTKT.

7.2. Kiến nghị

Rủi ro là yếu tố không thể không xảy ra trong quá trình

thực hiện dự án CSHTKT theo hình thức PPP, do vậy, Nhà

nước, nhà đầu tư và các tổ chức tín dụng cho vay cần phải

quan tâm nhiều hơn và tích cực nghiên cứu vấn đề rủi ro

trong dự án PPP đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng, nhằm làm

tăng hiệu quả của dự án, thúc đẩy nhu cầu đầu tư. Muốn vậy:

+ Thành phố cần nâng cao nhận thức về PPP và nhận

thức quản trị rủi ro trong dự án PPP cho các đối tượng có

liên quan đến dự án PPP trong đầu tư CSHTKT tại Đà Nẵng.

+ Cần nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng quy trình, giải

pháp giảm thiểu rủi ro trong dự án PPP tại Đà Nẵng.

+ Tăng cường và chú trọng hoạt động thu thập, tích lũy

số liệu liên quan đến rủi ro, quản trị rủi ro trong quá trình

thực hiện dự án, nhằm phục vụ công tác quản trị rủi ro một

cách có hiệu quả.


[1] Bakatjan, S., Arikan, M., Tiong, R.L.K., “Optimal capital structure

model for BOT power projects in Turkey”, Journal of Construction

Engineering and Management, 129 (1), 2003, pp. 89–97.

[2] Ho, S.P., “Model for financial renegotiation in public–private

partnership projects and its policyimpl ications: Game theore

ticview”, Journal of Construction Engineering and Management, 132 (7), 2006, pp. 678–688.

[3] Huỳnh Thị Thúy Giang, Hình thức hợp tác công-tư (public private

partnership) để phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ Việt Nam,

Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Kinh tế Thành phố Hồ Chí Minh, 2010.

[4] Nguyễn Văn Châu, Nghiên cứu quản lý rủi ro kỹ thuật trong thi công

công trình giao thông đường bộ ở Việt Nam, Luận án tiến sỹ kinh tế,

Trường Đại học Giao thông Vận tải, 2016.

[5] Nguyễn Hồng Thái, “Kinh nghiệm quản lý mô hình PPP trong phát

triển mạng lưới giao thông đường bộ có thu phí của một số nước

nhằm rút ra bài học cho Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường Đại học Giao thông Vận tải, 2008.

[6] Ngô Thế Vinh, Nghiên cứu ứng dụng hình thức đối tác công tư trong

quản lý đầu tư xây dựng công trình giao thông đô thị, Luận án tiến

sỹ, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, 2015.

[7] Nguyễn Văn Châu, Bùi Ngọc Toàn & Nguyễn Quang Phúc, “Đo

lường mức độ rủi ro kỹ thuật trong xây dựng công trình giao thông

đường bộ ở Việt Nam bằng phương pháp F-AHP”, Tạp chí Giao

thông Vận tải, số tháng 9, 2015, ISSN 2354-0818, trang 49-52.

[8] Nguyễn Hồng Thái, “Quy trình quản lý rủi ro trong đầu tư phát triển

cơ sở hạ tầng giao thông”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường Đại học Giao thông Vận tải, 2008.

[9] Nguyễn Thị Hồng Minh, Quản lý nhà nước đối với dự án đầu tư theo

hình thức đối tác công tư trong xây dựng hạ tầng giao thông đường bộ tại Việt Nam, Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Kinh tế Quốc dân,

Hà Nội, 2016.

[10] Nguyễn Thị Ngọc Huyền và Lê Hồng Minh, “Phát triển hình thức

đối tác công tư trong đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông đường

bộ Việt Nam”, Tạp chí Kinh tế và Phát triển, số 168, 2011, trang 3-7.

[11] Subprasom, K., Chen, A., “Effects of regulation on highway

pricing and capacity choice of a build – operate – transfer

scheme”, Journal of Construction Engineering and Management, 133(1), 2007, pp. 64–71.

[12] Thomas, A.V., Kalidindi, S.N., Ganesh, L.S., “Modelling and

assessment of critical risks in BOT road projects”, Construction

Management and Economics, 24 (4), 2006, pp. 407–424.

[13] Thân Thân Sơn, Nghiên cứu phân bổ rủi ro trong hình thức hợp tác

công tư phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ Việt Nam,

Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2016.

[14] Wibowo, A., “Valuing guarantees in a BOT infrastructure project”,

Engineering, Construction and Architectural Management, 11(6), 2004, pp. 395-403.

[15] Zhang, G.M., Zou, P.X.W., “Fuzzy analytical hierarchy process risk

assessment approach for joint venture construction projects in

China”, Journal of Construction Engineering and Management, 133

(10), 2007, pp. 771–779.



TỐI ƯU THỜI GIAN – CHI PHÍ XEM XÉT TRÁCH NHIỆM MÔI TRƯỜNG

TRONG CÁC DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG

TIME – COST OPTIMIZATION PROBLEM CONSIDERING ENVIRONMENTAL

RESPONSIBILITIES IN ROAD CONSTRUCTION PROJECTS

Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Mối quan hệ giữa thời gian và chi phí trong xây dựng là một trong những quyết định quản lý dự án quan trọng. Trong xu thế phát triển bền vững, các dự án xây dựng được khuyến khích xem xét chi phí môi trường bên cạnh các chi phí truyền thống. Nghiên cứu này trình bày mô hình toán tối ưu thời gian – chi phí có xem xét đến trách nhiệm môi trường và xây dựng quy trình ứng dụng thuật toán di truyền để giải quyết bài toán tối ưu. Thông qua ví dụ dự án Quốc lộ 20 qua địa phận tỉnh Lâm Đồng, mô hình nghiên cứu được minh họa và được kiểm tra độ nhạy, độ tin cậy nhằm đảm bảo tính ổn định của mô hình. Kết quả nghiên cứu đã hỗ trợ cho các nhà thầu lựa chọn giải pháp thi công thỏa mãn mục tiêu tiến độ và chi phí dự án trong khi vẫn thực hiện nghĩa vụ môi trường.

Abstract - The relationship between time and cost in construction is one of important project management decisions. In the trend of sustainable development, construction projects are encouraged to consider environmental costs in addition to conventional construction costs. This study presents the time-cost optimization model considering environmental responsibilities, and develops a procedure of applying genetic algorithms to solving the optimal problem. Through the case of Highway No.20 project across Lam Dong province, the proposed research model has demonstrated and tested the sensitivity, confidence level ensuring the validation of the model. The study results support contractors in selecting effective construction solutions optimizing the project schedule and costs while still fulfilling the environmental obligations.

Từ khóa - thuật toán di truyền; thời gian; chi phí; môi trường; đường giao thông.

Key words - genetic algorithms; time; cost; environment; road.


Trong nền kinh tế thị trường, việc rút ngắn thời gian

cũng như chi phí của các dự án là một nhu cầu tất yếu và

ngày càng phổ biến. Mối quan hệ giữa tiến độ và chi phí

trong dự án xây dựng được là quyết định đánh đổi quan

trọng nhất trong quản lý dự án xây dựng. Trong bài toán

đánh đổi thời gian – chi phí trong dự án xây dựng truyền

thống, tổng chi phí của dự án bao gồm cả chi phí trực tiếp

và chi phí gián tiếp. Chi phí trực tiếp cho dự án bao gồm

chi phí vật liệu, nhân công, thiết bị, và chi phí cho các nhà

thầu phụ. Chi phí gián tiếp là những chi phí phục vụ chung

cho toàn dự án. Nếu mỗi hoạt động được lập tiến độ trong

khoảng thời gian mà chi phí trực tiếp tối thiểu, thì theo cách

này, thời gian để hoàn thành toàn bộ dự án có thể bị kéo rất

dài. Do đó, các nhà lập kế hoạch cần phân tích đánh đổi

thời gian – chi phí để rút ngắn thời gian dự án.

Ngày nay, các ngành công nghiệp, trong đó có ngành xây

dựng, ngày càng có nhiều nỗ lực trong việc xem xét yếu tố

môi trường trong tất cả các hoạt động sản xuất và quản lý.

Trong những nằm gần đây, cộng đồng quốc tế đã và đang có

những tiến bộ trong việc giảm thiểu các hoạt động gây ra sự

biến đổi khí hậu toàn cầu, và vì thế nhiều giới hạn nghiêm ngặt

đã được áp dụng để giảm lượng cacbon trên Trái Đất (IPCC,

2007). Ngành xây dựng cũng đã bắt đầu xem xét đánh giá

lượng phát thải khí nhà kính để đánh giá tính khả thi và ưu tiên

của các dự án một cách bền vững (Holton, Glass, và Price,

2010). Tuy nhiên, trong các lĩnh vực của ngành xây dựng thì

đa số nghiên cứu và nỗ lực quốc gia đều tập trung vào đánh

giá lượng phát thải khí nhà kính từ các tòa nhà.

Theo báo cáo của Đại học Washington trong bộ tiêu chí

“Greenroads” năm 2011 về các tiêu chuẩn được ghi nhận

công trình xanh đối với đường giao thông, tại Hoa Kỳ, năng

lượng tiêu thụ cho một dặm đường bằng mức tiêu thụ của

50 hộ gia đình trong cùng một năm. Vào năm 2008, Hoa

Kỳ có khoảng 8,5 triệu dặm làn đường bê tông nhựa và

khoảng 600.000 chiếc cầu, tiêu tốn hơn 25% tổng năng

lượng tiêu thụ trên toàn Hoa Kỳ trong cả năm 2005

(Muench, 2011). Ngành công nghiệp xây dựng chịu trách

nhiệm lớn cho lượng phát thải khí GHGs toàn cầu, ví dụ

như giao thông, do sự phụ thuộc vào việc tiêu thụ nhiên

liệu hóa thạch để chuyển thành năng lượng vận hành các

thiết bị thi công. Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch tạo ra

khí CO2 trong không khí – là thành phần có hại nhất trong

khí nhà kính. Việc gây ra khí nhà kính từ các thiết bị xây

dựng là lớn hơn nhiều về tỷ lệ phát thải trung bình so với

các phương tiện giao thông vận tải, do sự khác nhau về loại

nhiên liệu, kỹ thuật động cơ và công suất máy (UW, 1997).

Đối với những dự án xây dựng hạ tầng giao thông thì việc

vận hành các thiết bị xây dựng trên công trường tạo ra phần

lớn lượng phát thải khí nhà kính của dự án. Chủng loại, tuổi

thọ và công suất thiết bị cũng như loại nhiêu liệu sử dụng

để vận hành máy ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ phát thải tạo

ra (Avetisyan, 2010). Vì tính phức tạp của đặc thù kỹ thuật

các công tác, việc lựa chọn các máy móc thiết bị cần được

xem xét cẩn thận hơn nhằm giảm thiểu khí thải từ dự án.

Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất xem xét chi phí

môi trường bên cạnh các chi phí xây dựng truyền thống

trong tổng chi phí của dự án. Nghiên cứu tính toán chi phí

môi trường dựa trên mức thuế môi trường mà các doanh

nghiệp phải đóng cho chính phủ các quốc gia do việc tiêu

thụ nhiên liệu hóa thạch vào quá trình sản xuất. Bên cạnh

việc xác định thời gian và chi phí xây dựng truyền thống,

nghiên cứu này phát triển mô hình tính toán lượng khí nhà

kính tạo ra từ quá trình sử dụng năng lượng hóa thạch trong

quá trình thi công dự án xây dựng. Từ đó, chi phí thuế môi

trường sẽ được tính toán dựa trên lượng khí thải vừa được

xác định. Nghiên cứu đề xuất áp dụng thuật toán di truyền

96 Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức

để lựa chọn được phương án thi công vừa đáp ứng yêu cầu

tiến độ vừa tối thiểu được chi phí dự án. Ngoài ra, nghiên

cứu áp dụng trường hợp của Quốc lộ 20 qua địa phận tỉnh

Lâm Đồng làm ví dụ minh họa.

2. Kết quả nghiên cứu

2.1. Khái quát nội dung liên quan

2.1.1. Tổng quan về vấn đề đánh đổi thời gian – chi phí

trong xây dựng

Đã có nhiều phương pháp được đề xuất để giải quyết

các vấn đề đánh đổi thời gian – chi phí trong xây dựng.

Nhìn chung, các phương pháp này được phân ra thành 03

nhóm: nhóm phương pháp toán học, nhóm phương pháp

tìm kiếm (heuristic) và nhóm meta-heuristic. Phương pháp

lập trình toán học chuyển đổi các vấn đề đánh đổi thời gian

– chi phí (Time – Cost Trade-off Problem – TCTP) thành

các mô hình toán học. Do đó, phương pháp này tốn nhiều

thời gian và khó khăn cho các nhà lập kế hoạch tiến độ xây

dựng áp dụng trong thực tế, vì những người này không có

vốn kiến thức toán học chuyên sâu. Theo phương pháp tìm

kiếm (heuristic), tất cả các công tác của một dự án được

nhóm theo những sự kết hợp khả dĩ và lên tiến độ cho tất

cả các công tác trong các nhóm được chọn để tối thiểu thời

gian dự án. Giới hạn của phương pháp heuristic là tùy thuộc

vào loại vấn đề, dẫn đến việc khó áp dụng vào các dự án

tương tự. Những phương pháp meta-heuristic khác nhau đã

được nghiên cứu để giải quyết TCTP. Những phương pháp

này bao gồm: thuật toán di truyền (GA), thuật toán bầy đàn,

thuật toán tiến hóa vi phân, … Trong đó, thuật toán di

truyền (genetic algorithm – GA) được áp dụng khá phổ

biến. Nhìn chung, GA dựa trên cơ chế tìm kiếm ngẫu nhiên,

vì thế nó có thể giải quyết nhiều vấn đề tối ưu khác nhau

bằng cách tìm kiếm không gian giải pháp lớn hơn.

2.1.2. Tổng quan tác động môi trường của các phương án

thi công đường giao thông

Vấn đề phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lượng khí

thải của các máy móc – thiết bị xây dựng cũng được nhiều

tác giả nghiên cứu. Rasdorf và cộng sự (2012) đã đánh giá

việc sử dụng nhiên liệu trên công trường và khí thải gây ra

từ một dự án thương mại. Trong số 28 công tác được xem

xét trong nghiên cứu này, có 4 công tác đào đất sử dụng

máy ủi và máy đào thủy lực được xác định là nguyên nhân

gây ra khí thải nhiều nhất (Rasdorf, Lewis, Marshall,

Arocho, & Frey, 2012). Việc đánh giá 2 dự án xây dựng

cao tốc tại Hàn Quốc chỉ ra rằng, các máy đào đất tạo ra

lượng khí thải lớn nhất trong suốt quá trình xây dựng

(>90%), tiếp đến là ô tô tự đổ, máy ủi và máy xúc (Kim,

Lee, Park, & Kim, 2012a, 2012b). Carmichael và cộng sự

(2012) đã nghiên cứu về việc sử dụng năng lượng, khí thải

cacbon và chi phí xây dựng của các công tác đào đất phục

vụ xây dựng một bãi đỗ xe ngầm. Nghiên cứu cho rằng khí

thải tạo ra từ các công tác đất cao gấp 10 lần so với công

tác bê tông. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng các

máy đào và ô tô chở đất loại mới có thể giảm lần lượt 20%

và 6% khí thải (Carmichael, 2012). Marshall và cộng sự

(2012) đã phát triển một phương pháp liên kết các công tác

xây dựng với khí thải và ghi nhận ảnh hưởng của loại động

cơ, việc phân loại thiết bị, loại thiết bị và năng suất đến khí

thải gây ra bởi việc sử dụng thiết bị. Nghiên cứu này cũng

cho rằng việc đào đất với khối lượng lớn gây ra tỷ lệ khí

thải lớn nhất so với các công tác xây dựng còn lại

(Marshall, Rasdorf, Lewis, & Frey, 2012).

2.2. Phát triển mô hình

Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển mô hình giúp

các nhà thầu lựa chọn phương án thi công tối ưu tiến độ và chi

phí dự án, trong đó có xem xét trách nhiệm môi trường thông

qua phần chi phí thuế môi trường phải trả dựa trên lượng khí

thải tạo ra từ hoạt động thi công. Vì thế, bài toán tối ưu có hai

hàm mục tiêu chính là: thời gian hoàn thành và tổng chi phí

của dự án. Các hàm số toán học của các mục tiêu, các biến

quyết định và ràng buộc của các biến được mô tả như sau:

2.2.1. Các biến quyết định

Trong các dự án xây dựng có mức độ cơ giới hóa cao

như các dự án xây dựng công trình giao thông, thời gian thực

hiện các công tác phụ thuộc vào loại máy, số lượng và mức

độ sử dụng thời gian hiệu quả của máy móc và thiết bị thi

công (Peurifoy, 2002). Nghiên cứu này xem xét loại máy và

số lượng máy là những yếu tố quyết định đến các mục tiêu

nghiên cứu. Vì độ phức tạp trong tính toán cũng như trong

thu thập, phân tích dữ liệu về mức độ sử dụng thời gian hiệu

quả tại công trường, nghiên cứu chưa phân tích yếu tố này

như là biến ảnh hưởng đến thời gian thực hiện dự án.

(1) Loại tổ máy: bao gồm các loại thiết bị - máy móc khác

nhau (năng suất làm việc, đơn giá, định mức tiêu hao nhiên

liệu khác nhau) với tỷ lệ số lượng giữa các máy đảm bảo yêu

cầu kỹ thuật, ví dụ tỷ lệ số lượng ô tô tự đổ tương ứng với 01

máy đào nhằm đảm bảo không có thời gian chờ và phù hợp

với đặc điểm kỹ thuật của máy. Vì năng suất máy ảnh hưởng

đến thời gian thực hiện công tác, nên năng suất tổ máy trở

thành biến quyết định trong mô hình nghiên cứu này.

(2) Số lượng tổ máy để thực hiện công tác phụ thuộc

vào số lượng máy móc thiết bị sẵn có của nhà thầu.

Sự kết hợp hai biến quyết định này tạo ra các phương

án để thực hiện các công tác trong dự án.

2.2.2. Các hàm mục tiêu

Mục tiêu 1: Tối thiểu thời gian hoàn thành dự án

minpT

max( ) max( )p i iiST F D với 1,i Q (1)

Trong đó:

Q là số lượng công tác trong dự án; iS là thời điểm bắt

đầu công tác i; iF là thời điểm kết thúc công tác i;

iD (ngày) là thời gian hoàn thành công tác i:

.i i id wD (2)

Với iw là khối lượng công tác i,

id (ngày/đơn vị khối

lượng công tác) là thời gian cần thiết để thực hiện một đơn

vị khối lượng công tác i.

- Nếu thời gian thực hiện công tác i phụ thuộc vào việc

vận hành máy thi công k, thì k

i id d , với k

id được xác định

qua công thức sau: k

k i

ki

i

Pd

N

(3)


Trong đó, ,kk

i iNP lần lượt là năng suất và số lượng tổ

máy k thực hiện công tác i.

- Nếu công tác i không có mức độ cơ giới hóa cao, thời

gian thực hiện công tác i phụ thuộc vào hiệu suất làm việc

của nhân công. Nói cách khác, quan hệ giữa di và hai biến

quyết định là quan hệ rời rạc.

Mục tiêu 2: Tối thiểu tổng chi phí dự án

minpC

envip D ITaxC C C (4)

Trong đó, pC là tổng chi phí để hoàn thành dự án,

DC là

chi phí trực tiếp, IC là chi phí gián tiếp,

enviTax là thuế môi

trường do việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất.

