پروژه آزمایشی سنگ زنی الماس برای محافظت از روسازی بتنی بزرگراه فینیکس

بازگرداندن بزرگراه آریزونا به بتن سیمانی پورتلند می‌تواند مزایای استفاده از سنگ‌زنی الماسی را به عنوان جایگزینی برای سنگ‌زنی و پر کردن استاندارد اثبات کند. چشم‌انداز نشان می‌دهد که طی یک دوره 30 ساله، هزینه‌های نگهداری 3.9 میلیارد دلار کاهش خواهد یافت.
این مقاله بر اساس وبیناری است که در ابتدا در کنفرانس فنی انجمن بین‌المللی شیارزنی و سنگ‌زنی (IGGA) در دسامبر 2020 برگزار شد. نسخه آزمایشی کامل را در زیر تماشا کنید.
ساکنان منطقه فینیکس خواهان جاده‌های صاف، زیبا و آرام هستند. با این حال، به دلیل رشد انفجاری جمعیت در این منطقه و بودجه ناکافی برای حفظ این وضعیت، وضعیت جاده‌های این منطقه در دهه گذشته رو به وخامت بوده است. وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) در حال مطالعه راه‌حل‌های خلاقانه برای حفظ شبکه بزرگراه‌های خود و ارائه انواع جاده‌هایی است که عموم مردم انتظار دارند.
فینیکس پنجمین شهر پرجمعیت ایالات متحده است و همچنان در حال رشد است. شبکه جاده‌ها و پل‌های ۴۳۵ مایلی این شهر توسط منطقه مرکزی وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) نگهداری می‌شود که بیشتر آن شامل بزرگراه‌های چهار بانده با خطوط اضافی برای خودروهای سنگین (HOV) است. با بودجه عمرانی ۵۰۰ میلیون دلار آمریکا در سال، این منطقه معمولاً سالانه ۲۰ تا ۲۵ پروژه عمرانی را در یک شبکه جاده‌ای پرترافیک انجام می‌دهد.
آریزونا از دهه ۱۹۲۰ از روسازی‌های بتنی استفاده می‌کند. بتن می‌تواند برای دهه‌ها مورد استفاده قرار گیرد و فقط هر ۲۰ تا ۲۵ سال نیاز به تعمیر و نگهداری دارد. ۴۰ سال تجربه موفق در آریزونا، امکان استفاده از آن را در طول ساخت بزرگراه‌های اصلی ایالت در دهه ۱۹۶۰ فراهم کرد. در آن زمان، روسازی جاده با بتن به معنای ایجاد یک بده بستان از نظر سر و صدای جاده بود. در این دوره، سطح بتن با قلع‌کاری (کشیدن یک چنگک فلزی روی سطح بتن عمود بر جریان ترافیک) پرداخت می‌شود و لاستیک‌هایی که روی بتن قلع‌کاری شده حرکت می‌کنند، صدای ناله‌ای پر سر و صدا و منسجم ایجاد می‌کنند. در سال ۲۰۰۳، برای حل مشکل سر و صدا، یک لایه اصطکاکی لاستیکی آسفالتی ۱ اینچی (AR-ACFC) روی بتن سیمانی پرتلند (PCC) اعمال شد. این امر ظاهری ثابت، صدایی آرام و سفری راحت را فراهم می‌کند. با این حال، حفظ سطح AR-ACFC به یک چالش تبدیل شده است.
عمر طراحی AR-ACFC تقریباً 10 سال است. بزرگراه‌های آریزونا اکنون از عمر طراحی خود فراتر رفته و در حال پیر شدن هستند. لایه لایه شدن و مسائل مربوط به آن مشکلاتی را برای رانندگان و وزارت حمل و نقل ایجاد می‌کند. اگرچه لایه لایه شدن معمولاً فقط منجر به از دست رفتن حدود 1 اینچ از عمق جاده می‌شود (زیرا آسفالت لاستیکی به ضخامت 1 اینچ از بتن زیرین جدا شده است)، نقطه لایه لایه شدن توسط مسافران به عنوان یک چاله در نظر گرفته می‌شود و به عنوان یک مشکل جدی در نظر گرفته می‌شود.
