Att återställa Arizonas motorväg till Portlandcementbetong kan visa sig vara fördelen med att använda diamantslipning som ett alternativ till vanlig slipning och fyllning. Utsikterna visar att underhållskostnaderna kommer att minskas med 3,9 miljarder USD under en 30-årsperiod.
Den här artikeln är baserad på ett webbinarium som ursprungligen hölls under International Grooving and Grinding Association (IGGA) Technical Conference i december 2020. Se hela demonstrationen nedan.
Invånarna i Phoenix-området vill ha släta, vackra och tysta vägar. Men på grund av den explosionsartade befolkningstillväxten i området och otillräckliga medel för att hålla jämna steg har vägförhållandena i området försämrats under det senaste decenniet. Arizonas transportdepartement (ADOT) studerar kreativa lösningar för att underhålla sitt vägnät och tillhandahålla de typer av vägar som allmänheten förväntar sig.
Phoenix är den femte mest befolkade staden i USA, och den växer fortfarande. Stadens 700 kilometer långa nätverk av vägar och broar underhålls av Arizona Department of Transportation (ADOT) centrala område, varav det mesta består av fyrfiliga motorvägar med ytterligare körfält för högtrafikerade fordon (HOV). Med en byggbudget på 500 miljoner USD per år genomför regionen vanligtvis 20 till 25 byggprojekt på ett högtrafikerat vägnät varje år.
Arizona har använt betongbeläggningar sedan 1920-talet. Betong kan användas i årtionden och behöver bara underhållas vart 20-25:e år. För Arizona möjliggjorde 40 års framgångsrik erfarenhet att den kunde användas under byggandet av statens större motorvägar på 1960-talet. Vid den tiden innebar beläggning av vägar med betong en avvägning när det gällde vägbuller. Under denna period ytbehandlas betongytan genom tenning (att dra en metallkratta på betongytan vinkelrätt mot trafikflödet), och däck som kör på den tennade betongen kommer att producera ett bullrigt, sammanhängande vinande ljud. År 2003, för att lösa bullerproblemet, applicerades ett 1-tums asfaltsgummifriktionslager (AR-ACFC) ovanpå portlandcementbetong (PCC). Detta ger ett jämnt utseende, tyst ljud och bekväm körning. Att bevara ytan på AR-ACFC har dock visat sig vara en utmaning.
Den dimensionerande livslängden för AR-ACFC är cirka 10 år. Arizonas motorvägar har nu överskridit sin dimensionerande livslängd och åldras. Skiktning och relaterade problem utgör problem för förare och transportministeriet. Även om delaminering vanligtvis bara resulterar i en förlust av cirka 2,5 cm vägdjup (eftersom den 2,5 cm tjocka gummiasfalten har separerat från betongen nedanför), betraktas delamineringspunkten som ett gropar av den resande allmänheten och ses som ett allvarligt problem.
Efter att ha testat diamantslipning, nästa generations betongytor och ytbehandling av betongytan med slipmaskin eller mikrofräsning, fastställde ADOT att den längsgående texturen som erhålls genom diamantslipning ger ett tilltalande manchesterutseende och god körprestanda (vilket visas av låga IRI-tal) och låga bullerutsläpp. Randy Everett och Arizona Department of Transportation
Arizona använder International Roughness Index (IRI) för att mäta vägförhållanden, och antalet har minskat. (IRI är en typ av statistisk data om ojämnheter, som nästan universellt används av nationella institutioner som en prestationsindikator för deras beläggningssystem. Ju lägre värde, desto mindre ojämnhet, vilket är önskvärt). Enligt IRI-mätningar som genomfördes 2010 är 72 % av motorvägarna i regionen i gott skick. År 2018 hade denna andel sjunkit till 53 %. Även de nationella vägnätsrutterna visar en nedåtgående trend. Mätningar år 2010 visade att 68 % av vägarna var i gott skick. År 2018 hade denna siffra sjunkit till 35 %.
