โครงการนำร่องการเจียรเพชรเพื่อปกป้องผิวถนนคอนกรีตของทางหลวงฟีนิกซ์

การนำปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์กลับมาใช้ทางหลวงแอริโซนาอาจพิสูจน์ให้เห็นถึงประโยชน์ของการใช้การเจียรด้วยเพชรเป็นทางเลือกแทนการเจียรและอุดแบบมาตรฐาน แนวโน้มแสดงให้เห็นว่าในช่วงระยะเวลา 30 ปี ต้นทุนการบำรุงรักษาจะลดลง 3.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ
บทความนี้เขียนขึ้นจากการสัมมนาผ่านเว็บที่จัดขึ้นครั้งแรกในระหว่างการประชุมทางเทคนิคของ International Grooving and Grinding Association (IGGA) ในเดือนธันวาคม 2020 รับชมการสาธิตฉบับเต็มได้ด้านล่าง
ผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ฟีนิกซ์ต้องการถนนที่ราบรื่น สวยงาม และเงียบสงบ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากประชากรในพื้นที่เติบโตอย่างรวดเร็วและมีเงินทุนไม่เพียงพอในการดูแล สภาพถนนในพื้นที่จึงลดลงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา กรมขนส่งของรัฐแอริโซนา (ADOT) กำลังศึกษาแนวทางแก้ไขที่สร้างสรรค์เพื่อรักษาเครือข่ายทางหลวงและจัดหาถนนประเภทต่างๆ ตามที่ประชาชนคาดหวัง
ฟีนิกซ์เป็นเมืองที่มีประชากรมากเป็นอันดับ 5 ของสหรัฐอเมริกา และยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง เครือข่ายถนนและสะพานยาว 435 ไมล์ของเมืองได้รับการดูแลโดยพื้นที่ใจกลางเมืองของกรมขนส่งแห่งรัฐแอริโซนา (ADOT) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยทางหลวง 4 เลนพร้อมเลนสำหรับยานพาหนะขนาดใหญ่ (HOV) ด้วยงบประมาณการก่อสร้าง 500 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ภูมิภาคนี้มักจะดำเนินโครงการก่อสร้าง 20 ถึง 25 โครงการในเครือข่ายถนนที่มีปริมาณการจราจรสูงทุกปี
รัฐแอริโซนาใช้ทางเท้าคอนกรีตมาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1920 คอนกรีตสามารถใช้งานได้นานหลายทศวรรษและต้องการการบำรุงรักษาเพียง 20-25 ปีครั้งเท่านั้น สำหรับรัฐแอริโซนา ประสบการณ์ความสำเร็จกว่า 40 ปีทำให้สามารถใช้ทางเท้าคอนกรีตในการก่อสร้างทางหลวงสายหลักของรัฐในช่วงทศวรรษที่ 1960 ได้ ในเวลานั้น การปูถนนด้วยคอนกรีตหมายถึงการแลกเปลี่ยนในแง่ของเสียงบนท้องถนน ในช่วงเวลานี้ พื้นผิวคอนกรีตจะเสร็จสิ้นโดยการเคลือบดีบุก (ดึงคราดโลหะบนพื้นผิวคอนกรีตในแนวตั้งฉากกับการไหลของการจราจร) และยางที่วิ่งบนคอนกรีตเคลือบดีบุกจะส่งเสียงหวีดหวิวที่ดังและต่อเนื่อง ในปี 2003 เพื่อแก้ปัญหาด้านเสียง จึงได้ใช้ชั้นยางแอสฟัลต์เสียดทานหนา 1 นิ้ว (AR-ACFC) บนคอนกรีตปูนซีเมนต์พอร์ตแลนด์ (PCC) วิธีนี้ทำให้ได้รูปลักษณ์ที่สม่ำเสมอ เสียงเงียบ และการเดินทางที่สะดวกสบาย อย่างไรก็ตาม การรักษาพื้นผิวของ AR-ACFC ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นความท้าทาย
