Việc đưa đường cao tốc Arizona trở lại bê tông xi măng Portland có thể chứng minh lợi ích của việc sử dụng máy mài kim cương thay thế cho phương pháp mài và trám thông thường. Triển vọng cho thấy trong vòng 30 năm, chi phí bảo trì sẽ giảm 3,9 tỷ đô la Mỹ.
Bài viết này dựa trên hội thảo trực tuyến ban đầu được tổ chức trong Hội nghị kỹ thuật của Hiệp hội Mài và Rãnh quốc tế (IGGA) vào tháng 12 năm 2020. Xem bản demo đầy đủ bên dưới.
Người dân khu vực Phoenix mong muốn có những con đường bằng phẳng, đẹp đẽ và yên tĩnh. Tuy nhiên, do dân số tăng trưởng bùng nổ trong khu vực và nguồn ngân sách không đủ để đáp ứng, tình trạng đường sá tại đây đã suy giảm trong thập kỷ qua. Sở Giao thông Vận tải Arizona (ADOT) đang nghiên cứu các giải pháp sáng tạo để duy trì mạng lưới đường cao tốc và cung cấp các loại đường đáp ứng mong đợi của người dân.
Phoenix là thành phố đông dân thứ năm tại Hoa Kỳ và vẫn đang tiếp tục phát triển. Mạng lưới đường bộ và cầu dài 435 dặm của thành phố được bảo trì bởi khu vực trung tâm của Sở Giao thông Vận tải Arizona (ADOT), phần lớn bao gồm các xa lộ bốn làn xe với các làn đường dành riêng cho xe có lưu lượng lớn (HOV). Với ngân sách xây dựng 500 triệu đô la Mỹ mỗi năm, khu vực này thường thực hiện từ 20 đến 25 dự án xây dựng trên mạng lưới đường bộ có lưu lượng giao thông cao mỗi năm.
Arizona đã sử dụng vỉa hè bê tông từ những năm 1920. Bê tông có thể được sử dụng trong nhiều thập kỷ và chỉ cần bảo trì sau mỗi 20-25 năm. Đối với Arizona, 40 năm kinh nghiệm thành công đã cho phép sử dụng bê tông trong quá trình xây dựng các xa lộ chính của tiểu bang vào những năm 1960. Vào thời điểm đó, việc trải đường bằng bê tông có nghĩa là phải đánh đổi về tiếng ồn trên đường. Trong thời gian này, bề mặt bê tông được hoàn thiện bằng cách tráng thiếc (kéo cào kim loại trên bề mặt bê tông vuông góc với luồng giao thông) và lốp xe chạy trên bê tông tráng thiếc sẽ tạo ra tiếng rít ồn ào, mạch lạc. Vào năm 2003, để giải quyết vấn đề tiếng ồn, một Lớp ma sát cao su nhựa đường (AR-ACFC) dày 1 inch đã được áp dụng trên Bê tông xi măng Portland (PCC). Điều này mang lại vẻ ngoài đồng nhất, âm thanh nhỏ và di chuyển thoải mái. Tuy nhiên, việc bảo quản bề mặt của AR-ACFC đã được chứng minh là một thách thức.
Tuổi thọ thiết kế của AR-ACFC là khoảng 10 năm. Đường cao tốc Arizona hiện đã vượt quá tuổi thọ thiết kế và đang xuống cấp. Sự phân tầng và các vấn đề liên quan gây ra nhiều vấn đề cho người lái xe và Bộ Giao thông Vận tải. Mặc dù hiện tượng phân tầng thường chỉ làm mất khoảng 2,5 cm chiều sâu mặt đường (do lớp nhựa đường cao su dày 2,5 cm đã tách khỏi lớp bê tông bên dưới), nhưng điểm phân tầng này lại được người tham gia giao thông coi là ổ gà và là một vấn đề nghiêm trọng.