I takt med att kostnaderna ökade – och budgeten inte räckte till – började ADOT i april 2019 leta efter bättre förvaringsalternativ än i den tidigare verktygslådan. För beläggningar som fortfarande är i gott skick inom den planerade livslängden på 10 till 15 år – och det blir allt viktigare för avdelningen att hålla den befintliga beläggningen i gott skick – inkluderar alternativen spricktätning, spruttätning (applicera ett tunt lager av lätt, långsamt stelnad asfaltemulsion) eller reparation av enskilda gropar. För beläggningar som överskrider den planerade livslängden är ett alternativ att slipa bort den försämrade asfalten och lägga ett nytt gummiasfaltlager. På grund av omfattningen av det område som behöver repareras visar sig detta dock vara för kostsamt. Ett annat hinder för alla lösningar som kräver upprepad slipning av asfaltytan är att sliputrustningen oundvikligen kommer att påverka och skada den underliggande betongen, och förlusten av betongmaterial vid fogarna är särskilt allvarlig.
Vad skulle hända om Arizona återgick till den ursprungliga PCC-ytan? ADOT vet att betongvägarna i delstaten är utformade för att ge långvarig strukturell stabilitet. Myndigheten insåg att om de kunde använda den underliggande PCC-vägen för att förbättra dess ursprungliga tandade yta och skapa en tyst och farbar väg, skulle den reparerade vägen kunna hålla längre och kräva underhåll. Den är också mycket mindre slitstark än asfalt.
Som en del av projektet på SR 101 norr om Phoenix har AR-ACFC-lagret tagits bort, så ADOT installerade fyra testsektioner för att utforska framtida lösningar som utnyttjar befintlig betong samtidigt som de säkerställer jämnhet, tyst körning och bra vägutseende. Avdelningen granskade diamantslipning och Next Generation Concrete Surface (NGCS), en textur med en kontrollerad jordprofil och övergripande negativ eller nedåtgående textur, som har utvecklats som en särskilt tystgående betongbeläggning. ADOT överväger också användningen av en glidande slipmaskin (en process där en maskin styr kullager till vägytan för att förbättra friktionsegenskaperna) eller mikrofräsning för att ytbehandla betongytan. Efter att ha testat varje metod fastställde ADOT att den längsgående texturen som erhålls genom diamantslipning ger ett tilltalande manchesterutseende samt en bra körupplevelse (vilket indikeras av det låga IRI-värdet) och lågt ljud. Diamantslipningsprocessen har också visat sig vara tillräckligt skonsam för att skydda betongytor, särskilt runt fogarna, som tidigare skadats av fräsning. Diamantslipning är också en kostnadseffektiv lösning.
I maj 2019 beslutade ADOT att diamantslipa en liten del av SR 202 i södra Phoenix. Den 15 år gamla AR-ACFC-vägen var så lös och lager-på-lager att lösa stenar kastades på vindrutan, och förare klagade dagligen på att vindrutan skadades av flygande stenar. Andelen skadeanmälningar i denna region är högre än i andra regioner i landet. Trottoaren är också mycket bullrig och svår att köra på. ADOT valde diamantfinish för de två högra körfälten längs SR 202, som är en halv mil lång. De använde en lastskopa för att ta bort det befintliga AR-ACFC-lagret utan att skada betongen under. Avdelningen testade framgångsrikt denna metod i april när de brainstormade sätt att återvända till PCC-vägen. Efter att projektet var slutfört märkte ADOT:s representant att föraren flyttade sig från AR-ACFC-körfältet till det diamantslipade betongkörfältet för att uppleva de förbättrade kör- och ljudegenskaperna.
Även om inte alla pilotprojekt har slutförts, tyder preliminära resultat om kostnader på att besparingarna i samband med användning av betongbeläggning och diamantslipning för att optimera utseende, jämnhet och ljudnivå skulle kunna minska underhållet med så mycket som 3,9 miljarder dollar i årskostnader. Över en 30-årsperiod. Randy Everett och Arizonas transportdepartement.