1

QM L E

D i i ii

C C C C

(5)

với CM

i, C

L

i, E

iC lần lượt là chi phí phí vật liệu, chi phí

nhân công, chi phí máy thi công để thực hiện công tác i; được

xác định lần lượt theo các công thức (6), (7), (8) như sau:

MwC ii

M

i. (6)

với iM là chi phí vật liệu để thực hiện một đơn vị khối lượng

công tác i; iM không phụ thuộc vào thời gian thực hiện công

tác i, hay nói cách khác quan hệ giữa iM và k

id là rời rạc.

LwC ii

L

i. (7)

với iL là chi phí nhân công để thực hiện một đơn vị khối

lượng công tác i.

- Nếu thời gian thực hiện công tác i phụ thuộc vào hoạt

động máy thi công k thì iL không phụ thuộc vào thời gian

thực hiện công tác i. Nói cách khác, quan hệ giữa iL và

id

là quan hệ rời rạc.

- Nếu việc thực hiện công tác i phụ thuộc vào hoạt động

của nhân công thì ( )i i

f dL .

. . . .

k

E k k ki

ki ii i i i

i

PC w d wR R

N (8)

với k

iR là chi phí cho một ngày làm việc của tổ máy k được

chọn để thực hiện công tác i (đơn vị là VNĐ/ngày).

TCC pIb.

0 (9)

với 0C là chi phí chuẩn bị ban đầu để triển khai thi công

dự án; b là chi phí chung trung bình cho một ngày làm việc

của nhà thầu.

.envi p

cTax GHG (10)

Trong đó, c là đơn thuế môi trường trên một đơn vị CO2e

tạo ra trong quá trình sản xuất. Tại một số quốc gia, người ta

còn gọi là chi phí cacbon (carbon price) hoặc là thuế cacbon

(carbon tax). Mức thuế suất này là khác nhau giữa các quốc

gia. Tại Việt Nam, Conxhead vaf cộng sự (2013) đã nghiên

cứu về thuế cacbon tại Việt Nam dựa trên những chính sách

thuế môi trường do việc tiêu thụ các nhiên liệu hóa thạch để

tạo ra năng lượng (Coxhead, Wattanakuljarus, & Nguyen,

2013). Theo nghiên cứu này, các tác giả đã tính toán và tổng

hợp chi phí cacbon được đánh vào mỗi kg CO2e cho từng

loại nhiên liệu như Bảng 1.

Bảng 1. Chi phí thuế môi trường cho 1kg CO2e tại Việt Nam

(Coxhead và cộng sự, 2013)

Loại nhiên liệu Than Diesel Gasoline

USD/tấn-CO2e 0,71 20 47

1

. .Q

kk

iP i ii

GHG w GHGP

(11)

Trong đó, PGHG là tổng lượng khí thải từ dự án (đơn vị

kg CO2e), k

iGHG là khí thải tạo ra từ việc sử dụng tổ máy k

để thực hiện công tác i trong một ngày làm việc, được xác

định qua công thức sau:

.k

k

i

i

u uu

F EFGHG

(12)

với u là số loại nhiên liệu mà tổ máy k sử dụng để thực hiện

công tác i; uF là mức tiêu hao nhiên liệu loại u để thực

hiện công tác i trong một ngày làm việc của tổ máy k. Dữ

liệu về uF có thể được tra cứu trong catalogue kỹ thuật

của các loại thiết bị thi công. uEF là hệ số chuyển đổi khí

thải theo loại nhiên liệu được sử dụng để vận hành máy

(Bảng 2).

Bảng 2. Hệ số chuyển đổi khí thải từ năng lượng (EPA, 2011)

Loại năng lượng Đơn vị Kg-CO2e/l, kWh

Diesel Lit 2,663

Điện kWh 0,7

Như vậy, công thức (10) trở thành:

1

. . . .k

Qk

ienvi ii

i

cu u

uF EFTax w P

(13)

2.2.3. Các ràng buộc

Bài toán nghiên cứu có các ràng buộc sau đây:

(1) Ràng buộc giới hạn biến năng suất của tổ máy k

iP

min max

k k k

i i iP P P với 1,i Q (14)

(2) Ràng buộc giới hạn số lượng tổ máy k

iN :

max

1k k

i iN N với 1,i Q (15)

(3) Ràng buộc về thời gian bắt đầu của công việc đầu tiên:

Để đơn giản, nghiên cứu này giả định thời điểm bắt đầu

công việc đầu tiên sẽ bắt đầu ngay từ mốc 0:

10S (16)

(4) Ràng buộc về quan hệ trước sau giữa các công tác:

Nếu là quan hệ kết thúc – bắt đầu (Finish to Start):

PtSlagdS iittt ;

,

(17)

Nếu là quan hệ bắt đầu – bắt đầu (Start to Start):

,

;t it i

t PlagS S (18)


Trong đó {P} là tập hợp các công tác liền trước công

tác i; lagt,i (đơn vị: ngày) là thời gian khởi muộn giữa công

tác i và công tác t.

(5) Điều kiện biên:

0k k

i iP P ; (19)

0k k

i iN N (20)

2.2.4. Ứng dụng thuật toán di truyền để giải quyết bài toán

nghiên cứu

Mô hình tối ưu hóa được đề xuất trong nghiên cứu này

được thực hiện thông qua 3 giai đoạn sau: (1) Giai đoạn

khởi tạo nhằm tạo ra một tập hợp các phương án ban đầu;

(2) Tính toán giá trị của các hàm mục tiêu về tiến độ và

tổng chi phí dự án; (3) Thực hiện các kỹ thuật tối ưu hóa

bằng thuật toán di truyền (lựa chọn, bắt chéo, đột biến để

tạo các “quần thể con cái” và so sánh, lựa chọn phương án

tối ưu). Ba giai đoạn này được mô tả thông qua Hình 1 và

được giải thích như sau:

Giai đoạn 1: Khởi tạo

Mục tiêu giai đoạn này là khởi động quy trình tối ưu

hóa theo mô hình nghiên cứu, với 3 nhiệm vụ cụ thể:

Đọc dữ liệu dự án cần thiết cho quá trình tối ưu. Các

thông số dự án bao gồm: (1) Số công tác trong dự án; (2)

Khối lượng từng công tác; (3) Quan hệ trước sau giữa các

công tác; (4) Thời gian khởi muộn giữa các công tác; (4)

Số loại tổ máy khác nhau cho từng công tác; (5) Các thông

số kinh tế - kỹ thuật theo loại tổ máy: năng suất, định mức

tiêu hao nhiên liệu, chi phí vận hành tổ máy trong một ngày

làm việc; (6) Các thông số kinh tế của dự án: chi phí vật

liệu cho một đơn vị khối lượng từng công tác, chi phí nhân

công cho một đơn vị khối lượng từng công tác; (7) Các

thông số yêu cầu để khởi tạo quần thể ban đầu: kích cỡ

chuỗi (số công tác), số thế hệ, kích thước quần thể, tỷ lệ bắt

chéo, tỷ lệ đột biến.

1. Tạo ngẫu nhiên các giải pháp s=1 cho quần thể đầu

tiên (P=1) ở thế hệ đầu tiên (g=1).

Giai đoạn 2: Tính toán các hàm mục tiêu

Xuất phát từ giải pháp s=1, quy trình thực hiện các thao tác:

1. Tính toán thời gian hoàn thành dự án;

2. Tính toán tổng chi phí dự án.

Giai đoạn 3: Tối ưu hóa các mục tiêu để tìm phương

án tối ưu

1. Hàm mục tiêu được đánh giá cho từng giải pháp s.

2. Kể từ s=2 trở đi, kết quả các hàm mục tiêu được so

sánh tương đối với nhau, thực hiện cho đến giải pháp cuối

cùng để tìm xếp hạng Pareto. Tập Pareto là tập hợp các giải

pháp mà được đảm bảo rằng không có giải pháp nào trội hơn.

3. Thực hiện tạo ra “quần thể con cái” bằng các kỹ

thuật: lựa chọn, bắt chéo, đột biến.

4. Đánh giá, so sánh các giải pháp ở “thế hệ con cái”

theo các tiêu chí của các hàm mục tiêu như ở bước 2 giai

đoạn này cho đến khi tất cả chuỗi trong quần thể là giống

nhau (hoặc đến khi một điều kiện dừng được thỏa mãn).

Hình 1. Mô hình áp dụng GA vào tối ưu hóa

thời gian – chi phí dự án

3. Nghiên cứu tình huống

3.1. Tổng quan về tình huống nghiên cứu

Bài báo sử dụng dữ liệu của gói thầu xây dựng mới 02km

đường Quốc lộ 20 qua địa phận tỉnh Lâm Đồng (km 189+00

đến km 191+00) để làm ví dụ minh họa cho mô hình nghiên

cứu. Dữ liệu của nghiên cứu được tổng hợp trong Bảng 3.

Tình huống nghiên cứu có 12 công tác cần thực hiện, kết hợp

với số phương án máy trung bình là 4,3 phương án, tạo ra

4,312 (khoảng 30 triệu giải pháp). Bảng 4 thể hiện nội dung

cũng như mối quan hệ giữa các công tác.

Bảng 3. Dữ liệu tình huống

Công

tác (i)

Năng suất

máy Số lượng

Khối lượng

Chi phí vật liệu

đơn vị

Chi phí vật liệu

đơn vị Chi phí máy/ngày

Khí thải /ngày

1 0,375 1-3 46,30 0 1.106.336 4.456.234 343,527

1 0,336 1-3 46,30 0 1.106.336 5.577.445 423,417

1 0,130 1-3 46,30 0 1.106.336 6.607.887 489,992

2 0,630 1-3 26,22 0 2.285.956 3.603.065 231,681

2 0,502 1-3 26,22 0 2.285.956 3.732.139 242,333

2 0,441 1-3 26,22 0 2.285.956 4.066.677 287,604

3 0,630 1-3 31,20 0 289.108 3.150.239 223,692

4 0,420 1-3 18,21 0 289.108 1.256.047 90,542

4 0,335 1-3 18,21 0 289.108 1.385.121 101,194

4 0,294 1-3 18,21 0 289.108 1.719.659 146,465

k

iPk

iN iw iM iLk

iRk

iGHG


5 0,665 1-3 22,38 0 0 9.710.103 860,149

5 0,558 1-3 22,38 0 0 13.668.646 1.081,178

5 0,515 1-3 22,38 0 0 15.644.456 1.240,958

6 1,725 1-3 15,76 47.438.934 823.847 9.050.701 625,805

7 0,665 1-3 16,11 0 0 9.710.103 860,149

7 0,558 1-3 16,11 0 0 13.668.646 1.081,178

7 0,515 1-3 16,11 0 0 15.644.456 1.240,958

8 1,500 1-3 11,35 51.030.512 902.308 9.030.726 479,340

9 0,196 1-3 63,04 1.646.837 64.008 4.285.321 258,311

9 0,132 1-3 63,04 1.646.837 64.008 4.581.578 252,985

10 0,245 1-3 63,22 14.859.924 561.000 7.973.808 359,505

11 0,196 1-3 63,04 709.965 64.008 4.285.321 258,311

11 0,132 1-3 63,04 709.965 64.008 4.581.578 252,985

12 0,229 1-3 63,04 11.545.386 407.000 7.973.808 359,505

Bảng 4. Quan hệ giữa các công tác

T

T Nội dung công việc

Công tác

liền trước

Lagt,i

(ngày)

1 Đào nền đường bằng máy - -

2 Đắp đất nền đường K95 1FS 0

3 Đắp đất K98 2FS 0

4 Lu lèn K95 3FS 0

5 Xúc, vận chuyển CPĐD từ bãi

trữ để rải lớp dưới, 2km

4SS 1

6 Làm móng CPĐD loại 2 lớp

dưới dày 25 cm.

4FS, 5FS 0

7 Xúc, vận chuyển CPĐD từ bãi

trữ để rải lớp trên, 2km

6SS 2

8 Làm móng cấp phối đá dăm loại

1 lớp trên dày 18 cm

6FS, 7FS 0

9 Tưới lớp dính bám 1,0 kg/m3 8FS 0

10 Rải thảm mặt đường BT nhựa

hạt trung, chiều dày mặt đường

đã lèn ép 7 cm

9FS 0

11 Tưới lớp dính bám 0,5 kg/m2 10FS 0

12 Rải thảm mặt đường BT nhựa

hạt mịn, chiều dày mặt đường

đã lèn ép 5 cm

11FS 0

3.2. Kết quả và bàn luận

Ứng với thông số của thuật toán GA (P=400,

Convergence=0.0001, Crossover rate=0.9, Mutation

rate=0.075), nghiên cứu này đã thực hiện 30 lần chạy để

kiểm tra độ nhạy và độ tin cậy của thuật toán. Đối với ví dụ

này, từ kết quả áp dụng tác giả nhận thấy rằng, mặc dù có sự

chênh lệch về kết quả các mục tiêu, nhưng đường găng của

dự án không đổi, cụ thể là {1-2-3-5-6-8-9-10-11-12}. Hình

2 thể hiện phân bố của mục tiêu thời gian và tổng chi phí ở

phương án tối ưu nhất cho mỗi lần chạy. Qua Hình 2, có thể

nhận thấy một cách tổng quát rằng sự phân bố của thời gian

và chi phí dự án cho 30 lần chạy mẫu là một phân phối gần

uniform. Bảng 5 thể hiện một số trị thống kê mô tả của thời

gian và chi phí dự án qua 30 lần chạy mẫu thuật toán.

Bảng 5. Các đại lượng thống kê mô tả của kết quả mục tiêu

trong tình huống nghiên cứu

Đại lượng Thời gian Chi phí

Mean 51,0 4.358.308.745

Standard Error 0,1 1.152.637

Median 51,0 4.356.483.159

Mode 51,0 4.355.219.090

Standard Deviation 0,3 6.313.254

Confidence Level (95%) 0,111 2.357.408

Hình 2. Phân bố kết quả mục tiêu thời gian và chi phí

của 30 lần chạy thuật toán

Từ Bảng 5 nhận thấy các đại lượng số trung bình, số

trung vị và số mode là gần bằng nhau. Điều này thể hiện

dữ liệu kết quả có tính tập trung. Ngoài ra, kết quả thống

kê của các lần chạy mẫu cho thấy 95% khoảng tin cậy của

thời gian là dao động trong phạm vị ±0,111 ngày và

±2.357.408 VNĐ so với các trị số trung bình.

Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng đã thực hiện kiểm tra độ

nhạy của thuật toán thông qua hai chỉ số thống kê là Sai số

bình phương ở dạng tuyệt đối (Root Mean Square Error –

RMSE) và ở dạng tương đối (Mean Absolute Percentage

Error – MAPE) theo công thức (21) và (22).

2

1

1 n

i i

i

RMSE x xn

(21)

1

1 ni i

i i

x xMAPE

n x

(22)

Đối với ví dụ này, hệ số RMSE của thời gian và chi phí

lần lượt là 0,29 ngày và 6.207.142 VNĐ; trong khi đó, hệ

số MAPE cho thời gian dự án là 0,29% và 0,09% đối với

chi phí. Như vậy, sai số tuyệt đối và tương đối của giá trị

thời gian và chi phí cho 30 lần chạy mẫu là chênh lệch rất

nhỏ so với trị trung bình của hai mục tiêu.



Một mô hình tối ưu hóa thời gian – chi phí có xem xét

đến trách nhiệm môi trường của dự án công trình giao

thông đã được xây dựng. Mô hình này được phát triển theo

3 giai đoạn chính: (1) Giai đoạn thiết lập các thông số đầu

vào của mô hình; (2) Giai đoạn tính toán giá trị các hàm

mục tiêu về thời gian dự án, chi phí dự án và lượng khí thải

ra từ dự án cho các giải pháp với nhau; (3) Giai đoạn áp

dụng các kỹ thuật của thuật toán di truyền để tìm kiếm giải

pháp tối ưu nhất cả ba mục tiêu. Ngoài ra, một ví dụ áp

dụng cũng đã được thực hiện với dữ liệu từ gói thầu xây

dựng 02 km Quốc lộ 20 qua địa phân tỉnh Lâm Đồng.

Vì thời gian thu thập dữ liệu và xử lý thuật toán giới

hạn, nghiên cứu này chỉ mới xem xét các phương án thi

công của dự án hoàn toàn cơ giới hóa cao. Điều này dẫn

đến quan hệ giữa thời gian và chi phí là gần như tuyến tính.

Trong tương lai, tác giả sẽ mở rộng nghiên cứu những ví

dụ dự án có cả các công tác cơ giới hóa hoàn toàn và cả các

công tác còn phụ thuộc vào nhân công trực tiếp, như là các

dự án nhà máy công nghiệp hoặc các dự án nhà khung thép

lắp ghép v.v… Ngoài ra, nghiên cứu cũng cần thể hiện sự

so sánh về tính chính xác và độ ổn định với một số thuật

toán khác như thuật toán bầy đàn hoặc thuật toán tiến hóa

vi phân đa mục tiêu.

Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường

Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, mã số B2016-

DDN02-09.


[1] Avetisyan, E. M. H. S. M. H., Tools to Support GHG Emissions

Reduction: A Regional Effort, Part 1 - Carbon Footprint Estimation and Decision Support, Maryland State Highway Administration,

2010.

[2] Burns, S. A., Liu, L., & Feng, C.-W., “The LP/IP hybrid method for

construction time-cost trade-off analysis”, Construction

Management and Economics, 14(3), 1996, pp. 265-276.

[3] Carmichael, D. G., Williams, E. H., and Kaboli, A. S., Minimum

Operational Emissions, Earthmoving Construction Research Congress, 2012.

[4] Coxhead, I., Wattanakuljarus, A., & Nguyen, C. V., “Are Carbon

Taxes Good for the Poor?, A General Equilibrium Analysis for

Vietnam”, World Development, 51, 2013, pp. 119-131.

[5] Hegazy, T., Shabeeb, A. K., Elbeltagi, E., & Cheema, T.,

(“Algorithm for Scheduling with Multiskilled Constrained

Resources”, Journal of Construction Engineering and Management, 126(6), 2000, pp. 414-421.

[6] Holton, I., Glass, J., & Price, A. D. F., “Managing for sustainability:

Findings from four company case studies in the UK precast concrete

industry”, Journal of Cleaner Production, 18(2), 2010, pp. 152-160.

[7] IPCC, IPCC Fourth assessment report: Climate change 2007,

Intergovernmental Panel on Climate Change. In I. P. o. C. Change (Ed.), 2007.

[8] Kim, B., Lee, H., Park, H., & Kim, H., “Framework for Estimating

Greenhouse Gas Emissions Due to Asphalt Pavement

Construction”, Journal of Construction Engineering and

Management, 138(11), 2012a, pp. 1312-1321.

[9] Kim, B., Lee, H., Park, H., & Kim, H., “Greenhouse Gas Emissions

from Onsite Equipment Usage in Road Construction”, Journal of Construction Engineering and Management, 138(8), 2012b, pp.

982-990.

[10] Lewis, P., and Hajji, A., Estimating the Economic, Energy, and

Environmental Impact of Earthwork Activities, Construction

Research Congress, 2012.

[11] Li, X., Zhu, Y., & Zhang, Z., “An LCA-based environmental impact

assessment model for construction processes”, Building and Environment, 45(3), 2010, pp. 766-775.

[12] Liu, L., Burns, S. A., & Feng, C.-W., “Construction Time-Cost Trade-

Off Analysis Using LP/IP Hybrid Method”, Journal of Construction

Engineering and Management, 121(4), 1995, pp. 446-454.