อายุการออกแบบของ AR-ACFC อยู่ที่ประมาณ 10 ปี ปัจจุบันทางหลวงของรัฐแอริโซนามีอายุเกินอายุการออกแบบแล้วและมีอายุมากขึ้น การแบ่งชั้นและปัญหาที่เกี่ยวข้องก่อให้เกิดปัญหาต่อผู้ขับขี่และกระทรวงคมนาคม แม้ว่าการแยกชั้นมักจะส่งผลให้สูญเสียความลึกของถนนเพียง 1 นิ้วเท่านั้น (เนื่องจากยางมะตอยหนา 1 นิ้วแยกตัวออกจากคอนกรีตด้านล่าง) แต่จุดที่แยกชั้นนั้นถือเป็นหลุมบ่อในสายตาของผู้โดยสารและถือเป็นปัญหาที่ร้ายแรง
หลังจากทดสอบการเจียรด้วยเพชร พื้นผิวคอนกรีตรุ่นใหม่ และการตกแต่งพื้นผิวคอนกรีตด้วยเครื่องเจียรแบบสลิปหรือการกัดแบบไมโครมิลล์ ADOT พบว่าพื้นผิวตามยาวที่ได้จากการเจียรด้วยเพชรนั้นให้ลักษณะคล้ายผ้าคอร์ดูรอยที่สวยงามและมีประสิทธิภาพในการขับเคลื่อนที่ดี (ตามที่แสดงโดยค่า IRI ต่ำ) รวมไปถึงการปล่อยเสียงรบกวนที่ต่ำ แรนดี เอเวอเร็ตต์ และกรมขนส่งของรัฐแอริโซนา
รัฐแอริโซนาใช้ดัชนีความขรุขระระหว่างประเทศ (International Roughness Index: IRI) ในการวัดสภาพถนน และตัวเลขดังกล่าวก็ลดลงเรื่อยๆ (IRI คือข้อมูลทางสถิติเกี่ยวกับความขรุขระชนิดหนึ่ง ซึ่งสถาบันต่างๆ ในประเทศใช้กันโดยทั่วไปเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของระบบการจัดการทางเท้า ค่ายิ่งต่ำ ความขรุขระก็จะยิ่งน้อยลง ซึ่งถือเป็นค่าที่ต้องการ) ตามการวัดของ IRI ที่ดำเนินการในปี 2010 ทางหลวงระหว่างรัฐในภูมิภาค 72% อยู่ในสภาพดี ในปี 2018 สัดส่วนดังกล่าวลดลงเหลือ 53% นอกจากนี้ เส้นทางในระบบทางหลวงแห่งชาติก็มีแนวโน้มลดลงเช่นกัน การวัดในปี 2010 แสดงให้เห็นว่าถนน 68% อยู่ในสภาพดี ในปี 2018 ตัวเลขดังกล่าวลดลงเหลือ 35%
เมื่อต้นทุนเพิ่มขึ้นและงบประมาณไม่สามารถตามทันได้ ในเดือนเมษายน 2019 ADOT จึงเริ่มมองหาตัวเลือกการจัดเก็บที่ดีกว่าในกล่องเครื่องมือแบบเดิม สำหรับทางเท้าที่ยังอยู่ในสภาพดีภายในกรอบอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ 10 ถึง 15 ปี และยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับแผนกที่จะต้องรักษาทางเท้าที่มีอยู่ให้อยู่ในสภาพดี ตัวเลือกต่างๆ ได้แก่ การปิดรอยแตกร้าว การพ่นปิดผนึก (การทาชั้นบางๆ ของอิมัลชันแอสฟัลต์ที่แข็งตัวช้า) หรือการซ่อมแซมหลุมบ่อแต่ละหลุม สำหรับทางเท้าที่เกินอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ ทางเลือกหนึ่งคือการบดแอสฟัลต์ที่เสื่อมสภาพออกแล้วปูทับด้วยแอสฟัลต์ยางใหม่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพื้นที่ที่ต้องซ่อมแซมมีขอบเขตมาก จึงพิสูจน์ได้ว่ามีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป อุปสรรคอีกประการหนึ่งของวิธีแก้ปัญหาที่ต้องบดพื้นผิวแอสฟัลต์ซ้ำๆ ก็คือ อุปกรณ์บดจะส่งผลและทำให้คอนกรีตด้านล่างเสียหายอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการสูญเสียวัสดุคอนกรีตที่รอยต่อนั้นร้ายแรงเป็นพิเศษ
