Die Umstellung des Arizona Highway auf Portlandzementbeton könnte den Vorteil des Diamantschleifens als Alternative zum herkömmlichen Schleifen und Füllen unter Beweis stellen. Prognosen zufolge werden sich die Instandhaltungskosten über einen Zeitraum von 30 Jahren um 3,9 Milliarden US-Dollar senken.
Dieser Artikel basiert auf einem Webinar, das ursprünglich während der technischen Konferenz der International Grooving and Grinding Association (IGGA) im Dezember 2020 stattfand. Sehen Sie sich unten die vollständige Demo an.
Die Bewohner von Phoenix wünschen sich glatte, schöne und ruhige Straßen. Aufgrund des rasanten Bevölkerungswachstums und unzureichender finanzieller Mittel zur Instandhaltung hat sich der Straßenzustand in der Region in den letzten zehn Jahren jedoch verschlechtert. Das Arizona Department of Transportation (ADOT) prüft kreative Lösungen, um das Autobahnnetz zu erhalten und die von der Bevölkerung erwarteten Straßentypen bereitzustellen.
Phoenix ist die fünftgrößte Stadt der USA und wächst stetig. Das 700 Kilometer lange Straßen- und Brückennetz der Stadt wird vom Arizona Department of Transportation (ADOT) im zentralen Bereich instand gehalten. Es besteht größtenteils aus vierspurigen Autobahnen mit zusätzlichen Fahrspuren für Fahrzeuge mit hohem Verkehrsaufkommen (HOV). Mit einem jährlichen Baubudget von 500 Millionen US-Dollar werden in der Region jährlich 20 bis 25 Bauprojekte an einem stark befahrenen Straßennetz durchgeführt.
In Arizona werden Betonfahrbahnbeläge seit den 1920er Jahren verwendet. Beton ist jahrzehntelang nutzbar und muss nur alle 20–25 Jahre gewartet werden. Dank 40 Jahren erfolgreicher Erfahrung konnte Beton in den 1960er Jahren beim Bau der wichtigsten Autobahnen des Staates eingesetzt werden. Damals musste man beim Betonieren Kompromisse in Bezug auf den Straßenlärm eingehen. Dabei wird die Betonoberfläche durch Verzinken bearbeitet (ein Metallharken wird senkrecht zur Fahrtrichtung über die Betonoberfläche gezogen), und Reifen, die auf dem verzinnten Beton fahren, erzeugen ein lautes, zusammenhängendes Heulen. Um das Lärmproblem zu lösen, wurde 2003 eine 1 Zoll dicke Asphalt-Rubber-Reibschicht (AR-ACFC) auf Portlandzementbeton (PCC) aufgetragen. Dies sorgt für ein einheitliches Erscheinungsbild, leisen Fahrbetrieb und Fahrkomfort. Die Oberfläche der AR-ACFC zu erhalten, erwies sich jedoch als Herausforderung.
Die Lebensdauer von AR-ACFC beträgt etwa 10 Jahre. Arizonas Autobahnen haben ihre geplante Lebensdauer überschritten und altern. Schichtung und damit verbundene Probleme stellen sowohl für Autofahrer als auch für das Verkehrsministerium ein Problem dar. Obwohl Delamination in der Regel nur zu einem Verlust von etwa 2,5 cm Straßentiefe führt (da sich der 2,5 cm dicke Gummiasphalt vom darunterliegenden Beton gelöst hat), wird die Delaminationsstelle von den Verkehrsteilnehmern als Schlagloch wahrgenommen und stellt ein ernstes Problem dar.
Nach Tests mit Diamantschleifen, Betonoberflächen der nächsten Generation und der Endbearbeitung der Betonoberfläche mit einem Gleitschleifer oder Mikrofräsen stellte ADOT fest, dass die durch Diamantschleifen erzielte Längsstruktur ein ansprechendes Cord-Erscheinungsbild und gute Fahreigenschaften (wie durch niedrige IRI-Werte gezeigt) sowie geringe Lärmemissionen bietet. Randy Everett und Arizona Department of Transportation
Arizona verwendet den International Roughness Index (IRI) zur Messung des Straßenzustands, und sein Wert ist rückläufig. (Der IRI ist eine Art statistischer Rauheitsindex, der von nationalen Institutionen fast überall als Leistungsindikator für ihr Straßenbelagsmanagementsystem verwendet wird. Je niedriger der Wert, desto geringer die Rauheit, was wünschenswert ist.) Laut IRI-Messungen aus dem Jahr 2010 waren 72 % der Interstate Highways in der Region in gutem Zustand. Bis 2018 sank dieser Anteil auf 53 %. Auch die Routen des nationalen Autobahnsystems zeigen einen Abwärtstrend. Messungen aus dem Jahr 2010 zeigten, dass 68 % der Straßen in gutem Zustand waren. Bis 2018 sank dieser Wert auf 35 %.
