애리조나 고속도로를 포틀랜드 시멘트 콘크리트로 복원하는 것은 다이아몬드 연삭을 표준 연삭 및 충진의 대안으로 사용하는 것의 이점을 입증할 수 있습니다. 전망에 따르면 30년 동안 유지 보수 비용이 39억 달러 절감될 것으로 예상됩니다.
본 기사는 2020년 12월 IGGA(International Grooving and Grinding Association) 기술 컨퍼런스에서 처음 개최된 웨비나를 바탕으로 작성되었습니다. 아래에서 전체 데모를 시청해 보세요.
피닉스 지역 주민들은 매끄럽고, 아름답고, 조용한 도로를 원합니다. 그러나 폭발적인 인구 증가와 이에 따른 재정 부족으로 인해 지난 10년 동안 이 지역의 도로 상황은 악화되어 왔습니다. 애리조나 교통국(ADOT)은 고속도로망을 유지하고 시민들이 기대하는 도로 환경을 조성하기 위한 창의적인 해결책을 모색하고 있습니다.
피닉스는 미국에서 다섯 번째로 인구가 많은 도시이며, 계속해서 성장하고 있습니다. 435마일(약 720km)에 달하는 이 도시의 도로 및 교량망은 애리조나 교통국(ADOT)의 중심 지역에서 관리하고 있으며, 대부분 4차선 고속도로와 추가 대형 차량 전용(HOV) 차선으로 구성되어 있습니다. 연간 5억 달러의 건설 예산을 투입하는 이 지역은 매년 교통량이 많은 도로망에서 20~25건의 건설 프로젝트를 진행합니다.
애리조나는 1920년대부터 콘크리트 포장을 사용해 왔습니다. 콘크리트는 수십 년 동안 사용할 수 있으며 20~25년마다 유지 관리만 하면 됩니다. 애리조나의 경우 40년간의 성공적인 경험 덕분에 1960년대 주요 고속도로 건설에 콘크리트를 사용할 수 있었습니다. 당시 콘크리트로 도로를 포장한다는 것은 도로 소음 측면에서 균형을 맞추는 것을 의미했습니다. 이 기간 동안 콘크리트 표면은 주석 도금(교통 흐름에 수직으로 콘크리트 표면에 금속 갈퀴를 당기는 것)으로 마감되며 주석 도금된 콘크리트 위를 달리는 타이어는 시끄럽고 일관된 윙윙거리는 소리를 냅니다. 2003년 소음 문제를 해결하기 위해 포틀랜드 시멘트 콘크리트(PCC) 위에 1인치 아스팔트 고무 마찰층(AR-ACFC)을 적용했습니다. 이는 일관된 외관, 조용한 소음 및 편안한 이동을 제공합니다. 그러나 AR-ACFC의 표면을 보존하는 것은 어려운 일로 판명되었습니다.
AR-ACFC의 설계 수명은 약 10년입니다. 애리조나 고속도로는 현재 설계 수명을 초과하여 노후화되고 있습니다. 층상화 및 관련 문제는 운전자와 교통부에 문제를 야기합니다. 층상화는 일반적으로 도로 깊이 약 2.5cm(1인치 두께의 고무 아스팔트가 하부 콘크리트에서 분리되어 발생)의 손실로 이어지지만, 운전자들은 층상화 지점을 포트홀로 간주하여 심각한 문제로 인식합니다.
ADOT는 다이아몬드 연삭, 차세대 콘크리트 표면 처리, 그리고 슬립 그라인더 또는 마이크로 밀링을 이용한 콘크리트 표면 마감을 테스트한 결과, 다이아몬드 연삭으로 얻은 세로 질감이 보기 좋은 코듀로이 외관과 우수한 주행 성능(낮은 IRI 수치에서 알 수 있듯이) 및 낮은 소음 배출을 제공한다는 것을 확인했습니다. 랜디 에버렛 및 애리조나 교통부
애리조나는 도로 상태를 측정하기 위해 국제 조도 지수(IRI)를 사용하고 있으며, 그 수치는 지속적으로 감소하고 있습니다. (IRI는 조도 통계 자료의 일종으로, 국가 기관에서 포장 관리 시스템의 성과 지표로 거의 보편적으로 사용됩니다. 수치가 낮을수록 조도가 낮음을 의미하며, 이는 바람직한 수치입니다.) 2010년 IRI 측정에 따르면, 이 지역 주간 고속도로의 72%가 양호한 상태였습니다. 2018년에는 이 비율이 53%로 감소했습니다. 국도 시스템 노선 또한 감소 추세를 보이고 있습니다. 2010년 측정 결과, 도로의 68%가 양호한 상태였지만, 2018년에는 이 비율이 35%로 감소했습니다.
비용이 증가하고 예산이 감당할 수 없게 되자, 2019년 4월 ADOT는 이전보다 더 나은 보관 옵션을 모색하기 시작했습니다. 10~15년의 설계 수명 기간 내에 양호한 상태를 유지하고 있는 포장도로의 경우, 그리고 기존 포장도로를 양호한 상태로 유지하는 것이 점점 더 중요해지고 있는 경우, 균열 밀봉, 분무 밀봉(얇고 가벼운 저속 응고 아스팔트 에멀젼을 도포하는 방식), 또는 개별 포트홀 보수 등이 있습니다. 설계 수명을 초과한 포장도로의 경우, 손상된 아스팔트를 갈아내고 새로운 고무 아스팔트 덧씌우기를 적용하는 방법도 있습니다. 그러나 보수해야 할 면적이 너무 넓어 비용이 너무 많이 듭니다. 아스팔트 표면을 반복적으로 갈아내는 작업의 또 다른 어려움은, 분쇄 장비가 하부 콘크리트에 영향을 미치고 손상시킬 수밖에 없으며, 특히 줄눈 부분의 콘크리트 재료 손실이 심각하다는 점입니다.