پس از آزمایش سنگ‌زنی الماسی، سطوح بتنی نسل بعدی و پرداخت سطح بتن با سنگ‌زنی لغزنده یا میکروفرز، ADOT مشخص کرد که بافت طولی حاصل از سنگ‌زنی الماسی، ظاهری مخملی دلپذیر و عملکرد رانندگی خوب (همانطور که با اعداد IRI پایین نشان داده شده است) و انتشار صدای کم را فراهم می‌کند. رندی اورت و وزارت حمل و نقل آریزونا
آریزونا از شاخص بین‌المللی ناهمواری (IRI) برای اندازه‌گیری شرایط جاده‌ها استفاده می‌کند و این عدد رو به کاهش بوده است. (IRI نوعی داده آماری ناهمواری است که تقریباً به‌طور جهانی توسط مؤسسات ملی به عنوان شاخص عملکرد سیستم مدیریت روسازی آنها استفاده می‌شود. هرچه مقدار آن کمتر باشد، ناهمواری کمتر است که مطلوب است). طبق اندازه‌گیری‌های IRI که در سال ۲۰۱۰ انجام شد، ۷۲٪ از بزرگراه‌های بین ایالتی در منطقه در وضعیت خوبی قرار دارند. تا سال ۲۰۱۸، این نسبت به ۵۳٪ کاهش یافته است. مسیرهای سیستم بزرگراه ملی نیز روند نزولی را نشان می‌دهند. اندازه‌گیری‌ها در سال ۲۰۱۰ نشان داد که ۶۸٪ از جاده‌ها در وضعیت خوبی قرار دارند. تا سال ۲۰۱۸، این تعداد به ۳۵٪ کاهش یافته است.
با افزایش هزینه‌ها - و عدم توانایی بودجه برای تأمین آنها - در آوریل ۲۰۱۹، ADOT شروع به جستجوی گزینه‌های ذخیره‌سازی بهتر نسبت به جعبه ابزار قبلی کرد. برای روسازی‌هایی که هنوز در شرایط خوبی در طول عمر طراحی ۱۰ تا ۱۵ ساله هستند - و حفظ روسازی موجود برای این بخش روز به روز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند - گزینه‌هایی شامل درزگیری ترک، درزگیری اسپری (اعمال یک لایه نازک از امولسیون آسفالت سبک و به آرامی سفت شده) یا تعمیر چاله‌های منفرد وجود دارد. برای روسازی‌هایی که از عمر طراحی فراتر رفته‌اند، یک گزینه خرد کردن آسفالت فرسوده و قرار دادن یک روکش آسفالت لاستیکی جدید است. با این حال، با توجه به وسعت منطقه‌ای که باید تعمیر شود، این کار بسیار پرهزینه است. مانع دیگر برای هر راه‌حلی که نیاز به خرد کردن مکرر سطح آسفالت داشته باشد این است که تجهیزات خرد کردن به ناچار بر بتن زیرین تأثیر گذاشته و به آن آسیب می‌رسانند و از بین رفتن مصالح بتنی در درزها به ویژه جدی است.
اگر آریزونا به سطح اولیه PCC بازگردد چه اتفاقی می‌افتد؟ اداره راه و شهرسازی آریزونا می‌داند که بزرگراه‌های بتنی این ایالت به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پایداری سازه‌ای طولانی‌مدتی را فراهم کنند. این اداره متوجه شد که اگر بتوانند از PCC زیرین برای بهبود سطح دندانه‌دار اولیه آن استفاده کنند تا جاده‌ای آرام و قابل تردد ایجاد شود، جاده تعمیر شده ممکن است دوام بیشتری داشته باشد و نیاز به نگهداری داشته باشد. همچنین هزینه تعمیر آن بسیار کمتر از آسفالت است.