Sau khi thử nghiệm mài kim cương, bề mặt bê tông thế hệ tiếp theo và hoàn thiện bề mặt bê tông bằng máy mài trượt hoặc máy phay siêu nhỏ, ADOT xác định rằng kết cấu dọc thu được bằng cách mài kim cương mang lại vẻ ngoài nhung đẹp mắt và hiệu suất lái tốt (thể hiện qua số IRI thấp) và lượng khí thải thấp. Randy Everett và Sở Giao thông Vận tải Arizona
Arizona sử dụng Chỉ số Độ nhám Quốc tế (IRI) để đo lường tình trạng đường sá, và con số này đang giảm dần. (IRI là một dạng dữ liệu thống kê về độ nhám, được hầu hết các tổ chức quốc gia sử dụng rộng rãi làm chỉ số hiệu suất của hệ thống quản lý mặt đường. Giá trị càng thấp thì độ nhám càng nhỏ, điều này là mong muốn). Theo các phép đo của IRI được thực hiện vào năm 2010, 72% đường cao tốc liên bang trong khu vực đang ở trong tình trạng tốt. Đến năm 2018, tỷ lệ này đã giảm xuống còn 53%. Các tuyến đường thuộc hệ thống đường cao tốc quốc gia cũng đang cho thấy xu hướng giảm. Các phép đo vào năm 2010 cho thấy 68% đường ở trong tình trạng tốt. Đến năm 2018, con số này đã giảm xuống còn 35%.
Khi chi phí tăng lên—và ngân sách không thể theo kịp—vào tháng 4 năm 2019, ADOT bắt đầu tìm kiếm các lựa chọn lưu trữ tốt hơn so với hộp công cụ trước đây. Đối với các mặt đường vẫn còn trong tình trạng tốt trong khung thời gian thiết kế từ 10 đến 15 năm—và việc giữ cho mặt đường hiện có ở tình trạng tốt ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với sở giao thông—các lựa chọn bao gồm bịt kín vết nứt, bịt kín bằng phun (bôi một lớp mỏng nhũ tương nhựa đường nhẹ, đông cứng chậm) hoặc sửa chữa các ổ gà riêng lẻ. Đối với các mặt đường vượt quá tuổi thọ thiết kế, một lựa chọn là mài bỏ lớp nhựa đường bị hư hỏng và phủ một lớp nhựa đường cao su mới. Tuy nhiên, do phạm vi của khu vực cần sửa chữa, điều này tỏ ra quá tốn kém. Một trở ngại khác đối với bất kỳ giải pháp nào đòi hỏi phải mài nhiều lần bề mặt nhựa đường là thiết bị mài chắc chắn sẽ ảnh hưởng và làm hỏng bê tông bên dưới, và việc mất vật liệu bê tông tại các mối nối đặc biệt nghiêm trọng.
Điều gì sẽ xảy ra nếu Arizona quay trở lại mặt đường bê tông cốt thép (PCC) ban đầu? ADOT biết rằng các xa lộ bê tông trong tiểu bang được thiết kế để đảm bảo độ ổn định kết cấu lâu dài. Sở nhận ra rằng nếu họ có thể sử dụng lớp PCC bên dưới để cải thiện bề mặt răng cưa ban đầu, tạo thành một con đường yên tĩnh và dễ đi, thì con đường được sửa chữa có thể tồn tại lâu hơn và cần được bảo trì. Nó cũng ít tốn kém hơn nhiều so với nhựa đường.
Là một phần của dự án trên SR 101 phía bắc Phoenix, lớp AR-ACFC đã được loại bỏ, vì vậy ADOT đã lắp đặt bốn đoạn thử nghiệm để khám phá các giải pháp trong tương lai sẽ sử dụng bê tông hiện có đồng thời đảm bảo độ nhẵn, lái xe yên tĩnh và vẻ ngoài của đường tốt. Sở đã xem xét mài kim cương và Bề mặt bê tông thế hệ tiếp theo (NGCS), một kết cấu có cấu hình đất được kiểm soát và kết cấu tổng thể âm hoặc hướng xuống, đã được phát triển thành mặt đường bê tông có độ ồn đặc biệt thấp. ADOT cũng đang xem xét việc sử dụng máy mài trượt (một quy trình trong đó máy dẫn hướng ổ bi xuống mặt đường để cải thiện đặc tính ma sát) hoặc phay vi mô để hoàn thiện bề mặt bê tông. Sau khi thử nghiệm từng phương pháp, ADOT xác định rằng kết cấu dọc thu được bằng cách mài kim cương mang lại vẻ ngoài nhung đẹp mắt cũng như trải nghiệm lái xe tốt (được chỉ ra bởi giá trị IRI thấp) và tiếng ồn thấp. Quy trình mài kim cương cũng đã được chứng minh là đủ nhẹ nhàng để bảo vệ các khu vực bê tông, đặc biệt là xung quanh các mối nối, trước đây bị hư hỏng do phay. Mài kim cương cũng là một giải pháp tiết kiệm chi phí.