[13] Marshall, S. K., Rasdorf, W., Lewis, P., & Frey, H. C.,

“Methodology for Estimating Emissions Inventories for

Commercial Building Projects”, Journal of Architectural Engineering, 18(3), 2012, pp. 251-260.

[14] Moselhi, O., & El‐Rayes, K., “Scheduling of Repetitive Projects

with Cost Optimization”, Journal of Construction Engineering and Management, 119(4), 1993, pp. 681-697.

[15] Muench, S. T., Anderson, J. L., Hetfield, J. P., Koester, J. R., and

Soderlund, M. et al., Greenroads Manual v1.5, University of

Washington, 2011.



NHẬN THỨC CỦA CÁC BÊN LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC ĐÁP ỨNG

CÁC TIÊU CHUẨN CÔNG TRÌNH XANH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

INVESTIGATING THE AWARENESS OF STAKEHOLDERS IN MEETING SUSTAINABLE

CONSTRUCTION STANDARDS IN DANANG CITY

Nguyễn Quang Trung1, Trương Quỳnh Châu1, Phan Thị Như Quỳnh2, Trần Văn Thành2, Mạc Thị Vy2 1Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected], [email protected]

2Sinh viên 14KX, Khoa QLDA, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng;

[email protected], [email protected], [email protected]

Tóm tắt - Phát triển bền vững ngày càng được áp dụng rộng rãi và trở thành yêu cầu không thể thiếu trong các công trình xây dựng trên thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển. Và thực tế cho thấy, việc áp dụng các bộ tiêu chuẩn, các tiêu chí đánh giá về “công trình bền vững” tại Việt Nam hiện đang gặp nhiều khó khăn và thách thức, mà trong đó, tính phổ biến và nhận thức của người dân về tầm quan trọng của phát triển bền vững vẫn còn nhiều hạn chế. Bài báo này đề xuất một phương pháp nhằm tìm hiểu, xác định nhận thức của các bên liên quan đối với các nhân tố đánh giá công trình bền vững. Việc nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở thừa kế thành tựu từ những bài báo, nghiên cứu đi trước kết hợp với quá trình khảo sát thực tiễn, lấy ý kiến từ các chuyên gia, các bên liên quan. Kết thúc, bài báo đưa ra một số kiến nghị nhằm thức đẩy việc xây dựng các công trình đáp ứng các tiêu chuẩn công trình xanh trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

Abstract - Sustainable development is widely adopted and becomes an indispensable requirement in the construction industry in the world, especially in developed countries. But in practice, the application of standards and criteria for "green building" in Vietnam is facing many difficulties and challenges. Particularly, the perception of the importance of sustainable development is still limited. This paper proposes a method to investigate stakeholders' perceptions of sustainable construction assessment factors. The research has been done based on the results from the previous studies associated with the process of doing survey in which opinions from experts and stakeholders are being investigated. In conclusion, the paper presents a set of key criteria for sustainable appraisal that has been and will be widely applied in Da Nang city, and discusses other important criteria that are not applied in sustainable construction and development in Da Nang city.

Từ khóa - phát triển bền vững; công trình xanh; nhận thức; tiêu chuẩn xanh; vật liệu mới; tiết kiệm năng lượng

Key words - sustainable development; green building; perception; sustainable standards; new material; energy saving


Phát triển bền vững là “sự phát triển có thể đáp ứng

được những nhu cầu hiện tại mà không ảnh hưởng, tổn hại

đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai...”

[1]. Phát triển bền vững là một chiến lược để nâng cao chất

lượng cuộc sống, trong đó cho phép người dân được sống

trong một môi trường lành mạnh, cải thiện điều kiện sống,

xã hội và kinh tế cho các thế hệ hiện tại và tương lai.

Một trong các vấn đề được bàn để đảm bảo phát triển

bền vững là đảm bảo phát triển công nghệ xây dựng công

trình xanh, bởi vì những công trình với phương pháp thi

công truyền thống thường tiêu thụ một lượng lớn nguồn tài

nguyên không thể tái tạo, tạo ra chất thải rắn, làm ô nhiễm

nguồn nước, không khí, góp phần vào sự hoang hóa đất.

Khái niệm “công trình xanh” [1] được đưa ra như là một

giải pháp tối ưu cho chiến lược nâng cao chất lượng cuộc

sống của con người và bảo vệ môi trường tự nhiên. Lợi ích

của công trình xanh đã được nhiều nhà nghiên cứu chứng

minh, phân tích như giảm các lãng phí nguyên liệu, việc tái

chế và tiết kiệm năng lượng được cải thiện bằng cách sử

dụng các nguồn tài nguyên như ánh sáng tự nhiên, năng

lượng gió hay năng lượng mặt trời, góp phần giảm thiểu

các tác động xấu tới khí hậu toàn cầu.

Trên thế giới, “phát triển bền vững” và “công trình

xanh” rất phổ biến và được áp dụng rộng rãi cho hầu hết

các công trình xây dựng. Việt Nam đang trên con đường

hội nhập, do đó cũng không nằm ngoài xu thế phát triển đó.

Năm 2007, Hội đồng Công trình xanh Việt Nam (VGBC)

được thành lập, là một tổ chức phi chính phủ, chi nhánh

của hội đồng công trình xanh California. Năm 2011,

VGBC đưa ra hệ thống đánh giá công trình xanh đầu tiên

ở Việt Nam, gọi là Lotus, và cho đến nay đây cũng chính

là hệ thống đánh giá công trình xanh duy nhất của nước ta.

Tính đến tháng 6/2016, chúng ta có khoảng 60 công trình

đã được chứng nhận Lotus này. Trên thực tế, ở Việt Nam,

chỉ mới nghiên cứu các rào cản trong quá trình thực hiện

công trình xanh, hoặc tập trung nghiên cứu xây dựng lại bộ

đánh giá Lotus để phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Để tìm hiểu rõ hơn, bài nghiên cứu khoa học với tiêu

đề “Nghiên cứu nhận thức của các bên liên quan trong việc

đáp ứng các tiêu chuẩn công trình xanh của công trình xây

dựng tại Đà Nẵng” sẽ giúp tìm hiểu, xác định, và phân tích

rõ hơn các nhân tố ảnh hưởng. Để từ đó cung cấp cái nhìn

khách quan nhất về đặc điểm cơ bản của công trình xanh

và nhận thức về nó một cách cụ thể nhất.


Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc kết hợp tham

khảo các tài liệu nghiên cứu trước đây, tham khảo ý kiến

từ các chuyên gia trong lĩnh vực liên quan trong việc lựa

chọn đối tượng khảo sát, kết hợp lấy kết quả từ việc khảo

sát ý kiến của các đối tượng liên quan.

2.1. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Trên thế giới đã có nhiều báo cáo nghiên cứu về phát

triển bền vững ở cấp độ vĩ mô hay vi mô trong phạm vi

quốc gia, khu vực, như: Rủi ro phân tích trong quá trình ra






102 Nguyễn Quang Trung, Trương Quỳnh Châu, Phan Thị Như Quỳnh, Trần Văn Thành, Mạc Thị Vy

quyết định về môi trường [2-4]; Sức khỏe và an toàn trong

xây dựng [5, 6]; Môi trường và tính bền vững trong nhà ở

giá rẻ [7]; Phát triển bền vững cơ sở hạ tầng giao thông

châu Phi [8]; Vật liệu trong phát triển bền vững [9]; Chỉ số

và phương pháp đánh giá [10, 11]. Ở Việt Nam có các

nghiên cứu quan tâm đến thành tựu, cơ hội, thách thức và

triển vọng [12]; Lý thuyết và kinh nghiệm thực tế trong

phát triển bền vững [13] mà chưa đi sâu vào vấn đề đánh

giá nhận thức của các bên liên quan trong việc đáp ứng các

tiêu chuẩn công trình xanh của công trình tại Đà Nẵng.

Dựa vào các hạng mục chung của các hệ thống chứng

nhận công trình xanh (tham khảo theo tiêu chuẩn nội địa

Lotus và tiêu chuẩn quốc tế Leeds), đó là: Năng lượng,

Nước, Vật liệu, Sinh thái, Chất thải - Ô nhiễm, Sức khoẻ -

Tiện nghi, Thích ứng - Giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý, Sáng

kiến, đồng thời dựa vào tham khảo các tài liệu nghiên cứu

trước đây (Bảng 1), tác giả đã đề xuất bảng khảo sát gồm 15

câu hỏi (Bảng 2), nhằm tìm ra nhận thức của các bên liên

quan đối với việc ra quyết định theo đuổi các tiêu chí phát

triển xanh, được chia trong 3 nhóm nhân tố chính bao gồm

Kinh tế - Xã hội, Tài nguyên - Môi Trường, Năng lượng.

Đồng thời sử dụng thang đo Likert 5 mức độ để đánh giá với

các giá trị như sau: 1 là rất không đồng ý, 2 là không đồng ý,

3 là đồng ý một phần, 4 là đồng ý và 5 là rất đồng ý.

Bảng 1. Cơ sở hình thành bảng câu hỏi

Nghiên cứu

Nhân tố

Shi, Q. and

Y. Xu

(2009) [9]

Ugwu, O.

and T. Haupt

(2007) [10]

Ugwu, O. and T.

Haupt (2006)

[11]

Chatzimouratidis,

A.I. and P.A.

Pilavachi

(2008) [14]

Đỗ Ngọc Diệp,

Nguyễn Trung

Kiên

(2013) [15]

Habert, G., E.

Castillo, and

J. Morel (2010)

[16]

Kinh tế -

xã hội

Xã hội x x

Kinh tế x

Tài

nguyên -

Môi

trường

Nước x x x x

Vật liệu x x x x

Đất x x x

Không khí x x x

Sinh thái x x x x

Năng

lượng

Năng lượng

tái tạo x x

Điều hòa

không khí x

Hệ thống

chiếu sáng x

Bảng 2. Các tiêu chí ảnh hưởng đến quyết định xây dựng công trình xanh tại Đà Nẵng

Nhận thức Nội dung Mã hóa

Về công trình

xanh

Mong muốn hướng công trình của mình theo hướng phát triển bền vững NT 1

Mong muốn xây dựng công trình xanh hay không? NT 2

Nhận thức về

vật liệu và

thiết bị năng

lượng

Có muốn dùng vật liệu từ công trình cũ có được tái sử dụng cho công trình mới hay không? VL&NL 1

Có sử dụng các loại vật liệu cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng trong công trình không? VL&NL 2

Có sử dụng các loại vật liệu có hàm lượng tái tạo cao trong công trình không? VL&NL 3

Có muốn sử dụng hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời trong công trình? VL&NL 4

Có mong muốn sử dụng hệ thống pin năng lượng mặt trời trong công trình không? VL&NL 5

Nhận thức về

thiết kế công

trình xanh

Có mong muốn nghiên cứu về điều kiện địa hình, khí hậu...vị trí xây dựng công trình không? TK1

Có mong muốn nghiên cứu nhằm lựa chọn hình khối cho công trình nhằm tiết kiệm năng lượng cho

công trình? TK2

Có mong muốn có thiết kế hệ thống cây xanh để điều hòa không khí tự nhiên không? TK3

Có mong muốn có được tính toán các hướng gió để bố trí thông gió phù hợp không? TK4

Có mong muốn có đưa ra các giải pháp tận dụng ánh sáng tự nhiên cho công trình không? TK5

Có mong muốn có thiết kế việc tận dụng nguồn nước mưa phục vụ cho quá trình hoạt động? TK6

Có mong muốn có thiết kế các kết cấu che nắng ngoài không? TK7

2.2. Sơ đồ nghiên cứu

Dựa trên lược khảo tài liệu, bộ tiêu chí đo lường các nhân

tố ảnh hưởng đến việc đáp ứng các tiêu chuẩn công trình

xanh tại Đà Nẵng, tác giả đề xuất sơ đồ nghiên cứu như ở

Hình 1.

2.3. Phương pháp chọn mẫu

2.3.1. Phương pháp chọn mẫu

Bài nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu

nhiên, phân tầng kết hợp theo các tiêu chí, bao gồm: vị trí

công tác, trình độ chuyên môn.


Hình 1. Cấu trúc sơ đồ nghiên cứu

2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu

Phương pháp thu thập số liệu được thực hiện bằng

phương pháp định lượng thông qua việc phát bảng câu hỏi.

Theo nghiên cứu của Hair và cộng sự (1998), theo nhận

định của Hoàng Trọng và Chu Nguyễn Mộng Ngọc (2008),

từ nghiên cứu của Bollen (1989), thì cỡ mẫu ít nhất phải

bằng 5 lần số biến trong phân tích nhân tố. Theo đó, bảng

khảo sát có 15 câu hỏi thì kích thước mẫu tối thiểu sẽ là 75

mẫu. Do vậy, kích thước mẫu là 150 phiếu, được thực hiện

khảo sát ở các công trình, các công ty tư vấn trên địa bàn

thành phố Đà Nẵng.

2.3.3. Phương pháp đánh giá độ tin cậy của bảng câu hỏi

Độ tin cậy của thang đo được đánh giá bằng phương pháp

nhất quán nội tại qua hệ số Cronbach’s Alpha. Hệ số α của

Cronbach là một phép kiểm định thống kê về mức độ chặt

chẽ mà các mục hỏi trong thang đo tương quan với nhau.


3.1. Đặc điểm của đối tượng khảo sát

Để đánh giá quyết định xây dựng công trình xanh tại

Đà Nẵng được toàn diện và bao quát, nghiên cứu đã thực

hiện điều tra các đối tượng liên quan đến các công trình tại

Đà Nẵng. Tổng số phiếu điều tra phát ra là 150 phiếu, thu

về được 132 phiếu, trong đó có 03 phiếu bị loại do không

hợp lệ. Thông tin chung của các đối tượng khảo sát được

thể hiện qua Hình 2 và Hình 3.

Hình 2. Cơ cấu đối tượng khảo sát

Hình 3. Trình độ chuyên môn đối tượng khảo sát

Kết quả khảo sát cho thấy, đối tượng khảo sát đều là

các bên liên quan trong quá trình hình thành dự án. Đồng

thời, đối tượng khảo sát có trình độ chuyên môn cao, với

97% có trình độ chuyên môn là cử nhân, kỹ sư và thạc sỹ.

Với trình độ chuyên môn này, ta có thể nhận thấy các đối

tượng khảo sát đủ năng lực để trả lời các câu hỏi của nghiên

cứu đề xuất.

3.2. Kết quả kiểm định Cronbach’s Anpha

Hệ số Cronbach’s Anpha là một phép kiểm định thống

kê về mức độ chặt chẽ mà các mục hỏi trong thang đo tương

quan với nhau.

Theo nhận định của Hoàng Trọng và Chu Nguyễn

Mộng Ngọc (2008), để đảm bảo độ tin cậy của thang đo thì

hệ số tương quan biến tổng > 0,3. Do đó, sau nhiều lần

kiểm định độ tin cậy của thang đo bằng hệ số Cronbach’s

Alpha thì cuối cùng có 1 biến trong số 14 biến đã bị loại để

đảm bảo độ tin cậy của thang đo (hệ số tương quan biến

tổng < 0,3). Kết quả kiểm định thang đo cuối cùng sau khi

loại bỏ 1 biến (TK3) được thể hiện ở Bảng 3. Bảng 3. Kết quả kiểm định độ tin cậy của thang đo

Tiêu chí

Hệ số tương

quan biến –

tổng

Cronbach’s

Alpha nếu loại

biến

Cronbac

h’s Alpha

KTXH1 0,392 0,603 0,603

KTXH2 0,392 0,603

VL&NL 1 0,554 0,583

0,685

VL&NL 3 0,501 0,610

VL&NL 5 0,343 0,681

VL&NL 4 0,343 0,675

VL&NL 2 0,476 0,619

TK1 0,557 0,779

0,807

TK2 0,609 0,767

TK4 0,620 0,765

TK5 0,596 0,771

TK6 0,581 0,775

TK7 0,442 0,803

Nguồn: Kết quả tính toán từ phần mềm SPSS 20 [18]

Theo Nunnanlly (1978), Peterson (1994), Slater (1995)

trích trong Hoàng Trọng & Chu Mộng Long (2008) cho

thấy, hệ số Cronbach’s Alpha từ 0,6 trở lên là phép đo đảm

17%

40%11%

14%

18%

Chủ đầu tư Đơn vị Thi công Đơn vị thiết kế

Đơn vị Tư vấn Khách hàng

3%

23%

55%

15% 4%

Trung cấp, cao đẳng

Cử nhân

Kỹ sư

Kiến trúc sư

Thạc sỹ

Tham khảo các tài liệu về phát triển bền vững

Phát triển hệ thống câu hỏi gắn với từng đối

tượng cụ thể dựa trên các tài liệu đã nghiên cứu và

tham khảo ý kiến chuyên gia

Thu thập tài liệu thông qua khảo sát

Phân tích kết quả khảo sát

Đánh giá và kết luận

104 Nguyễn Quang Trung, Trương Quỳnh Châu, Phan Thị Như Quỳnh, Trần Văn Thành, Mạc Thị Vy

bảo độ tin cậy và chấp nhận được. Qua kết quả kiểm định

chất lượng thang đo ở Bảng 3, ta nhận thấy hệ số

Cronbach’s Alpha tổng thể của các biến đều lớn hơn 0,6.

Như vậy, hệ thống thang đo được xây dựng gồm 5 thang

đo đảm bảo chất lượng tốt.

4. Bàn luận

4.1. Mức độ hiểu biết về công trình xanh

Để có cái nhìn sâu sắc về mức độ hiểu biết và mức độ

nhận thức của các bên liên quan đến công trình xanh, các

đối tượng khảo sát đã được yêu cầu đánh giá nhận thức của

họ về các vấn đề liên quan đến mong muốn xây dựng công

trình xanh. Đồng thời, câu hỏi khảo sát cũng đề cập đến

việc các bên liên quan có sẵn sàng chấp nhận đầu tư các

công trình xanh trong điều kiện chi phí đầu tư ban đầu có

thể lớn hơn các công trình thông thường.

Kết quả khảo sát trong Hình 4 đã cho thấy một thực tế

rất lạc quan, đó là có hơn 2/3 số người được hỏi (khoảng

73%) bày tỏ quan điểm là mong muốn theo hướng công trình

xanh. Và ngoài ra, hơn 83% đồng ý chấp nhận việc đầu tư

công trình xanh, mặc dù có thể chi phí đầu tư ban đầu cao

hơn các công trình thông thường. Điều này có thể chứng

minh được rằng, nhận thức của các bên tham gia về xây dựng

công trình theo hướng phát triển bền vững là rất tốt.

Hình 4. Nhận thức của các bên liên quan về xây dựng công

trình theo hướng phát triển bền vững

4.2. Mức độ hiểu biết về vật liệu và thiết bị năng lượng để

đáp ứng công trình xanh

Việc sử dụng vật liệu và thiết bị năng lượng trong công

trình là một yêu cầu rất cấp thiết nhằm đảm bảo đáp ứng

các tiêu chuẩn công trình xanh tại Việt Nam. Để đánh giá

về vấn đề này, nhóm nghiên cứu tập trung đánh giá nhận

thức của các bên trong việc mong muốn áp dụng các vật

liệu mới, vật liệu có hàm lượng tái tạo cao và việc sử dụng

các thiết bị tiết kiệm năng lượng trong công trình.

Hình 5 minh họa các kết quả được xếp hạng theo giá trị

trung bình.