Ungefär vid denna tidpunkt släppte Maricopa Government Association (MAG) en rapport som utvärderade lokalt vägbuller och körbarhet. Rapporten erkänner svårigheten med att underhålla vägnätet och fokuserar på vägens bulleregenskaper. En viktig slutsats är att eftersom bullerfördelen med AR-ACFC försvinner så snabbt, "bör diamantbearbetning av marken övervägas istället för gummiasfaltbeläggning". En annan samtidig utveckling är ett underhållsupphandlingskontrakt som möjliggör diamantslipning. Entreprenören anlitades för underhåll och byggnation.
ADOT anser att det är dags att ta nästa steg och planerar att starta ett större diamantslipningsprojekt på SR 202 i februari 2020. Projektet omfattar en sex kilometer lång och fyra körfält bred sträcka, inklusive sluttande sektioner. Området var för stort för att använda en lastare för att ta bort asfalten, så en fräsmaskin användes. Avdelningen skär remsor i gummiasfalt som fräsentreprenören kan använda som guide under fräsningsprocessen. Genom att göra det lättare för operatören att se PCC-ytan under täcket kan fräsutrustningen justeras och skador på den underliggande betongen minimeras. Den slutliga diamantslipade ytan på SR 202 uppfyller alla ADOT-standarder – den är tyst, slät och attraktiv – jämfört med asfaltytor var IRI-värdet mycket gynnsamt på 1920- och 1930-talen. Dessa jämförbara bulleregenskaper kan erhållas eftersom även om den nya AR-ACFC-beläggningen är cirka 5 dB tystare än diamantslipad, är dess mätresultat jämförbara eller högre när AR-ACFC-beläggningen används i 5 till 9 år. Inte bara är ljudnivån på den nya SR 202 diamond ground mycket låg för förare, utan trottoaren genererar också mindre buller i närliggande samhällen.
Framgången med deras tidiga projekt fick ADOT att starta tre andra pilotprojekt för diamantslipning. Diamantslipningen av Loop 101 Price Freeway har slutförts. Diamantslipningen av Loop 101 Pima Freeway kommer att utföras i början av 2021, och byggandet av Loop 101 I-17 till 75th Avenue förväntas ske under de kommande fem åren. ADOT kommer att övervaka prestandan hos alla delar för att kontrollera fogarnas stöd, om betongen har lossnat och bibehållandet av ljud- och körkvalitet.
Även om inte alla pilotprojekt har slutförts, motiverar de hittills insamlade uppgifterna att man överväger diamantslipning som ett alternativ till standardslipning och fyllning. De preliminära resultaten av kostnadsutredningen visar att besparingarna i samband med att använda betongbeläggning och diamantslipning för att optimera utseende, jämnhet och ljud kan minska underhållskostnaderna med upp till 3,9 miljarder dollar under en 30-årsperiod.
Genom att använda den befintliga betongbeläggningen i Phoenix kan inte bara underhållsbudgeten utökas och fler vägar hållas i gott skick, utan betongens hållbarhet säkerställer att störningar relaterade till vägunderhåll minimeras. Viktigast av allt är att allmänheten kommer att kunna njuta av en jämn och tyst köryta.
Randy Everett är en högre administratör för transportdepartementet i centrala Arizona.
IGGA är en ideell branschorganisation som grundades 1972 av en grupp engagerade branschfolk, dedikerade till utveckling av diamantslipnings- och spårfräsningsprocesser för portlandcementbetong och asfaltytor. År 1995 gick IGGA med i en filial av American Concrete Pavement Association (ACPA) och bildade dagens IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3). Idag är detta partnerskap en teknisk resurs och branschledare inom global marknadsföring av optimerade beläggningsytor, reparation och beläggningsskydd av betongbeläggningar. IGGAs uppdrag är att bli den ledande teknik- och marknadsföringsresursen för acceptans och korrekt användning av diamantslipning och spårfräsning, samt bevarande och restaurering av PCC.
Publiceringstid: 8 september 2021