Возврат к использованию портландцементного бетона на шоссе в Аризоне может подтвердить преимущества алмазной шлифовки в качестве альтернативы стандартной шлифовке и засыпке. Прогноз показывает, что за 30 лет расходы на обслуживание сократятся на 3,9 млрд долларов США.
Эта статья основана на вебинаре, первоначально проведенном во время технической конференции Международной ассоциации по обработке канавок и шлифованию (IGGA) в декабре 2020 года. Посмотрите полную демонстрацию ниже.
Жители Финикса хотят ровных, красивых и тихих дорог. Однако из-за бурного роста населения и недостатка средств на поддержание хорошего состояния дорог в этом районе в последнее десятилетие состояние дорог ухудшается. Департамент транспорта Аризоны (ADOT) изучает креативные решения для поддержания своей дорожной сети и обеспечения качества дорог, ожидаемого населением.
Финикс — пятый по численности населения город в США, и он продолжает расти. 435-мильная сеть дорог и мостов города обслуживается Департаментом транспорта Аризоны (ADOT) в центральной части города. Большая часть этой сети представляет собой четырёхполосные автомагистрали с дополнительными полосами для автомобилей с высокой проходимостью (HOV). С бюджетом на строительство в 500 миллионов долларов США в год регион обычно реализует от 20 до 25 проектов строительства на дорогах с высокой интенсивностью движения в год.
Аризона использует бетонные покрытия с 1920-х годов. Бетон может служить десятилетиями и требует обслуживания только каждые 20-25 лет. Для Аризоны 40 лет успешного опыта позволили использовать его при строительстве основных автомагистралей штата в 1960-х годах. В то время укладка бетона на дорогу означала компромисс с точки зрения дорожного шума. В этот период бетонная поверхность отделывается лужением (протягиванием металлической грабли по бетонной поверхности перпендикулярно потоку транспорта), и шины, едущие по луженому бетону, будут производить громкий, связный свист. В 2003 году, чтобы решить проблему шума, поверх портландцементного бетона (PCC) был нанесен 1-дюймовый асфальтобетонный фрикционный слой (AR-ACFC). Это обеспечивает однородный внешний вид, тихий звук и комфортное движение. Однако сохранение поверхности AR-ACFC оказалось непростой задачей.
Проектный срок службы асфальтобетона AR-ACFC составляет около 10 лет. Автомагистрали Аризоны уже превысили свой проектный срок службы и стареют. Расслоение дорожного покрытия и связанные с ним проблемы создают проблемы для водителей и Министерства транспорта. Хотя расслоение обычно приводит к потере толщины дорожного покрытия всего около 2,5 см (из-за того, что резино-асфальтовый слой толщиной 2,5 см отслаивается от бетонного основания), пассажиры воспринимают точку расслоения как выбоину и считают её серьёзной проблемой.
После тестирования алмазной шлифовки, бетонных поверхностей нового поколения и финишной обработки бетонной поверхности шлифовальным станком или микрофрезерованием, ADOT установило, что продольная текстура, полученная алмазной шлифовкой, обеспечивает приятный внешний вид вельвета и хорошие ходовые качества (о чем свидетельствуют низкие показатели IRI) и низкий уровень шума. Рэнди Эверетт и Департамент транспорта Аризоны
В Аризоне для оценки состояния дорог используется Международный индекс неровности (IRI), и его число снижается. (IRI — это своего рода статистические данные о неровности, которые практически повсеместно используются национальными учреждениями в качестве показателя эффективности их систем управления дорожным покрытием. Чем ниже значение, тем меньше неровность, что желательно). Согласно измерениям IRI, проведенным в 2010 году, 72% межштатных автомагистралей в регионе находятся в хорошем состоянии. К 2018 году эта доля снизилась до 53%. Маршруты национальной системы автомагистралей также демонстрируют тенденцию к снижению. Измерения, проведенные в 2010 году, показали, что 68% дорог находятся в хорошем состоянии. К 2018 году это число снизилось до 35%.