จะเกิดอะไรขึ้นหากรัฐแอริโซนากลับไปใช้พื้นผิวถนน PCC เดิม? ADOT ทราบดีว่าทางหลวงคอนกรีตในรัฐได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีโครงสร้างที่มั่นคงและใช้งานได้ยาวนาน กรมฯ ตระหนักดีว่าหากสามารถใช้ PCC เดิมเพื่อปรับปรุงพื้นผิวถนนที่มีฟันเฟืองเดิมให้เป็นถนนที่เงียบสงบและสัญจรได้ ถนนที่ซ่อมแซมแล้วอาจใช้งานได้นานขึ้นและต้องบำรุงรักษา นอกจากนี้ ยังใช้พื้นที่น้อยกว่าถนนแอสฟัลต์มาก
ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการบน SR 101 ทางเหนือของฟีนิกซ์ ชั้น AR-ACFC ได้ถูกกำจัดออกไป ดังนั้น ADOT จึงได้ติดตั้งส่วนทดสอบสี่ส่วนเพื่อสำรวจโซลูชันในอนาคตที่จะใช้คอนกรีตที่มีอยู่โดยยังคงรักษาความเรียบเนียน การขับขี่ที่เงียบ และรูปลักษณ์ถนนที่สวยงาม แผนกได้ตรวจสอบการเจียรด้วยเพชรและพื้นผิวคอนกรีตเจเนอเรชันถัดไป (NGCS) ซึ่งเป็นพื้นผิวที่มีโปรไฟล์ดินที่ควบคุมได้และพื้นผิวโดยรวมเชิงลบหรือลงด้านล่าง ซึ่งได้รับการพัฒนาให้เป็นทางเท้าคอนกรีตที่มีเสียงรบกวนต่ำเป็นพิเศษ ADOT กำลังพิจารณาใช้เครื่องเจียรแบบเลื่อน (กระบวนการที่เครื่องจักรจะนำลูกปืนไปที่พื้นถนนเพื่อปรับปรุงลักษณะแรงเสียดทาน) หรือการกัดแบบไมโครเพื่อตกแต่งพื้นผิวคอนกรีต หลังจากทดสอบแต่ละวิธีแล้ว ADOT ได้กำหนดว่าพื้นผิวตามยาวที่ได้จากการเจียรด้วยเพชรนั้นให้รูปลักษณ์คอร์ดูรอยที่สวยงาม ตลอดจนประสบการณ์การขับขี่ที่ดี (ตามที่ระบุโดยค่า IRI ต่ำ) และเสียงรบกวนต่ำ นอกจากนี้ กระบวนการเจียรด้วยเพชรยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความนุ่มนวลเพียงพอที่จะปกป้องพื้นที่คอนกรีต โดยเฉพาะบริเวณข้อต่อ ซึ่งก่อนหน้านี้ได้รับความเสียหายจากการเจียร การเจียรด้วยเพชรยังเป็นโซลูชันที่คุ้มต้นทุนอีกด้วย
ในเดือนพฤษภาคม 2019 ADOT ตัดสินใจที่จะเจียรด้วยเพชรในส่วนเล็กๆ ของ SR 202 ซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ทางใต้ของฟีนิกซ์ ถนน AR-ACFC ที่มีอายุ 15 ปีนั้นหลวมและเป็นชั้นๆ มากจนมีหินก้อนใหญ่กระเด็นใส่กระจกหน้ารถ และผู้ขับขี่บ่นว่ากระจกหน้ารถได้รับความเสียหายจากหินที่กระเด็นมาทุกวัน สัดส่วนของการเรียกร้องค่าเสียหายในภูมิภาคนี้สูงกว่าในภูมิภาคอื่นๆ ของประเทศ ทางเท้ายังเสียงดังมากและขับรถยากอีกด้วย ADOT