Kết quả tính toán cho thấy giá trị trung bình của các yếu

tố chỉ nằm ở giữa mức đồng ý một phần và đồng ý. Hầu hết

kết giá trị đều nằm trong khoảng từ 3,71 đến 3,87, điều này

chỉ ra mức độ mong muốn sử dụng các giải pháp về vật liệu

cũng như việc lựa chọn các thiết bị năng lượng tiết kiệm

năng lượng trong công trình chưa thực sự được các bên

quan tâm. Đây có thể là một rào cản quan trọng trong nhận

thức của các bên liên quan. Do đó, cần có nhiều nỗ lực hơn

nữa để thức đẩy các yếu tố này trở nên phổ biến hơn.

Hình 5. Mong muốn sử dụng các loại vật liệu và

thiết bị năng lượng trong công trình

4.3. Mức độ hiểu biết về sử dụng các giải pháp thiết kế để

công trình đáp ứng các tiêu chuẩn công trình xanh

Để đáp ứng các yêu cầu về tiêu chuẩn của một công

trình xanh, ngoài các yếu tố liên quan đến vật liệu, thiết bị

năng lượng, thì một yêu tố rất quan trọng đó là việc lựa

chọn các giải pháp thiết kế sao cho công trình đáp ứng các

tiêu chuẩn về thông gió, chiếu sáng tự nhiên, phân tích về

năng lượng của tòa nhà. Nhóm nghiên cứu đã đặt ra các câu

hỏi liên quan đến nguyện vọng của các bên liên quan trong

việc lựa chọn các giải pháp thông giá, chiếu sáng tự nhiên

cũng như các giải pháp liên quan đến thiết kế để đảm bảo

công trình đáp ứng các yêu cầu của một công trình xanh.

Hình 6. Quan điểm trong thiết kế công trình nhằm

đáp ứng các tiêu chuẩn công trình Xanh

Kết quả khảo sát trong Hình 6 đã cho thấy, mặc dù giá

trị trung bình của các yếu tố cũng nằm ở giữa mức đồng ý

một phần và đồng ý, tuy nhiên các giá trị này đều dịch gần

về phía đồng ý (trừ yếu tố sử dụng lượng nước mưa trong

công trình) từ giá trị 3,91 đến 4,12. Rõ ràng, điều này cho

thấy đây thực sự là một dấu hiệu tốt cho việc phát triển

công trình bền vững tại Đà Nẵng, khi mà các đối tượng

0%

3.80%

22.70%

48%

25.50%

0%3%

15.50%

49.60%

32.90%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

Rất không

đồng ý

Không đồng ý Đồng ý một

phần

Đồng ý Rất đồng ý

Mong muốn hướng công trình theo hướng công trình Xanh

Chấp nhận đầu tư công trình Xanh

3.87

3.83

3.74

3.71

3.65

3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

Mong muôn sử dụng vật liệu

cách nhiệt để tiết kiệm năng

lượng

Mong muốn sử dụng vật liệu có

hàm lượng tái tạo cao

Mong muốn sử dụng vật liệu

công trình cũ

Mong muôn sử dụng hệ nước

nóng năng lượng mặt trời

Mong muốn sử dụng hệ thống

pin năng lượng mặt trời

4.12

3.92 3.91 3.91 3.91

3.68

3

3.5

4

4.5

Mong muốn tận dụng ánh sáng tự nhiên

Mong muốn tính toán hướng gió để bố trí thông gió

Mong muốn nghiên cứu địa hình, khí hậu khi XD

Mong muốn lựa chọn hình khối công trình để tiết kiệm năng lượng

Mong muốn thiết kế che nắng công trình

Mong muốn tận dụng nguồn nước mưa trong quá trình hoạt động


tham gia khảo sát nhận thức được tầm quan trọng của việc

sử dụng các giải pháp thiết kế nhằm đảm bảo các yêu cầu

của một công trình xanh.

5. Kết luận

Dựa vào kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả đã cho thấy

nhận thức của các bên liên quan trong đáp ứng các tiêu chuẩn

công trình xanh tại Đà Nẵng. Kết quả nghiên cứu cũng đã

phản ảnh các bên liên quan có nhận thức rất cao về việc áp

dụng các giải pháp nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn trong việc

thiết kế công trình xanh ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu

cũng đã phản ảnh các bên liên quan có những hiểu biết rất

quan trọng trong việc áp dụng các giải pháp nhằm đảm bảo

các tiêu chuẩn trong việc thiết kế công trình xanh ở Đà Nẵng.

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả đề

xuất một số khuyến nghị nhằm góp phần thúc đẩy xây dựng

công trình xanh tại Đà Nẵng:

- Khi nhận thức của các bên tham gia về xây dựng công

trình theo hướng phát triển bền vững là rất tốt thì các cơ

quan quản lý nhà nước cần có những có chế chính sách

nhằm khuyến khích các đối tượng như chủ đầu tư, khách

hàng mạnh dạn trong việc đầu tư xây dựng các công trình

theo hướng phát triền bền vững. Cụ thể như chính sách ưu

tiên kêu gọi đầu tư, chính sách về thuế, chính sách cho vay

vốn…, mức độ xanh càng cao thì thuế nên giảm lũy tiến

một cách tương ứng;

- Với tỷ lệ rất cao trong nhận thức của các bên tham gia

về việc sử dụng các vật liệu mới trong công trình nhằm

giảm việc sử dụng các loại vật liệu không có khả năng tái

tạo, đây là một điều kiện thuận lợi nhằm đưa ra thêm các

quy định để ràng buộc chủ đầu tư sử dụng các loại vật liệu

mới trong công trình mới được thẩm tra, cấp giấy phép xây

dựng (hiện mới chỉ có quy định phải sử dụng 30% lượng

gạch không nung). Cụ thể như: cần quy định tỷ lệ % xử

dụng các vật liệu mới trong công trình như gạch không

nung, vật liệu cách nhiệt, hệ thống cây xanh;

- Để nâng cao tỷ lệ sử dụng các thiết bị năng lượng

trong công trình đạt các tiêu chuẩn quốc gia về tiết kiệm

năng lượng thì cần có chính sách trợ giá đối với các sản

phẩm xây dựng xanh (như đã làm với máy nước nóng năng

lượng mặt trời) như: bóng đèn hiệu suất sáng cao, các hệ

thống quản lý năng lượng tòa nhà, các loại thiết bị khai thác

năng lượng tái sinh, các loại vật liệu xây dựng thân thiện

môi trường và sinh thái.


[1] Phạm Ngọc Đăng, P.N.V.A., Phạm Thị Hải Hà, Nguyễn Văn Muôn,

Các giải pháp thiết kế công trình xanh ở Việt Nam, Nhà xuất bản

Xây dựng, 2014.

[2] Dalgliesh, C., P. Bowen, and R. Hill, “Environmental sustainability

in the delivery of affordable housing in South Africa”, Engineering, Construction and Architectural Management, 4(1), 1997, pp. 23-39.

[3] English, J., T. Haupt, and J. Smallwood., Women, construction, and

health and safety (H&S), in Proceedings of CIBW99 Working

Commission Fourth Triennial Conference - Rethinking and

Revitalizing Construction Safety, Health and Quality, 2005.

[4] Haupt, T.C., J. Smallwood, and N. Chileshe., Aspects of HIV and

Aids intervention strategies within the South African construction industry, in Proceedings of CIBW99 Working Commission Fourth

Triennial Conference - Rethinking and Revitalizing Construction

Safety, Health and Quality, 2005.

[5] Kanbur, R., The New Partnership for Africa's Development (NEPAD): An initial commentary, 2002.

[6] Laubner, T., World Summit on Sustainable Development,

Johannesburg, South Africa, 26 August-4 September 2002: People,

Planet and Prosperity. German YB Int'l L., 2002. 45: pp. 417.

[7] Mansfield, N.R., O. Ugwu, and T. Doran, “Causes of delay and cost

overruns in Nigerian construction projects”, International Journal

of Project Management, 12(4), 1994, pp. 254-260.

[8] Muriithi, N. and L. Crawford, “Approaches to project management in

Africa: Implications for international development projects”, International Journal of Project Management, 21(5), 2003, pp. 309-319.

[9] Shi, Q. and Y. Xu., The selection of green building materials using

GA-BP hybrid algorithm, in Artificial Intelligence and

Computational Intelligence, 2009, AICI'09, International

Conference on, 2009, IEEE.

[10] Ugwu, O. and T. Haupt, “Key performance indicators and

assessment methods for infrastructure sustainability - A South African construction industry perspective”, Building and

Environment, 42(2), 2007, pp. 665-680.

[11] Ugwu, O., et al., “Sustainability appraisal in infrastructure projects

(SUSAIP): Part 1 - Development of indicators and computational

methods”, Automation in Construction, 15(2), 2006, pp. 239-251.

[12] Rhoades, D.L., “Sustainable development in African civil aviation:

problems and policies”, International Journal of Technology, Policy and Management, 4(1), 2004, pp. 28-43.

[13] Rwelamila, P., A. Talukhaba, and A. Ngowi, “Tracing the African

Project Failure Syndrome: the significance of ‘ubuntu’”,

Engineering Construction and Architectural Management, 6(4),

1999, pp. 335-346.

[14] Chatzimouratidis, A.I. and P.A. Pilavachi, “Multicriteria evaluation

of power plants impact on the living standard using the analytic hierarchy process”, Energy Policy, 36(3), 2008, pp. 1074-1089.

[15] Alberto Perez Ortiz, D.O.D., Đỗ Ngọc Diệp, Nguyễn Trung Kiên

(LOTUS AP), Melissa Merryweather (LOTUS AP, LEED AP),

Timothy Middleton, Xavier Leulliette (LOTUS AP), Yannick Millet

(LOTUS), Phi nhà ở V1.1, 2013.

[16] Habert, G., E. Castillo, and J. Morel., Sustainable indicators for

resources and energy in building construction, in Proceedings of the Second International Conference on Sustainable Construction

Materials and Technologies, 2010.

[17] Hường, T.S.H.T.T. Thực trạng Năng lượng tái tạo Việt Nam và

hướng phát triển bền vững, 2014,

http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/nang-luong-tai-tao/thuc-trang-nang-luong-tai-tao-viet-nam-va-

huong-phat-trien-ben-vung-(ky-1).html

[18] SPSS software, Statistical package, version 20. SPSS Inc., Chicago,

http://www.spss.com, 2012.


106 Nguyễn Thành Trung, Lê Hữu Thọ, Lê Thùy Trang, Trịnh Văn Chính

GIAO THÔNG XANH TRONG ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

GIAO THÔNG ĐÔ THỊ CỦA THÀNH PHỐ BIÊN HÒA CHO TƯƠNG LAI

ORIENTED SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF URBAN TRANSPORTATION OF

BIEN HOA CITY TOWARDS GREEN-TRANSPORTATION

Nguyễn Thành Trung1, Lê Hữu Thọ1, Lê Thùy Trang1, Trịnh Văn Chính2 1Trường Đại học Lạc Hồng; [email protected]

2Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt - Nghiên cứu nay trình bày các đặc điểm liên quan đến giao thông ở thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai nhằm đưa ra các mục tiêu phát triển bền vững đô thị với giao thông xanh và xu hướng sử dụng các phương tiện giao thông thân thiện với môi trường trên thế giới. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng tổng hợp những tính năng ưu việt của xe buýt sử dụng khí CNG (xe buýt sử dụng nguyên liệu khí thiên nhiên với thành phần chủ yếu là mêtan) đang được sử dụng rộng rãi hiện nay và so với các loại hình xe buýt khác. Từ kết quả khảo sát cụ thể đê xuât thí điểm mô hinh tuyên xe buýt sử dụng nhiên liệu sạch CNG trong hệ thống vận tải công cộng của thành phố Biên Hòa sao cho phù hợp với mô hình phát triển bền vững giao thông vận tải (GTVT) trong tương lai.

Abstract - The aims of the research are to take an overview of the transportation system in Bien Hoa city, Dong Nai province. This study introduces the purpose of sustainable development of urban transportation of Bien Hoa city with green transportation and propensity to use the environmentally friendly buses in the world. In recent years, in developing countries, CNG buses have been used widely. This paper analyses the advantages of CNG bus with those of other buses. Based on the result of survey, this study proposes using the CNG bus system in the public transportation system of Bien Hoa city in accordance with the sustainable development model of transportation in the future.

Từ khóa - giao thông xanh; khí thiên nhiên; phát triển đô thị; phát triển đô thị bền vững; giao thông công cộng

Key words - green transport; compressed natural gas; urban development; sustainable urban development; public transportation

1. Giới thiệu

Trong những năm qua, tỉnh Đồng Nai đã đạt nhiều thành

tựu trong lĩnh vực phát triển đô thị, đạt tỷ lệ đô thị hóa cao

hơn trung bình toàn quốc, hệ thống hạ tầng đô thị đã được

đầu tư tương đối định hình, thuận lợi để tỉnh Đồng Nai kết

nối với các tỉnh khác trong vùng, vận chuyển hàng hóa thuận

lợi và phục vụ tốt an ninh - quốc phòng, giải quyết ách tắc

giao thông, góp phần quan trọng trong sự phát triển kinh tế -

xã hội của toàn tỉnh. Thành phố Biên Hòa đang phải đối diện

với những vấn đề của một đô thị lớn có dân số tăng quá

nhanh. Trong nội ô thành phố, đường sá trở nên quá tải và

thường xuyên ùn tắc. Hệ thống giao thông công cộng

(GTCC) kém hiệu quả. Môi trường thành phố cũng đang bị

ô nhiễm do phương tiện giao thông, các công trường xây

dựng và khu công nghiệp sản xuất.

Theo số liệu của Cục Thống kê, dân số TP. Biên Hòa

năm 2015 là 1,104 triệu người, là thành phố trực thuộc tỉnh

có dân số đông nhất cả nước, trên 1 triệu người. Theo dự

đoán, dân số TP. Biên Hòa sẽ tăng lên gấp 1,2 lần trong

hơn 10 năm tiếp theo, và đây sẽ là một áp lực rất lớn đối

với nền kinh tế, đặc biệt là cơ sở hạ tầng giao thông. Với

chiến lược phát triển đô thị theo định hướng bền vững đã

được tiến hành trong thời gian gần đây thì TP. Biên Hòa

cần giải quyết vấn đề về hạ tầng giao thông, với mục tiêu

hướng đến GTCC. Các tuyến xe buýt cần được phát triển

mạnh, nâng cao chất lượng với mức giá cả hợp lý, đảm bảo

an toàn, tiện lợi, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông và

hạn chế ô nhiễm môi trường.

Xuất phát từ nhu cầu đó, nhóm tác giả thực hiện nghiên

cứu “Giao thông xanh trong định hướng phát triển bền

vững giao thông đô thị của TP. Biên Hòa cho tương lai”

nhằm đưa ra những mục tiêu phát triển đô thị bền vững với

giao thông xanh thông qua việc sử dụng nhiên liệu sạch

trong hệ thống GTCC cho TP. Biên Hòa nói riêng và các

đô thị khác ở nước ta nói chung trong tương lai.

2. Thực trạng cơ sở hạ tầng và giao thông vận tải tỉnh

Đồng Nai

Đồng Nai có một hệ thống giao thông phát triển khá

đồng bộ, theo thống kê, nếu tính cả đường nông thôn và

đường đô thị, Đồng Nai có 3.058 tuyến đường với tổng

chiều dài 6.266,8 km. Cụ thể:

+ Quốc lộ gồm 05 tuyến (QL1A, QL1K, QL20, QL51,

QL56) với tổng chiều dài 244,23 km.

+ Đường tỉnh gồm 20 tuyến với tổng chiều dài 370 km,

đường nhựa đạt tỷ lệ 76%, còn lại chủ yếu là đường cấp

phối sỏi đỏ. Chất lượng đường được nâng lên rõ rệt, cơ bản

đã đáp ứng được nhu cầu đi lại và lưu thông hàng hoá ngày

càng tăng của Tỉnh.

+ Đường huyện gồm 249 tuyến với tổng chiều dài

1.317 km, đường nhựa đạt trên 65%.

+ Đường xã gồm 2.629 tuyến với tổng chiều dài 3.835 km,

100% xã có đường ô tô đến trung tâm. Nhờ vào chương trình

xã hội hoá giao thông nông thôn, một số xã vùng sâu, vùng

xa, xã đặc biệt khó khăn có tỷ lệ đường được nhựa hoá đạt

60-70%.

+ Đường chuyên dùng gồm 155 tuyến với tổng chiều

dài 390 km, tỷ lệ nhựa hoá đạt 100%. Được sự quan tâm và

đầu tư đúng mức, hệ thống giao thông đường khu công

nghiệp phát triển khá nhanh, tạo nên một mạng lưới giao

thông liên hoàn đến tận cơ sở [1].

Riêng thành phố Biên Hòa có hơn 500 nút giao thông,

trong đó xây dựng 6 nút giao thông khác mức ở tuyến quốc


lộ qua thành phố (5 nút đã hoàn thành và 1 nút đang xây

dựng), còn lại trong nội thị chủ yếu ở dạng đồng mức. Phần

lớn các đường đều hẹp, chỉ có khoảng 20% số đường có lòng

đường rộng trên 12 m, có thể tổ chức vận chuyển xe buýt

tiêu chuẩn (80 chỗ) thuận lợi; 60% số đường có lòng đường

rộng từ 7 m đến 12 m, thuận tiện cho các xe buýt loại trung;

còn lại là 20% số đường có lòng đường nhỏ hơn 7 m, khó bố

trí xe buýt lưu thông. Nhìn chung, mạng lưới đường bộ của

thành phố phát triển chưa cân đối và chưa được phân cấp

theo chức năng, đa số đều phát triển chưa đồng bộ, thể hiện

qua các khía cạnh như: kích thước, khổ đường, lộ giới, vỉa

hè. Trong khi đó, lượng xe ngày một tăng, đường sá không

được mở rộng thêm, dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông

thường xuyên xảy ra tại một số điểm trên địa bàn.

Để giải quyết vấn đề giao thông đô thị và hướng đến bền

vững, thành phố đang đầu tư cho hệ thống GTCC. Hiện nay,

thành phố có hơn 363 xe buýt có sức chứa từ 12 đến 80 chỗ

và 2 tuyến xe buýt miễn vé với 12 xe có sức chứa 12 chỗ. Hầu

hết các xe này đảm bảo các quy định về tiêu chuẩn phương

tiện khai thác vận tải hành khách công cộng (VTHKCC) bằng

xe buýt, ban hành theo nghị định 91/2009/NĐ-CP ngày

21/10/2009 của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải (GTVT).

Tuy nhiên, vẫn còn một số xe đã quá cũ, không còn đảm bảo

các điều kiện theo quy định này. Do vậy, trong kế hoạch cần

phải sớm thay thế những xe không phù hợp.

3. Xu hướng phát triển bền vững (PTBV) trong đô thị

và giao thông đô thị

3.1. Khái niệm về phát triển bền vững và phát triển đô thị

bền vững

Theo Ủy ban thế giới về Môi trường và Phát triển

(World Commision on Environment and Development –

WCED) thì “phát triển bền vững là sự phát triển đáp ứng

các nhu cầu hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng

đáp ứng các nhu cầu của các thế hệ tương lai” (Báo cáo

Brundtland, 1987). Còn theo Luật Bảo vệ môi trường năm

2005 của nước ta: “Phát triển bền vững là phát triển đáp

ứng được nhu cầu của các thế hệ hiện tại mà không làm tổn

hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu đó của các thế hệ tương

lai trên cơ sở kết hợp chặt chẽ, hài hòa giữa tăng trưởng

kinh tế, bảo đảm tiến bộ xã hội và bảo vệ môi trường”.