Da die Kosten stiegen und das Budget nicht mithalten konnte, suchte ADOT im April 2019 nach besseren Aufbewahrungsmöglichkeiten als im bisherigen Werkzeugkasten. Für Straßenbeläge, die sich innerhalb des 10- bis 15-jährigen Lebensdauerfensters noch in gutem Zustand befinden – und es wird für die Abteilung immer wichtiger, den guten Zustand der vorhandenen Straßenbeläge zu erhalten –, bieten sich Optionen wie Rissversiegelung, Sprühversiegelung (Auftragen einer dünnen Schicht leichter, langsam aushärtender Asphaltemulsion) oder die Reparatur einzelner Schlaglöcher an. Für Straßenbeläge, deren Lebensdauer überschritten ist, besteht eine Möglichkeit darin, den beschädigten Asphalt abzuschleifen und eine neue Gummiasphaltdecke aufzutragen. Aufgrund des Umfangs der zu reparierenden Fläche erweist sich dies jedoch als zu kostspielig. Ein weiteres Hindernis für jede Lösung, die ein wiederholtes Abschleifen der Asphaltoberfläche erfordert, besteht darin, dass die Schleifgeräte unweigerlich den darunter liegenden Beton angreifen und beschädigen, und der Betonmaterialverlust an den Fugen ist besonders gravierend.
Was würde passieren, wenn Arizona zur ursprünglichen PCC-Oberfläche zurückkehren würde? ADOT weiß, dass die Betonautobahnen des Bundesstaates auf langlebige strukturelle Stabilität ausgelegt sind. Die Behörde erkannte, dass die reparierte Straße länger halten und weniger Wartung erfordern würde, wenn die darunterliegende PCC-Oberfläche verbessert und so eine ruhige und befahrbare Straße geschaffen werden könnte. Außerdem ist sie deutlich günstiger als Asphalt.
Im Rahmen des Projekts auf der SR 101 nördlich von Phoenix wurde die AR-ACFC-Schicht entfernt. ADOT richtete daher vier Teststrecken ein, um zukünftige Lösungen zu erforschen, die den vorhandenen Beton nutzen und gleichzeitig Glätte, Laufruhe und ein gutes Straßenbild gewährleisten. Die Abteilung prüfte Diamantschleifen und Next Generation Concrete Surface (NGCS), eine Textur mit kontrolliertem Bodenprofil und negativer bzw. absteigender Gesamttextur, die als besonders geräuscharmer Betonbelag entwickelt wurde. ADOT erwägt außerdem den Einsatz eines Gleitschleifers (ein Verfahren, bei dem eine Maschine Kugellager auf die Straßenoberfläche führt, um die Reibungseigenschaften zu verbessern) oder Mikrofräsen zur Endbearbeitung der Betonoberfläche. Nach Erprobung aller Methoden stellte ADOT fest, dass die durch Diamantschleifen erzielte Längstextur eine ansprechende Cord-Optik sowie ein gutes Fahrgefühl (erkennbar am niedrigen IRI-Wert) und geringe Geräuschentwicklung bietet. Das Diamantschleifverfahren erwies sich zudem als schonend genug, um Betonflächen, insbesondere im Bereich der Fugen, zu schützen, die zuvor durch das Fräsen beschädigt wurden. Diamantschleifen ist zudem eine kostengünstige Lösung.
Im Mai 2019 beschloss ADOT, einen kleinen Abschnitt der SR 202 im Süden von Phoenix diamantzuschleifen. Die 15 Jahre alte AR-ACFC-Straße war so locker und mit so viel Belag übersät, dass lose Steine auf die Windschutzscheibe geschleudert wurden. Autofahrer beschwerten sich täglich über Steinschlagschäden an ihrer Windschutzscheibe. Die Schadensquote in dieser Region ist höher als in anderen Regionen des Landes. Der Bürgersteig ist zudem sehr laut und das Befahren erschwert. ADOT entschied sich für die beiden rechten Fahrspuren entlang der 800 Meter langen SR 202 für eine diamantgeschliffene Oberfläche. Mit einer Ladeschaufel wurde die vorhandene AR-ACFC-Schicht entfernt, ohne den darunter liegenden Beton zu beschädigen. Die Abteilung testete diese Methode im April erfolgreich, als sie über Möglichkeiten zur Rückkehr zur PCC-Straße nachdachte. Nach Abschluss des Projekts bemerkte ein ADOT-Vertreter, dass Autofahrer von der AR-ACFC-Spur auf die diamantgeschliffene Betonspur wechselten, um die verbesserten Fahr- und Geräuscheigenschaften zu erleben.
