Arizonan valtatien palauttaminen portlandsementtibetoniin voi osoittaa timanttihiomisen edut vaihtoehtona tavanomaiselle hionnalle ja täytteelle. Ennusteiden mukaan ylläpitokustannukset pienenevät 30 vuoden aikana 3,9 miljardilla Yhdysvaltain dollarilla.
Tämä artikkeli perustuu webinaariin, joka alun perin pidettiin International Grooving and Grinding Associationin (IGGA) teknisessä konferenssissa joulukuussa 2020. Katso koko demo alta.
Phoenixin alueen asukkaat haluavat tasaisia, kauniita ja hiljaisia teitä. Alueen räjähdysmäisen väestönkasvun ja riittämättömien varojen vuoksi tieliikenne on kuitenkin heikentynyt viimeisen vuosikymmenen aikana. Arizonan liikenneministeriö (ADOT) tutkii luovia ratkaisuja tieverkostonsa ylläpitämiseksi ja yleisön odottamien teiden tarjoamiseksi.
Phoenix on Yhdysvaltojen viidenneksi väkirikkain kaupunki, ja se kasvaa edelleen. Kaupungin 707 kilometrin pituista tie- ja siltaverkostoa ylläpitää Arizonan liikenneministeriön (ADOT) keskusalue, josta suurin osa koostuu nelikaistaisista moottoriteistä, joissa on lisäksi raskaan kaluston kaistoja. Alueen rakennusbudjetti on 500 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria vuodessa, ja alueella toteutetaan tyypillisesti 20–25 rakennusprojektia vilkkaasti liikennöidyllä tieverkostolla vuosittain.
Arizonassa on käytetty betonipäällysteitä 1920-luvulta lähtien. Betonia voidaan käyttää vuosikymmeniä, ja se tarvitsee huoltoa vain 20–25 vuoden välein. Arizonassa 40 vuoden menestyksekäs kokemus mahdollisti sen käytön osavaltion pääteiden rakentamisessa 1960-luvulla. Tuolloin tien päällystäminen betonilla tarkoitti kompromissia tien melun suhteen. Tänä aikana betonipinta viimeistellään tinaamalla (vetämällä metalliharaa betonipinnalla kohtisuoraan liikennevirtaan nähden), ja tinatulla betonilla ajavat renkaat tuottavat äänekästä, yhtenäistä vinkumista. Vuonna 2003 meluongelman ratkaisemiseksi portlandsementtibetonin (PCC) päälle levitettiin 1 tuuman asfalttikumikitkakerros (AR-ACFC). Tämä tarjoaa yhtenäisen ulkonäön, hiljaisen äänen ja mukavan ajon. AR-ACFC-pinnan säilyttäminen on kuitenkin osoittautunut haasteeksi.
AR-ACFC:n suunniteltu käyttöikä on noin 10 vuotta. Arizonan moottoritiet ovat nyt ylittäneet suunnitellun käyttöikänsä ja ikääntyvät. Kerrostuneisuus ja siihen liittyvät ongelmat aiheuttavat ongelmia kuljettajille ja liikenneministeriölle. Vaikka tien pinnalta irtoaminen johtaa yleensä vain noin 2,5 cm:n tien syvyyden menetykseen (koska 2,5 cm paksu kumiasfaltti on irronnut alla olevasta betonista), matkustava yleisö pitää delaminaatiokohtaa kuoppana ja vakavana ongelmana.
Testattuaan timanttihiontaa, uuden sukupolven betonipintoja ja viimeisteltyään betonipinnan liukuhiomakoneella tai mikrojyrsinnällä, ADOT totesi, että timanttihiomalla saavutettu pitkittäinen rakenne antaa miellyttävän korduroivin ulkonäön ja hyvän ajo-ominaisuuksien (kuten alhaiset IRI-luvut osoittavat) sekä alhaiset melupäästöt. Randy Everett ja Arizonan liikenneministeriö
Arizonassa käytetään kansainvälistä tienpinnan karheusindeksiä (IRI) teiden kunnon mittaamiseen, ja luku on ollut laskussa. (IRI on eräänlainen karheusindeksi, jota lähes yleisesti käyttävät kansalliset instituutiot päällystenhallintajärjestelmiensä suorituskykyindikaattorina. Mitä pienempi arvo, sitä pienempi karheus, mikä on toivottavaa). Vuonna 2010 tehtyjen IRI-mittausten mukaan 72 % alueen valtateistä on hyvässä kunnossa. Vuoteen 2018 mennessä tämä osuus oli laskenut 53 prosenttiin. Myös kansallisten valtatiejärjestelmien reitit osoittavat laskusuunnassa. Vuonna 2010 tehdyt mittaukset osoittivat, että 68 % teistä oli hyvässä kunnossa. Vuoteen 2018 mennessä tämä luku oli laskenut 35 prosenttiin.
