پروژه آزمایشی سنگ زنی الماس برای حفاظت از روسازی بتنی بزرگراه ققنوس

بازگشت بزرگراه آریزونا به بتن سیمانی پرتلند ممکن است مزایای استفاده از سنگ زنی الماس را به عنوان جایگزینی برای سنگ زنی و پر کردن استاندارد ثابت کند. چشم انداز نشان می دهد که طی یک دوره 30 ساله، هزینه های نگهداری 3.9 میلیارد دلار کاهش می یابد.
این مقاله بر اساس وبیناری است که در اصل در کنفرانس فنی انجمن بین‌المللی شیار و سنگ‌زنی (IGGA) در دسامبر 2020 برگزار شد. نسخه نمایشی کامل را در زیر مشاهده کنید.
ساکنان منطقه فونیکس خواهان جاده های هموار، زیبا و آرام هستند. با این حال، به دلیل رشد انفجاری جمعیت در منطقه و کمبود بودجه برای ادامه روند، شرایط جاده در این منطقه در دهه گذشته رو به کاهش بوده است. دپارتمان حمل و نقل آریزونا (ADOT) در حال مطالعه راه حل های خلاقانه برای حفظ شبکه بزرگراهی خود و ارائه انواع جاده هایی است که عموم مردم انتظار دارند.
فینیکس پنجمین شهر پرجمعیت ایالات متحده است و همچنان در حال رشد است. شبکه 435 مایلی جاده‌ها و پل‌های شهر توسط منطقه مرکزی دپارتمان حمل‌ونقل آریزونا (ADOT) نگهداری می‌شود که بیشتر آن شامل بزرگراه‌های چهار خطه با خطوط اضافی وسایل نقلیه بالابر (HOV) است. با بودجه ساخت و ساز 500 میلیون دلار آمریکا در سال، این منطقه به طور معمول سالانه 20 تا 25 پروژه ساختمانی را در شبکه جاده ای پرترافیک انجام می دهد.
آریزونا از دهه 1920 از روسازی های بتنی استفاده کرده است. بتن را می توان برای چندین دهه استفاده کرد و فقط هر 20-25 سال یکبار نیاز به تعمیر و نگهداری دارد. برای آریزونا، 40 سال تجربه موفق باعث شد تا در طول ساخت بزرگراه های اصلی ایالت در دهه 1960 از آن استفاده شود. در آن زمان، آسفالت جاده با بتن به معنای ایجاد یک معامله از نظر سر و صدای جاده بود. در این مدت، سطح بتن با قلع کاری (کشیدن چنگک فلزی بر روی سطح بتن عمود بر جریان ترافیک) تمام می شود و لاستیک هایی که روی بتن قلع کاری شده حرکت می کنند صدای ناله ای منسجم و پر سر و صدا تولید می کنند. در سال 2003، به منظور حل مشکل نویز، یک 1 اینچ. لایه اصطکاک لاستیکی آسفالت (AR-ACFC) روی بتن سیمانی پرتلند (PCC) اعمال شد. این یک ظاهر ثابت، صدای آرام و سفر راحت را فراهم می کند. با این حال، ثابت شده است که حفظ سطح AR-ACFC یک چالش است.