В апреле 2019 года, когда расходы выросли, а бюджет уже не поспевал за ними, ADOT начал искать более эффективные варианты хранения, чем в предыдущем наборе инструментов. Для покрытий, которые всё ещё находятся в хорошем состоянии в течение 10–15 лет проектного срока службы, а для департамента становится всё более важным поддерживать существующее покрытие в хорошем состоянии, варианты включают герметизацию трещин, напыление (нанесение тонкого слоя лёгкой, медленно затвердевающей асфальтовой эмульсии) или ремонт отдельных выбоин. Для покрытий, срок службы которых превышает проектный, одним из вариантов является шлифование изношенного асфальта и укладка нового резино-асфальтового покрытия. Однако, учитывая масштаб ремонтируемой площади, это оказывается слишком дорогостоящим. Ещё одним препятствием для любого решения, требующего многократной шлифовки асфальтового покрытия, является то, что шлифовальное оборудование неизбежно повредит подлежащий бетон, а потеря бетонного материала на стыках особенно значительна.
Что произойдёт, если Аризона вернётся к первоначальному покрытию из PCC? Департамент транспорта штата Аризона знает, что бетонные дороги в штате спроектированы с учётом обеспечения долговечной структурной устойчивости. В ведомстве поняли, что если использовать базовый PCC для улучшения первоначального зубчатого покрытия, сделав дорогу тихой и комфортной для езды, отремонтированная дорога может прослужить дольше и потребовать обслуживания. Кроме того, ремонт обходится значительно дешевле асфальта.
В рамках проекта на SR 101 к северу от Финикса был удален слой AR-ACFC, поэтому ADOT установил четыре тестовых участка для изучения будущих решений, которые будут использовать существующий бетон, обеспечивая при этом гладкость, бесшумность езды и хороший внешний вид дороги. Департамент рассмотрел алмазную шлифовку и бетонную поверхность нового поколения (NGCS), текстуру с контролируемым профилем почвы и общей отрицательной или нисходящей текстурой, которая была разработана как особенно малошумное бетонное покрытие. ADOT также рассматривает возможность использования скользящей шлифовальной машины (процесс, при котором машина направляет шарикоподшипники на поверхность дороги для улучшения характеристик трения) или микрофрезерования для отделки бетонной поверхности. После тестирования каждого метода ADOT определил, что продольная текстура, полученная с помощью алмазной шлифовки, обеспечивает приятный внешний вид вельвета, а также хорошие ощущения от езды (на что указывает низкое значение IRI) и низкий уровень шума. Процесс алмазной шлифовки также оказался достаточно щадящим для защиты бетонных участков, особенно вокруг швов, которые ранее были повреждены фрезерованием. Алмазная шлифовка также является экономически эффективным решением.
В мае 2019 года ADOT решило провести алмазную шлифовку небольшого участка SR 202, расположенного в южной части Финикса. 15-летняя дорога AR-ACFC была настолько рыхлой и слоистой, что свободные камни попадали на лобовое стекло, и водители жаловались на то, что лобовое стекло каждый день повреждается летящими камнями. Доля претензий на возмещение убытков в этом регионе выше, чем в других регионах страны. Тротуар также очень шумный и по нему трудно ездить. ADOT выбрало алмазную шлифовку для двух правых полос вдоль SR 202 длиной в полмили. Они использовали ковш погрузчика, чтобы удалить существующий слой AR-ACFC, не повредив бетон под ним. Департамент успешно опробовал этот метод в апреле, когда они проводили мозговой штурм по способам возвращения на дорогу PCC. После завершения проекта представитель ADOT заметил, что водитель переезжал с полосы AR-ACFC на полосу с алмазным грунтом, чтобы ощутить улучшенные характеристики езды и шума.
Хотя не все пилотные проекты завершены, предварительные данные о затратах показывают, что экономия, связанная с использованием бетонного покрытия и алмазной шлифовкой для улучшения внешнего вида, гладкости и звукоизоляции, может сократить расходы на обслуживание на 3,9 миллиарда долларов в год. За 30 лет. Рэнди Эверетт и Департамент транспорта Аризоны
Примерно в это же время Ассоциация правительства Марикопы (MAG) опубликовала отчёт, посвящённый оценке уровня шума на местных автомагистралях и удобства управления. В отчёте признаётся сложность обслуживания дорожной сети и особое внимание уделяется шумовым характеристикам дороги. Ключевой вывод заключается в том, что, поскольку шумовое преимущество AR-ACFC быстро исчезает, «следует рассмотреть возможность использования алмазной обработки грунта вместо резино-асфальтового покрытия». Ещё одним нововведением стал контракт на закупку услуг по техническому обслуживанию, позволяющий проводить алмазную шлифовку. Подрядчик был привлечён для проведения технического обслуживания и строительства.
