مشروع تجريبي لطحن الماس لحماية رصف الخرسانة في طريق فينيكس السريع

قد يُثبت إعادة استخدام خرسانة أسمنت بورتلاند في طريق أريزونا السريع فائدة استخدام الطحن الماسي كبديل للطحن والحشو التقليديين. وتشير التوقعات إلى أنه على مدى 30 عامًا، ستنخفض تكاليف الصيانة بمقدار 3.9 مليار دولار أمريكي.
تستند هذه المقالة إلى ندوة عبر الإنترنت عقدت في الأصل خلال المؤتمر الفني للجمعية الدولية للأخاديد والطحن (IGGA) في ديسمبر 2020. شاهد العرض التوضيحي الكامل أدناه.
يرغب سكان منطقة فينيكس في طرقٍ سلسة وجميلة وهادئة. ومع ذلك، وبسبب النمو السكاني الهائل في المنطقة ونقص التمويل اللازم، تدهورت حالة الطرق في المنطقة خلال العقد الماضي. تدرس وزارة النقل في أريزونا (ADOT) حلولاً مبتكرة للحفاظ على شبكة الطرق السريعة وتوفير أنواع الطرق التي يتوقعها الجمهور.
فينيكس هي خامس أكبر مدينة من حيث عدد السكان في الولايات المتحدة، وما زالت تشهد نموًا مطردًا. وتتولى المنطقة المركزية التابعة لوزارة النقل في أريزونا (ADOT) صيانة شبكة الطرق والجسور في المدينة، التي يبلغ طولها 435 ميلًا، ويتكون معظمها من طرق سريعة بأربعة مسارات مع مسارات إضافية للمركبات عالية الحركة (HOV). وبميزانية بناء تبلغ 500 مليون دولار أمريكي سنويًا، تُنفذ المنطقة عادةً ما بين 20 و25 مشروع بناء على شبكة طرق كثيفة الحركة سنويًا.
تستخدم ولاية أريزونا الأرصفة الخرسانية منذ عشرينيات القرن الماضي. يمكن استخدام الخرسانة لعقود ولا تحتاج إلا إلى صيانة كل 20-25 عامًا. بالنسبة لأريزونا، مكّنتها 40 عامًا من الخبرة الناجحة من استخدامها أثناء بناء الطرق السريعة الرئيسية في الولاية في الستينيات. في ذلك الوقت، كان رصف الطريق بالخرسانة يعني إجراء مقايضة من حيث ضوضاء الطريق. خلال هذه الفترة، يتم تشطيب سطح الخرسانة بالقصدير (سحب أشعل معدني على سطح الخرسانة بشكل عمودي على تدفق حركة المرور)، وستنتج الإطارات التي تسير على الخرسانة المعلبة ضوضاء متماسكة. في عام 2003، من أجل حل مشكلة الضوضاء، تم وضع طبقة احتكاك مطاطية أسفلتية مقاس 1 بوصة (AR-ACFC) فوق خرسانة بورتلاند الأسمنتية (PCC). يوفر هذا مظهرًا متناسقًا وصوتًا هادئًا وسفرًا مريحًا. ومع ذلك، فقد ثبت أن الحفاظ على سطح AR-ACFC يمثل تحديًا.
يبلغ العمر التصميمي لطريق AR-ACFC حوالي عشر سنوات. تجاوزت طرق أريزونا السريعة عمرها التصميمي وأصبحت قديمة. يُشكل التقسيم الطبقي والمشاكل المرتبطة به مشاكل للسائقين ووزارة النقل. على الرغم من أن انفصال الطبقات عادةً ما يؤدي إلى فقدان حوالي بوصة واحدة من عمق الطريق (لأن طبقة الأسفلت المطاطي التي يبلغ سمكها بوصة واحدة قد انفصلت عن الخرسانة التي تحتها)، إلا أن نقطة الانفصال تُعتبر حفرةً في نظر المسافرين، وتُعتبر مشكلةً خطيرة.