عمر طراحی AR-ACFC تقریباً 10 سال است. بزرگراه های آریزونا اکنون از عمر طراحی خود فراتر رفته و در حال پیر شدن هستند. طبقه بندی و مسائل مربوط به آن مشکلاتی را برای رانندگان و وزارت حمل و نقل ایجاد می کند. اگرچه لایه لایه شدن معمولاً تنها منجر به از دست دادن حدود 1 اینچ از عمق جاده می شود (به دلیل اینکه آسفالت لاستیکی 1 اینچی ضخیم از بتن زیر جدا شده است)، نقطه لایه برداری به عنوان یک چاله توسط عموم مسافران در نظر گرفته می شود و به عنوان یک مشکل جدی در نظر گرفته می شود. مشکل
پس از آزمایش سنگ زنی الماس، سطوح بتنی نسل بعدی و تکمیل سطح بتن با آسیاب لغزنده یا میکرو آسیاب، ADOT تشخیص داد که بافت طولی به دست آمده از سنگ زنی الماس ظاهری خوشایند و عملکرد رانندگی خوب را ارائه می دهد (همانطور که با اعداد IRI پایین نشان داده شده است). ) و انتشار صدای کم. رندی اورت و وزارت حمل و نقل آریزونا
آریزونا از شاخص بین‌المللی ناهمواری (IRI) برای اندازه‌گیری شرایط جاده‌ها استفاده می‌کند و این تعداد در حال کاهش است. (IRI نوعی داده آماری زبری است که تقریباً به طور جهانی توسط مؤسسات ملی به عنوان شاخص عملکرد سیستم مدیریت روسازی خود استفاده می شود. هر چه مقدار کمتر باشد زبری کمتر است که مطلوب است). بر اساس اندازه گیری های جمهوری اسلامی ایران در سال 2010، 72 درصد از بزرگراه های بین ایالتی منطقه در وضعیت خوبی قرار دارند. تا سال 2018، این نسبت به 53 درصد کاهش یافت. مسیرهای سیستم بزرگراه ملی نیز روند نزولی را نشان می دهند. اندازه گیری ها در سال 2010 نشان داد که 68 درصد جاده ها در وضعیت خوبی قرار دارند. تا سال 2018، این تعداد به 35 درصد کاهش یافت.
با افزایش هزینه ها - و بودجه نمی توانست ادامه یابد - در آوریل 2019، ADOT شروع به جستجوی گزینه های ذخیره سازی بهتر نسبت به جعبه ابزار قبلی کرد. برای روسازی هایی که در بازه عمر طراحی 10 تا 15 ساله هنوز در شرایط خوبی هستند - و برای بخش مهمتر می شود که روسازی موجود را در شرایط خوب نگه دارد - گزینه هایی شامل آب بندی ترک، آب بندی اسپری (اعمال یک لایه نازک) است. لایه نور، امولسیون آسفالت آهسته جامد شده)، یا چاله های جداگانه را تعمیر کنید. برای روسازی هایی که عمر طراحی آنها بیشتر است، یک گزینه این است که آسفالت فرسوده را خرد کنید و یک روکش لاستیکی جدید آسفالت کنید. با این حال، با توجه به وسعت منطقه ای که نیاز به تعمیر دارد، ثابت می شود که این بسیار پرهزینه است. یکی دیگر از موانع راه حلی که نیاز به سنگ زنی مکرر سطح آسفالت دارد این است که تجهیزات سنگ زنی به طور اجتناب ناپذیری بر بتن زیرین اثر گذاشته و به آن آسیب می رسانند و از بین رفتن مواد بتن در درزها بسیار جدی است.
اگر آریزونا به سطح PCC اصلی بازگردد چه اتفاقی می افتد؟ ADOT می‌داند که بزرگراه‌های بتنی در این ایالت به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پایداری سازه‌ای با عمر طولانی داشته باشند. دپارتمان متوجه شد که اگر بتوانند از PCC زیرین برای بهبود سطح دندانه‌ای اصلی آن برای ایجاد جاده‌ای آرام و قابل سوار استفاده کنند، جاده تعمیر شده ممکن است بیشتر دوام بیاورد و به تعمیر و نگهداری نیاز داشته باشد. همچنین از آسفالت بسیار کمتر است.