به عنوان بخشی از پروژه در SR 101 در شمال فینیکس، لایه AR-ACFC برداشته شده است، بنابراین ADOT چهار بخش آزمایشی را برای بررسی راه‌حل‌های آینده که از بتن موجود استفاده می‌کنند و در عین حال صافی، رانندگی بی‌صدا و ظاهر خوب جاده را تضمین می‌کنند، نصب کرد. این بخش، سنگ‌زنی الماسی و سطح بتنی نسل بعدی (NGCS)، بافتی با پروفیل خاک کنترل‌شده و بافت کلی منفی یا رو به پایین را بررسی کرد که به عنوان یک روسازی بتنی کم‌صدا توسعه یافته است. ADOT همچنین در حال بررسی استفاده از سنگ‌زنی کشویی (فرآیندی که در آن یک دستگاه، بلبرینگ‌ها را به سطح جاده هدایت می‌کند تا ویژگی‌های اصطکاک را بهبود بخشد) یا میکروفرزکاری برای پرداخت سطح بتن است. پس از آزمایش هر روش، ADOT مشخص کرد که بافت طولی به‌دست‌آمده توسط سنگ‌زنی الماسی، ظاهری مخملی دلپذیر و همچنین یک تجربه رانندگی خوب (همانطور که با مقدار IRI پایین نشان داده شده است) و صدای کم ارائه می‌دهد. فرآیند سنگ‌زنی الماسی همچنین به اندازه کافی ملایم بوده است تا از نواحی بتنی، به‌ویژه در اطراف اتصالات، که قبلاً توسط فرزکاری آسیب دیده بودند، محافظت کند. سنگ‌زنی الماسی همچنین یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه است.
در ماه مه ۲۰۱۹، سازمان حمل و نقل جاده‌ای (ADOT) تصمیم گرفت بخش کوچکی از جاده SR 202 واقع در منطقه جنوبی فینیکس را با سنگ‌فرش الماسی بپوشاند. جاده ۱۵ ساله AR-ACFC آنقدر سست و لایه‌لایه بود که سنگ‌های سست روی شیشه جلو پرتاب می‌شدند و رانندگان از آسیب دیدن شیشه جلو توسط سنگ‌های پرتابی هر روز شکایت داشتند. نسبت خسارات وارده در این منطقه بیشتر از سایر مناطق کشور است. پیاده‌رو نیز بسیار پر سر و صدا و رانندگی دشوار است. سازمان حمل و نقل جاده‌ای (ADOT) برای دو لاین سمت راست در امتداد جاده SR 202 به طول نیم مایل، روکش‌های الماسی انتخاب کرد. آنها از یک سطل لودر برای برداشتن لایه AR-ACFC موجود بدون آسیب رساندن به بتن زیرین استفاده کردند. این اداره این روش را در ماه آوریل، زمانی که در حال بررسی راه‌های بازگشت به جاده PCC بودند، با موفقیت آزمایش کرد. پس از اتمام پروژه، نماینده ADOT متوجه شد که راننده برای بهبود سواری و ویژگی‌های صوتی، از لاین AR-ACFC به لاین بتنی الماسی حرکت می‌کند.
اگرچه همه پروژه‌های آزمایشی تکمیل نشده‌اند، یافته‌های اولیه در مورد هزینه‌ها نشان می‌دهد که صرفه‌جویی‌های مرتبط با استفاده از روسازی بتنی و سنگ‌زنی الماسی برای بهینه‌سازی ظاهر، صافی و صدا می‌تواند هزینه‌های نگهداری را در یک دوره 30 ساله تا 3.9 میلیارد دلار در سال کاهش دهد. رندی اورت و وزارت حمل و نقل آریزونا
تقریباً در همین زمان، انجمن دولتی ماریکوپا (MAG) گزارشی را در مورد ارزیابی سر و صدای بزرگراه‌های محلی و قابلیت رانندگی منتشر کرد. این گزارش دشواری نگهداری شبکه جاده‌ای را تصدیق می‌کند و بر ویژگی‌های سر و صدای جاده تمرکز دارد. نتیجه‌گیری کلیدی این است که از آنجا که مزیت سر و صدای AR-ACFC خیلی سریع از بین می‌رود، «بهسازی زمین با الماس باید به جای روکش آسفالت لاستیکی در نظر گرفته شود». یکی دیگر از پیشرفت‌های همزمان، قرارداد خرید تعمیر و نگهداری است که امکان سنگ‌زنی الماس را فراهم می‌کند. پیمانکار برای تعمیر و نگهداری و ساخت و ساز استخدام شد.