Hình 1. Mô hình của phát triển bền vững [2]

Nói cách khác, muốn phát triển bền vững thì phải cùng

đồng thời thực hiện 3 mục tiêu:

- Phát triển có hiệu quả về kinh tế;

- Phát triển hài hòa các mặt xã hội; nâng cao mức sống

của các tầng lớp dân cư;

- Cải thiện môi trường môi sinh, bảo đảm phát triển lâu

dài vững chắc cho thế hệ hôm nay và mai sau.

Như vậy ta có thể có thể thấy rằng, về bản chất, phát

triển bền vững là một quá trình biến đổi mạnh mẽ trong các

lĩnh vực kinh tế, xã hội nhằm tạo ra sự tối ưu nhất trong

tăng trưởng để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc

sống của con người mà không làm tổn hại đến hệ các sinh

thái và môi trường trong hiện tại cũng như trong tương lai.

Tổng quát hơn, phát triển bền vững chính là một quá trình

liên tục cân bằng và hoà nhập các mục tiêu kinh tế, xã hội

và môi trường sinh thái. Nó đảm bảo sự trường tồn của

nhân loại. Chính vì vậy, phát triển bền vững đã trởthành

mục tiêu chiến lược cho toàn cầu, cho từng quốc gia, từng

khu vực cũng như cho từng đô thị.

Trên cơ sở khái niệm chung về PTBV thì đô thị phát triển

bền vững vẫn được dựa trên nguyên tắc: Kinh tế đô thị - môi

trường đô thị và văn hoá xã hội đô thị. Với đặc thù của một

đô thị, khái niệm PTĐTBV có thể được hiểu là “mối quan

hệ hữu cơ, mật thiết giữa: A) Kinh tế đô thị; B) Văn hóa xã

hội đô thị; C) Môi trường - Sinh thái đô thị; D) Cơ sở hạ tầng

đô thị và E) Quản lý đô thị”. Như vậy, khái niệm PTĐTBV

có thể được thể hiện như sơ đồ (Hình 2) sau đây:

Hình 2. Mô hình của phát triển đô thị bền vững [3]

Trong quá trình phát triển GTVT ở các đô thị, vấn đề

môi trường bị ảnh hưởng do phương tiện giao thông sử

dụng mặt đường đô thị, tiêu thụ một lượng lớn nhiên liệu,

thải khí ô nhiễm, ùn tắc giao thông giờ cao điểm, gây tiếng

ồn giao thông trong đô thị. Ước tính nguồn thải bụi do hoạt

động GTVT gây ra trong không gian hẹp dọc theo các đường

phố chiếm 80% trong tổng lượng bụi thải, khí CO chiếm

85%, NO2 chiếm 30% và SO2 chiếm 5%. Ô nhiễm tiếng ồn

ở các đường phố thông thường trong các đô thị Việt Nam là

70 – 75 dB, với các đường phố đông xe là 80 – 85 dB, khi

có còi xe thì tăng lên 90 – 100 dB. Đây chính là các vấn đề

môi trường liên quan đến sự phát triển GTVT. Phát triển giao

thông vận tải bền vững hoặc giao thông vận tải xanh là quá

trình phát triển đảm bảo sự cân bằng hài hoà giữa các mục

tiêu kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường. Do vậy, xu hướng

phát triển của nhiều nước hiện nay là phát triển một hệ thống

giao thông đồng bộ, có cơ cấu sử dụng phương tiện hợp lý,

trong đó tập trung phát triển giao thông công cộng, hiện đại,

văn minh, có khả năng đáp ứng nhu cầu đi lại của mọi người

dân một cách nhanh chóng, thuận tiện, an toàn với giá cước

vận tải hợp lý và trên cơ sở bảo vệ môi trường. Tại Hội

nghị Khí hậu và Năng lượng sạch (Manila, Philippines,

6/2009), đã đưa ra các tiêu chí cho GTVT xanh là: Hệ thống


GTVT được quy hoạch, sử dụng quỹ đất hợp lý; Bố trí hoạt

động vận tải tối ưu; Tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải

CO2 ra môi trường.

3.2. Định hướng giao thông đô thị bền vững, phát triển

giao thông xanh cho TP. Biên Hòa

a) Quy hoạch đô thị và xây dựng hệ thống giao thông

bền vững về mặt môi trường: Quy hoạch hệ thống hạ tầng

kỹ thuật giao thông vận tải đáp ứng đầy đủ nhu cầu giao

thông đi lại. Tỷ lệ tổng diện tích giao thông (diện tích giao

thông động và diện tích giao thông tĩnh) trên tổng diện tích

của đô thị cần quy hoạch là 15 - 25%.

b) Phát triển hệ thống giao thông công cộng, đi xe đạp

và đi bộ: Cần phát triển hệ thống vận tải năng lực cao, chú

trọng VTHKCC (xe buýt, xe điện…); Tạo điều kiện cho

người dân đô thị đi bộ và đi xe đạp.

c) Thắt chặt dần các tiêu chuẩn môi trường cho thành

phố: Về tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh: Các

tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh đã được áp

dụng ở nhiều nước châu Á từ những năm của thập niên 90

của thế kỷ trước, còn ở nước ta, mãi đến năm 2005 mới ban

hành tiêu chuẩn tương tự; Nâng cao tiêu chuẩn khí thải của

xe ô tô, chất lượng xăng của xăng…

d) Thực thi chính sách nhằm giảm nguồn khí thải gây ô

nhiễm giao thông: Phát triển các loại xe ô tô, xe máy ít ô

nhiễm hoặc không gây ô nhiễm đô thị như xe chạy điện, xe

chạy bằng khí hóa lỏng (LPG) hoặc khí tự nhiên nén

(CNG), ethanol, dầu sinh học; Chính sách thu phí khí thải

giao thông và khuyến khích giảm khí thải giao thông…

e) Truyền thông nâng cao nhận thức về giao thông xanh

và xây dựng văn hóa giao thông trong cộng đồng: Tuyên

truyền, giáo dục phục hồi thói quen đi xe đạp và đi bộ ở các

cự ly phù hợp trong đô thị; Tự giác chấp hành nghiêm túc luật

lệ giao thông đô thị; Truyền thông về tình hình ô nhiễm môi

trường không khí đô thị và tác hại của ô nhiễm không khí đô

thị đối với sức khỏe con người vừa để cảnh báo ô nhiễm vừa

để nâng cao ý thức bảo vệ môi trường đối với cộng đồng.

4. Giải pháp phát triển giao thông xanh với các phương

tiện giao thông công cộng thân thiện môi trường

4.1. Các phương tiện GTCC thân thiện môi trường được

sử dụng hiện nay

Hình 3. Mô hình của phát triển GTCC bền vững [2]

Một trong các hướng phát triển bền vững GTVT là phát

triển các phương tiện GTCC thân thiện với môi trường, đảm

bảo đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân một cách nhanh

chóng, thuận tiện và an toàn. Đây phải là các phương tiện có

sức chở lớn, sử dụng năng lượng sạch, hạn chế tối đa lượng

phát thải, tiếng ồn và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái.

Hiện nay, trên thế giới có một số hướng điển hình phát

triển loại xe buýt sạch như:

+ Xe buýt sử dụng khí thiên nhiên CNG - LNP;

+ Xe buýt điện: dùng điện lưới (Trolleybus); dùng ắc

quy; dùng siêu tụ điện (Ultra capacitor); đa động lực

(Hybrid electric bus); hai chế độ (Dual-mode bus); pin

nhiên liệu (Fuel cell bus).

a) Xe buýt sử dụng khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên là hỗn hợp khí có nguồn gốc từ dầu mỏ,

bao gồm phần lớn là hydrocarbon. Khí thiên nhiên là loại

nhiên liệu hóa thạch rất hữu ích, có thể là năng lượng thay

thế trong tương lai, đặc biệt giúp giảm ô nhiễm môi trường

trong thành phố. Hiện nay, khí thiên nhiên ứng dụng vào

trong hoạt động GTVT có 2 loại, đó là khí thiên nhiên nén

(CNG - Compressed Natural Gas) và khí hoá lỏng (LNG -

Liquefied Natural Gas). LNG thực chất là khí thiên nhiên

hóa lỏng ở nhiệt độ -160°C sau khi loại bỏ các tạp chất, có

thành phần chủ yếu là mêtan. Trong khi đó, CNG là khí thiên

nhiên nén, thành phần chủ yếu là mêtan (CH4) được lấy từ

các mỏ khí thiên nhiên, qua xử lý và nén ở áp suất cao (250

atm) để tồn trữ. Do không có benzene và hydrocarbon thơm

kèm theo, nên khi đốt, hai loại nhiên liệu này không giải

phóng nhiều khí độc như NO, CO... và hầu như không phát

sinh bụi. Ngoài ra, chúng cũng không gây đóng cặn tại bộ

chế hòa khí, do đó, kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng động

cơ và khi cháy không tạo màng.

Hình 4. Một trong những tuyến xe buýt CNG

được sử dụng tại TP. Hồ Chí Minh

b) Xe buýt điện: là xe buýt hoạt động từ nguồn điện lưới,

thông qua các cần tiếp điện trên nóc xe. Các loại hình được

sử dụng phổ biến như: trolleybus đơn, trolleybus 1 hoặc 2

khớp nối. Trolleybus cho lượng khí thải đường phố bằng 0

trong mọi trường hợp chạy không tải, chạy nguội, bảo trì

v.v..., và trong suốt cuộc đời của chiếc xe. Điều này không

thể có với xe động cơ diesel hoặc động cơ đốt trong khác.

Hình 4. Một số mô hình trolleybus được sử dụng hiện nay

Xe buýt điện dùng bình ắc quy khá đa dạng về chủng

loại, từ xe minibus (10 chỗ) đến các xe buýt B80, với xu

hướng sử dụng bình ắc quy Lithium – ion hoặc Sodium –


Nickel chloride để tăng mật độ năng lượng (Wh/l) và năng

lượng riêng (Wh/kg).

Xe buýt điện dùng siêu tụ điện (Ultracapacitor): Đây là

loại xe buýt chạy hoàn toàn bằng nguồn điện sử dụng siêu

tụ điện (Ultracapacitor, Super capacitor) để lưu điện.

Thông thường, khi muốn tích điện, người ta thường sử

dụng pin hoặc ắc quy. Các nguồn điện hóa trên rất phổ biến

nhưng có nhược điểm chung là dung lượng hạn chế, các

sản phẩm phế thải sau sử dụng gây ô nhiễm môi trường,

nhất là ắc quy chì.

Hình 5. Một số mẫu xe buýt điện dùng ắc quy

Hình 6. Một số mẫu xe buýt điện dùng siêu tụ điện

Xe buýt đa động lực (Hybrid electric bus): là dòng xe

buýt sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid (còn gọi là

động cơ lai) là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông

thường với một động cơ điện.

Hình 7. Một số mẫu xe buýt hybrid electric

Hình 8. Một số mẫu xe buýt 2 chế độ

Xe buýt hai chế độ (Dual-mode bus): là xe buýt có thể

chạy độc lập do năng lượng từ hai nguồn khác nhau, điển

hình là do đường dây điện trên cao (trolleybus) hoặc là từ

ắc quy điện, được luân phiên với nhiên liệu hóa thạch

truyền thống (thường là động cơ diesel).

4.2. Các phương án nhiên liệu sạch cho xe buýt thành

phố Biên Hòa

Hiện nay, trên thế giới, xu hướng chủ yếu là cải thiện

môi trường cho động cơ diesel trên ô tô nói chung và xe

buýt nói riêng theo phương thức sử dụng nhiên liệu sạch;

cải tiến động cơ và bộ xử lý khí thải. Ở đây quan tâm đến

phương án sử dụng các loại nhiên liệu thay thế khác để làm

xe buýt sạch, từ đó tìm ra một phương án xe buýt sạch khác.

Xe buýt sạch có thể dùng khí thiên nhiên nén – CNG hoặc

khí dầu mỏ hóa lỏng - LPG, ngoài ra còn bio-diesel, cồn

ethanol và bio-gas. Đây là các loại nhiên liệu đã được sản

xuất và đưa vào sử dụng ở Việt Nam, trong đó, nhiên liệu

khí CNG tỏ ra ưu việt và khả thi hơn cả.

a) Về tính năng kỹ thuật giữa CNG và các loại nhiên liệu

khác: CNG có trị số chống kích nổ (RON/MON) cao, nhiệt trị

thấp và tỷ lệ hỗn hợp A/F khá loãng. CNG là một dạng khí

thiên nhiên được nén ở áp suất cao (200 – 250 bar). Thành

phần chủ yếu của CNG là mêtan CH4 (chiếm khoảng 70 -

98%). Thành phần các khí trong khí nén CNG thay đổi tuỳ

theo khu vực địa lý. Khí thiên nhiên CNG được khai thác từ

các mỏ khí trong tự nhiên. Khi khai thác từ dưới lòng đất lên,

khí thiên nhiên được tinh chế lại để lọc bỏ các tạp chất (đất

cát, nước, …), sau đó được đưa vào thiết bị tăng áp suất (áp

suất đạt khoảng 200 – 250 bar). CNG được dự trữ và phân

phối đến nơi tiêu thụ bằng các bình chứa chuyên dụng.

Bảng 1. Bảng đặc tính CNG

Bảng 2. Bảng đặc tính CNG và một số nhiên liệu khác

b) Giá nhiên liệu: Số liệu trong Bảng 2 cho thấy, cùng một

năng lượng tương đương thì giá CNG là thấp nhất và bio

diesel (B99-B100) là cao nhất. Giá CNG thấp hơn xăng 40%,

thấp hơn diesel 30% và có giá thấp gần bằng nửa giá nhiên

liệu bio diesel (B99-B100), thấp bằng nửa giá ethanol và thấp

hơn nhiên liệu LPG khoảng 53%. Điều này cho thấy lợi thế về

phương diện kinh tế khá lớn của nhiên liệu CNG so với các

loại khác, đặc biệt so với xăng và diesel.

Bảng 3. Giá trung bình một số nhiên liệu


Bảng 4. Quy đổi so sánh giữa các loại nhiên liệu

Trong thực tế, tùy thuộc vào nguồn cung cấp, thời điểm

cung cấp, chất lượng nhiên liệu và chất lượng động cơ mà

giá các nhiên liệu có thể thay đổi, tuy nhiên, độ lệch của

các giá trị của các loại nhiên liệu sẽ không thay đổi nhiều.

Như vậy, để phát sinh một năng lượng như nhau (quy theo

năng lượng), giá CNG chỉ bằng khoảng 42% so với giá

xăng và 53,5% so với giá diesel.

c) Mức phát thải các chất ô nhiễm

Hình 8. Mức độ tiếng ồn động cơ sử dụng CNG với diesel

khi hoạt động ở chế độ cầm chừng và tốc độ 40 km/h [3]

Hình 9. So sánh mức phát thải ô nhiễm giữa CNG với diesel

Mức độ phát thải các chất ô nhiễm môi trường của xe

buýt CNG rất thấp so với mức phát thải của xe buýt diesel:

NOx giảm 50%, HC giảm 70%, PM và smoke giảm 100%.

Độ ồn của xe buýt CNG cũng giảm so với xe buýt diesel.

4.3. Đề xuất phát triển thí điểm tuyến xe buýt CNG thay

thế xe buýt diesel cho thành phố Biên Hòa

a) Tuyến xe buýt: Tổ chức tiến hành điều tra, khảo sát sơ

bộ thực tế các tuyến xe buýt hiện tại ở thành phố Biên Hòa. Bố

trí tuyến Hố Nai - xã Hóa An (MST 03) là tuyến xe buýt được

trợ giá kéo dài từ bến xe Biên Hoà đến xã Hoá An. Tuyến do

Hợp tác xã Dịch vụ Vận tải Đoàn Kết khai thác với 12 xe có

sức chứa 40 hành khách. Tuyến dài 15,7 km, tần suất 10

phút/chuyến vào giờ cao điểm và 15 phút/chuyến ngoài giờ cao

điểm, vận tốc khai thác đạt 22,3 km/giờ, thời gian hoạt động từ

5h30 đến 18h30. Tuyến đông khách nhất vào buổi sáng và buổi

chiều, vào những giờ cao điểm chủ yếu là học sinh đi học và

công nhân của các khu công nghiệp Hố Nai đi làm.

Hình 10. Sơ đồ tuyến số 03 và các vị trí khảo sát

Hình 11. Biểu đồ thành phần xe va lưu lượng quy đổi

các điểm khảo sát trên tuyến

Hình 12. Biểu đồ thể hiện cơ cấu dân cư và đi lại trên tuyến

Qua Hình 11, 12 ta thấy thành phần xe máy là chủ yếu,

chiếm hơn 90%. Cơ cấu dân cư đi lại chủ yếu là công nhân viên

chức đi làm trên tuyến. Đây là tuyến trục chính, hướng tâm, có

vai trò trung chuyển hành khách giữa 2 đầu thành phố, điểm

trung chuyển lớn là bến xe Biên Hòa. Hệ thống biển báo, nhà

chờ, thông tin cho hành khách vẫn đang trong tình trạng tốt.

b) Đề xuất loại xe buýt: Xe buýt CNG đầu tư có các

thông số kỹ thuật cơ bản như sau: Nhãn hiệu phương tiện

SAMCO, Việt Nam. Loại phương tiện: ô tô khách (thành

phố) chưa qua sử dụng. Giá khoảng 2,8 tỷ Việt Nam

đồng/chiếc. Xe được trang bị các tiện ích sau: Hệ thống GPS

giám sát hành trình, camera quan sát trên xe, thiết bị bán vé

bán tự động, hệ thống vào trạm tự động, đèn led thông báo

các thông tin của tuyến xe buýt, hộp thư góp ý dành cho hành

khách và có trang bị máy lạnh.

Hình 11. Xe buýt CNG thực tế tại TP. Hồ Chí Minh

Về trạm tiếp xăng dầu: Để có thể cung cấp khí CNG cho

hệ thống xe buýt ở thành phố Biên Hòa, cần thiết kế và lắp đặt

một trạm mẹ, xe chuyên chở và trạm con. Hiện tại, trạm mẹ

được đặt tại Phú Mỹ (Vũng Tàu), nén khí vào bình và được

vận chuyển tới trạm con (đề xuất xây dựng tại bến xe Biên

Hòa), chi phí đầu tư khoảng 0,8 triệu USD (khoảng 19 tỷ Việt

Nam đồng). Vậy, tổng chi phí chuyển đổi từ xe thường sang

xe buýt CNG cho tuyến mất khoảng 2,33 triệu USD.

Hình 12. Mô hình vận chuyển CNG


c) Hiệu quả kinh tế môi trường sơ bộ: Hiệu quả kinh tế

từ việc tiết giảm chi phí nhiên liệu của dự án thí điểm xe buýt

CNG được đánh giá dựa trên lợi ích thu được do tiết kiệm

chi phí tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng xe buýt chạy bằng

CNG so với xe buýt chạy bằng diesel. Lợi ích thu được nhờ

giảm chi phí tiêu hao nhiên liệu khi thay thế toàn bộ đoàn xe

bằng xe buýt CNG chạy thí điểm trong một năm. Từ đầu

năm 2017, PV Gas South điều chỉnh tăng giá bán khí CNG

lên bằng 66% so với giá dầu DO và dự kiến sẽ tiếp tục điều

chỉnh tăng giá bán cho các năm tiếp theo. Như vậy, với 12

xe CNG, chi phí tiết kiệm/năm được trình bày như Bảng 5.

