Việc đưa đường cao tốc Arizona trở lại bê tông xi măng Portland có thể chứng minh lợi ích của việc sử dụng mài kim cương như một giải pháp thay thế cho mài và trám 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 hội thảo trực tuyến ban đầu được tổ chức trong Hội nghị kỹ thuật của Hiệp hội mài và tạo rãnh quốc tế (IGGA) vào tháng 12 năm 2020. Xem bản demo đầy đủ bên dưới.
Cư dân khu vực Phoenix mong muốn những con đường thông thoáng, đẹp đẽ và yên tĩnh.Tuy nhiên, do sự gia tăng dân số bùng nổ trong khu vực và không đủ kinh phí để theo kịp, tình trạng đường sá trong khu vực đã suy 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 và cung cấp các loại đường mà công chúng mong đợi.
Phoenix là thành phố đông dân thứ năm ở Hoa Kỳ và vẫn đang phát triển.Mạng lưới cầu và đường dài 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 bổ sung dành cho xe cao tốc (HOV).Với ngân sách xây dựng 500 triệu USD mỗi năm, khu vực này thường thực hiện 20 đến 25 dự án xây dựng trên mạng lưới đường có lưu lượng giao thông cao mỗi năm.
Arizona đã sử dụng mặt đường bê tông từ những năm 1920.Bê tông có thể sử dụng hàng chục năm và chỉ cần bảo dưỡng 20-25 năm một lần.Đối với Arizona, 40 năm kinh nghiệm thành công đã giúp nó được sử dụng trong quá trình xây dựng các đường cao tốc chính của bang vào những năm 1960.Vào thời điểm đó, việc trải đường bằng bê tông đồng nghĩa với việc phải đánh đổi tiếng ồn trên đường.Trong giai đoạn này, bề mặt bê tông được hoàn thiện bằng quá trình mạ thiếc (kéo một chiếc cào kim loại trên bề mặt bê tông vuông góc với dòng xe cộ qua lại), lốp xe chạy trên bê tông đóng hộp sẽ tạo ra tiếng kêu ồn ào, mạch lạc.Năm 2003, để giải quyết vấn đề tiếng ồn, 1-in.Lớp ma sát cao su nhựa đường (AR-ACFC) được thi công lên trên lớp bê tông xi măng Portland (PCC).Điều này mang lại vẻ ngoài nhất quán, âm thanh yên tĩnh và việc di chuyển 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.Các đường cao tốc của Arizona hiện đã vượt quá tuổi thọ thiết kế và đang cũ đi.Sự phân tầng và các vấn đề liên quan đặt ra vấn đề cho người lái xe và Bộ Giao thông Vận tải.Mặc dù hiện tượng bong tróc thường chỉ làm mất khoảng 1 inch độ sâu của đường (vì nhựa đường cao su dày 1 inch đã tách ra khỏi bê tông bên dưới), điểm bong tróc được người dân đi lại coi là ổ gà và được coi là một vấn đề nghiêm trọng. vấn đề.
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 vi mô, ADOT đã xác định rằng kết cấu dọc thu được bằng mài kim cương mang lại vẻ ngoài bằng vải nhung dễ chịu và hiệu suất lái tốt (Như được thể hiện bằng các số IRI thấp) ) và phát ra 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 xá và con số này đang giảm dần.(IRI là một loại dữ liệu thống kê độ nhám, hầu như được các tổ chức quốc gia sử dụng phổ biến như một chỉ số hoạt động của hệ thống quản lý mặt đường của họ. 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 tình trạng tốt.Đến năm 2018, tỷ lệ này đã giảm xuống còn 53%.Các tuyến hệ thống đường cao tốc quốc gia cũng đang có xu hướng giảm.Các phép đo 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—và ngân sách không thể theo kịp—vào tháng 4 năm 2019, ADOT bắt đầu tìm kiếm các tùy chọn lưu trữ tốt hơn hộp công cụ trước đó.Đối với mặt đường vẫn ở tình trạng tốt trong khoảng thời gian sử dụng thiết kế từ 10 đến 15 năm - và việc bộ phận này ngày càng trở nên quan trọng hơn trong việc giữ cho mặt đường hiện tại ở tình trạng tốt - các phương án bao gồm bịt kín vết nứt, bịt kín bằng phun (áp dụng một lớp mỏng). lớp ánh sáng, nhũ tương nhựa đường đông đặc chậm), hoặc sửa chữa các ổ gà riêng lẻ.Đối với mặt đường vượt quá tuổi thọ thiết kế, một phương án là mài bỏ lớp nhựa đường đã xuống cấp và trải lớp nhựa đường cao su mới lên trên.Tuy nhiên, do quy mô của khu vực cần sửa chữa nên việc này tỏ ra quá tốn kém.Một trở ngại khác đối với bất kỳ giải pháp nào đòi hỏi phải mài lại bề mặt nhựa đường là thiết bị mài chắc chắn sẽ ảnh hưởng và làm hỏng lớp bê tông bên dưới, và việc thất thoát vật liệu bê tông tại các mối nối là đặc biệt nghiêm trọng.