ADOT معتقد است که زمان برداشتن گام بعدی فرا رسیده است و قصد دارد یک پروژه سنگ‌زنی الماس بزرگتر را در SR 202 در فوریه 2020 آغاز کند. این پروژه بخشی به طول چهار مایل و عرض چهار خط، شامل بخش‌های شیب‌دار را پوشش می‌دهد. این منطقه برای استفاده از لودر برای برداشتن آسفالت بسیار بزرگ بود، بنابراین از یک دستگاه فرز استفاده شد. این بخش نوارهایی از آسفالت لاستیکی را برش می‌دهد تا پیمانکار فرز بتواند در طول فرآیند فرزکاری به عنوان راهنما از آنها استفاده کند. با آسان‌تر کردن مشاهده سطح PCC زیر پوشش برای اپراتور، تجهیزات فرزکاری قابل تنظیم هستند و آسیب به بتن زیرین به حداقل می‌رسد. سطح نهایی سنگ‌زنی الماس SR 202 مطابق با تمام استانداردهای ADOT است - بی‌صدا، صاف و جذاب است - در مقایسه با سطوح آسفالت، مقدار IRI در دهه‌های 1920 و 1930 بسیار مطلوب بود. این ویژگی‌های صوتی قابل مقایسه را می‌توان به این دلیل به دست آورد که اگرچه روسازی جدید AR-ACFC حدود ۵ دسی‌بل ساکت‌تر از زمین الماس است، اما وقتی روسازی AR-ACFC به مدت ۵ تا ۹ سال استفاده شود، نتایج اندازه‌گیری آن قابل مقایسه یا بالاتر از سطح دسی‌بل است. نه تنها سطح صدای زمین الماس جدید SR 202 برای رانندگان بسیار کم است، بلکه پیاده‌رو نیز صدای کمتری در جوامع اطراف ایجاد می‌کند.
موفقیت پروژه‌های اولیه آنها، ADOT را بر آن داشت تا سه پروژه آزمایشی دیگر برای سنگ‌زنی الماس را آغاز کند. سنگ‌زنی الماس آزادراه Loop 101 Price تکمیل شده است. سنگ‌زنی الماس آزادراه Loop 101 Pima در اوایل سال 2021 انجام خواهد شد و انتظار می‌رود ساخت Loop 101 I-17 تا خیابان 75 در پنج سال آینده انجام شود. ADOT عملکرد همه موارد را برای بررسی پشتیبانی اتصالات، کنده شدن بتن و حفظ کیفیت صدا و سواری پیگیری خواهد کرد.
اگرچه همه پروژه‌های آزمایشی تکمیل نشده‌اند، داده‌های جمع‌آوری‌شده تاکنون، بررسی سنگ‌زنی الماسی را به عنوان جایگزینی برای سنگ‌زنی و پر کردن استاندارد توجیه می‌کند. نتایج اولیه بررسی هزینه نشان می‌دهد که صرفه‌جویی‌های مرتبط با استفاده از روسازی بتنی و سنگ‌زنی الماسی برای بهینه‌سازی ظاهر، صافی و صدا می‌تواند هزینه‌های نگهداری را در یک دوره 30 ساله تا 3.9 میلیارد دلار کاهش دهد.
با استفاده از روسازی بتنی موجود در فینیکس، نه تنها بودجه نگهداری می‌تواند افزایش یابد و جاده‌های بیشتری در شرایط خوبی نگهداری شوند، بلکه دوام بتن تضمین می‌کند که اختلالات مربوط به نگهداری جاده به حداقل برسد. از همه مهمتر، عموم مردم می‌توانند از یک سطح رانندگی صاف و بی‌صدا لذت ببرند.
رندی اورت، مدیر ارشد دپارتمان حمل و نقل در آریزونای مرکزی است.
IGGA یک انجمن تجاری غیرانتفاعی است که در سال ۱۹۷۲ توسط گروهی از متخصصان متعهد صنعت تأسیس شد و به توسعه فرآیندهای سنگ‌زنی و شیارزنی الماسه برای سطوح بتنی سیمانی پرتلند و آسفالت اختصاص دارد. در سال ۱۹۹۵، IGGA به یکی از شرکت‌های وابسته به انجمن روسازی بتنی آمریکا (ACPA) پیوست و مشارکت حفاظت از روسازی بتنی IGGA/ACPA امروزی (IGGA/ACPA CP3) را تشکیل داد. امروزه، این مشارکت یک منبع فنی و پیشرو در صنعت در بازاریابی جهانی سطوح بهینه روسازی، تعمیر روسازی بتنی و حفاظت از روسازی است. ماموریت IGGA تبدیل شدن به منبع پیشرو در فناوری و ترویج برای پذیرش و استفاده صحیح از سنگ‌زنی و شیارزنی الماسه و همچنین حفظ و مرمت PCC است.