Bảng 5. Tổng chi phí dự kiến khai thác trong 1 năm

Đơn giá chi phí và doanh thu trong VTHKCC bằng xe

buýt được điều chỉnh hàng năm theo biến động của giá

nhiên liệu và sự thay đổi của mức lương tối thiểu… nhằm

đảm bảo doanh thu cho doanh nghiệp xe buýt. Vì vậy,

doanh thu và mức lãi, lỗ của dự án thực tế hàng năm sẽ

khác nhau. Chi phí đầu tư phương tiện chưa bao gồm lệ phí

trước bạ và lệ phí đăng ký. Lấy tỷ lệ chiết khấu dự án r =

0% vì lý do được thành phố hỗ trợ lãi suất vay. Năm bắt

đầu đầu tư là năm 2017, năm gốc. Năm bắt đầu khai thác

là năm 2018 (năm 1) và năm kết thúc dự án là năm 2028

(sau 10 năm đầu tư). Dự án được tính khấu hao hết trong

vòng 07 năm. Thời gian hoàn vốn gần 10 năm sau đầu tư,

do đó, hiệu quả tài chính của dự án không cao nhưng chi

phí nhiên liệu tiết kiệm được khi sử dụng nhiên liệu CNG

so với nhóm sử dụng dầu DO tính trên một năm là rất lớn

(trên 800 triệu VNĐ). Xe CNG có ưu điểm nổi bật so với

nhóm sử dụng dầu DO về việc sử dụng nhiên liệu sạch, khí

thải của xe CNG hầu như không làm ô nhiễm môi trường

không khí. Nghiên cứu của đề án thí điểm xe buýt CNG

cho tuyến số 1 Bến Thành – Chợ Lớn năm 2011 cho thấy,

trên tuyến thí điểm chạy xe buýt CNG, tổng lượng phát thải

các chất độc hại đã giảm 39,30 tấn/năm so với xe buýt chạy

diesel. Trong đó, đặc biệt quan trọng là lượng bụi lơ lửng

TSP (hạt rắn PM 10 và bồ hóng) giảm 1,81 tấn; NOx giảm

20,92 tấn; CO giảm 7,78 tấn; HC giảm 2,04 tấn; SO2 giảm

0,4 tấn; VOC giảm 6,36 tấn trong 1 năm.

Về an toàn, mặc dù xe buýt CNG đã được trang bị hệ

thống van an toàn trên các bình chứa của xe để phòng

chống cháy nổ, nhưng tại các trạm cung cấp khí CNG cũng

được trang bị các hệ thống chống cháy nổ. Tuy nhiên, cần

lưu tâm đến vấn đề cháy nổ của xe chạy trong thành phố

đông dân và trạm con CNG đặt trong các khu vực dân cư,

vì các bình chứa khí CNG ở áp suất rất cao, khoảng 200

atm, khi nổ và cháy có tác dụng sát thương và phá hoại rất

lớn.

5. Kết luận

Với mức độ đô thị hóa và gia tăng dân số như hiện nay

thì không lâu nữa TP. Biên Hòa sẽ bắt đầu đông đúc và chật

chội như các thành phố lớn khác trong nước. Thành phố

Biên Hòa phải có kế hoạch dài lâu và phát triển đô thị theo

hướng bền vững, trong đó, giao thông đô thị nắm vai trò

quyết định với hình thức VTHKCC là then chốt. Phát triển

các tuyến xe buýt mới thân thiện hơn với môi trường sẽ đáp

ứng được nhu cầu đi lại đang tăng lên nhanh chóng trong

thành phố, góp phần tạo môi trường thuận lợi cho phát triển

kinh tế và nâng cao đời sống của người dân. Kết quả nghiên

cứu cũng mang tính tổng quát nên có thể áp dụng cho

những đô thị khác tương tự như thành phố Biên Hòa.

Từ kết quả nghiên cứu ban đầu, ta thấy được lợi ích về

kinh tế cũng như về môi trường của xe buýt CNG. Vì vậy,

trong tương lai, nhu cầu sử dụng xe buýt CNG là rất lớn và

quan trọng của các đô thị trên cả nước, chứ không chỉ riêng

TP. Biên Hòa. Tuy nhiên, mỗi tỉnh, thành lại có những

chính sách riêng về đầu tư, phát triển xe buýt CNG, trong

khi đó vẫn phải tuân thủ các vấn đề thuế, phí và các quy

định chung của quốc gia, cũng như quy hoạch của Bộ Giao

thông Vận tải. Do vậy, các tỉnh, thành và Bộ cần phối hợp

với nhau để đưa ra các kiến nghị, các chính sách về sản

xuất, đầu tư, đánh thuế, hỗ trợ cho phát triển xe buýt sạch

CNG để đạt được hiệu quả mong muốn và cao nhất, vì mục

đích phát triển bền vững trong tương lai.


[1] Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Giao thông Vận tải phía Nam, Viện Chiến lược và Phát triển Giao thông Vận tải, Báo cáo Quy hoạch

tổng thể giao thông vận tải tỉnh Đồng Nai đến năm 2010 và định

hướng phát triển đến năm 2020, Bộ Giao thông Vận tải, 2007.

[2] Trung tâm Môi trường và Phát triển giao thông vận tải, Nghiên cứu

ứng dụng xe buýt điện trolleybus cho TP. Hồ Chí Minh, Bộ Giao thông Vận tải, 2013.

[3] Le Hong Ke, Analysis impacts of Urbanization policies to

Sustainable Development of Vietnam, Ministry of Planning and

Investment, National Agenda 21 of Vietnam, Project VIE-01-021,

Hanoi 2006.

[4] Quyết định phê duyệt đề án Kiểm soát ô nhiễm môi trường trong

hoạt động giao thông vận tải, số 855/QĐ-TTg ngày 06/06/2011.

[5] Quyết định số 49/2011/QĐ-TTg ngày 01/09/2011 về lộ trình áp dụng

tiêu chuẩn khí thải.

[6] Quyết định số 432/QĐ-TTg ngày 19/4/2012 phê duyệt Chiến lược

phát triển bền vững Việt Nam giai đoạn 2011-2020.

[7] Trinh Van Chinh, Study on Trolleybus Development for Sustainable

Public Transport in Ho Chi Minh City Viet Nam, Conference Franco-Vietnamienne “Constructon et Developpement Durable” - CIGOS

2013, Entpe – Lyon, Pháp, 04-05/04/2013.

[8] http://giaothongxanh.blogspot.com/2016/08/giao-thong-xanh-la-

gi.html

[9] https://www.pvgas.com.vn/san-pham-va-dich-vu/san-pham/khi-

thien-nhien-nen


112 Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Xuân Trung, Phan Tiến Vinh

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC NĂNG LƯỢNG

CHO CÔNG TRÌNH KHÁCH SẠN Ở ĐÀ NẴNG

A STUDY ON ENERGY BENCHMARK FOR HOTEL BUILDINGS IN DANANG

Nguyễn Anh Tuấn1, Nguyễn Xuân Trung1, Phan Tiến Vinh2 1Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; [email protected] 2Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Loại hình khách sạn đang phát triển rất nóng tại các đô thị du lịch, đặc biệt là thành phố Đà Nẵng. Để quản lý hiệu quả việc tiêu dùng năng lượng trong nhóm công trình này cần phải xây dựng định mức tiêu hao năng lượng, tiến tới việc dán nhãn năng lượng theo mức độ hiệu quả. Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp xây dựng định mức năng lượng thông qua khảo sát và phân tích dữ liệu thực tế của 55 khách sạn trên địa bàn Đà Nẵng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khách sạn có hạng (cấp sao) càng cao thì suất tiêu hao năng lượng càng lớn, với mức trung bình chung là 87,4 kWh/m2/năm hay 8.628,6 kWh/phòng ngủ/năm. Nghiên cứu cũng đã đề xuất một thang phân loại công trình khách sạn theo mức độ hiệu quả năng lượng gồm 7 hạng từ A đến G. Kết quả nghiên cứu có nhiều ý nghĩa trong quản lý, thiết kế xây dựng và cải tạo loại hình công trình này.

Abstract - Hotel buildings have been developing very rapidly in tourism cities, especially in Danang city. To effectively manage energy consumption of this type of buildings, it is necessary to establish an energy benchmark, moving towards energy labeling corresponding to buildings’ energy efficiency. This study proposes a method to establish an energy benchmark by conducting a survey and analysis of real-world data of 55 hotels in Danang. The results show that the higher the rating (star-rating) of a hotel is the more energy it consumes, with an average of 87.4 kWh/m2/year or 8,628.6 kWh/bedroom/year. This study also proposes an energy-efficiency-based rating scale for hotel buildings, including 7 grades from A to G. The results of the study demonstrate potential applications in hotel building management, design, construction and renovation of this building type.

Từ khóa - định mức năng lượng; khách sạn; suất tiêu hao; dán nhãn năng lượng; thang phân loại

Key words - energy benchmarking; hotel; energy use intensity; energy labeling; energy rating scale


Tiết kiệm năng lượng hiện nay là vấn đề thời sự đang được

quan tâm từ nhiều phía. Đứng trên góc độ môi trường và phát

triển bền vững, tiết kiệm năng lượng là một hành động thiết

thực hàng đầu nhằm đạt được mục tiêu phát triển bền vững và

bảo vệ môi trường. Đi kèm với đó, vấn đề xây dựng định mức

tiêu thụ năng lượng (energy benchmarking) cho các công trình

xây dựng đã được nhiều nước trên thế giới quan tâm rất sớm,

từ những năm 1990. Đi kèm với việc xây dựng định mức năng

lượng là việc xây dựng thang phân loại công trình theo hiệu

quả năng lượng (building energy rating tool).

Lĩnh vực khách sạn ở Đà Nẵng nói riêng và nhiều địa

phương trong cả nước nói chung đang phát triển nhanh chóng

do sự bùng nổ du lịch trong những năm gần đây. Riêng tại Đà

Nẵng đã có trên 575 cơ sở lưu trú (trong đó khách sạn chiếm

khoảng 95%) và con số này vẫn liên tục tăng nhanh khoảng

10% - 14%/năm. Đi kèm sự phát triển đó là điện năng tiêu thụ

bởi khu vực khách sạn du lịch cũng tăng và chiếm tỷ trọng

đáng kể trong tổng tiêu thụ điện năng, do khách sạn thường

trang bị các hệ thống sử dụng điện công suất cao.

Giảm thiểu điện năng tiêu thụ của lĩnh vực khách sạn đang

rất được quan tâm, do đó, cần xây dựng định mức tiêu thụ

năng lượng cũng như biện pháp phân loại mức độ hiệu quả về

sử dụng năng lượng là rất cần thiết. Đây là cơ sở để các cơ

quan quản lý nhà nước quản lý, khuyến khích, chế tài đối với

lĩnh vực khách sạn nhằm giảm thiểu lãng phí điện năng.

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xây dựng định

mức năng lượng và thang phân loại khách sạn du lịch trên

địa bàn Đà Nẵng theo mức độ hiệu quả năng lượng, nhằm

đưa ra các kết quả có thể hỗ trợ công tác thiết kế, xây dựng

và quản lý có hiệu quả các công trình khách sạn du lịch trên

địa bàn thành phố Đà Nẵng nói riêng và cả nước nói chung.

Đối tượng nghiên cứu là loại hình công trình khách sạn du

lịch, một loại hình công trình đang có tốc độ phát triển

nhanh chóng tại các thành phố du lịch, đặc biệt là Đà Nẵng.

2. Phương pháp nghiên cứu, nội dung nghiên cứu và các

kết quả đạt được


Hiệu suất sử dụng năng lượng của một công trình

thường được đo lường bằng cách so sánh hiệu suất năng

lượng của nó với một tập hợp mẫu các công trình tương tự,

thông thường là một định mức (benchmark) được tính toán

từ tập hợp mẫu. Nói cách khác, một công trình làm mẫu

điển hình (prototype building) có thể được dùng như là một

định mức. Hiện nay có khá nhiều cách xây dựng định mức

năng lượng cơ bản, trong đó những cách phổ biến nhất có

thể kể đến gồm có [1]:

a. Hệ thống xếp hạng;

b. Mô hình phân phối, sử dụng giá trị ở giữa và các

khoảng xác suất phần trăm;

c. Mô hình hồi quy;

d. Mô hình hồi quy sử dụng sai số chuẩn của một phép

hồi quy, hoặc suất tiêu hao trung bình, của một tập hợp mẫu;

e. Các mô hình điển hình.

Những mô hình này thường xây dựng định mức dưới

dạng một chỉ số suất tiêu hao năng lượng - EUI (energy use

intensity), thường là kWh/m2/năm hay MJ/m2/năm, hay

tương tự. Việc dùng các loại đơn vị đo này giúp cho các nhà

quản lý dễ hiểu được hệ thống định mức. Ngoài ra, một loại

đơn vị đo khác cũng có thể được sử dụng với độ chính xác

cao hơn, nhưng việc thu thập dữ liệu phức tạp hơn, đó là đơn

vị có dạng kg CO2/m2/năm. Một vài định mức có thể có thêm

chỉ dẫn cụ thể về tỷ lệ phần trăm năng lượng được sử dụng

bởi các mục đích sử dụng khác nhau trong công trình.


Trong nghiên cứu của chúng tôi, các phương pháp b., c.,

d. nói trên được áp dụng. Việc xây dựng định mức năng lượng

theo phương pháp này nói chung cần một tập hợp mẫu khảo

sát đủ lớn để đảm bảo tính đại diện của mẫu và độ tin cậy của

kết quả khảo sát. Chúng tôi quyết định chọn khảo sát khoảng

10% tổng số khách sạn trên địa bàn thành phố Đà Nẵng – tức

khoảng từ 50 đến 55 công trình khách sạn để có được các

thông tin cơ bản và lượng năng lượng tiêu thụ tương ứng trong

12 tháng liên tục. Các thông tin khảo sát gồm:

- Năng lượng tiêu thụ của từng tháng, trong 12 tháng

liên tục của 1 năm;

- Thông số quy mô công trình: diện tích sàn, khối tích,

số phòng ngủ, số tầng;

- Năm xây dựng, năm vận hành;

- Hệ thống dùng năng lượng như điều hòa, máy nước

nóng, đèn chiếu sáng...

Việc khảo sát được thực hiện bằng cách gửi thư hoặc

đến trực tiếp tại cơ sở.

Để đảm bảo chất lượng và tính đại diện mẫu khảo sát,

chúng tôi lựa chọn khách sạn mẫu theo những tiêu chí ưu

tiên từ cao đến thấp như sau:

- Hạng khách sạn: phải có đủ các hạng từ 1 sao đến 5

sao, số lượng giữa các hạng càng đồng đều càng tốt;

- Vị trí công trình: cố gắng có các đại diện khách sạn ở

các quận nội thành;

- Quy mô công trình: có công trình nhỏ (dưới 2.500

m2), vừa và lớn; có thấp tầng, có cao tầng.

Trên cơ sở dữ liệu thu được, nghiên cứu đã sử dụng các

công cụ phân tích thống kê như phương pháp đồng hóa dữ

liệu và phương pháp tính trung bình, phương pháp hồi quy,

phương pháp phân bố xác suất… để đưa ra định mức tiêu

hao năng lượng trung bình.

Bằng biện pháp phân tích phân bố xác xuất, từ dữ liệu

điều tra có thể xây dựng được thang phân loại công trình

theo mức độ hiệu quả năng lượng. Thang phân loại có thể

dùng để phân loại và dán nhãn năng lượng công trình.

2.2. Nội dung nghiên cứu

Kết thúc gần 1 năm thực hiện khảo sát, chúng tôi đã có

được kết quả của 55 công trình khách sạn trên địa bàn thành

phố. Qua quá trình sàng lọc, dữ liệu của 5 công trình khách sạn

không đạt yêu cầu chất lượng hoặc không phù hợp (số liệu điện

năng bất thường, thông tin không rõ ràng, chủng loại công trình

không phù hợp…) được chúng tôi loại bỏ. Dữ liệu còn lại là

của 50 khách sạn được phân nhóm từ 1 sao đến 5 sao. Số lượng

khách sạn của từng nhóm được trình bày trong Bảng 1.

Bảng 1. Số lượng khách sạn khảo sát ở từng hạng

Số

lượng

1 sao 2 sao 3 sao 4 sao 5 sao

10 6 21 8 5

Các kết quả khảo sát nói trên được sàng lọc, xử lý, quy

đổi, nội suy một số giá trị còn thiếu. Một số khách sạn lớn

có sử dụng dầu diezen để vận hành được quy đổi từ thể tích

dầu sử dụng sang đơn vị năng lượng kWh. Kết quả cuối

cùng được phân tích trên phần mềm thống kê Stata v.10.

Kết quả phân tích được đối chiếu, kiểm tra cẩn thận với các

dữ liệu khoa học khác trước khi công bố.

2.3. Các kết quả của nghiên cứu

2.3.1. Định mức tiêu hao năng lượng của từng hạng khách

sạn và định mức chung

Việc xây dựng định mức thường dựa trên cơ sở tính toán

giá trị trung bình của một tập hợp mẫu. Tuy nhiên, trong

trường hợp của chúng tôi, các nhóm khách sạn có hạng khác

nhau thì có suất tiêu hao năng lượng khác nhau, đồng thời số

mẫu khảo sát trong mỗi nhóm cũng khác nhau. Do đó, việc

tính toán mức tiêu hao năng lượng trung bình được chúng tôi

tính toán theo phương pháp đặc biệt như sau:

5

1

5

i sao

i

EUI

EUI

(0.1)

Trong đó:

EUI là suất tiêu hao năng lượng trung bình của loại

hình công trình khách sạn;

saoiEUI là suất tiêu hao năng lượng của khách sạn hạng

i sao (được tính bằng trung bình suất tiêu hao của nhóm

khách sạn hạng i sao).

Hình 1. Suất tiêu hao năng lượng trung bình tính theo tổng diện

tích sàn sử dụng và tính theo số phòng ngủ

Kết quả định mức tiêu hao năng lượng EUI được chúng

tôi trình bày trong Hình 1. Kết quả cho thấy suất tiêu hao

năng lượng trung bình là 87,4 kWh/m2/năm hay 8.628,6

kWh/phòng ngủ/năm. Kết quả cũng chỉ ra rằng, khách sạn

có hạng càng cao (càng nhiều sao) thì suất tiêu hao năng

lượng càng lớn. Khách sạn 5 sao có suất tiêu hao trung bình

gần gấp 3 lần khách sạn 1 đến 2 sao. So sánh với suất tiêu

hao năng lượng khách sạn ở Seatle (Hoa Kỳ) [2], Hồng Kông

[3] cho thấy, suất tiêu hao năng lượng khách sạn ở Đà Nẵng

thấp hơn rất nhiều (87,4 so với 271 và 564 kWh/m2/năm).

54.4 57.0

80.987.4

100.3

144.4

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

1 sao 2 sao 3 sao Trung

bình

4 sao 5 sao

Su

ất

tiêu

th

ụ đ

iện

nă

ng

tru

ng

bìn

h (

KW

h/m

2/n

ăm

)

Hạng khách sạn

2277.4 2662.04657.1

8628.6 8256.2

25290.0

0.0

5000.0

10000.0

15000.0

20000.0

25000.0

30000.0

1 sao 2 sao 3 sao Trung

bình

4 sao 5 saoSu

ất

tiêu

th

ụ đ

iện

nă

ng

tru

ng

bìn

h

(KW

h/p

hò

ng n

gủ

/nă

m)

Hạng khách sạn


2.3.2. Thang phân hạng khách sạn theo mức độ hiệu quả

sử dụng năng lượng

Có nhiều cách phân hạng công trình theo mức độ hiệu

quả về năng lượng, ví dụ như:

- Phân hạng theo từng quãng suất tiêu hao năng lượng

bằng nhau;

- Phân hạng theo từng quãng phân bố xác suất đều nhau;

- Phân hạng bằng kỹ thuật phân nhóm dựa trên lý

thuyết mờ (fuzzy) [4].