بعد اختبار طحن الماس، وأسطح الخرسانة من الجيل التالي، وتشطيب سطح الخرسانة باستخدام آلة طحن انزلاقية أو طحن دقيق، قررت إدارة النقل في أريزونا أن الملمس الطولي الناتج عن طحن الماس يوفر مظهرًا مخمليًا جميلًا وأداء قيادة ممتازًا (كما يتضح من انخفاض مؤشر IRI) وانبعاثات ضوضاء منخفضة. راندي إيفرت ووزارة النقل في أريزونا
تستخدم ولاية أريزونا مؤشر الخشونة الدولي (IRI) لقياس حالة الطرق، وقد شهد هذا الرقم انخفاضًا. (مؤشر الخشونة الدولي هو نوع من البيانات الإحصائية للخشونة، والذي تستخدمه المؤسسات الوطنية على نطاق واسع تقريبًا كمؤشر لأداء نظام إدارة الرصف الخاص بها. كلما انخفضت القيمة، قلت الخشونة، وهو أمر مرغوب فيه). وفقًا لقياسات مؤشر الخشونة الدولي التي أجريت عام 2010، فإن 72% من الطرق السريعة بين الولايات في المنطقة في حالة جيدة. وبحلول عام 2018، انخفضت هذه النسبة إلى 53%. كما تُظهر طرق نظام الطرق السريعة الوطني اتجاهًا تنازليًا. أظهرت القياسات في عام 2010 أن 68% من الطرق في حالة جيدة. وبحلول عام 2018، انخفض هذا الرقم إلى 35%.
مع زيادة التكاليف - وعدم قدرة الميزانية على مواكبة ذلك - في أبريل 2019، بدأت ADOT في البحث عن خيارات تخزين أفضل من تلك الموجودة في صندوق الأدوات السابق. بالنسبة للأرصفة التي لا تزال في حالة جيدة ضمن فترة عمر التصميم التي تتراوح من 10 إلى 15 عامًا - وأصبح من المهم بشكل متزايد للقسم الحفاظ على الرصيف الحالي في حالة جيدة - تشمل الخيارات سد الشقوق وسد الرش (بوضع طبقة رقيقة من مستحلب الأسفلت الخفيف المتصلب ببطء) أو إصلاح الحفر الفردية. بالنسبة للأرصفة التي تتجاوز العمر التصميمي، فإن أحد الخيارات هو طحن الأسفلت المتدهور ووضع طبقة أسفلت مطاطية جديدة. ومع ذلك، نظرًا لنطاق المنطقة التي تحتاج إلى إصلاح، فقد ثبت أن هذا مكلف للغاية. تتمثل إحدى العقبات الأخرى أمام أي حل يتطلب طحنًا متكررًا لسطح الأسفلت في أن معدات الطحن ستؤثر حتمًا على الخرسانة الأساسية وتتلفها، كما أن فقدان مادة الخرسانة عند المفاصل أمر خطير بشكل خاص.
ماذا سيحدث لو عادت أريزونا إلى سطح PCC الأصلي؟ تدرك وزارة النقل في أريزونا أن الطرق السريعة الخرسانية في الولاية مصممة لتوفير ثبات هيكلي طويل الأمد. وقد أدركت الوزارة أنه إذا تمكنت من استخدام PCC الأساسي لتحسين سطحه المسنن الأصلي لتشكيل طريق هادئ وسهل القيادة، فقد يدوم الطريق المُصلح لفترة أطول ويحتاج إلى صيانة. كما أنه أقل تكلفة بكثير من الأسفلت.
