Die Rückkehr der Arizona-Autobahn zu Portland-Zementbeton könnte den Nutzen des Diamantschleifens als Alternative zum herkömmlichen Schleifen und Füllen unter Beweis stellen.Der Ausblick zeigt, dass die Wartungskosten über einen Zeitraum von 30 Jahren um 3,9 Milliarden US-Dollar sinken werden.
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 im Raum Phoenix wünschen sich glatte, schöne und ruhige Straßen.Aufgrund des explosionsartigen Bevölkerungswachstums in der Region und unzureichender Mittel, um mithalten zu können, haben sich die Straßenverhältnisse in der Region jedoch im letzten Jahrzehnt verschlechtert.Das Arizona Department of Transportation (ADOT) untersucht kreative Lösungen, um sein Autobahnnetz aufrechtzuerhalten und die von der Öffentlichkeit erwarteten Straßentypen bereitzustellen.
Phoenix ist die fünftgrößte Stadt der Vereinigten Staaten und wächst weiter.Das 435 Meilen lange Straßen- und Brückennetz der Stadt wird vom zentralen Bereich des Arizona Department of Transportation (ADOT) unterhalten und besteht größtenteils aus vierspurigen Autobahnen mit zusätzlichen HOV-Fahrspuren (High Vehicle Vehicle).Mit einem Baubudget von 500 Millionen US-Dollar pro Jahr führt die Region jedes Jahr typischerweise 20 bis 25 Bauprojekte auf einem stark befahrenen Straßennetz durch.
Arizona verwendet seit den 1920er Jahren Betonpflaster.Beton kann jahrzehntelang verwendet werden und muss nur alle 20–25 Jahre gewartet werden.Für Arizona ermöglichten 40 Jahre erfolgreiche Erfahrung den Einsatz beim Bau der wichtigsten Autobahnen des Staates in den 1960er Jahren.Der Straßenbelag mit Beton bedeutete damals einen Kompromiss hinsichtlich des Straßenlärms.Während dieser Zeit wird die Betonoberfläche durch Verzinnen bearbeitet (ziehen eines Metallharkens senkrecht zum Verkehrsfluss über die Betonoberfläche), und auf dem verzinnten Beton fahrende Reifen erzeugen ein lautes, zusammenhängendes Heulen.Um das Lärmproblem zu lösen, wurde 2003 ein 1-in.Auf Portlandzementbeton (PCC) wurde eine Asphaltkautschuk-Reibungsschicht (AR-ACFC) aufgebracht.Dies sorgt für ein einheitliches Erscheinungsbild, leisen Klang und komfortables Reisen.Allerdings hat sich die Erhaltung der Oberfläche des AR-ACFC als Herausforderung erwiesen.
Die Lebensdauer von AR-ACFC beträgt etwa 10 Jahre.Die Autobahnen in Arizona haben mittlerweile ihre Lebensdauer überschritten und sind in die Jahre gekommen.Die Schichtung und damit verbundene Probleme stellen die Fahrer und das Verkehrsministerium vor Probleme.Obwohl eine Delaminierung in der Regel nur zu einem Verlust von etwa 1 Zoll an Straßentiefe führt (weil sich der 1 Zoll dicke Gummiasphalt vom darunter liegenden Beton gelöst hat), wird die Delaminationsstelle von der fahrenden Öffentlichkeit als Schlagloch betrachtet und als schwerwiegend angesehen Problem.
Nach dem Testen des Diamantschleifens, der Betonoberflächen der nächsten Generation und der Endbearbeitung der Betonoberfläche mit einem Gleitschleifer oder Mikrofräsen stellte ADOT fest, dass die durch das Diamantschleifen erhaltene Längstextur ein angenehmes Cord-Aussehen und eine gute Fahrleistung (wie durch niedrige IRI-Werte gezeigt) bietet ) und geringe Geräuschemissionen.Randy Everett und das Verkehrsministerium von Arizona
Arizona verwendet den International Roughness Index (IRI), um den Straßenzustand zu messen, und die Zahl ist rückläufig.(IRI ist eine Art statistischer Rauheitsdaten, die von nationalen Institutionen fast überall als Leistungsindikator für ihr Straßenbelagsmanagementsystem verwendet wird. Je niedriger der Wert, desto kleiner die Rauheit, was wünschenswert ist.)Laut IRI-Messungen aus dem Jahr 2010 sind 72 % der Autobahnen in der Region in gutem Zustand.Bis 2018 sank dieser Anteil auf 53 %.Auch die Strecken des nationalen Autobahnnetzes weisen einen Abwärtstrend auf.Messungen im Jahr 2010 ergaben, dass 68 % der Straßen in gutem Zustand waren.Bis 2018 war diese Zahl auf 35 % gesunken.