Nghiên cứu này sử dụng cách phân hạng dựa trên hướng

dẫn trong tiêu chuẩn châu Âu prEN15217:2005 [5], là

phương pháp phân hạng dựa trên phân bố xác suất. Cách

phân hạng này cho phép áp dụng mà hầu như ít chịu sự chi

phối của đặc trưng tiêu thụ năng lượng ở các vùng miền khác

nhau. Cách phân hạng này đã được áp dụng ở một số nghiên

cứu quốc tế, ví dụ [6]. Hình 2 giới thiệu phân bố xác suất của

suất tiêu hao năng lượng của 50 khách sạn được khảo sát.

Hình 2. Xác suất phân bố của suất tiêu hao năng lượng trung

bình tính theo tổng diện tích sàn sử dụng

Kết quả chính thu được từ Hình 2 là:

- Suất tiêu hao năng lượng EUI nằm ở giữa (median) của

tập hợp mẫu là 72 kWh/m2/năm. Giá trị này được sử dụng

như là một mốc chuẩn (benchmark) của nhóm mẫu - Rks;

- Giá trị giới hạn của 25% suất tiêu hao năng lượng thấp

nhất là 50 kWh/m2/năm. Giá trị này được nghiên cứu xem

như là suất tiêu hao năng lượng của các công trình tốt, tuân

thủ Quy chuẩn Việt Nam (QCVN) về công trình sử dụng

năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (QCVN 09: 2013) - RQCVN.

Bảng 2. Chi tiết cách phân hạng công trình khách sạn

theo mức độ hiệu quả năng lượng

Hạng A EUI < 0.5*RQCVN EUI < 25

Hạng B 0,5*RQCVN ≤ EUI < RQCVN 25 ≤ EUI < 50

Hạng C RQCVN ≤ EUI < 0,5*(RQCVN + Rks) 50 ≤ EUI < 61

Hạng D 0,5*(RQCVN + Rks) ≤ EUI < Rks 61 ≤ EUI < 72

Hạng E Rks ≤ EUI < 1,25*Rks 72 ≤ EUI < 90

Hạng F 1,25*Rks ≤ EUI < 1,5*Rks 90 ≤ EUI < 108

Hạng G 1,5*Rks ≤ EUI 108 ≤ EUI

Với kết quả đó, thang phân hạng công trình gồm 7 hạng

được chúng tôi xây dựng trên cơ sở tham chiếu tiêu chuẩn

prEN15217:2005 như trong Bảng 2. Kết quả này có thể

được sử dụng để thông báo, khuyến khích, chế tài hay dán

nhãn năng lượng công trình trên địa bàn thành phố.

2.3.3. Các mối quan hệ giữa suất tiêu hao năng lượng và

các yếu tố khác

Một vấn đề mà nghiên cứu quan tâm đó là tỷ lệ phần

trăm năng lượng tiêu thụ theo các tháng của khối khách

sạn. Nghiên cứu cho kết quả như trình bày ở Hình 3. Kết

quả cho thấy, trong các tháng hè, điện năng tiêu thụ tăng

cao, gấp khoảng 2 lần so với những tháng khác. Phân tích

cũng cho thấy điện năng tiêu thụ tương quan chặt chẽ với

nhiệt độ trung bình tháng của địa phương. Điều này phản

ánh rằng, năng lượng dùng cho việc làm mát trong công

trình khách sạn chiếm tỷ trọng rất lớn trong tổng năng

lượng tiêu thụ.

Hình 3. Trung bình điện năng tiêu thụ theo từng tháng của công

trình khách sạn ở Đà Nẵng

Hình 4. Tương quan giữa công suất phòng và suất tiêu hao

năng lượng của công trình khách sạn ở Đà Nẵng

Một vấn đề cần quan tâm là công suất phòng liệu có ảnh

hưởng đến suất tiêu hao năng lượng EUI của khách sạn hay

không? Chúng tôi thực hiện một phân tích tương quan,

được trình bày trong Hình 4. Phân tích này cho thấy, hầu

như không có mối liên quan nào trong các trường hợp khảo

sát. Để kiểm chứng nhận định trên, chúng tôi khảo sát một

trường hợp cụ thể là khách sạn X (có dữ liệu công suất

phòng từng tháng). Mối quan hệ giữa điện năng tiêu thụ và

công suất phòng qua từng tháng được thể hiện trong Hình

5. Kết quả cho thấy năm 2014, mặc dù công suất phòng tụt

giảm nghiêm trọng (do sự kiện giàn khoan 981 ngày

02/5/2014) nhưng điện năng tiêu thụ của khách sạn X

không giảm so với cùng kỳ, thậm chí còn cao hơn một ít.

Phát hiện này củng cố nhận định là công suất phòng dường

như ít ảnh hưởng đến suất tiêu hao năng lượng của khách

sạn ở Đà Nẵng. Kết quả này hoàn toàn giống như kết quả

một nghiên cứu về cùng chủ đề ở Hồng Kông [3].

15

17

19

21

23

25

27

29

31

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Nh

iệt

độ t

run

g b

ình

th

án

g

% t

run

g b

ình

điệ

n n

ăn

g t

iêu

th

ụ 1

nă

m

Tháng trong năm

% điện năng Nhiệt độ trung bình

y = -0.0111x + 66.765

R² = 0.0035

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200 250

Côn

g s

uất

ph

òn

g (

%)

Suất tiêu hao năng lượng (kWh/m2.năm)


Hình 5. Tương quan giữa công suất phòng và suất tiêu hao

năng lượng của khách sạn X năm 2013 và 2014

(thiếu số liệu tháng 11, 12 năm 2014)

Chúng tôi cũng phân tích mối tương quan giữa suất tiêu

hao năng lượng công trình khách sạn với số tầng của công

trình, tổng diện tích sàn, năm xây dựng, nhưng không tìm thấy

mối tương quan đáng kể nào. Do đó có thể nhận định số tầng,

hay tổng diện tích sàn, khách sạn cũ hay mới không ảnh hưởng

đáng kể đến suất tiêu hao năng lượng công trình khách sạn.

3. Bàn luận

Ban đầu, chúng tôi đặt giả thiết rằng công trình khách

sạn có thể có một định mức năng lượng chung. Tuy nhiên,

kết quả nghiên cứu cho thấy các khách sạn khác hạng thì

suất tiêu hao năng lượng của chúng cũng khác nhau. Do

đó, nghiên cứu này khuyến nghị rằng, đối với loại hình

công trình khách sạn, định mức năng lượng cần được xây

dựng cho từng hạng (ở Việt Nam phân hạng thể hiện bằng

cấp sao) như đã trình bày trong Hình 1. Các khách sạn 1 và

2 sao có suất tiêu thụ năng lượng rất thấp, nên không được

xem là đối tượng trọng tâm trong chiến lược tiết kiệm năng

lượng. Ngược lại, cần chú trọng các giải pháp tiết kiệm

năng lượng trong loại Hình 4 và 5 sao, là các khách sạn vốn

có nhiều tiềm năng lớn.

Trong khi nghiên cứu, chúng tôi phát hiện ra một số

khách sạn 5 sao ở Đà Nẵng có suất tiêu hao năng lượng rất

lớn, có công trình lên đến 200 kWh/m2/năm. Con số này

cũng tương đương với các trường hợp ở TP. Hồ Chí Minh

hay Hà Nội (ở Hà Nội là 218 kWh/m2/năm và TP. Hồ Chí

Minh là 221 kWh/m2/năm) [7]. Trong khi chưa có nghiên

cứu đầy đủ, chúng tôi giả thiết rằng khách sạn 5 sao có tiêu

chuẩn phục vụ cao, hệ thống dịch vụ khép kín, tiêu tốn

nhiều năng lượng và đó cũng là nguyên nhân dẫn đến mức

EUI trung bình cao.

Một điểm đáng chú ý là các công trình không có giải

pháp thiết kế phù hợp khí hậu thì hệ quả tất yếu là tiêu thụ

nhiều năng lượng hơn mức bình thường. Ví dụ: khách sạn

Y (4 sao) ở Đà Nẵng (Hình 6) tiêu thụ năng lượng nhiều

hơn bình thường do mặt đứng công trình được bao phủ toàn

bộ kính ở hướng Đông và Tây mà không có kết cấu che

nắng. Kết quả, trong khi trung bình EUI của tập hợp mẫu

là 87,4 kWh/m2/năm thì của khách sạn Y là 144

kWh/m2/năm – tương đương một khách sạn 5 sao sử dụng

ở mức trung bình.

Hình 6. Mặt đứng hướng Đông và Tây nhiều kính của

khách sạn Y ở Đà Nẵng (Nguồn: Tác giả)

Không giống như những công trình thương mại khác,

khách sạn là một loại hình đặc biệt do nhiều dịch vụ và

chức năng mà nó cung cấp. Ngoài phòng ngủ, khách sạn

còn có nhà hàng, hồ bơi, bếp, cửa hàng bán lẻ, khu đỗ xe,

massage và spa… Khách sạn thường vận hành 24/24 và

quanh năm, mặc dù một số chức năng như phòng hội nghị

chỉ được sử dụng vài lần trong một năm. Công suất phòng

cũng có thể thay đổi lớn trong suốt 1 năm. Trong rất nhiều

khách sạn, mặc dù phòng không có khách, nhưng hệ thống

điều hòa vẫn phải hoạt động để tránh tích tụ khí bẩn và

tránh nấm mốc. Điều này cũng lý giải một phần việc suất

tiêu hao năng lượng hầu như ít liên quan đến công suất

phòng.

4. Kết luận

Đây cũng là lần đầu tiên một nghiên cứu hoàn chỉnh về

định mức năng lượng công trình dân dụng được công bố ở

Việt Nam. Các nghiên cứu trước đây (nếu có) thì chỉ rời

rạc, không đủ số lượng mẫu cần thiết. Nghiên cứu này có

tính tiên phong do hiện nay Bộ Xây dựng mới bắt đầu quá

trình xây dựng định mức năng lượng tiêu thụ và phân loại

hiệu quả năng lượng cho các công trình khác nhau và Bộ

Công thương cũng vừa ban hành định mức tiêu hao năng

lượng cho các ngành công nghiệp nặng.

Qua thống kê và khảo sát 55 khách sạn trên địa bàn Đà

Nẵng, nghiên cứu đã rút ra và đề xuất định mức năng lượng

cho loại hình công trình khách sạn, với mức tiêu hao trung

bình là 87,4 kWh/m2/năm và 8.628,6 kWh/phòng_ngủ/năm.

Tuy nhiên, nghiên cứu này khuyến nghị nên áp dụng định mức

cho từng hạng khách sạn (theo cấp sao) một cách riêng rẽ.

Nghiên cứu cũng đã đề xuất được một hệ thống phân

loại khách sạn theo mức độ hiệu quả năng lượng làm cơ sở

để dán nhãn năng lượng công trình khách sạn trên địa bàn

thành phố. Hệ thống phân loại được đề xuất gồm 7 hạng từ

A đến B, C, D, E, F và G.

Những kết quả khác của nghiên cứu gồm có: i) Mức

tiêu thụ năng lượng trong một năm của loại hình công trình

khách sạn biến thiên theo nhiệt độ không khí trung bình ở

Đà Nẵng; ii) Suất tiêu hao năng lượng trung bình của công

trình khách sạn không phụ thuộc nhiều vào công suất khai

thác; iii) Các yếu tố khác ít có mối quan hệ với suất tiêu

hao năng lượng của khách sạn.

Kết quả của nghiên cứu này có nhiều ứng dụng trong

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Công s

uất

phòng (

%)

Năn

g l

ượ

ng t

iêu t

hụ (

kW

h)

Tháng

Điện năng 2013 Điện năng 2014

Công suất phòng 2013 Công suất phòng 2014

Sự kiện giàn khoan 981 ngày 2/5/2014


quản lý nhà nước, trong thiết kế công trình khách sạn theo

tiêu chí xanh và hiệu quả năng lượng, và trong cải tạo công

trình hiện hữu theo hướng hiệu quả năng lượng hơn.

5. Lời cảm ơn

Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách khoa – Đại

học Đà Nẵng đã tài trợ cho nghiên cứu này (mã số đề tài:

T2017-02-75). Tác giả cũng xin cảm ơn các sở ngành,

doanh nghiệp, các khách sạn và đồng nghiệp, bè bạn đã hỗ

trợ thông tin trong quá trình khảo sát.


[1] Liddiard, R., Wright, A. và Marjanovic-Halburd, L., A review of

non-domestic energy benchmarks and benchmarking methodologies, Proceedings of the 5th International Conference on

Improving Energy Efficiency in Commercial Buildings - IEECB

Focus 2008, 2008, pp. 10-11.

[2] Seatle Office of Sustainability & Environment, Seatle Building

Energy Benchmarking Analysis Report 2013 Data, Seatle, 2015.

[3] Deng, S.M. và Burnett, J., “A study of energy performance of hotel

buildings in Hong Kong”, Energy and Buildings, 31(1), Elsevier,

2000, pp. 7-12.

[4] M. Santamouris et al., “Using intelligent clustering techniques to

classify the energy performance of school buildings”, Energy and

Buildings, 39 (1), Elsevier, 2007, pp. 45–51.

[5] CEN, prEN 15217:2005, Energy performance of buildings -

Methods for expressing energy performance and for energy

certification of buildings, 2005.

[6] Hernandez, P., Burke, K. và Lewis, J.O., “Development of energy performance benchmarks and building energy ratings for non-

domestic buildings: An example for Irish primary schools”, Energy

and buildings, 40(3), Elsevier, 2008, pp. 249-254.

[7] USAID Vietnam Clean Energy Program, Yêu cầu chi tiết: Đánh giá

định mức hiệu quả năng lượng công trình xây dựng (building energy performance baselines), Hà Nội, 2016.



ĐỀ XUẤT TƯƠNG QUAN KÍCH THƯỚC CỦA PHÒNG NHẰM NÂNG CAO

HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO CĂN HỘ CHUNG CƯ CAO TẦNG

PROPOSAL OF THE RELATION OF THE DIMENSIONS OF THE ROOM TO ENHANCE

THE NATURAL VENTILATION EFFICIENCY FOR APARTMENTS IN HIGH-RISE

APARTMENT BULDINGS

Phan Tiến Vinh

Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; [email protected]

Tóm tắt - Chung cư cao tầng là một loại hình nhà ở phổ biến hiện nay tại các đô thị trên thế giới. Thiết kế và khai thác hiệu quả thông gió tự nhiên cho chung cư cao tầng là một giải pháp cơ bản hướng đến tiết kiệm năng lượng, tạo môi trường thân thiện và sự phát triển bền vững cho công trình kiến trúc. Bài báo đi vào nghiên cứu tương quan về kích thước chiều rộng và chiều sâu của một phòng ở có hình dạng chữ nhật (trong căn hộ chung cư cao tầng) nhằm tạo ra hiệu quả thông gió tự nhiên tốt nhất. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi kích thước chiều sâu phòng bằng từ 1,0 đến 1,5 lần chiều rộng của phòng thì hiệu quả thông gió tự nhiên (vận tốc gió vào, vận tốc gió phân bố trong phòng, trường gió) là tốt nhất. Kết quả này là một đóng góp cho lý thuyết về thiết kế thông gió tự nhiên cho chung cư cao tầng và có thể được các nhà thiết kế áp dụng cho các dự án chung cư cao tầng trong thực tế.

Abstract - High-rise apartment buildings are a common housing type in urban areas in the world. Designing and effective exploiting natural ventilation in high-rise apartment buildings is a basic solution towards saving energy, creating a friendly environment and a sustainable development for architecture. This article focuses on studying the relation of two dimensions of a rectangular room (a common room’ configuration in apartment buildings) to create the best natural ventilation efficiency. The results show that when the room depth is equal to 1.0 to 1.5 times the room width, the natural ventilation efficiency (wind velocity, distribution of wind velocity in the room, wind field) is the best. The result is a contribution to the theory of natural ventilation designing in high-rise apartment buildings and can be applied to actual high-rise apartment projects by designers.

Từ khóa - chung cư cao tầng; kiến trúc bền vững; kích thước phòng; vận tốc gió; trường gió.

Key words - high-rise apartment building; sustainable architecture; dimension of room; wind velocity; wind field.


Ngày nay, trong bối cảnh nhân loại đang đối diện với

những thách thức của biến đổi khí hậu và xu hướng phát triển

bền vững đã trở thành quốc sách hàng đầu của nhiều quốc

gia trên thế giới, nghiên cứu đề xuất các giải pháp thiết kế

kiến trúc theo hướng bền vững là vấn đề có tính cấp thiết và

có ý nghĩa lớn về mặt lý luận trong kiến trúc. Một trong

những giải pháp thiết kế thụ động cơ bản nhằm hướng đến

kiến trúc bền vững, thích ứng và thân thiện với môi trường

tự nhiên, tạo ra môi trường tiện nghi thân thiện cho con

người, tiết kiệm năng lượng,... là thiết kế thông gió tự nhiên

(TGTN) cho công trình kiến trúc.

Chung cư cao tầng (CCCT) là loại hình nhà ở đã và

đang phát triển mạnh tại các đô thị lớn trên thế giới. Ở Việt

Nam, CCCT xuất hiện tại các đô thị lớn cùng với sự phát

triển đô thị, sự phát triển kinh tế xã hội, sự gia tăng nhu cầu

nhà ở đô thị, các yêu cầu về tiện nghi ở, … Trong thập niên

đầu của thế kỷ XXI, đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ

về số lượng các khu đô thị mới, cùng với đó là nhiều CCCT

được đầu tư xây dựng.

Theo [1], nhà chung cư là loại hình được chú trọng phát

triển tại các đô thị Việt Nam. Cụ thể, tỷ lệ nhà ở chung cư

trong các dự án phát triển nhà ở đô thị đến năm 2020 được quy

định từ 60% đến 90% cho các đô thị loại I và loại đặc biệt.

Như vậy, nhà chung cư nói chung, trong đó có CCCT,

sẽ có xu hướng phát triển mạnh trong thời gian đến tại các

đô thị Việt Nam, đặc biệt là tại các đô thị lớn.

Hiện nay, vấn đề khai thác TGTN cho các căn hộ trong

CCCT chưa được quan tâm đúng mức trong quá trình thiết

kế và vận hành khai thác. Giải pháp phổ biến để làm mát cho

các căn hộ là sử dụng điều hòa không khí. Giải pháp này có

các nhược điểm chính sau: tiêu thụ nhiều năng lượng, gây ô

nhiễm môi trường tự nhiên, gây ra một số bệnh cho cư dân,

môi trường vi khí hậu trong căn hộ không thân thiện, …

Trong phòng ở có dạng hình chữ nhật (hình dạng phổ

biến nhất trong thiết kế chung cư), kích thước bề ngang a và

chiều sâu b, tương quan kích thước K của phòng là tỷ số giữa

b và a, K = b/a. Giá trị K có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu

quả về chiếu sáng tự nhiên, tiện nghi nhiệt, thẩm mỹ kiến

trúc, tính thích dụng, … và hiệu quả TGTN.