به عنوان بخشی از پروژه در SR 101 شمال فونیکس، لایه AR-ACFC حذف شده است، بنابراین ADOT چهار بخش آزمایشی را برای بررسی راه‌حل‌های آینده نصب کرد که از بتن موجود در عین اطمینان از صاف بودن، سواری آرام و ظاهر خوب جاده استفاده می‌کنند. این بخش سنگ زنی الماس و سطح بتن نسل بعدی (NGCS) را بررسی کرد، بافتی با مشخصات خاک کنترل شده و بافت کلی منفی یا رو به پایین، که به عنوان روسازی بتنی مخصوصاً کم صدا توسعه یافته است. ADOT همچنین استفاده از آسیاب کشویی (فرآیندی که در آن یک ماشین بلبرینگ‌های توپی را به سطح جاده هدایت می‌کند تا ویژگی‌های اصطکاک را بهبود بخشد) یا میکرو فرز برای تکمیل سطح بتن در نظر گرفته است. پس از آزمایش هر روش، ADOT مشخص کرد که بافت طولی به‌دست‌آمده از سنگ‌زنی الماس، ظاهری خوش‌رنگ و همچنین تجربه سواری خوبی (همانطور که با مقدار IRI پایین نشان می‌دهد) و صدای کم را ارائه می‌دهد. همچنین ثابت شده است که فرآیند سنگ زنی الماس برای محافظت از نواحی بتنی، به ویژه در اطراف اتصالات، که قبلاً در اثر آسیاب آسیب دیده اند، به اندازه کافی ملایم است. سنگ زنی الماس نیز یک راه حل مقرون به صرفه است.
در ماه مه 2019، ADOT تصمیم گرفت بخش کوچکی از SR 202 واقع در منطقه جنوبی فونیکس را با الماس آسیاب کند. جاده 15 ساله AR-ACFC به قدری شل و لایه لایه بود که سنگ های سست روی شیشه جلو پرتاب می شد و رانندگان از آسیب دیدن شیشه جلو توسط سنگ های پرنده هر روز شکایت داشتند. نسبت خسارت خسارت در این منطقه بیشتر از سایر مناطق کشور است. پیاده رو نیز بسیار پر سر و صدا است و رانندگی با آن دشوار است. ADOT برای دو مسیر سمت راست در امتداد SR 202 به طول نیم مایل، روکش های الماسی را انتخاب کرد. آنها از یک سطل لودر برای حذف لایه AR-ACFC موجود بدون آسیب رساندن به بتن زیر استفاده کردند. دپارتمان با موفقیت این روش را در آوریل آزمایش کرد، زمانی که آنها در حال بررسی راه های بازگشت به جاده PCC بودند. پس از تکمیل پروژه، نماینده ADOT متوجه شد که راننده از خط AR-ACFC به خط بتونی زمینی الماس حرکت می کند تا ویژگی های سواری و صدا بهبود یافته را تجربه کند.
اگرچه همه پروژه‌های آزمایشی تکمیل نشده‌اند، یافته‌های اولیه در مورد هزینه‌ها نشان می‌دهد که صرفه‌جویی مرتبط با استفاده از روسازی بتنی و سنگ‌زنی الماس برای بهینه‌سازی ظاهر، صافی و صدا می‌تواند هزینه نگهداری را تا 3.9 میلیارد دلار در سال کاهش دهد. در یک دوره 30 ساله. رندی اورت و اداره حمل و نقل آریزونا
در همین زمان، انجمن دولتی Maricopa (MAG) گزارشی را منتشر کرد که در آن صدای بزرگراه محلی و قابلیت رانندگی را ارزیابی می کرد. این گزارش دشواری حفظ شبکه جاده‌ای را تایید می‌کند و بر ویژگی‌های نویز جاده تمرکز می‌کند. یک نتیجه کلیدی این است که از آنجایی که مزیت نویز AR-ACFC به سرعت ناپدید می شود، "به جای روکش آسفالت لاستیکی باید عملیات زمین الماس را در نظر گرفت." یکی دیگر از توسعه های همزمان، قرارداد خرید تعمیر و نگهداری است که امکان سنگ زنی الماس را فراهم می کند. پیمانکار برای تعمیر و نگهداری و ساخت و ساز آورده شد.