Als die Kosten stiegen – und das Budget nicht mehr mithalten konnte – begann ADOT im April 2019 mit der Suche nach besseren Speicheroptionen als in der vorherigen Toolbox.Für Fahrbahnen, die sich innerhalb der geplanten Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren noch in gutem Zustand befinden – und es wird für die Behörde immer wichtiger, die vorhandene Fahrbahn in gutem Zustand zu halten – umfassen die Optionen Rissversiegelung, Sprühversiegelung (Auftragen einer dünnen Schicht). Schicht aus leichter, langsam erstarrter Asphaltemulsion auftragen oder einzelne Schlaglöcher ausbessern.Bei Fahrbahnbelägen, deren Lebensdauer überschritten ist, besteht eine Möglichkeit darin, den beschädigten Asphalt abzuschleifen und eine neue Gummiasphaltauflage aufzutragen.Aufgrund des Umfangs der zu sanierenden Fläche erweist sich dies jedoch als zu aufwendig.Ein weiteres Hindernis für jede Lösung, die ein wiederholtes Schleifen der Asphaltoberfläche erfordert, besteht darin, dass die Schleifausrüstung unweigerlich den darunter liegenden Beton angreift und beschädigt, und der Verlust von Betonmaterial an den Fugen ist besonders schwerwiegend.
Was würde passieren, wenn Arizona zur ursprünglichen PCC-Oberfläche zurückkehren würde?ADOT weiß, dass die Betonautobahnen im Bundesstaat auf langfristige strukturelle Stabilität ausgelegt sind.Die Abteilung erkannte, dass die reparierte Straße möglicherweise länger hält und gewartet werden muss, wenn sie die ursprüngliche gezahnte Oberfläche mithilfe des darunter liegenden PCC verbessern könnte, um eine ruhige und befahrbare Straße zu schaffen.Es ist auch viel weniger als Asphalt.
Im Rahmen des Projekts auf SR 101 nördlich von Phoenix wurde die AR-ACFC-Schicht entfernt, daher installierte ADOT vier Testabschnitte, um zukünftige Lösungen zu erkunden, die vorhandenen Beton nutzen und gleichzeitig Laufruhe, ruhiges Fahren und gutes Straßenbild gewährleisten.Die Abteilung untersuchte Diamantschliff und Next Generation Concrete Surface (NGCS), eine Textur mit kontrolliertem Bodenprofil und insgesamt negativer oder nach unten gerichteter Textur, die als besonders geräuscharmer Betonbelag entwickelt wurde.ADOT erwägt auch den Einsatz eines Gleitschleifers (ein Verfahren, bei dem eine Maschine Kugellager zur Straßenoberfläche führt, um die Reibungseigenschaften zu verbessern) oder Mikrofräsen zur Endbearbeitung der Betonoberfläche.Nach dem Testen jeder Methode stellte ADOT fest, dass die durch Diamantschleifen erhaltene Längstextur ein angenehmes Cord-Aussehen sowie ein gutes Fahrerlebnis (wie durch den niedrigen IRI-Wert angezeigt) und eine geringe Geräuschentwicklung bietet.Das Diamantschleifverfahren hat sich zudem als schonend genug erwiesen, um Betonbereiche, insbesondere im Bereich der Fugen, die zuvor durch das Fräsen beschädigt wurden, zu schonen.Auch das Diamantschleifen ist eine kostengünstige Lösung.
Im Mai 2019 beschloss ADOT, einen kleinen Abschnitt von SR 202 im südlichen Gebiet von Phoenix mit Diamanten zu schleifen.Die 15 Jahre alte AR-ACFC-Straße war so locker und geschichtet, dass lose Steine auf die Windschutzscheibe geschleudert wurden und Autofahrer sich täglich darüber beschwerten, dass die Windschutzscheibe durch umherfliegende Steine beschädigt wurde.Der Schadenanteil in dieser Region ist höher als in anderen Regionen des Landes.Auch der Gehweg ist sehr laut und schwer zu befahren.ADOT entschied sich für diamantierte Oberflächen für die beiden rechten Fahrspuren entlang der SR 202 mit einer Länge von einer halben Meile.Mit einer Ladeschaufel entfernten sie die vorhandene AR-ACFC-Schicht, ohne den darunter liegenden Beton zu beschädigen.Die Abteilung hat diese Methode im April erfolgreich getestet, als sie über Möglichkeiten zur Rückkehr zur PCC-Straße nachdachte.Nach Abschluss des Projekts bemerkte der ADOT-Vertreter, dass der Fahrer von der AR-ACFC-Spur auf die Diamond-Ground-Betonspur wechseln würde, um die verbesserten Fahr- und Geräuscheigenschaften zu erleben.