Kustannusten noustessa – eikä budjetti pysynyt perässä – ADOT alkoi huhtikuussa 2019 etsiä parempia säilytysvaihtoehtoja kuin aiemmassa työkalupakissa oli. Päällysteille, jotka ovat edelleen hyvässä kunnossa 10–15 vuoden suunnitellun käyttöiän sisällä – ja osaston on yhä tärkeämpää pitää olemassa oleva päällyste hyvässä kunnossa – vaihtoehtoja ovat halkeamien tiivistys, ruiskutustiivistys (ohuen kerroksen kevyttä, hitaasti jähmettynyttä asfalttiemulsiota levittäminen) tai yksittäisten kuoppien korjaus. Päällysteille, jotka ylittävät suunnitellun käyttöiän, yksi vaihtoehto on hioa huonokuntoinen asfaltti pois ja levittää uusi kumiasfalttipäällyste. Korjattavan alueen laajuuden vuoksi tämä osoittautuu kuitenkin liian kalliiksi. Toinen este kaikille ratkaisuille, jotka vaativat asfalttipinnan toistuvaa hiomista, on se, että hiontalaitteet vaikuttavat väistämättä alla olevaan betoniin ja vahingoittavat sitä, ja betonimateriaalin menetys saumoissa on erityisen vakavaa.
Mitä tapahtuisi, jos Arizona palaisi alkuperäiseen PCC-pintaansa? ADOT tietää, että osavaltion betonivaltatiet on suunniteltu tarjoamaan pitkäikäistä rakenteellista vakautta. Osasto ymmärsi, että jos he voisivat käyttää alla olevaa PCC:tä parantaakseen sen alkuperäistä hammastettua pintaa hiljaisen ja ajettavan tien muodostamiseksi, korjattu tie saattaisi kestää pidempään ja vaatia huoltoa. Se on myös paljon vähemmän kuluttavaa kuin asfaltti.
Osana Phoenixin pohjoispuolella sijaitsevan SR 101 -tien projektia AR-ACFC-kerros on poistettu, joten ADOT asensi neljä testiosuutta tutkiakseen tulevia ratkaisuja, jotka hyödyntävät olemassa olevaa betonia varmistaen samalla tasaisuuden, hiljaisen ajon ja hyvän tien ulkonäön. Osasto tarkasteli timanttihiontaa ja Next Generation Concrete Surface (NGCS) -pintaa, jolla on kontrolloitu maaprofiili ja yleinen negatiivinen eli alaspäin suuntautuva rakenne, joka on kehitetty erityisen hiljaiseksi betonipäällysteeksi. ADOT harkitsee myös liukuvan hiomakoneen (prosessi, jossa kone ohjaa kuulalaakereita tienpintaan kitkaominaisuuksien parantamiseksi) tai mikrojyrsinnän käyttöä betonipinnan viimeistelyyn. Kunkin menetelmän testaamisen jälkeen ADOT totesi, että timanttihiomalla saatu pitkittäinen rakenne tarjoaa miellyttävän korduroivin ulkonäön sekä hyvän ajokokemuksen (kuten alhainen IRI-arvo osoittaa) ja alhaisen melun. Timanttihiontaprosessin on myös osoitettu olevan riittävän hellävarainen suojaamaan betonialueita, erityisesti saumojen ympärillä, jotka aiemmin olivat vaurioituneet jyrsinnästä. Timanttihionta on myös kustannustehokas ratkaisu.
Toukokuussa 2019 ADOT päätti timanttihioa pienen osuuden SR 202 -tieltä Phoenixin eteläosassa. 15 vuotta vanha AR-ACFC-tie oli niin irtonainen ja kerrostunut, että irtonaisia kiviä sinkoutui tuulilasiin, ja kuljettajat valittivat päivittäin lentävien kivien vaurioittamasta tuulilasia. Vahinkoilmoitusten osuus tällä alueella on suurempi kuin maan muilla alueilla. Jalkakäytävä on myös erittäin meluisa ja vaikea ajaa. ADOT valitsi timanttihiotut pinnat kahdelle oikeanpuoleiselle kaistalle SR 202:n varrella 800 metrin pituisella alueella. He käyttivät kuormaajan kauhaa poistaakseen olemassa olevan AR-ACFC-kerroksen vahingoittamatta alla olevaa betonia. Osasto testasi tätä menetelmää onnistuneesti huhtikuussa, kun he pohtivat tapoja palata PCC-tielle. Projektin valmistuttua ADOT:n edustaja huomasi, että kuljettaja siirtyi AR-ACFC-kaistalta timanttihiotulle betonikaistalle kokeakseen parantuneet ajo- ja ääniominaisuudet.
Vaikka kaikkia pilottihankkeita ei ole vielä saatu päätökseen, alustavat kustannustulokset osoittavat, että betonipäällysteen ja timanttihionnan käyttöön liittyvät säästöt ulkonäön, tasaisuuden ja äänen optimoimiseksi voisivat vähentää ylläpitokustannuksia jopa 3,9 miljardilla dollarilla vuodessa. 30 vuoden aikana. Randy Everett ja Arizonan liikenneministeriö.