Obwohl noch nicht alle Pilotprojekte abgeschlossen sind, deuten vorläufige Kostenergebnisse darauf hin, dass die Einsparungen durch den Einsatz von Betonpflaster und Diamantschleifen zur Optimierung von Aussehen, Glätte und Geräuschentwicklung die Wartungskosten um bis zu 3,9 Milliarden US-Dollar pro Jahr senken könnten. Über einen Zeitraum von 30 Jahren. Randy Everett und das Arizona Department of Transportation
Etwa zu dieser Zeit veröffentlichte die Maricopa Government Association (MAG) einen Bericht zur Bewertung des lokalen Autobahnlärms und der Befahrbarkeit. Der Bericht räumt die Schwierigkeiten bei der Instandhaltung des Straßennetzes ein und konzentriert sich auf die Lärmeigenschaften der Straße. Eine wichtige Schlussfolgerung lautet, dass aufgrund des schnell schwindenden Lärmvorteils von AR-ACFC „eine Diamantschleiferei anstelle einer Gummiasphaltschicht in Betracht gezogen werden sollte“. Gleichzeitig wurde ein Wartungsvertrag abgeschlossen, der Diamantschleiferei ermöglicht. Für die Instandhaltung und den Bau wurde ein Auftragnehmer beauftragt.
ADOT ist der Ansicht, dass es an der Zeit ist, den nächsten Schritt zu gehen, und plant, im Februar 2020 ein größeres Diamantschleifprojekt auf der SR 202 zu starten. Das Projekt umfasst einen sechs Kilometer langen, vierspurigen Abschnitt, einschließlich geneigter Abschnitte. Da die Fläche zu groß war, um den Asphalt mit einem Lader zu entfernen, kam eine Fräsmaschine zum Einsatz. Die Abteilung schneidet Streifen aus Gummiasphalt, die dem Fräsunternehmer während des Fräsvorgangs als Orientierung dienen. Indem dem Bediener die PCC-Oberfläche unter der Abdeckung leichter sichtbar gemacht wird, kann die Fräsausrüstung angepasst und Schäden am darunter liegenden Beton minimiert werden. Die endgültige diamantgeschliffene Oberfläche der SR 202 erfüllt alle ADOT-Standards – sie ist leise, glatt und ansprechend – und wies im Vergleich zu Asphaltoberflächen in den 1920er und 1930er Jahren einen sehr günstigen IRI-Wert auf. Diese vergleichbaren Geräuscheigenschaften können erreicht werden, weil der neue AR-ACFC-Belag zwar etwa 5 dB leiser ist als der Diamantbelag, seine Messergebnisse nach 5- bis 9-jähriger Nutzung jedoch vergleichbare oder höhere dB-Werte aufweisen. Der neue Diamantbelag SR 202 ist nicht nur für Autofahrer sehr leise, sondern verursacht auch weniger Lärm in den umliegenden Gemeinden.
Der Erfolg der ersten Projekte veranlasste ADOT, drei weitere Pilotprojekte zum Diamantschleifen zu starten. Das Diamantschleifen des Loop 101 Price Freeway ist abgeschlossen. Das Diamantschleifen des Loop 101 Pima Freeway wird Anfang 2021 durchgeführt, und der Bau des Loop 101 I-17 bis zur 75th Avenue wird voraussichtlich in den nächsten fünf Jahren abgeschlossen sein. ADOT wird die Leistung aller Komponenten überwachen, um die Unterstützung der Fugen, das Ablösen des Betons und die Aufrechterhaltung von Geräusch- und Fahrqualität zu überprüfen.
Obwohl noch nicht alle Pilotprojekte abgeschlossen sind, begründen die bisher gesammelten Daten die Prüfung des Diamantschleifens als Alternative zum herkömmlichen Schleifen und Füllen. Die vorläufigen Ergebnisse der Kostenuntersuchung zeigen, dass die Einsparungen durch den Einsatz von Diamantschleifen zur Optimierung von Aussehen, Glätte und Geräuschentwicklung bei Betonpflaster die Wartungskosten über einen Zeitraum von 30 Jahren um bis zu 3,9 Milliarden US-Dollar senken können.
Durch die Verwendung des bestehenden Betonbelags in Phoenix kann nicht nur das Instandhaltungsbudget geschont und mehr Straßen in gutem Zustand gehalten werden, sondern die Langlebigkeit des Betons sorgt auch dafür, dass wartungsbedingte Störungen minimiert werden. Vor allem aber können sich die Bürger über eine glatte und ruhige Fahrbahn freuen.
Randy Everett ist leitender Abteilungsleiter im Verkehrsministerium von Zentral-Arizona.
Die IGGA ist ein gemeinnütziger Branchenverband, der 1972 von einer Gruppe engagierter Branchenexperten gegründet wurde und sich der Entwicklung von Diamantschleif- und -rillverfahren für Portlandzementbeton und Asphaltoberflächen widmet. 1995 schloss sich die IGGA einer Tochtergesellschaft der American Concrete Pavement Association (ACPA) an und gründete die heutige IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3). Diese Partnerschaft ist heute eine technische Ressource und Branchenführer im weltweiten Marketing optimierter Straßenbeläge, der Reparatur und dem Schutz von Betonfahrbahnen. Die Mission der IGGA ist es, die führende Technologie- und Werberessource für die Akzeptanz und den korrekten Einsatz von Diamantschleif- und -rillverfahren sowie für die Erhaltung und Restaurierung von Portlandzementbeton zu werden.
Beitragszeit: 08.09.2021