โครงการนำร่องการบดเพชรเพื่อป้องกันผิวทางคอนกรีตของทางหลวงฟีนิกซ์

การคืนทางหลวงแอริโซนาไปยังคอนกรีตซีเมนต์ปอร์ตแลนด์อาจพิสูจน์ถึงประโยชน์ของการใช้การเจียรเพชรเป็นทางเลือกแทนการเจียรและการบรรจุแบบมาตรฐาน แนวโน้มแสดงให้เห็นว่าตลอดระยะเวลา 30 ปี ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาจะลดลง 3.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ
บทความนี้อ้างอิงจากการสัมมนาออนไลน์ที่จัดขึ้นครั้งแรกในระหว่างการประชุมทางเทคนิคของสมาคม Grooving and Grinding Association (IGGA) ในเดือนธันวาคม 2020 ชมการสาธิตแบบเต็มด้านล่าง
ผู้พักอาศัยในพื้นที่ฟีนิกซ์ต้องการถนนที่เรียบ สวยงาม และเงียบสงบ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในพื้นที่และเงินทุนไม่เพียงพอต่อการรักษา สภาพถนนในพื้นที่จึงลดลงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา กรมการขนส่งของรัฐแอริโซนา (ADOT) กำลังศึกษาโซลูชันที่สร้างสรรค์เพื่อรักษาเครือข่ายทางหลวงและจัดเตรียมประเภทของถนนที่สาธารณชนคาดหวัง
ฟีนิกซ์เป็นเมืองที่มีประชากรมากเป็นอันดับห้าของสหรัฐอเมริกาและยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง เครือข่ายถนนและสะพานความยาว 435 ไมล์ของเมืองได้รับการดูแลโดยพื้นที่ส่วนกลางของกรมการขนส่งแอริโซนา (ADOT) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยทางหลวงสี่เลนพร้อมเลนสำหรับยานพาหนะสูง (HOV) เพิ่มเติม ด้วยงบประมาณการก่อสร้าง 500 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี โดยปกติแล้วภูมิภาคนี้จะดำเนินโครงการก่อสร้าง 20 ถึง 25 โครงการบนโครงข่ายถนนที่มีการจราจรหนาแน่นในแต่ละปี
แอริโซนาใช้ทางเท้าคอนกรีตมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1920 คอนกรีตสามารถใช้งานได้หลายสิบปี และต้องการการบำรุงรักษาทุกๆ 20-25 ปีเท่านั้น สำหรับแอริโซนา ประสบการณ์ 40 ปีแห่งความสำเร็จทำให้สามารถนำไปใช้ในระหว่างการก่อสร้างทางหลวงสายหลักของรัฐในช่วงทศวรรษ 1960 ในเวลานั้น การปูถนนด้วยคอนกรีตหมายถึงการลดเสียงรบกวนจากถนน ในช่วงเวลานี้ พื้นผิวคอนกรีตจะเสร็จสิ้นโดยการยึด (ดึงคราดโลหะบนพื้นผิวคอนกรีตในแนวตั้งฉากกับการจราจร) และยางที่ขับบนคอนกรีตกระป๋องจะทำให้เกิดเสียงดังและต่อเนื่องกัน เมื่อปี พ.ศ. 2546 เพื่อเป็นการแก้ปัญหาเรื่องเสียงรบกวนขนาด 1 นิ้ว ชั้นแรงเสียดทานของยางแอสฟัลต์ (AR-ACFC) ถูกทาทับคอนกรีตปอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต (PCC) ให้รูปลักษณ์ที่สม่ำเสมอ เสียงเงียบ และการเดินทางที่สะดวกสบาย อย่างไรก็ตาม การอนุรักษ์พื้นผิวของ AR-ACFC ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องที่ท้าทาย
อายุการออกแบบของ AR-ACFC อยู่ที่ประมาณ 10 ปี ทางหลวงของรัฐแอริโซนาเกินอายุการออกแบบและมีอายุมากขึ้น การแบ่งชั้นและประเด็นที่เกี่ยวข้องก่อให้เกิดปัญหาแก่ผู้ขับขี่และกระทรวงคมนาคม แม้ว่าการแยกส่วนโดยปกติจะส่งผลให้สูญเสียความลึกของถนนประมาณ 1 นิ้วเท่านั้น (เนื่องจากยางมะตอยยางหนา 1 นิ้วแยกออกจากคอนกรีตด้านล่าง) จุดแยกส่วนถือเป็นหลุมบ่อโดยสาธารณะชนที่เดินทางและถือเป็นจุดร้ายแรง ปัญหา.