ADOT معتقد است که زمان برداشتن گام بعدی فرا رسیده است و قصد دارد در فوریه 2020 یک پروژه سنگ زنی الماس بزرگتر را در SR 202 آغاز کند. این پروژه یک بخش چهار مایلی طول و عرض چهار خط را شامل بخش های شیبدار را پوشش می دهد. این منطقه برای برداشتن آسفالت آنقدر بزرگ بود که از لودر برای برداشتن آسفالت استفاده نمی شد، بنابراین از ماشین فرز استفاده شد. این بخش نوارهایی را در آسفالت لاستیکی برای پیمانکار فرز برش می دهد تا از آن به عنوان راهنما در طول فرآیند آسیاب استفاده کند. با سهولت مشاهده سطح PCC زیر پوشش برای اپراتور، می توان تجهیزات فرز را تنظیم کرد و آسیب به بتن زیرین را به حداقل رساند. سطح نهایی زمین الماسی SR 202 تمام استانداردهای ADOT را برآورده می کند - در مقایسه با سطوح آسفالتی آرام، صاف و جذاب است، ارزش IRI در دهه های 1920 و 1930 بسیار مطلوب بود. این ویژگی‌های نویز قابل مقایسه را می‌توان به‌دست آورد زیرا اگرچه روسازی جدید AR-ACFC حدود 5 دسی‌بل ساکت‌تر از زمین الماس است، وقتی روسازی AR-ACFC برای 5 تا 9 سال استفاده می‌شود، نتایج اندازه‌گیری آن قابل مقایسه یا بالاتر از سطح دسی‌بل است. نه تنها سطح سر و صدای زمین الماس SR 202 جدید برای رانندگان بسیار کم است، بلکه پیاده رو نیز صدای کمتری در جوامع اطراف ایجاد می کند.
موفقیت پروژه های اولیه آنها، ADOT را بر آن داشت تا سه پروژه آزمایشی سنگ زنی الماس دیگر را آغاز کند. سنگ زنی الماس آزادراه لوپ 101 پرایس به پایان رسید. سنگ زنی الماس آزادراه Loop 101 Pima در اوایل سال 2021 انجام می شود و انتظار می رود ساخت Loop 101 I-17 تا خیابان 75 در پنج سال آینده انجام شود. ADOT عملکرد همه موارد را برای بررسی تکیه گاه اتصالات، کنده شدن بتن و حفظ صدا و کیفیت سواری ردیابی می کند.
اگرچه همه پروژه‌های آزمایشی تکمیل نشده‌اند، داده‌های جمع‌آوری‌شده تا کنون، در نظر گرفتن آسیاب الماس به عنوان جایگزینی برای آسیاب و پر کردن استاندارد را توجیه می‌کند. نتایج اولیه بررسی هزینه نشان می دهد که صرفه جویی در استفاده از روسازی بتن و سنگ زنی الماس برای بهینه سازی ظاهر، صافی و صدا می تواند هزینه های تعمیر و نگهداری را تا 3.9 میلیارد دلار در یک دوره 30 ساله کاهش دهد.
با استفاده از روسازی بتنی موجود در فونیکس، نه تنها می توان بودجه تعمیر و نگهداری را افزایش داد و جاده های بیشتری را در شرایط خوبی نگه داشت، بلکه دوام بتن تضمین می کند که اختلالات مربوط به تعمیر و نگهداری جاده به حداقل می رسد. مهمتر از همه، عموم مردم می توانند از یک سطح رانندگی صاف و آرام لذت ببرند.
رندی اورت یک مدیر ارشد بخش برای بخش حمل و نقل در مرکز آریزونا است.
IGGA یک انجمن تجاری غیرانتفاعی است که در سال 1972 توسط گروهی از متخصصان صنعت اختصاص داده شده است که به توسعه فرآیندهای سنگ زنی و شیار زنی الماس برای سطوح سیمان پرتلند و بتن پرتلند اختصاص یافته است. در سال 1995، IGGA به یکی از شعبه های انجمن سنگ فرش های بتنی آمریکا (ACPA) ملحق شد و شراکت حفاظت از روسازی بتنی IGGA/ACPA (IGGA/ACPA CP3) را تشکیل داد. امروزه، این مشارکت یک منبع فنی و پیشرو در صنعت در بازاریابی جهانی سطوح روسازی بهینه، تعمیر روسازی بتنی و حفاظت از روسازی است. ماموریت IGGA تبدیل شدن به منبع فناوری و ارتقاء پیشرو برای پذیرش و استفاده صحیح از سنگ زنی و شیار زنی الماس و همچنین حفظ و بازسازی PCC است.