Trả lại đường cao tốc Arizona cho bê tông xi măng Portland có thể chỉ chứng minh lợi ích của việc sử dụng mài kim cương như một giải pháp thay thế cho việc mài và làm đầy tiêu chuẩn. Triển vọng cho thấy trong khoảng thời gian 30 năm, chi phí bảo trì sẽ giảm 3,9 tỷ USD.
Bài viết này dựa trên một hội thảo trực tuyến ban đầu được tổ chức trong Hội nghị kỹ thuật Hiệp hội Groove và Grinding quốc tế (IGGA) vào tháng 12 năm 2020. Xem bản demo đầy đủ dưới đây.
Cư dân ở khu vực Phoenix muốn những con đường mịn màng, đẹp và yên tĩnh. Tuy nhiên, do sự gia tăng dân số bùng nổ trong khu vực và không đủ tiền để theo kịp, các điều kiện đường bộ trong khu vực đã giảm trong thập kỷ qua. Bộ Giao thông Vận tải Arizona (ADOT) đang nghiên cứu các giải pháp sáng tạo để duy trì mạng lưới đường cao tốc của mình và cung cấp các loại đường mà công chúng mong đợi.
Phoenix là thành phố đông dân thứ năm ở Hoa Kỳ, và nó vẫn đang phát triển. Mạng lưới đường và cầu 435 dặm của thành phố được duy trì bởi khu vực trung tâm của Bộ Giao thông Vận tải Arizona (ADOT), hầu hết bao gồm các đường cao tốc bốn làn với các làn đường cao tốc cao (HOV). Với ngân sách xây dựng 500 triệu đô la Mỹ mỗi năm, khu vực này thường thực hiện 20 đến 25 dự án xây dựng trên mạng lưới giao thông cao mỗi năm.
Arizona đã sử dụng mặt đường bê tông từ những năm 1920. Bê tông có thể được sử dụng trong nhiều thập kỷ và chỉ cần bảo trì cứ sau 20-25 năm. Đối với Arizona, 40 năm kinh nghiệm thành công cho phép nó được sử dụng trong quá trình xây dựng các đường cao tốc lớn của tiểu bang vào những năm 1960. Vào thời điểm đó, mở đường bằng bê tông có nghĩa là đánh đổi về tiếng ồn trên đường. Trong giai đoạn này, bề mặt bê tông được hoàn thiện bằng cách đóng hộp (kéo một cào kim loại trên bề mặt bê tông vuông góc với lưu lượng giao thông) và lốp xe lái trên bê tông đóng hộp sẽ tạo ra tiếng rên rỉ, mạch lạc. Năm 2003, để giải quyết vấn đề tiếng ồn, 1-in. Lớp ma sát cao su nhựa đường (AR-ACFC) đã được áp dụng trên đầu bê tông xi măng Portland (PCC). Điều này cung cấp một vẻ ngoài phù hợp, âm thanh yên tĩnh và du lịch thoải mái. Tuy nhiên, việc bảo tồn 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 của Arizona hiện đã vượt quá tuổi thọ thiết kế của họ và đang già đi. Sự phân tầng và các vấn đề liên quan đặt ra các vấn đề cho người lái xe và Bộ Giao thông vận tải. Mặc dù sự phân tách thường chỉ dẫn đến mất khoảng 1 inch độ sâu đường (vì nhựa đường cao su dày 1 inch đã tách ra khỏi bê tông bên dưới), điểm phân tách được coi là một ổ gà của công chúng và được coi là một vấn đề.
Sau khi thử mài kim cương, bề mặt bê tông thế hệ tiếp theo và hoàn thiện bề mặt bê tông bằng máy mài trượt hoặc micromilling, ADOT đã xác định rằng kết cấu dọc thu được bằng cách mài kim cương cung cấp sự xuất hiện của dây nang dễ chịu và hiệu suất lái tốt (như thể hiện bằng IRI thấp) ) và phát thải tiếng ồn thấp. Randy Everett và Sở Giao thông vận tải Arizona
Arizona sử dụng Chỉ số độ nhám quốc tế (IRI) để đo điều kiện đường bộ và số lượng đã giảm. . Theo các phép đo IRI được thực hiện vào năm 2010, 72% đường cao tốc liên bang trong khu vực đang trong tình trạng tốt. Vào năm 2018, tỷ lệ này đã giảm xuống còn 53%. Các tuyến hệ thống đường cao tốc quốc gia cũng đang cho thấy một xu hướng giảm. Các phép đo trong năm 2010 cho thấy 68% đường là trong tình trạng tốt. Vào năm 2018, con số này đã giảm xuống 35%.