หลังจากการทดสอบการเจียรด้วยเพชร พื้นผิวคอนกรีตยุคใหม่ และการตกแต่งพื้นผิวคอนกรีตด้วยเครื่องเจียรลื่นหรือการกัดระดับไมโคร ADOT พบว่าพื้นผิวตามยาวที่ได้จากการเจียรด้วยเพชรนั้นให้รูปลักษณ์ผ้าลูกฟูกที่น่าพึงพอใจและประสิทธิภาพการขับขี่ที่ดี (ดังแสดงโดยค่า IRI ต่ำ) ) และการปล่อยเสียงรบกวนต่ำ Randy Everett และกรมการขนส่งแอริโซนา
แอริโซนาใช้ดัชนีความหยาบระหว่างประเทศ (IRI) ในการวัดสภาพถนน และจำนวนดังกล่าวก็ลดลง (IRI เป็นข้อมูลทางสถิติเกี่ยวกับความหยาบชนิดหนึ่ง ซึ่งสถาบันระดับชาติต่างๆ มักใช้เป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของระบบการจัดการทางเท้าในระดับสากล ยิ่งค่าต่ำ ความหยาบก็จะน้อยลงตามที่ต้องการ) จากการตรวจวัดของ IRI ที่ดำเนินการในปี 2010 พบว่า 72% ของทางหลวงระหว่างรัฐในภูมิภาคนี้อยู่ในสภาพดี ภายในปี 2561 สัดส่วนนี้ลดลงเหลือ 53% เส้นทางระบบทางหลวงแผ่นดินมีแนวโน้มลดลงเช่นกัน จากการวัดผลในปี 2553 พบว่า 68% ของถนนอยู่ในสภาพดี ภายในปี 2561 ตัวเลขนี้ลดลงเหลือ 35%
เมื่อต้นทุนเพิ่มขึ้นและงบประมาณตามไม่ทัน ในเดือนเมษายน 2019 ADOT เริ่มมองหาตัวเลือกพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่ดีกว่าในกล่องเครื่องมือก่อนหน้า สำหรับทางเท้าที่ยังอยู่ในสภาพดีภายในช่วงอายุการออกแบบ 10 ถึง 15 ปี และมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับแผนกในการรักษาทางเท้าที่มีอยู่ให้อยู่ในสภาพดี - ตัวเลือกต่างๆ ได้แก่ การปิดผนึกรอยแตกร้าว การปิดผนึกด้วยสเปรย์ (การทาแบบบาง) ชั้นแสง, แอสฟัลต์อิมัลชันที่แข็งตัวช้าๆ) หรือซ่อมแซมหลุมบ่อแต่ละหลุม สำหรับทางเท้าที่มีอายุเกินอายุการใช้งานการออกแบบ ทางเลือกหนึ่งคือการบดแอสฟัลต์ที่เสื่อมสภาพออกแล้วปูทับแอสฟัลต์ยางใหม่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขอบเขตของพื้นที่ที่จำเป็นต้องซ่อมแซม จึงถือว่ามีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป อุปสรรคอีกประการหนึ่งของการแก้ปัญหาใดๆ ที่จำเป็นต้องบดพื้นผิวแอสฟัลต์ซ้ำๆ ก็คืออุปกรณ์บดจะส่งผลกระทบและความเสียหายต่อคอนกรีตที่อยู่เบื้องล่างอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการสูญเสียวัสดุคอนกรีตที่ข้อต่อถือเป็นเรื่องร้ายแรงอย่างยิ่ง