كجزء من المشروع على الطريق السريع SR 101 شمال فينيكس، تمت إزالة طبقة AR-ACFC، لذلك قامت ADOT بتثبيت أربعة أقسام اختبار لاستكشاف الحلول المستقبلية التي ستستخدم الخرسانة الموجودة مع ضمان السلاسة والقيادة الهادئة والمظهر الجيد للطريق. راجعت الإدارة عملية الطحن الماسي وسطح الخرسانة من الجيل التالي (NGCS)، وهو نسيج ذو ملف تعريف تربة متحكم فيه وملمس سلبي أو هبوطي بشكل عام، والذي تم تطويره كرصيف خرساني منخفض الضوضاء بشكل خاص. تدرس ADOT أيضًا استخدام آلة الطحن المنزلقة (وهي عملية توجه فيها الآلة محامل كروية إلى سطح الطريق لتحسين خصائص الاحتكاك) أو الطحن الدقيق لإنهاء سطح الخرسانة. بعد اختبار كل طريقة، قررت ADOT أن النسيج الطولي الذي تم الحصول عليه من خلال الطحن الماسي يوفر مظهرًا مخمليًا لطيفًا بالإضافة إلى تجربة قيادة جيدة (كما يتضح من قيمة IRI المنخفضة) وانخفاض الضوضاء. أثبتت عملية الطحن الماسي أيضًا أنها لطيفة بما يكفي لحماية المناطق الخرسانية، وخاصة حول المفاصل، التي تضررت سابقًا بسبب الطحن. يعد الطحن الماسي أيضًا حلاً فعالاً من حيث التكلفة.
في مايو 2019، قررت إدارة النقل في ولاية أريزونا (ADOT) صقل جزء صغير من الطريق السريع SR 202 الواقع في المنطقة الجنوبية من مدينة فينيكس. كان طريق AR-ACFC، الذي يبلغ عمره 15 عامًا، رخوًا ومتعدد الطبقات لدرجة أن الصخور المتطايرة كانت تتناثر على الزجاج الأمامي، واشتكى السائقون من تلف الزجاج الأمامي بسبب الصخور المتطايرة يوميًا. نسبة مطالبات الخسارة في هذه المنطقة أعلى منها في مناطق أخرى من البلاد. كما أن الرصيف صاخب للغاية ويصعب القيادة عليه. اختارت إدارة النقل في ولاية أريزونا تشطيبات ماسية للمسارين الأيمنين على طول الطريق السريع SR 202 بطول نصف ميل. استخدموا دلوًا لإزالة طبقة AR-ACFC الحالية دون إتلاف الخرسانة الموجودة أسفلها. اختبرت الإدارة هذه الطريقة بنجاح في أبريل عندما كانوا يتبادلون الأفكار حول طرق العودة إلى طريق PCC. بعد اكتمال المشروع، لاحظ ممثل إدارة النقل في ولاية أريزونا أن السائق سينتقل من مسار AR-ACFC إلى مسار الخرسانة ذي الأرضية الماسية لتجربة خصائص القيادة والصوت المحسنة.
على الرغم من عدم اكتمال جميع المشاريع التجريبية، تشير النتائج الأولية للتكاليف إلى أن الوفورات المرتبطة باستخدام رصف الخرسانة وصقل الماس لتحسين المظهر والنعومة والصوت يمكن أن تقلل تكاليف الصيانة بما يصل إلى 3.9 مليار دولار سنويًا. على مدى 30 عامًا. راندي إيفرت ووزارة النقل في ولاية أريزونا.
في تلك الأثناء، أصدرت جمعية حكومة ماريكوبا (MAG) تقريرًا يُقيّم ضوضاء الطرق السريعة المحلية وقابلية القيادة. يُقرّ التقرير بصعوبة صيانة شبكة الطرق، ويُركّز على خصائص ضوضاء الطريق. ومن الاستنتاجات الرئيسية أنه نظرًا لتلاشي ميزة الضوضاء في AR-ACFC بسرعة، "ينبغي النظر في معالجة الأرض بالماس بدلًا من طبقة الأسفلت المطاطية". ومن التطورات المتزامنة الأخرى عقد توريد صيانة يسمح بطحن الماس. وقد تم التعاقد مع المقاول للصيانة والبناء.