Samoihin aikoihin Maricopan hallintoyhdistys (MAG) julkaisi raportin, jossa arvioitiin paikallisten moottoriteiden melua ja ajettavuutta. Raportissa tunnustetaan tieverkon kunnossapidon vaikeus ja keskitytään tien meluominaisuuksiin. Keskeinen johtopäätös on, että koska AR-ACFC:n meluetu katoaa niin nopeasti, "timanttihiontaa tulisi harkita kumipäällysteen sijaan". Toinen samanaikainen kehitysaskel on kunnossapidon hankintasopimus, joka mahdollistaa timanttihionnan. Urakoitsija palkattiin kunnossapitoon ja rakentamiseen.
ADOT uskoo, että on aika ottaa seuraava askel ja suunnittelee aloittavansa suuremman timanttihiontaprojektin SR 202:lla helmikuussa 2020. Projekti kattaa neljän mailin pituisen, neljän kaistan levyisen osuuden, mukaan lukien kaltevat osuudet. Alue oli liian suuri kuormaajan käyttämiseen asfaltin poistamiseen, joten käytettiin jyrsintäkonetta. Osasto leikkaa kumiasfaltista suikaleita jyrsintäurakoitsijan käytettäväksi oppaana jyrsintäprosessin aikana. Helpottamalla käyttäjän näkemistä päällysteen alla olevaan PCC-pintaan, jyrsintälaitteita voidaan säätää ja alla olevan betonin vaurioita voidaan minimoida. SR 202:n lopullinen timanttihiottu pinta täyttää kaikki ADOT:n standardit – se on hiljainen, sileä ja tyylikäs – verrattuna asfalttipintoihin, IRI-arvo oli erittäin suotuisa 1920- ja 1930-luvuilla. Nämä vertailukelpoiset meluominaisuudet voidaan saavuttaa, koska vaikka uusi AR-ACFC-päällyste on noin 5 dB hiljaisempi kuin timanttihiottu, sen mittaustulokset ovat 5–9 vuoden käytön aikana vertailukelpoisia tai korkeampia kuin timanttihiottu. Uuden SR 202 -timanttihiomon melutaso on erittäin alhainen kuljettajille, ja myös jalkakäytävä tuottaa vähemmän melua lähialueilla.
Varhaisten projektien menestys kannusti ADOT:ia käynnistämään kolme muuta timanttihionnan pilottiprojektia. Loop 101 Price Freewayn timanttihionta on saatu päätökseen. Loop 101 Pima Freewayn timanttihionta tehdään vuoden 2021 alussa, ja Loop 101 I-17:n ja 75th Avenuen välisen tien rakentamisen odotetaan tapahtuvan seuraavien viiden vuoden aikana. ADOT seuraa kaikkien osien suorituskykyä tarkistaakseen saumojen tuen, betonin irtoamisen sekä äänen ja ajomukavuuden säilymisen.
Vaikka kaikkia pilottihankkeita ei ole vielä saatettu päätökseen, tähän mennessä kerätyt tiedot oikeuttavat timanttihiomisen harkitsemisen vaihtoehtona tavanomaiselle hionnalle ja täyttömenetelmälle. Kustannustutkimuksen alustavat tulokset osoittavat, että betonipäällysteen ja timanttihionnan käyttöön liittyvät säästöt ulkonäön, tasaisuuden ja äänen optimoimiseksi voivat vähentää ylläpitokustannuksia jopa 3,9 miljardilla dollarilla 30 vuoden aikana.
Käyttämällä Phoenixin olemassa olevaa betonipäällystettä voidaan paitsi pidentää kunnossapitobudjettia ja pitää useampia teitä hyvässä kunnossa, myös betonin kestävyys varmistaa, että teiden kunnossapitoon liittyvät häiriöt minimoidaan. Mikä tärkeintä, yleisö voi nauttia tasaisesta ja hiljaisesta ajopinnasta.
Randy Everett on vanhempi osastopäällikkö liikenneministeriössä Keski-Arizonassa.
IGGA on voittoa tavoittelematon kauppajärjestö, jonka perusti vuonna 1972 joukko omistautuneita alan ammattilaisia, jotka ovat omistautuneet timanttihionta- ja urausprosessien kehittämiseen portlandsementtibetoni- ja asfalttipinnoille. Vuonna 1995 IGGA liittyi American Concrete Pavement Associationin (ACPA) jäsenjärjestöön, muodostaen nykyisen IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnershipin (IGGA/ACPA CP3). Nykyään tämä kumppanuus on tekninen resurssi ja alan johtava toimija optimoitujen päällystepintojen, betonipäällysteiden korjauksen ja päällysteen suojauksen maailmanlaajuisessa markkinoinnissa. IGGA:n missiona on tulla johtavaksi teknologia- ja markkinointiresurssiksi timanttihionnan ja -urauksen hyväksynnän ja oikean käytön sekä PCC:n säilyttämisen ja entisöinnin edistämiseksi.
Julkaisun aika: 8.9.2021