จะเกิดอะไรขึ้นหากแอริโซนากลับสู่พื้นผิว PCC ดั้งเดิม ADOT รู้ดีว่าทางหลวงคอนกรีตในรัฐได้รับการออกแบบเพื่อให้มีความมั่นคงทางโครงสร้างที่มีอายุการใช้งานยาวนาน แผนกตระหนักว่าหากพวกเขาสามารถใช้ PCC พื้นฐานเพื่อปรับปรุงพื้นผิวฟันเฟืองเดิมให้กลายเป็นถนนที่เงียบสงบและขับขี่ได้ ถนนที่ได้รับการซ่อมแซมอาจมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษา นอกจากนี้ยังน้อยกว่าแอสฟัลต์มาก
ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการบน SR 101 ทางตอนเหนือของฟีนิกซ์ ชั้น AR-ACFC ได้ถูกลบออก ดังนั้น ADOT จึงได้ติดตั้งส่วนทดสอบสี่ส่วนเพื่อสำรวจโซลูชันในอนาคตที่จะใช้คอนกรีตที่มีอยู่ ในขณะเดียวกันก็รับประกันความนุ่มนวล การขับขี่ที่เงียบ และรูปลักษณ์ถนนที่ดี แผนกได้ตรวจสอบการเจียรเพชรและพื้นผิวคอนกรีตรุ่นต่อไป (NGCS) ซึ่งเป็นพื้นผิวที่มีโปรไฟล์ดินควบคุมและพื้นผิวโดยรวมเป็นลบหรือด้านล่าง ซึ่งได้รับการพัฒนาให้เป็นทางเท้าคอนกรีตที่มีเสียงรบกวนต่ำเป็นพิเศษ ADOT กำลังพิจารณาการใช้เครื่องเจียรแบบเลื่อน (กระบวนการที่เครื่องจักรนำตลับลูกปืนเม็ดกลมไปที่พื้นผิวถนนเพื่อปรับปรุงลักษณะการเสียดสี) หรือการกัดขนาดเล็กเพื่อตกแต่งพื้นผิวคอนกรีตให้เสร็จ หลังจากการทดสอบแต่ละวิธี ADOT พบว่าพื้นผิวตามยาวที่ได้จากการเจียรด้วยเพชรนั้นมีลักษณะเป็นผ้าลูกฟูกที่น่าพึงพอใจ รวมถึงประสบการณ์การขับขี่ที่ดี (ตามที่ระบุด้วยค่า IRI ต่ำ) และมีเสียงรบกวนต่ำ กระบวนการเจียรเพชรยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่าอ่อนโยนพอที่จะปกป้องพื้นที่คอนกรีต โดยเฉพาะบริเวณข้อต่อซึ่งก่อนหน้านี้ได้รับความเสียหายจากการโม่ การเจียรเพชรยังเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าอีกด้วย
ในเดือนพฤษภาคม 2019 ADOT ตัดสินใจเจียรเพชรส่วนเล็กๆ ของ SR 202 ซึ่งตั้งอยู่ทางตอนใต้ของฟีนิกซ์ ถนน AR-ACFC ที่มีอายุ 15 ปีนั้นหลวมมากและทับซ้อนจนก้อนหินหล่นใส่กระจกหน้ารถ และคนขับก็ร้องเรียนว่ากระจกหน้ารถได้รับความเสียหายจากก้อนหินที่กระเด็นทุกวัน สัดส่วนการเรียกร้องค่าสินไหมทดแทนในภูมิภาคนี้สูงกว่าภูมิภาคอื่นของประเทศ ทางเท้าก็มีเสียงดังมากและขับลำบากเช่นกัน ADOT เลือกพื้นผิวเคลือบเพชรสำหรับเลนขวาสองเลนตามแนว SR 202 ยาวครึ่งไมล์ พวกเขาใช้บุ้งกี๋ของตัวโหลดเพื่อเอาชั้น AR-ACFC ที่มีอยู่ออกโดยไม่ทำลายคอนกรีตด้านล่าง กรมฯ ประสบความสำเร็จในการทดสอบวิธีนี้ในเดือนเมษายน โดยกำลังระดมความคิดหาทางกลับไปสู่ถนน PCC หลังจากโครงการเสร็จสิ้น ตัวแทน ADOT สังเกตเห็นว่าผู้ขับขี่จะย้ายจากเลน AR-ACFC ไปยังเลนคอนกรีตพื้นเพชรเพื่อสัมผัสประสบการณ์การขับขี่และเสียงที่ดีขึ้น