Các nghiên cứu đã được công bố về TGTN cho các

phòng chức năng và công trình kiến trúc nói chung tập trung

vào lý thuyết chung về mối liên hệ giữa vị trí cửa trên mặt

bằng; vị trí cửa trên mặt cắt; sử dụng hình thức lam, vách

ngăn, … và hiệu quả TGTN của phòng [2, 3, 4, 5]; khả năng

áp dụng TGTN và các trường hợp ứng dụng các nguyên tắc

TGTN cho công trình thực tế tại các vùng khí hậu khác nhau;

các giải pháp thiết kế và chiến lược TGTN cho công trình

nói chung [6, 7, 8, 9, 10]; … Và hiện nay, chưa có nghiên

cứu nào đề xuất tương quan kích thước K hợp lý cho các

phòng ở trong căn hộ CCCT nhằm khai thác hiệu quả TGTN.

Vì vậy, nghiên cứu tương quan kích thước phòng hợp lý

nhằm khai thác hiệu quả TGTN cho các căn hộ CCCT là vấn

đề đang được đặt ra cho các nhà nghiên cứu và các nhà thiết kế.

2. Đề xuất tương quan kích thước phòng hợp lý trong

thiết kế CCCT hướng đến khai thác hiệu quả TGTN

2.1. Hiệu quả TGTN của căn hộ trong CCCT

Hiệu quả TGTN trong và ngoài căn hộ phụ thuộc vào

một số yếu tố sau: hình khối công trình; giải pháp bố cục

118 Phan Tiến Vinh

tổng mặt bằng; hình thức mặt bằng tầng điển hình; vận tốc

và hướng gió thổi đến bề mặt căn hộ; giải pháp thiết kế của

căn hộ; đặc điểm các loại cửa của phòng; …

Trong các căn hộ, các phòng ở (phòng khách và các

phòng ngủ) có yêu cầu bắt buộc là phải được chiếu sáng tự

nhiên và TGTN. Hiệu quả TGTN của căn hộ được đánh giá

thông qua hiệu quả TGTN của các phòng ở.

Với các phòng có 1 cửa đón gió vào (trường hợp phổ biến),

hiệu quả TGTN phụ thuộc: diện tích mở cửa cho gió vào và

gió ra, vị trí của các cửa (trên mặt bằng và trên mặt cắt), tương

quan về kích thước K của phòng, giải pháp bố trí nội thất, giải

pháp vận hành (đóng mở cửa), … Trong bài báo này, chúng

tôi nghiên cứu và đề xuất tương quan kích thước K của phòng

nhằm khai thác hiệu quả TGTN cho căn hộ.

2.2. Đối tượng và các trường hợp nghiên cứu

- Theo TCXDVN 323:2004 “Nhà ở cao tầng – Tiêu

chuẩn thiết kế”, nhà ở cao tầng là loại nhà ở căn hộ có chiều

cao từ 9 tầng đến 40 tầng. Tác giả chọn ngẫu nhiên một

chung cư 12 tầng để tiến hành nghiên cứu.

Một số đặc điểm của chung cư: chiều cao tầng 1 là 3.900

mm; chiều cao các tầng điển hình là 3.200 mm; cao độ nền

tầng 1 là 1.050 mm; có mặt bằng tầng điển hình (MBTĐH)

theo hình thức hành lang giữa (đây là hình thức MBTĐH

phổ biến của CCCT; đồng thời, với hình thức MBTĐH này,

tác giả có thể tiến hành nghiên cứu cho hai trường hợp là

thông gió xuyên phòng và thông gió một mặt), xem Hình 1.

Hình 1. Mặt bằng tầng điển hình của chung cư và

vị trí căn hộ

- Phòng ở được chọn để nghiên cứu là Phòng ngủ 1 của

căn hộ điển hình đặt tại tầng 10. Mặt chính của căn hộ quay

về hướng chính của chung cư. Hình dạng, thành phần các

phòng chức năng của căn hộ và các loại cửa trong phòng

như Hình 2a. Một số tham số kích thước:

+ α: là góc tạo bởi đường thẳng tiếp tuyến mặt nhà

và hướng gió thổi đến (Hình 2b);

+ a, b: là kích thước theo phương ngang và phương

dọc của Phòng ngủ 1. Để tiến hành các nghiên cứu,

chọn a = 3,8 m và b = K x a (Hình 2b);

+ O là vị trí của điểm khảo sát và OA = x (m);

+ Cửa đi phòng ngủ: 0,8 m x 2,2 m. Cửa đi phòng

vệ sinh: 0,6 m x 2,0 m. Cửa sổ phòng ngủ: 1,6 m x 1,5

m (trong đó phần mở cửa để lấy gió, tối đa khi mở là

0,8 m x 0,9 m).

- Một số điều kiện cho trường hợp nghiên cứu: khối

CCCT đứng độc lập hoàn toàn; chỉ mở cửa căn hộ nghiên

cứu, các căn hộ khác đều đóng cửa hoàn toàn; mở cửa các

không gian công cộng (hành lang, sảnh chính, …).

- Nghiên cứu được thực hiện trong các trường hợp:

+ 3 trường hợp hướng gió thổi đến, tương ứng giá

trị của α là 45°, 90° và 135°.

+ 2 trường hợp về hình thức thông gió là: thông gió

xuyên phòng (khi cửa đi và cửa vệ sinh trong phòng

ngủ được mở ra) và thông gió một mặt (khi cửa đi và

cửa vệ sinh trong phòng ngủ được đóng lại).

+ 4 trường hợp K (giá trị K tương ứng là 0,5, 1,0,

1,5 và 2,0).

Như vậy, có 24 mô phỏng được thực hiện độc lập để

thu kết quả.

a b

Hình 2. a. Mặt bằng căn hộ; b. Kích thước căn hộ - Vị trí khảo

sát: Đoạn thẳng AB, điểm khảo sát O (AO = x)

2.3. Các tiêu chí đánh giá và đại lượng tính toán

- Tiêu chí đánh giá hiệu quả TGTN trong căn hộ:

+ Vận tốc gió tại các điểm nằm trên đoạn thẳng AB

(theo chiều dọc phòng ngủ 1 - Hình 2b) trên mặt phẳng

ở cao độ 1,1 m so với sàn nhà.

+ Trường gió trên mặt phẳng ở cao độ 1,1 m của

phòng ngủ.

- Đại lượng tính toán: xác định giá trị K để hiệu quả

TGTN trong phòng là tốt nhất.

2.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu TGTN

Hiện nay, nhiều phương pháp nghiên cứu TGTN trong

công trình được nghiên cứu phát triển. Các phương pháp

nghiên cứu TGTN này chủ yếu sử dụng các mô hình cơ bản

như: Mô hình phân tích (Analytical models); Mô hình kinh

nghiệm (Empirical models); Mô hình thí nghiệm

(Experimental models); Mô hình đa vùng (Multizone

models); Mô hình vùng (Zonal models); Mô hình lưới

(Network models); Mô hình CFD (Computational Fluid

Dynamics models); … Các mô hình trên đều có những ưu

điểm và những hạn chế nhất định. Trong đó, mô hình CFD

là mô hình được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu và thiết

kế về thông gió. Theo kết quả thống kê của Qingyan Chen,

70% các công bố về nghiên cứu TGTN cho công trình có

sử dụng mô hình CFD [11].

Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo, tác giả sử dụng

phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics) và

phần mềm Autodesk CFD 2017.

3. Các kết quả và bàn luận

3.1. Thiết lập mô hình, chọn các điều kiện biên, chọn mô

hình rối, chọn giải pháp lưới cho mô phỏng và cấu hình

máy tính thực hiện mô phỏng

3.1.1. Thiết lập mô hình nghiên cứu trên CFD

- Dựng mô hình 3D của đối tượng (là chung cư 12 tầng


– như đã chọn ở Mục 2.2) nghiên cứu trên phần mềm

AutoCad 2017 (của hãng Autodesk). Kích thước của mô

hình khối không khí (vùng mô phỏng) lần lượt được lấy tối

thiểu bằng 5 lần chiều ngang và 3 lần chiều cao tương ứng

của công trình cần nghiên cứu.

- Tạo mô hình nghiên cứu trên Autodesk CFD 2017 từ

mô hình 3D nêu trên.

- Gán các thuộc tính vật liệu chính cho các đối tượng

trong mô hình nghiên cứu.

3.1.2. Gán các điều kiện biên cho khối không khí

- Chọn hướng gió thổi đến trong 3 trường hợp α

(α = 45°, 90° và 135°): vận tốc tham chiếu tại cao độ 10 m

là 3 m/s. Vận tốc gió có sự thay đổi theo chiều cao và được

biểu diễn pro-fin vận tốc gió theo hàm số mũ như sau:

z

r r

V Z

V Z

Trong đó:

+ Vz, Vr là vận tốc gió ở cao độ Z và vận tốc gió ở

cao độ tham chiếu Zr.

+ δ là hệ số mũ phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt

đất, độ ổn định của khí quyển và cao độ đang xét. δ

được xác định bằng thực nghiệm. Trong điều kiện khí

quyển ổn định, giá trị δ = 0,143 [12].

- Xác định mặt gió ra và gán Static Gage Pressure có

giá trị áp suất là 0.

- Các mặt còn lại của khối không khí (trừ mặt tiếp xúc

với mặt đất) được gán định dạng là Slip/Symmetry.

3.1.3. Chọn mô hình rối (Turb.model)

Chọn mô hình rối là RNG k-ε (RNG k-ε là mô hình rối

được hiệu chỉnh từ mô hình rối k-ε tiêu chuẩn bằng phương

pháp Renormalization Group - RNG) [13].

3.1.4. Chọn giải pháp lưới

- Trong phương pháp CFD, miền nghiên cứu được chia

thành các phần tử (elements), góc của các phần tử là các

nút (node). Các nút và các phần tử tạo thành lưới (mesh).

Lựa chọn giải pháp lưới là tự động (autosize). Sự độc lập

của lưới đối với kết quả mô phỏng được đảm bảo thông qua

thiết lập Adaptive mesh.

- Kích hoạt tính năng kiểm tra độc lập của giải pháp

lưới và chọn giá trị 3 cho Cycles to run. Lựa chọn này cho

phép thực hiện 3 lần tự động điều chỉnh lưới cho phù hợp.

3.1.5. Cấu hình máy tính thực hiện mô phỏng

- Mô phỏng được thực hiện trên máy tính để bàn:

Processor Intel ® Xeron (R) CPU E3-1220 v5 @ 3.00GHz;

64 - bit Operating System; RAM 8.00 GB.

- Thời gian trung bình để thực hiện 1 mô phỏng là 8 giờ.

3.2. Kết quả và đề xuất

3.2.1. Giá trị vận tốc gió vào tại cửa phòng

Với điều kiện khảo sát là vận tốc gió 3 m/s (ở cao độ

tham chiếu là 10 m), kết quả mô phỏng đã chỉ ra rằng, giá

trị vận tốc gió tại điểm giữa của cửa vào (vị trí A, ở cao độ

1,1 m so với sàn nhà) trong 24 trường hợp mô phỏng đều

có vận tốc nhỏ hơn 1,1 m/s (Hình 3).

Căn cứ vào kết quả giá trị vận tốc gió vào phòng, đối

với từng trường hợp nghiên cứu, giá trị K được đề xuất như

Bảng 1.

Hình 3. Vận tốc gió vào phòng ngủ (tại vị trí A) của

các trường hợp nghiên cứu

Bảng 1. Giá trị K (đề xuất) trong các trường hợp nghiên cứu

STT Trường hợp khảo sát Đề xuất K

1 Thông gió xuyên phòng, α = 45° 1,0 – 2,0



4 Thông gió một mặt, α = 45° 1,0 – 2,0



Như vậy, theo kết quả ở Hình 3 và đề xuất giá trị K ở

Bảng 1, giá trị K nên chọn là từ 1,0 đến 1,5.

3.2.2. Kết quả trường gió trong phòng

Bảng 2. Trường gió trong phòng ngủ của

các trường hợp nghiên cứu

STT K α = 45° α = 90° α = 135°

Thông gió xuyên phòng

1 0,5

2 1,0

2 1,5

4 2,0

120 Phan Tiến Vinh

Thông gió một mặt

5 0,5

6 1,0

7 1,5

8 2,0

3.2.3. Kết quả giá trị vận tốc gió trung bình tại các điểm

nằm trên đoạn thẳng AB (Hình 4)

Hình 4. Giá trị vận tốc gió trung bình (tại các vị trí trên AB)

cho các trường hợp nghiên cứu

Kết quả ở Hình 4 cho thấy, giá trị vận tốc gió trung bình

tỷ lệ nghịch với giá trị K. Vì vậy, nên chọn K có giá trị nhỏ.

3.2.4. Kết quả giá trị vận tốc dọc theo chiều sâu của phòng

(đoạn thẳng AB) cho các trường hợp nghiên cứu

Kết quả được thể hiện ở các Hình 5, 6, 7, 8, 9, 10. Các

đề xuất giá trị K sẽ dựa trên độ lớn vận tốc tại các điểm

khảo sát và trường gió trong phòng (Bảng 2).

a. Thông gió xuyên phòng, α = 45° (Hình 5)

Hình 5. Trường hợp thông gió xuyên phòng, α = 45°

Đề xuất giá trị K từ 1,0 đến 1,5 và hợp lý nhất là 1,5.

b. Thông gió xuyên phòng, α = 90° (Hình 6)



c. Thông gió xuyên phòng, α = 135° (Hình 7)



d. Thông gió một mặt, α = 45° (Hình 8)

Hình 8. Trường hợp thông gió một mặt, α = 45°


e. Thông gió một mặt, α = 90° (Hình 9)




f. Thông gió một mặt, α = 135° (Hình 10)



Tóm lại, căn cứ vào trường gió trong phòng và tổng hợp

các đề xuất nêu trên (ở các mục 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3 và 3.2.4)

để đạt hiệu quả TGTN cao cho phòng, giá trị K nên chọn

là từ 1,0 đến 1,5.

3.3. Bàn luận

Các quá trình vật lý liên quan đến TGTN rất phức tạp

và việc giải thích vai trò của các quá trình này đến hiệu quả

TGTN của công trình đòi hỏi những kiến thức chuyên sâu

về thông gió. Đây thực sự là vấn đề khó khăn đối với hầu

hết các nhà thiết kế. Trong quá trình thiết kế, các nhà thiết

kế thường đưa ra các đánh giá, phân tích, tính toán về thông

gió theo kinh nghiệm hay mang tính định tính. Do đó, việc

đưa ra những kết quả có tính trực quan và hiệu quả TGTN

của công trình kiến trúc được định lượng cụ thể sẽ có ý

nghĩa về mặt lý luận và thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu được nêu trong bài báo đã thể hiện

trực quan, với những số liệu chi tiết về giá trị vận tốc gió,

vec-tơ vận tốc gió tại từng điểm và trường gió trong phòng

của 24 trường hợp nghiên cứu. Đồng thời, bài báo cũng đã

đề xuất giá trị K từ 1,0 đến 1,5 cho thiết kế các phòng trong

CCCT nhằm tạo ra hiệu quả TGTN tốt nhất. Đây là một cơ

sở lý luận quan trong cho các nhà thiết kế khi đề xuất tương

quan kích thước phòng (hệ số K) hợp lý nhằm đạt được

hiệu quả TGTN, hướng đến tiết kiệm năng lượng và kiến

trúc bền vững cho các CCCT.

Các kết quả thu được bằng phương pháp CFD (sử dụng

phần mềm Autodesk CFD 2017) trong một số điều kiện

biên nhất định nên chưa thể bao quát tất cả các trường hợp

thiết kế trong thực tế. Vì vậy, cần tiếp tục thực hiện các

nghiên cứu với điều kiện biên được mở rộng, tiến hành

quan trắc thực tế tại các công trình để so sánh kết quả mô

phỏng cũng như cân chỉnh mô hình, nghiên cứu thêm một

số mẫu thiết kế căn hộ đặc thù khác.

4. Kết luận

CCCT là loại hình nhà ở phổ biến và có xu hướng phát triển

mạnh tại các đô thị trên thế giới và Việt Nam. Khai thác TGTN

nhằm tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường tự nhiên

cho loại hình CCCT là một trong những giải pháp hiệu quả góp

phần vào sự phát triển bền vững của kiến trúc nói riêng và định

hướng phát triển bền vững nói chung của Việt Nam.

Tương quan kích thước phòng (K) có ảnh hưởng đến

hiệu quả TGTN trong phòng. Nghiên cứu đã đề xuất giá trị

K từ 1,0 đến 1,5 để hiệu quả TGTN trong phòng là tốt nhất.

Các kết quả nghiên cứu trong bài báo là một đóng góp

cho lý luận và thiết kế TGTN cho loại hình CCCT, nhằm

tạo ra các không gian ở nói chung và phòng ở nói riêng

được TGTN tốt, tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi

trường và hướng đến sự bền vững trong kiến trúc.


[1] Thủ tướng Chính phủ, Quyết định số 2127/QĐ-TTg ngày 30/11/2011

về việc “Phê duyệt Chiến lược phát triển Nhà ở quốc gia đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030”, Hà Nội, 2011.

[2] Francis Allard, Natural ventilation in buildings: A design handbook,

James & James (Science Publishers) Ltd., London, 2002.

[3] Phạm Ngọc Đăng, Nguyễn Việt Anh, Phạm Thị Hải Hà, Nguyễn

Văn Muôn, Các giải pháp thiết kế công trình xanh ở Việt Nam, NXB

Xây dựng, Hà Nội, 2014.

[4] Phạm Đức Nguyên, Kiến trúc sinh khí hậu: Thiết kế sinh khí hậu

trong kiến trúc Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2012.

[5] Nguyễn Tăng Thu Nguyệt, Việt Hà, Nguyễn Ngọc Giả, Kiến trúc

hướng dòng thông gió tự nhiên, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2014.

[6] Leon Glicksman & Juintow Lin (Dịch giả: Trần Phú Thành), Thiết

kế nhà ở đô thị bền vững tại Trung Quốc - Các nguyên tắc chủ đạo

và nghiên cứu điển hình về giảm sử dụng năng lượng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014.

[7] Ulrike Passe, Francine Battaglia, Designing spaces for Natural

ventilation: An Architect’s Guide, Routledge Publishers, New York

& London, 2015.

[8] M. Santamouris, A. Sfakianaki, K. Pavlou, “On the efficiency of

night ventilation techniques applied to residential buildings”, Energy

and Buildings, Volume 42, 2010, pp. 1309-1313.

[9] F. M. Silveira, L. C. Labaki, “Use of natural ventilation in reducing

building energy consumption in single-family housing in Brazil”, IEEE, DOI: 10.1109/REDEC.2012.6416709, 2012.

[10] Chalermwat Tantasavasdi, Jelena Srebric, Qingyan Chen, “Natural

ventilation design for houses in Thailand”, Energy and Buildings,

Volume 33, 2001, pp. 815-824.

[11] Qingyan Chen, “Ventilation performance prediction for buildings:

A method overview and recent applications”, Building and

Environment, Volume 44, Elsevier, 2009. pp. 848-858.

[12] Nguyễn Anh Tuấn, Bài giảng: Nhiệt và khí hậu kiến trúc, Khoa Kiến

trúc – Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, 2013.

[13] A. Stamou, I. Katsiris, “Verification of a CFD model for indoor

airflow and heat transfer”, Building and Environment, Volume 41, Elsevier, 2006, pp. 1171-1181.


http://link.springer.com.dbonline.cesti.gov.vn/journal/12273

http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?searchWithin=%22Authors%22:.QT.F.%20M.%20Silveira.QT.&newsearch=true

http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?searchWithin=%22Authors%22:.QT.L.%20C.%20Labaki.QT.&newsearch=true

http://dx.doi.org/10.1109/REDEC.2012.6416709

http://link.springer.com.dbonline.cesti.gov.vn/journal/12273

lời nói đầu -...

Documents