เลือกพื้นผิวเคลือบเพชรสำหรับเลนขวาสองเลนตลอด SR 202 ยาวครึ่งไมล์ พวกเขาใช้ถังตักเพื่อขจัดชั้น AR-ACFC ที่มีอยู่โดยไม่ทำให้คอนกรีตด้านล่างเสียหาย กรมฯ ทดสอบวิธีนี้สำเร็จในเดือนเมษายน เมื่อพวกเขากำลังระดมความคิดเกี่ยวกับวิธีการกลับสู่ถนน PCC หลังจากโครงการเสร็จสิ้น ตัวแทนของ ADOT สังเกตเห็นว่าผู้ขับขี่จะย้ายจากเลน AR-ACFC ไปยังเลนคอนกรีตพื้นเพชรเพื่อสัมผัสกับลักษณะการขับขี่และเสียงที่ได้รับการปรับปรุง
แม้ว่าโครงการนำร่องจะยังไม่เสร็จสมบูรณ์ทั้งหมด แต่ผลการวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับต้นทุนบ่งชี้ว่าการประหยัดที่เกี่ยวข้องกับการใช้ทางเท้าคอนกรีตและการเจียรด้วยเพชรเพื่อเพิ่มรูปลักษณ์ ความเรียบ และเสียงที่เหมาะสมที่สุดนั้นอาจช่วยลดค่าบำรุงรักษาได้มากถึง 3.9 พันล้านดอลลาร์ในต้นทุนต่อปี ในช่วงเวลา 30 ปี แรนดี เอเวอเร็ตต์และกรมขนส่งของรัฐแอริโซนา
ในช่วงเวลานี้ สมาคมรัฐบาล Maricopa (MAG) ได้เผยแพร่รายงานเกี่ยวกับการประเมินเสียงรบกวนและความสามารถในการขับขี่บนทางหลวงในท้องถิ่น รายงานดังกล่าวรับทราบถึงความยากลำบากในการบำรุงรักษาเครือข่ายถนนและเน้นที่ลักษณะเสียงรบกวนของถนน ข้อสรุปที่สำคัญประการหนึ่งคือ เนื่องจากข้อได้เปรียบด้านเสียงรบกวนของ AR-ACFC หายไปอย่างรวดเร็ว จึงควรพิจารณาใช้การปูพื้นด้วยเพชรแทนการปูยางมะตอยแบบยาง การพัฒนาพร้อมกันอีกประการหนึ่งคือสัญญาจัดซื้อบำรุงรักษาที่อนุญาตให้มีการเจียรด้วยเพชร ผู้รับเหมาได้รับการนำเข้ามาเพื่อบำรุงรักษาและก่อสร้าง
ADOT เชื่อว่าถึงเวลาที่จะก้าวไปสู่ขั้นตอนต่อไปและวางแผนที่จะเริ่มโครงการเจียรเพชรขนาดใหญ่กว่าบน SR 202 ในเดือนกุมภาพันธ์ 2020 โครงการนี้ครอบคลุมพื้นที่สี่เลนยาวสี่ไมล์ ซึ่งรวมถึงส่วนที่ลาดเอียง พื้นที่มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะใช้รถตักเพื่อขจัดยางมะตอย จึงใช้เครื่องกัด แผนกจะตัดแถบในยางมะตอยยางเพื่อให้ผู้รับเหมาการเจียรใช้เป็นแนวทางระหว่างกระบวนการเจียร ด้วยการทำให้ผู้ปฏิบัติงานมองเห็นพื้นผิว PCC ใต้ฝาครอบได้ง่ายขึ้น จึงสามารถปรับอุปกรณ์เจียรและลดความเสียหายต่อคอนกรีตด้านล่างได้ พื้นผิวเจียรเพชรขั้นสุดท้ายของ SR 202 เป็นไปตามมาตรฐานของ ADOT ทั้งหมด ซึ่งเงียบ เรียบ และสวยงาม เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวยางมะตอย ค่า IRI เป็นที่นิยมมากในช่วงทศวรรษปี 1920 และ 1930 ลักษณะเสียงรบกวนที่เปรียบเทียบได้นี้สามารถทำได้เนื่องจากแม้ว่าทางเท้า AR-ACFC ใหม่จะเงียบกว่าพื้นถนนแบบเพชรประมาณ 5 เดซิเบล แต่เมื่อใช้งานทางเท้า AR-ACFC เป็นเวลา 5 ถึง 9 ปี ผลการวัดจะอยู่ในระดับที่ใกล้เคียงหรือสูงกว่า ระดับเสียงของทางเท้าแบบเพชร SR 202 ใหม่ไม่เพียงแต่จะต่ำมากสำหรับผู้ขับขี่ แต่ทางเท้ายังสร้างเสียงรบกวนน้อยลงในชุมชนใกล้เคียงอีกด้วย