Obwohl noch nicht alle Pilotprojekte abgeschlossen sind, deuten vorläufige Kostenergebnisse darauf hin, dass die Einsparungen, die mit der Verwendung von Betonpflaster und Diamantschleifen zur Optimierung von Aussehen, Glätte und Klang verbunden sind, die Wartungskosten um bis zu 3,9 Milliarden US-Dollar pro Jahr senken könnten.Über einen Zeitraum von 30 Jahren.Randy Everett und das Verkehrsministerium von Arizona
Ungefähr zu dieser Zeit veröffentlichte die Maricopa Government Association (MAG) einen Bericht, in dem der lokale Straßenlärm und die Befahrbarkeit bewertet wurden.Der Bericht erkennt die Schwierigkeiten bei der Instandhaltung des Straßennetzes an und konzentriert sich auf die Lärmeigenschaften der Straße.Eine wichtige Schlussfolgerung ist, dass, weil der Lärmvorteil von AR-ACFC so schnell verschwindet, „eine Diamantbodenbehandlung anstelle einer Gummiasphaltauflage in Betracht gezogen werden sollte.“Eine weitere gleichzeitige Entwicklung ist ein Wartungsbeschaffungsvertrag, der das Diamantschleifen ermöglicht. Der Auftragnehmer wurde für Wartung und Bau hinzugezogen.
ADOT ist davon überzeugt, dass es an der Zeit ist, den nächsten Schritt zu tun, und plant, im Februar 2020 ein größeres Diamantschleifprojekt auf SR 202 zu starten. Das Projekt umfasst einen vier Meilen langen, vierspurigen Abschnitt, einschließlich geneigter Abschnitte.Da die Fläche zu groß war, um den Asphalt mit einem Radlader abzutragen, kam eine Fräse zum Einsatz.Die Abteilung schneidet Streifen in Gummiasphalt, die dem Fräsunternehmer als Orientierung beim Fräsvorgang dienen.Dadurch, dass der Bediener die PCC-Oberfläche unter der Abdeckung besser sehen kann, kann die Fräsausrüstung angepasst und Schäden am darunter liegenden Beton minimiert werden.Die endgültige diamantgeschliffene Oberfläche von SR 202 erfüllt alle ADOT-Standards – sie ist leise, glatt und attraktiv – im Vergleich zu Asphaltoberflächen war der IRI-Wert in den 1920er und 1930er Jahren sehr günstig.Diese vergleichbaren Geräuscheigenschaften können erhalten werden, da das neue AR-ACFC-Pflaster zwar etwa 5 dB leiser ist als der Diamantboden, die Messergebnisse des AR-ACFC-Pflasters jedoch bei einer Nutzungsdauer von 5 bis 9 Jahren vergleichbar oder höher sind. Der dB-Wert.Nicht nur ist der Geräuschpegel des neuen Diamantbodens SR 202 für Autofahrer sehr niedrig, auch der Gehweg erzeugt weniger Lärm in den umliegenden Gemeinden.
Der Erfolg ihrer frühen 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 durchgeführt.ADOT überwacht die Leistung aller Elemente, um die Unterstützung der Gelenke zu überprüfen, ob sich der Beton abgelöst hat und die Aufrechterhaltung von Klang und Fahrqualität.
Obwohl noch nicht alle Pilotprojekte abgeschlossen sind, rechtfertigen die bisher gesammelten Daten die Überlegung, Diamantschleifen als Alternative zum Standardschleifen und Füllen in Betracht zu ziehen.Die vorläufigen Ergebnisse der Kostenuntersuchung zeigen, dass die Einsparungen, die mit der Verwendung von Betonpflaster und Diamantschleifen zur Optimierung von Aussehen, Glätte und Klang verbunden sind, die Wartungskosten über einen Zeitraum von 30 Jahren um bis zu 3,9 Milliarden US-Dollar senken können.
Durch die Nutzung der vorhandenen Betondecke in Phoenix kann nicht nur das Wartungsbudget erhöht und mehr Straßen in gutem Zustand gehalten werden, sondern die Haltbarkeit des Betons sorgt auch dafür, dass Störungen im Zusammenhang mit der Straßeninstandhaltung minimiert werden.Am wichtigsten ist, dass die Öffentlichkeit eine glatte und ruhige Fahrbahn genießen kann.
Randy Everett ist leitender Abteilungsadministrator des Verkehrsministeriums in Zentral-Arizona.
IGGA ist ein gemeinnütziger Handelsverband, der 1972 von einer Gruppe engagierter Branchenexperten gegründet wurde und sich der Entwicklung von Diamantschleif- und Nutverfahren für Portlandzementbeton- und Asphaltoberflächen widmet.Im Jahr 1995 trat IGGA einer Tochtergesellschaft der American Concrete Pavement Association (ACPA) bei und gründete die heutige IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3).Heute ist diese Partnerschaft ein technischer Ressourcen- und Branchenführer in der weltweiten Vermarktung optimierter Fahrbahnoberflächen, Betonfahrbahnreparaturen und Fahrbahnschutz.Die Mission von IGGA besteht darin, die führende Technologie- und Werberessource für die Akzeptanz und korrekte Verwendung des Diamantschleifens und -nutens sowie der PCC-Konservierung und -Restaurierung zu werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.09.2021