Khi chi phí tăng lên và ngân sách không thể theo kịp vào tháng 4 năm 2019, ADOT bắt đầu tìm kiếm các tùy chọn lưu trữ tốt hơn so với hộp công cụ trước đó. Đối với các mặt đường vẫn còn trong tình trạng tốt trong cửa sổ cuộc sống thiết kế từ 10 đến 15 năm và ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với bộ phận lớp ánh sáng, nhũ tương nhựa đường bị củng cố chậm), hoặc sửa chữa ổ gà riêng lẻ. Đối với các mặt đường vượt quá tuổi thọ thiết kế, một tùy chọn là nghiền nát nhựa đường xuống cấp và đặt lớp phủ nhựa đường cao su mới. Tuy nhiên, do phạm vi của khu vực cần được sửa chữa, điều này chứng tỏ là 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 cơ bản, và việc mất vật liệu bê tông tại các khớp đặc biệt nghiêm trọng.
Điều gì sẽ xảy ra nếu Arizona trở lại bề mặt PCC ban đầu? ADOT biết rằng các đường cao tốc bê tông ở tiểu bang được thiết kế để cung cấp sự ổn định cấu trúc lâu dài. Bộ nhận ra rằng nếu họ có thể sử dụng PCC cơ bản để cải thiện bề mặt răng ban đầu của mình để tạo thành một con đường yên tĩnh và có thể điều khiển được, con đường được sửa chữa có thể kéo dài lâu hơn và cần bảo trì. Nó cũng ít hơn nhiều so với nhựa đường.
Là một phần của dự án trên SR 101 phía bắc Phoenix, lớp AR-ACFC đã bị loại bỏ, do đó, ADOT đã cài đặt bốn phần thử nghiệm để khám phá các giải pháp trong tương lai sẽ sử dụng bê tông hiện có trong khi đảm bảo độ mịn, đi yên và xuất hiện đường tốt. Bộ 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 âm hoặc xuống, được phát triển như một mặt đường bê tông nhiễu đặc biệt thấp. ADOT cũng đang xem xét việc sử dụng máy xay trượt (một quá trình trong đó máy dẫn động vòng bi trên mặt đường để cải thiện các đặc điểm ma sát) hoặc micro-milling để hoàn thành bề mặt bê tông. Sau khi thử nghiệm từng phương pháp, ADOT xác định rằng kết cấu theo chiều dọc thu được bằng cách mài kim cương cung cấp sự xuất hiện của dây nang dễ chịu cũng như trải nghiệm cưỡi tốt (như được chỉ ra bởi giá trị IRI thấp) và tiếng ồn thấp. Quá 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 khớp, trước đây đã bị hư hại do phay. Khắc kim cương cũng là một giải pháp hiệu quả về chi phí.
Vào tháng 5 năm 2019, ADOT đã quyết định kim cương một phần nhỏ của SR 202 nằm ở khu vực phía nam của Phoenix. Con đường AR-ACFC 15 tuổi này rất lỏng lẻo và nhiều lớp đá bị ném trên kính chắn gió, và các tài xế phàn nàn về kính chắn gió bị hư hại do đá bay mỗi ngày. Tỷ lệ yêu cầu tổn thất trong khu vực này cao hơn ở các khu vực khác của đất nước. Vỉa hè cũng rất ồn ào và khó lái. Adot đã chọn kết thúc hoàn thiện kim cương cho hai làn đường bên phải dọc theo SR 202 dài nửa dặm. Họ đã sử dụng một thùng tải để loại bỏ lớp AR-ACFC hiện có mà không làm hỏng bê tông bên dưới. Bộ đã thử nghiệm thành công phương pháp này vào tháng Tư khi họ đang động não để trở về đường PCC. Sau khi dự án hoàn thành, đại diện ADOT nhận thấy rằng người lái xe sẽ chuyển từ làn đường AR-ACFC sang làn đường bê tông kim cương để trải nghiệm các đặc điểm đi xe và âm thanh được cải thiện.
Mặc dù không phải tất cả các dự án thí điểm đã được hoàn thành, những phát hiện sơ bộ về chi phí cho thấy rằng các khoản tiết kiệm liên quan đến việc sử dụng mặt đường bê tông và mài kim cương để tối ưu hóa ngoại hình, độ mịn và âm thanh có thể giảm bảo trì tới 3,9 tỷ đô la trong một năm. Trong khoảng thời gian 30 năm. Randy Everett và Bộ Giao thông Vận tải Arizona
Trong khoảng thời gian này, Hiệp hội Chính phủ Maricopa (MAG) đã công bố một báo cáo đánh giá tiếng ồn và khả năng lái xe của địa phương. Báo cáo thừa nhận sự khó khăn trong việc duy trì mạng lưới đường bộ và tập trung vào các đặc điểm tiếng ồn của đường. Một kết luận quan trọng là vì lợi thế tiếng ồn của AR-ACFC biến mất rất nhanh, nên xem xét điều trị mặt đất kim cương thay vì lớp phủ nhựa đường cao su. Một phát triển đồng thời khác là một hợp đồng mua sắm bảo trì cho phép kim cương nghiền nhà thầu được đưa vào để bảo trì và xây dựng.