تعتقد ADOT أن الوقت قد حان لاتخاذ الخطوة التالية وتخطط لبدء مشروع طحن الماس الأكبر على SR 202 في فبراير 2020. يغطي المشروع مقطعًا بطول أربعة أميال وعرض أربعة مسارات، بما في ذلك المقاطع المائلة. كانت المنطقة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن استخدام محمل لإزالة الأسفلت، لذلك تم استخدام آلة طحن. تقطع الإدارة شرائط في الأسفلت المطاطي ليستخدمها مقاول الطحن كدليل أثناء عملية الطحن. من خلال تسهيل رؤية المشغل لسطح PCC تحت الغطاء، يمكن تعديل معدات الطحن ويمكن تقليل الضرر الذي يلحق بالخرسانة الأساسية. يفي السطح النهائي المطحون بالماس لـ SR 202 بجميع معايير ADOT - فهو هادئ وناعم وجذاب - بالمقارنة مع أسطح الأسفلت، كانت قيمة IRI مواتية للغاية في عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي. يمكن الحصول على خصائص ضوضاء مماثلة لأنه على الرغم من أن رصيف AR-ACFC الجديد أكثر هدوءًا بحوالي 5 ديسيبل من أرضية الماس، إلا أنه عند استخدامه لمدة تتراوح بين 5 و9 سنوات، تكون نتائج قياسه مماثلة أو أعلى من مستوى الديسيبل. ليس فقط أن مستوى ضوضاء أرضية الماس SR 202 الجديدة منخفض جدًا للسائقين، بل يُصدر الرصيف أيضًا ضوضاء أقل في المجتمعات المجاورة.
دفع نجاح مشاريعهم الأولى إدارة النقل في أبوظبي (ADOT) إلى إطلاق ثلاثة مشاريع تجريبية أخرى لصقل الماس. وقد اكتمل صقل الماس في طريق برايس السريع (Loop 101). وسيُنفذ صقل الماس في طريق بيما السريع (Loop 101) في أوائل عام 2021، ومن المتوقع تنفيذ مشروع بناء الطريق السريع (Loop 101 I-17) المؤدي إلى الجادة 75 خلال السنوات الخمس المقبلة. ستتابع إدارة النقل في أبوظبي (ADOT) أداء جميع العناصر للتحقق من ثبات المفاصل، وما إذا كانت الخرسانة قد تقشرت، والحفاظ على جودة الصوت والقيادة.
على الرغم من عدم اكتمال جميع المشاريع التجريبية، إلا أن البيانات التي جُمعت حتى الآن تُبرر النظر في استخدام تقنية الطحن الماسي كبديل للطحن والردم التقليديين. تُظهر النتائج الأولية لدراسة التكلفة أن الوفورات المرتبطة باستخدام رصف الخرسانة والطحن الماسي لتحسين المظهر والنعومة والصوت يمكن أن تُقلل تكاليف الصيانة بما يصل إلى 3.9 مليار دولار أمريكي على مدى 30 عامًا.
باستخدام الرصف الخرساني الحالي في فينيكس، لا يقتصر الأمر على زيادة ميزانية الصيانة والحفاظ على سلامة المزيد من الطرق فحسب، بل تضمن متانة الخرسانة أيضًا تقليل الأعطال المتعلقة بصيانة الطرق. والأهم من ذلك، سيتمكن الجمهور من الاستمتاع بسطح قيادة سلس وهادئ.
راندي إيفرت هو أحد كبار المسؤولين الإداريين في وزارة النقل في وسط أريزونا.
IGGA هي جمعية تجارية غير ربحية تأسست عام ١٩٧٢ على يد مجموعة من المتخصصين المتفانين في هذا المجال، مُكرسة لتطوير عمليات طحن وحفر الماس لأسطح الخرسانة والإسفلت الأسمنتي البورتلاندي. في عام ١٩٩٥، انضمت IGGA إلى إحدى الشركات التابعة للجمعية الأمريكية للرصف الخرساني (ACPA)، مُشكلةً بذلك شراكة حماية رصف الخرسانة IGGA/ACPA (IGGA/ACPA CP3). تُعدّ هذه الشراكة اليوم موردًا تقنيًا ورائدًا في مجال التسويق العالمي لأسطح الرصف المُحسّنة، وإصلاح وحماية رصف الخرسانة. تتمثل مهمة IGGA في أن تصبح المورد التكنولوجي والترويجي الرائد لقبول واستخدام طحن وحفر الماس بشكل صحيح، بالإضافة إلى الحفاظ على وترميم PCC.