แม้ว่าโครงการนำร่องบางโครงการจะไม่เสร็จสมบูรณ์ แต่ผลการวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับต้นทุนระบุว่าการประหยัดที่เกี่ยวข้องกับการใช้ผิวทางคอนกรีตและการเจียรเพชรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพรูปลักษณ์ ความเรียบ และเสียงสามารถลดการบำรุงรักษาได้มากถึง 3.9 พันล้านดอลลาร์ต่อปี ตลอดระยะเวลา 30 ปี Randy Everett และกรมการขนส่งของรัฐแอริโซนา
ในช่วงเวลานี้ Maricopa Government Association (MAG) ได้เผยแพร่รายงานที่ประเมินเสียงรบกวนและความสามารถในการขับขี่ของทางหลวงในท้องถิ่น รายงานรับทราบถึงความยากลำบากในการดูแลรักษาโครงข่ายถนนและมุ่งเน้นไปที่ลักษณะเสียงของถนน ข้อสรุปที่สำคัญคือเนื่องจากข้อได้เปรียบทางเสียงของ AR-ACFC หายไปอย่างรวดเร็ว “ควรพิจารณาการบำบัดพื้นด้วยเพชรแทนการซ้อนทับแอสฟัลต์ยาง” การพัฒนาไปพร้อมๆ กันอีกประการหนึ่งคือสัญญาจัดหาการบำรุงรักษาที่ช่วยให้สามารถเจียระไนเพชรได้ โดยมีการนำผู้รับเหมาเข้ามาบำรุงรักษาและก่อสร้าง
ADOT เชื่อว่าถึงเวลาที่ต้องดำเนินการขั้นต่อไป และวางแผนที่จะเริ่มโครงการเจียระไนเพชรขนาดใหญ่ขึ้นบน SR 202 ในเดือนกุมภาพันธ์ 2020 โครงการนี้ครอบคลุมพื้นที่กว้าง 4 เลนยาว 4 ไมล์ รวมถึงส่วนที่ลาดเอียงด้วย พื้นที่นี้ใหญ่เกินกว่าจะใช้รถตักเพื่อเอายางมะตอยออก ดังนั้นจึงใช้เครื่องกัด แผนกตัดแผ่นยางแอสฟัลต์เพื่อให้ผู้รับเหมางานสีใช้เป็นแนวทางในระหว่างกระบวนการสี ด้วยการทำให้ผู้ปฏิบัติงานมองเห็นพื้นผิว PCC ใต้ฝาครอบได้ง่ายขึ้น ทำให้สามารถปรับอุปกรณ์กัดและลดความเสียหายต่อคอนกรีตที่อยู่ด้านล่างได้ พื้นผิวเพชรกราวด์ขั้นสุดท้ายของ SR 202 ตรงตามมาตรฐาน ADOT ทั้งหมด โดยมีความเงียบ เรียบ และสวยงาม เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวแอสฟัลต์ ค่า IRI เป็นที่นิยมอย่างมากในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1920 และ 1930 คุณลักษณะทางเสียงที่เทียบเคียงได้เหล่านี้สามารถหาได้ เนื่องจากแม้ว่าผิวทาง AR-ACFC ใหม่จะเงียบกว่าพื้นเพชรประมาณ 5 dB แต่เมื่อใช้งานผิวทาง AR-ACFC เป็นเวลา 5 ถึง 9 ปี แต่ผลการวัดจะเทียบเคียงหรือสูงกว่าระดับ dB ระดับเสียงรบกวนของพื้นเพชร SR 202 ใหม่ไม่เพียงแต่ต่ำมากสำหรับผู้ขับขี่เท่านั้น แต่ทางเท้ายังสร้างเสียงรบกวนน้อยลงในชุมชนใกล้เคียงอีกด้วย