ความสำเร็จของโครงการในช่วงแรกทำให้ ADOT เริ่มโครงการนำร่องการเจียรด้วยเพชรอีกสามโครงการ การเจียรด้วยเพชรของ Loop 101 Price Freeway เสร็จสมบูรณ์แล้ว การเจียรด้วยเพชรของ Loop 101 Pima Freeway จะดำเนินการในช่วงต้นปี 2021 และคาดว่าจะมีการก่อสร้าง Loop 101 I-17 ถึง 75th Avenue ในอีกห้าปีข้างหน้า ADOT จะติดตามประสิทธิภาพของรายการทั้งหมดเพื่อตรวจสอบการรองรับของข้อต่อ ว่าคอนกรีตหลุดลอกหรือไม่ และการบำรุงรักษาคุณภาพเสียงและการขับขี่
แม้ว่าโครงการนำร่องจะยังไม่เสร็จสมบูรณ์ทั้งหมด แต่ข้อมูลที่รวบรวมมาจนถึงปัจจุบันก็แสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมในการพิจารณาใช้การเจียรด้วยเพชรเป็นทางเลือกแทนการเจียรและการอุดแบบมาตรฐาน ผลเบื้องต้นของการตรวจสอบต้นทุนแสดงให้เห็นว่าการประหยัดที่เกี่ยวข้องกับการใช้ทางเท้าคอนกรีตและการเจียรด้วยเพชรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพรูปลักษณ์ ความเรียบ และเสียง สามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้มากถึง 3.9 พันล้านดอลลาร์ในช่วงเวลา 30 ปี
การใช้ทางเท้าคอนกรีตที่มีอยู่ในเมืองฟีนิกซ์ไม่เพียงแต่จะขยายงบประมาณในการบำรุงรักษาได้เท่านั้น แต่ยังทำให้ถนนหลายสายยังคงอยู่ในสภาพดีอีกด้วย นอกจากนี้ ความทนทานของคอนกรีตยังช่วยลดการหยุดชะงักที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาถนนให้เหลือน้อยที่สุด ที่สำคัญที่สุด ประชาชนทั่วไปจะสามารถเพลิดเพลินไปกับพื้นผิวถนนที่เรียบและเงียบ
แรนดี้ เอเวอเร็ตต์เป็นผู้ดูแลแผนกอาวุโสของกรมขนส่งในแอริโซนาตอนกลาง
IGGA เป็นสมาคมการค้าที่ไม่แสวงหากำไรซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1972 โดยกลุ่มผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมที่ทุ่มเทเพื่อพัฒนาขั้นตอนการเจียรและเซาะร่องเพชรสำหรับคอนกรีตซีเมนต์พอร์ตแลนด์และพื้นผิวแอสฟัลต์ ในปี 1995 IGGA ได้เข้าร่วมกับสมาคม American Concrete Pavement Association (ACPA) และก่อตั้ง IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3) ในปัจจุบัน ปัจจุบัน ความร่วมมือนี้ถือเป็นแหล่งข้อมูลทางเทคนิคและผู้นำในอุตสาหกรรมด้านการตลาดระดับโลกสำหรับพื้นผิวทางเท้าที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม การซ่อมแซมทางเท้าคอนกรีต และการปกป้องทางเท้า ภารกิจของ IGGA คือการเป็นเทคโนโลยีชั้นนำและแหล่งข้อมูลส่งเสริมการยอมรับและการใช้การเจียรและเซาะร่องเพชรอย่างถูกต้อง ตลอดจนการอนุรักษ์และฟื้นฟู PCC