Vào tháng 5 năm 2019, ADOT đã quyết định mài kim cương một đoạn nhỏ của SR 202 nằm ở khu vực phía nam Phoenix. Con đường AR-ACFC 15 năm tuổi này lỏng lẻo và nhiều lớp đến mức đá vụn ném vào kính chắn gió, và các tài xế phàn nàn về việc kính chắn gió bị hư hỏng do đá bay mỗi ngày. Tỷ lệ yêu cầu bồi thường thiệt hại ở khu vực này cao hơn so với các khu vực khác trên cả nước. Vỉa hè cũng rất ồn ào và khó lái xe. ADOT đã chọn lớp hoàn thiện hình kim cương cho hai làn đường bên phải dọc theo SR 202 dài nửa dặm. Họ đã sử dụng gầu xúc để loại bỏ lớp AR-ACFC hiện có mà không làm hỏng bê tông bên dưới. Sở đã thử nghiệm thành công phương pháp này vào tháng 4 khi họ đang động não tìm cách quay trở lại đường PCC. Sau khi dự án hoàn thành, đại diện của ADOT nhận thấy rằng tài xế sẽ chuyển từ làn đường AR-ACFC sang làn đường bê tông mài hình kim cương để trải nghiệm đặc tính lái xe và âm thanh được cải thiện.
Mặc dù chưa hoàn thành tất cả các dự án thí điểm, nhưng những phát hiện ban đầu về chi phí cho thấy khoản tiết kiệm liên quan đến việc sử dụng mặt đường bê tông và mài kim cương để tối ưu hóa vẻ ngoài, độ nhẵn và độ bền có thể giúp giảm chi phí bảo trì tới 3,9 tỷ đô la mỗi năm. Trong khoảng thời gian 30 năm. Randy Everett và Sở Giao thông Vận tải Arizona
Vào thời điểm này, Hiệp hội Chính quyền Maricopa (MAG) đã công bố một báo cáo đánh giá tiếng ồn và khả năng lái xe trên đường cao tốc địa phương. Báo cáo thừa nhận những khó khăn trong việc bảo trì mạng lưới đường bộ và tập trung vào các đặc điểm tiếng ồn của con đường. Một kết luận quan trọng là do lợi thế về tiếng ồn của AR-ACFC biến mất rất nhanh, nên "nên cân nhắc xử lý nền đường bằng phương pháp kim cương thay vì lớp phủ nhựa đường cao su". Một diễn biến đồng thời khác là hợp đồng mua sắm bảo trì cho phép mài kim cương. Nhà thầu đã được mời đến để bảo trì và thi công.