ความสำเร็จของโครงการในช่วงแรกๆ ทำให้ ADOT เริ่มโครงการนำร่องการเจียระไนเพชรอีกสามโครงการ งานบดเพชรของทางด่วนวงแหวน 101 ราคาแล้วเสร็จ การบดเพชรของ Loop 101 Pima Freeway จะดำเนินการในต้นปี 2564 และการก่อสร้าง Loop 101 I-17 ถึง 75th Avenue คาดว่าจะดำเนินการได้ในอีก 5 ปีข้างหน้า ADOT จะติดตามประสิทธิภาพของทุกรายการเพื่อตรวจสอบการรองรับของข้อต่อ คอนกรีตลอกออกหรือไม่ และการรักษาคุณภาพเสียงและการขับขี่
แม้ว่าโครงการนำร่องบางโครงการจะยังไม่เสร็จสมบูรณ์ แต่ข้อมูลที่รวบรวมได้จนถึงขณะนี้ยังสมเหตุสมผลในการพิจารณาการเจียระไนเพชรเป็นทางเลือกแทนการเจียระไนและการเติมแบบมาตรฐาน ผลเบื้องต้นของการตรวจสอบต้นทุนแสดงให้เห็นว่าการประหยัดที่เกี่ยวข้องกับการใช้ผิวทางคอนกรีตและการเจียรเพชรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพรูปลักษณ์ ความเรียบเนียน และเสียงสามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้มากถึง 3.9 พันล้านดอลลาร์ในช่วงระยะเวลา 30 ปี
การใช้ทางเท้าคอนกรีตที่มีอยู่ในฟีนิกซ์ ไม่เพียงแต่สามารถขยายงบประมาณการบำรุงรักษาได้ และถนนจำนวนมากขึ้นก็ได้รับการดูแลให้อยู่ในสภาพดี แต่ความทนทานของคอนกรีตช่วยให้มั่นใจได้ว่าการหยุดชะงักที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาถนนจะลดลง ที่สำคัญประชาชนทั่วไปจะได้เพลิดเพลินไปกับพื้นผิวการขับขี่ที่นุ่มนวลและเงียบสงบ
Randy Everett เป็นผู้ดูแลระบบอาวุโสของ Department of Transport ในรัฐแอริโซนากลาง
IGGA เป็นสมาคมการค้าที่ไม่แสวงหาผลกำไร ก่อตั้งขึ้นในปี 1972 โดยกลุ่มผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมโดยเฉพาะ ซึ่งอุทิศให้กับการพัฒนากระบวนการเจียระไนเพชรและการเซาะร่องสำหรับพื้นผิวคอนกรีตซีเมนต์ปอร์ตแลนด์และยางมะตอย ในปี 1995 IGGA ได้เข้าร่วมบริษัทในเครือของ American Concrete Pavement Association (ACPA) โดยก่อตั้ง IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3) ในปัจจุบัน ในวันนี้ ความร่วมมือครั้งนี้เป็นทรัพยากรทางเทคนิคและผู้นำอุตสาหกรรมในด้านการตลาดระดับโลกสำหรับพื้นผิวทางเท้าที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ การซ่อมแซมทางเท้าคอนกรีต และการป้องกันทางเท้า ภารกิจของ IGGA คือการเป็นเทคโนโลยีชั้นนำและทรัพยากรส่งเสริมการขายสำหรับการยอมรับและการใช้เพชรเจียรและการเซาะร่องเพชรอย่างถูกต้อง ตลอดจนการอนุรักษ์และฟื้นฟู PCC