Điều gì sẽ xảy ra nếu Arizona quay trở lại bề mặt PCC ban đầu?ADOT biết rằng các đường cao tốc bê tông trong tiểu bang được thiết kế để mang lại sự ổn định lâu dài về cấu trúc.Bộ nhận ra rằng nếu họ có thể sử dụng PCC bên dưới để cải thiện bề mặt răng ban đầu của nó nhằm tạo thành một con đường yên tĩnh và dễ đi lại thì con đường được sửa chữa có thể tồn tại lâu hơn và cần được 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, vì vậy ADOT đã lắp đặt bốn đoạn thử nghiệm để khám phá các giải pháp trong tương lai sẽ tận dụng bê tông hiện có trong khi vẫn đảm bảo độ êm ái, đi xe yên tĩnh và mặt đường đẹp.Bộ đã xem xét mài kim cương và Bề mặt bê tông thế hệ tiếp theo (NGCS), một kết cấu có mặt cắt đất được kiểm soát và kết cấu âm hoặc hướng xuống tổng thể, được phát triển như một 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 các 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 bằng vải nhung dễ chịu cũng như trải nghiệm lái xe tốt (được biểu thị bằng giá trị IRI thấp) và độ 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 mối nối, vốn trước đây đã bị hư hỏng do phay.Mài kim cương cũng là một giải pháp tiết kiệm chi phí.
Vào tháng 5 năm 2019, ADOT quyết định mài kim cương một phần nhỏ SR 202 nằm ở khu vực phía nam Phoenix.Con đường AR-ACFC 15 tuổi lỏng lẻo và nhiều lớp đến mức đá rời văng lên kính chắn gió, và các tài xế phàn nàn về việc kính chắn gió bị hư hỏng do đá bay hàng ngày.Tỷ lệ yêu cầu bồi thường thiệt hại ở vùng này cao hơn các vùng khác trong cả nước.Vỉa hè cũng rất ồn ào và khó lái xe.ADOT đã chọn lớp hoàn thiện dạng 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 lớp bê tông bên dưới.Bộ đã thử nghiệm thành công phương pháp này vào tháng 4 khi họ đang nghĩ cách để quay trở lại đường PCC.Sau khi dự án hoàn thành, đại diện ADOT nhận thấy người lái xe sẽ chuyển từ làn AR-ACFC sang làn bê tông nền kim cương để trải nghiệm cảm giác lái được cải thiện và đặc tính âm thanh.
Mặc dù không phải tất cả các dự án thí điểm đều đã được hoàn thành nhưng những phát hiện sơ bộ về chi phí cho thấy rằng khoản tiết kiệm được nhờ sử dụng mặt đường bê tông và mài kim cương để tối ưu hóa hình thức, độ mịn và âm thanh có thể giảm chi phí bảo trì tới 3,9 tỷ USD mỗi năm.Trong khoảng thời gian 30 năm.Randy Everett và Sở Giao thông vận tải Arizona
Vào 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 trên đường cao tốc địa phương.Báo cáo thừa nhận những khó khăn trong việc duy trì mạng lưới đường bộ và tập trung vào đặc điểm tiếng ồn của đường.Một kết luận quan trọng là vì lợi thế về tiếng ồn của AR-ACFC biến mất quá nhanh nên “nên xem xét xử lý nền bằng kim cương thay vì phủ nhựa đường cao su”.Một sự phát triển 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 xây dựng.