ADOT tin rằng đã đến lúc phải thực hiện bước tiếp theo và có kế hoạch bắt đầu một dự án mài kim cương lớn hơn trên SR 202 vào tháng 2 năm 2020. Dự án bao gồm một đoạn dài bốn dặm, rộng bốn làn xe, bao gồm các đoạn dốc. Khu vực này quá lớn để sử dụng máy xúc để loại bỏ nhựa đường, vì vậy một máy phay đã được sử dụng. Bộ phận này cắt các dải nhựa đường cao su để nhà thầu nghiền sử dụng làm hướng dẫn trong quá trình nghiền. Bằng cách giúp người vận hành dễ dàng nhìn thấy bề mặt PCC bên dưới lớp phủ, thiết bị nghiền có thể được điều chỉnh và thiệt hại cho bê tông bên dưới có thể được giảm thiểu. Bề mặt mài kim cương cuối cùng của SR 202 đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn của ADOT - nó yên tĩnh, nhẵn và hấp dẫn - so với bề mặt nhựa đường, giá trị IRI rất thuận lợi vào những năm 1920 và 1930. Những đặc điểm tiếng ồn tương đương này có thể đạt được bởi vì mặc dù mặt đường AR-ACFC mới êm hơn mặt đường kim cương khoảng 5 dB, nhưng khi sử dụng mặt đường AR-ACFC trong 5 đến 9 năm, kết quả đo lường vẫn tương đương hoặc cao hơn mức dB. Mặt đường kim cương SR 202 mới không chỉ có mức độ tiếng ồn rất thấp đối với người lái xe mà vỉa hè cũng ít tạo ra tiếng ồn hơn ở các khu vực lân cận.
Thành công của các dự án ban đầu đã thúc đẩy ADOT khởi động ba dự án thí điểm mài kim cương khác. Việc mài kim cương cho Đường cao tốc Price Loop 101 đã hoàn thành. Việc mài kim cương cho Đường cao tốc Pima Loop 101 sẽ được thực hiện vào đầu năm 2021, và việc xây dựng Đường cao tốc I-17 Loop 101 đến Đại lộ 75 dự kiến sẽ được thực hiện trong năm năm tới. ADOT sẽ theo dõi hiệu suất của tất cả các hạng mục để kiểm tra độ bền của các mối nối, xem bê tông có bị bong tróc không, và việc duy trì âm thanh và chất lượng di chuyển.
Mặc dù chưa hoàn thành tất cả các dự án thí điểm, nhưng dữ liệu thu thập được cho đến nay cho thấy việc cân nhắc sử dụng công nghệ mài kim cương như một giải pháp thay thế cho phương pháp mài và trám thông thường là hợp lý. Kết quả sơ bộ của cuộc điều tra chi phí cho thấy khoản tiết kiệm liên quan đến việc sử dụng mặt đường bê tông và mài kim cương để tối ưu hóa vẻ ngoài, độ nhẵn và độ bền có thể giúp giảm chi phí bảo trì lên đến 3,9 tỷ đô la trong khoảng thời gian 30 năm.
Việc sử dụng mặt đường bê tông hiện có ở Phoenix không chỉ giúp kéo dài ngân sách bảo trì và duy trì chất lượng đường xá tốt hơn, mà độ bền của bê tông còn giúp giảm thiểu gián đoạn liên quan đến việc bảo trì đường bộ. Quan trọng nhất, người dân sẽ được tận hưởng một mặt đường bằng phẳng và yên tĩnh.
Randy Everett là quản trị viên cấp cao của Sở Giao thông Vận tải tại Trung tâm Arizona.
IGGA là một hiệp hội thương mại phi lợi nhuận được thành lập năm 1972 bởi một nhóm chuyên gia tận tâm trong ngành, chuyên phát triển các quy trình mài và tạo rãnh kim cương cho bề mặt bê tông xi măng Portland và nhựa đường. Năm 1995, IGGA gia nhập một chi nhánh của Hiệp hội Vỉa hè Bê tông Hoa Kỳ (ACPA), hình thành nên Đối tác Bảo vệ Vỉa hè Bê tông IGGA/ACPA (IGGA/ACPA CP3) ngày nay. Hiện nay, quan hệ đối tác này là một nguồn lực kỹ thuật và là đơn vị dẫn đầu ngành trong lĩnh vực tiếp thị toàn cầu về các bề mặt vỉa hè được tối ưu hóa, sửa chữa và bảo vệ vỉa hè bê tông. Sứ mệnh của IGGA là trở thành nguồn lực công nghệ và xúc tiến hàng đầu cho việc chấp nhận và sử dụng đúng cách công nghệ mài và tạo rãnh kim cương, cũng như bảo tồn và phục hồi bê tông cốt thép (PCC).
Thời gian đăng: 08-09-2021