ADOT считает, что пришло время сделать следующий шаг, и планирует начать более крупный проект алмазной шлифовки на SR 202 в феврале 2020 года. Проект охватывает участок длиной четыре мили, шириной в четыре полосы, включая наклонные участки. Площадь была слишком большой, чтобы использовать погрузчик для удаления асфальта, поэтому была использована фрезерная машина. Отдел нарезает полосы в резиновом асфальте, чтобы подрядчик по фрезерованию использовал их в качестве ориентира во время процесса фрезерования. Благодаря тому, что оператору легче видеть поверхность PCC под покрытием, фрезерное оборудование можно регулировать, а повреждение нижележащего бетона можно свести к минимуму. Окончательная алмазная шлифованная поверхность SR 202 соответствует всем стандартам ADOT — она тихая, гладкая и привлекательная — по сравнению с асфальтовыми покрытиями значение IRI было очень благоприятным в 1920-х и 1930-х годах. Эти сопоставимые шумовые характеристики достигаются благодаря тому, что, хотя новое покрытие AR-ACFC примерно на 5 дБ тише, чем ромбовидное покрытие, при эксплуатации покрытия AR-ACFC в течение 5–9 лет результаты измерений сопоставимы или превышают уровень шума. Уровень шума нового ромбовидного покрытия SR 202 не только очень низок для водителей, но и сам тротуар также создает меньше шума в близлежащих районах.
Успех первых проектов побудил ADOT запустить ещё три пилотных проекта по алмазной шлифовке. Алмазная шлифовка участка Loop 101 на шоссе Price Freeway уже завершена. Алмазная шлифовка участка Loop 101 на шоссе Pima Freeway будет проведена в начале 2021 года, а строительство участка Loop 101 I-17 до 75-й авеню, как ожидается, будет завершено в течение следующих пяти лет. ADOT будет отслеживать работу всех компонентов, чтобы проверить прочность соединений, отсутствие отслоения бетона, а также сохранение звука и качества движения.
Хотя не все пилотные проекты завершены, собранные на данный момент данные оправдывают рассмотрение алмазной шлифовки в качестве альтернативы стандартной шлифовке и пломбированию. Предварительные результаты исследования затрат показывают, что экономия, связанная с использованием бетонного покрытия и алмазной шлифовкой для оптимизации внешнего вида, гладкости и звукоизоляции, может сократить расходы на техническое обслуживание до 3,9 млрд долларов США за 30-летний период.
Использование существующего бетонного покрытия в Финиксе не только позволит увеличить бюджет на содержание и поддерживать больше дорог в хорошем состоянии, но и благодаря долговечности бетона минимизирует неудобства, связанные с обслуживанием дорог. И самое главное, жители смогут наслаждаться гладким и бесшумным покрытием.
Рэнди Эверетт — старший администратор департамента транспорта Центральной Аризоны.
IGGA — некоммерческая торговая ассоциация, основанная в 1972 году группой преданных своему делу профессионалов отрасли, занимающихся разработкой технологий алмазной шлифовки и нарезки канавок на портландцементных бетонных и асфальтовых поверхностях. В 1995 году IGGA присоединилась к Американской ассоциации бетонных покрытий (ACPA), образовав сегодняшнее Партнерство IGGA/ACPA по защите бетонных покрытий (IGGA/ACPA CP3). Сегодня это партнерство является техническим ресурсом и лидером отрасли в области глобального маркетинга оптимизированных дорожных покрытий, ремонта и защиты бетонных покрытий. Миссия IGGA — стать ведущим технологическим и рекламным ресурсом для принятия и правильного применения алмазной шлифовки и нарезки канавок, а также для сохранения и восстановления бетонных покрытий.
Время публикации: 08 сентября 2021 г.