ADOT tin rằng đã đến lúc 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 phần rộng bốn dặm, rộng bốn làn, bao gồm các phần dốc. Khu vực này quá lớn để sử dụng một bộ tải để loại bỏ nhựa đường, vì vậy một máy phay đã được sử dụng. Bộ cắt các dải bằng nhựa đường cao su cho nhà thầu phay sử dụng làm hướng dẫn trong quá trình phay. Bằng cách giúp người vận hành dễ dàng nhìn thấy bề mặt PCC dưới nắp, thiết bị phay có thể được điều chỉnh và làm hỏng bê tông cơ bản có thể được giảm thiểu. Bề mặt kim cương cuối cùng của SR 202 đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn ADOT-nó yên tĩnh, mịn màng và hấp dẫn với bề mặt nhựa đường, giá trị IRI rất thuận lợi trong những năm 1920 và 1930. Các đặc điểm tiếng ồn tương đương này có thể thu được bởi vì mặc dù mặt đường AR-ACFC mới là yên tĩnh hơn khoảng 5 dB so với mặt đất kim cương, khi mặt đường AR-ACFC được sử dụng trong 5 đến 9 năm, kết quả đo của nó có thể so sánh hoặc cao hơn mức DB. Không chỉ là độ ồn của mặt đất kim cương SR 202 mới rất thấp cho người lái, mà vỉa hè cũng tạo ra ít tiếng ồn hơn trong các cộng đồng lân cận.
Thành công của các dự án ban đầu của họ đã thúc đẩy ADOT bắt đầu ba dự án phi công mài kim cương khác. Việc mài kim cương của đường cao tốc giá Loop 101 đã được hoàn thành. Việc mài kim cương của đường cao tốc Loop 101 PIMA sẽ được thực hiện vào đầu năm 2021 và việc xây dựng Loop 101 I-17 đến 75 Avenue dự kiến sẽ được thực hiện trong năm năm tới. ADOT sẽ theo dõi hiệu suất của tất cả các mục để kiểm tra sự hỗ trợ của các khớp, cho dù bê tông đã bị bóc ra, và việc duy trì chất lượng âm thanh và đi xe.
Mặc dù không phải tất cả các dự án thí điểm đã được hoàn thành, dữ liệu được thu thập cho đến nay biện minh cho việc xem xét việc mài kim cương như là một thay thế cho việc mài và làm đầy tiêu chuẩn. Kết quả sơ bộ của cuộc điều tra chi phí cho thấy các khoản tiết kiệm liên quan đến việc sử dụng mặt đường cụ thể và mài kim cương để tối ưu hóa ngoại hình, độ mịn và âm thanh có thể giảm chi phí bảo trì lên tới 3,9 tỷ đô la trong khoảng thời gian 30 năm.
Bằng cách sử dụng mặt đường cụ thể hiện tại ở Phoenix, không chỉ ngân sách bảo trì có thể được mở rộng và nhiều đường được giữ trong tình trạng tốt, mà độ bền của bê tông đảm bảo rằng sự gián đoạn liên quan đến bảo trì đường được giảm thiểu. Quan trọng nhất, công chúng sẽ có thể tận hưởng bề mặt lái xe mịn màng và yên tĩnh.
Randy Everett là một quản trị viên cấp cao của Bộ Giao thông Vận tải ở trung tâm Arizona.
IGGA là một hiệp hội thương mại phi lợi nhuận được thành lập vào năm 1972 bởi một nhóm các chuyên gia công nghiệp chuyên dụng, dành riêng cho việc phát triển các quy trình mài kim cương và rãnh cho bề mặt bê tông xi măng Portland và nhựa đường. Năm 1995, IGGA đã tham gia một chi nhánh của Hiệp hội mặt đường bê tông Hoa Kỳ (ACPA), hình thành mối quan hệ đối tác bảo vệ mặt đường bê tông IgGA/ACPA ngày nay (IGGA/ACPA CP3). Ngày nay, sự hợp tác này là một nguồn tài nguyên kỹ thuật và công ty hàng đầu trong việc tiếp thị toàn cầu các bề mặt mặt đường được tối ưu hóa, sửa chữa mặt đường bê tông và bảo vệ vỉa hè. Nhiệm vụ của IGGA là trở thành tài nguyên công nghệ và quảng bá hàng đầu cho việc chấp nhận và sử dụng đúng cách nghiền và rãnh kim cương, cũng như bảo tồn và phục hồi PCC.
Thời gian đăng: Tháng 9-08-2021