ADOT tin rằng đã đến lúc thực hiện bước tiếp theo và có kế hoạch bắt đầu 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 cả các đoạn dốc.Diện tích quá rộng nên không thể sử dụng máy xúc để loại bỏ nhựa đường nên đã sử dụng máy phay.Bộ phận cắt các dải nhựa đường cao su để nhà thầu xay xát sử dụng làm hướng dẫn trong quá trình xay xát.Bằng cách giúp người vận hành dễ dàng nhìn thấy bề mặt PCC dưới lớp phủ hơn, thiết bị phay có thể được điều chỉnh và có thể giảm thiểu hư hỏng cho bê tông bên dưới.Bề mặt mài kim cương cuối cùng của SR 202 đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn ADOT - yên tĩnh, mịn màng và hấp dẫn - so với bề mặt nhựa đường, giá trị IRI rất thuận lợi trong những năm 1920 và 1930.Có thể đạt được các đặc tính tiếng ồn tương đương này vì mặc dù mặt đường AR-ACFC mới yên tĩnh hơn khoảng 5 dB so với mặt đường kim cương nhưng khi mặt đường AR-ACFC được sử dụng trong 5 đến 9 năm, kết quả đo của nó tương đương hoặc cao hơn mức dB.Nền đất kim cương SR 202 mới không chỉ có độ ồn rất thấp đối với người lái xe mà vỉa hè còn tạo ra ít tiếng ồn hơn cho các cộng đồng lân cận.
Sự thành công của các dự án ban đầu đã thúc đẩy ADOT bắt đầu ba dự án thí điểm mài kim cương khác.Việc mài kim cương của Đường cao tốc Loop 101 Price đã 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 Đường cao tốc Loop 101 I-17 đến Đại lộ 75 dự kiến sẽ được thực hiện trong 5 năm tới.ADOT sẽ theo dõi hoạt động của tất cả các hạng mục để kiểm tra khả năng hỗ trợ của các mối nối, xem bê tông có bị bong tróc hay không cũng như việc duy trì âm thanh và chất lượng lái xe hay không.
Mặc dù không phải tất cả các dự án thí điểm đều đã được hoàn thành, nhưng dữ liệu thu thập được cho đến nay chứng minh việc xem xét mài kim cương như một giải pháp thay thế cho mài và trám tiêu chuẩn.Kết quả điều tra sơ bộ về chi phí cho thấy khoản tiết kiệm được nhờ sử dụng mặt đường bê tông và mài kim cương để tối ưu hóa hình thức, độ mịn và âm thanh có thể giảm chi phí bảo trì tới 3,9 tỷ USD trong thời gian 30 năm.
Bằng cách sử dụng mặt đường bê tông hiện có ở Phoenix, không chỉ có thể tăng ngân sách bảo trì và nhiều con đường được giữ trong tình trạng tốt mà độ bền của bê tông còn đảm bảo giảm thiểu sự gián đoạn liên quan đến bảo trì đường bộ.Quan trọng nhất, công chúng sẽ được tận hưởng cảm giác lái êm ái và yên tĩnh.
Randy Everett là 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 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 Mặt đường Bê tông Hoa Kỳ (ACPA), hình thành Hiệp hội Bảo vệ Mặt đường Bê tông IGGA/ACPA (IGGA/ACPA CP3) ngày nay.Ngày nay, sự hợp tác này là nguồn lực kỹ thuật và dẫn đầu ngành trong việc tiếp thị toàn cầu về bề mặt mặt đường được tối ưu hóa, sửa chữa mặt đường bê tông và bảo vệ mặt đường.Sứ mệnh của IGGA là trở thành nguồn lực thúc đẩy và công nghệ hàng đầu cho việc chấp nhận và sử dụng đúng phương pháp mài và tạo rãnh kim cương, cũng như bảo quản và phục hồi PCC.
Thời gian đăng: Sep-08-2021