애리조나가 원래 PCC 표면으로 돌아온다면 어떻게 될까요? ADOT는 주 내 콘크리트 고속도로가 장기적인 구조적 안정성을 제공하도록 설계되었다는 것을 알고 있습니다. 해당 부서는 기존 PCC를 활용하여 원래 톱니 모양의 표면을 개선하여 조용하고 주행하기 편리한 도로를 만들 수 있다면, 수리된 도로의 수명이 더 길어지고 유지 보수가 필요할 것이라는 점을 깨달았습니다. 또한 아스팔트보다 훨씬 경제적입니다.
피닉스 북쪽 SR 101 프로젝트의 일환으로 AR-ACFC 층이 제거되었으므로 ADOT는 기존 콘크리트를 활용하면서 매끄러움, 조용한 승차감, 양호한 도로 외관을 보장하는 미래 솔루션을 모색하기 위해 4개의 테스트 구간을 설치했습니다. 부서는 다이아몬드 연삭과 차세대 콘크리트 표면(NGCS)을 검토했습니다. NGCS는 토양 단면이 제어되고 전체적으로 음수 또는 하향 질감을 갖는 질감으로, 특히 저소음 콘크리트 포장으로 개발되었습니다. ADOT는 또한 슬라이딩 연삭기(기계가 볼 베어링을 도로 표면으로 유도하여 마찰 특성을 개선하는 공정) 또는 마이크로 밀링을 사용하여 콘크리트 표면을 마감하는 것을 고려하고 있습니다. 각 방법을 테스트한 후, ADOT는 다이아몬드 연삭으로 얻은 종방향 질감이 기분 좋은 코듀로이 외관과 우수한 승차감(낮은 IRI 값에서 알 수 있듯이) 및 저소음을 제공한다는 것을 확인했습니다. 다이아몬드 연삭 공정은 또한 이전에 밀링으로 손상된 콘크리트 영역, 특히 조인트 주변을 보호하기에 충분히 부드러운 것으로 입증되었습니다. 다이아몬드 연삭은 또한 비용 효율적인 솔루션입니다.
2019년 5월, ADOT는 피닉스 남부 지역에 위치한 SR 202의 작은 구간을 다이아몬드 연마하기로 결정했습니다. 15년 된 AR-ACFC 도로는 너무 느슨하고 층이 많아서 느슨한 돌들이 앞 유리에 떨어졌고 운전자들은 매일 날아오는 돌에 의해 앞 유리가 손상된다고 불평했습니다. 이 지역의 손해 배상 청구 비율은 전국의 다른 지역보다 높습니다. 또한 보도는 매우 시끄럽고 운전하기 어렵습니다. ADOT는 SR 202를 따라 0.8km 길이의 오른쪽 두 차선에 다이아몬드 마감 처리를 선택했습니다. 그들은 로더 버킷을 사용하여 아래 콘크리트를 손상시키지 않고 기존 AR-ACFC 층을 제거했습니다. 이 부서는 4월에 PCC 도로로 복귀하는 방법을 브레인스토밍하던 중 이 방법을 성공적으로 테스트했습니다. 프로젝트가 완료된 후, ADOT 담당자는 운전자가 향상된 승차감과 소음 특성을 경험하기 위해 AR-ACFC 차선에서 다이아몬드 연마 콘크리트 차선으로 이동한다는 것을 발견했습니다.
모든 시범 프로젝트가 완료된 것은 아니지만, 비용에 대한 예비 조사 결과에 따르면 콘크리트 포장과 다이아몬드 연삭을 통해 외관, 매끄러움, 그리고 소음을 최적화함으로써 연간 최대 39억 달러의 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났습니다. 30년 동안 랜디 에버렛과 애리조나 교통부는 다음과 같이 밝혔습니다.
이 무렵, 마리코파 정부 협회(MAG)는 지역 고속도로 소음 및 주행성을 평가한 보고서를 발표했습니다. 이 보고서는 도로망 유지 관리의 어려움을 인정하고 도로의 소음 특성에 초점을 맞추고 있습니다. 핵심 결론은 AR-ACFC의 소음 저감 효과가 매우 빠르게 사라지기 때문에 "고무 아스팔트 오버레이 대신 다이아몬드 연삭 처리를 고려해야 한다"는 것입니다. 또 다른 동시 개발은 다이아몬드 연삭을 허용하는 유지보수 조달 계약으로, 해당 계약자는 유지보수 및 시공을 위해 선정되었습니다.
ADOT는 다음 단계로 나아갈 때라고 판단하고 2020년 2월에 SR 202에서 더 큰 다이아몬드 연삭 프로젝트를 시작할 계획입니다. 이 프로젝트는 경사 구간을 포함하여 길이 4마일, 폭 4차선 구간을 포함합니다. 해당 구역은 로더를 사용하여 아스팔트를 제거하기에는 너무 넓어 밀링 머신을 사용했습니다. 부서는 밀링 계약자가 밀링 공정 중 가이드로 사용할 수 있도록 고무 아스팔트에 스트립을 절단합니다. 작업자가 덮개 아래에 있는 PCC 표면을 더 쉽게 볼 수 있도록 함으로써 밀링 장비를 조정하고 하부 콘크리트 손상을 최소화할 수 있습니다. SR 202의 최종 다이아몬드 연삭 표면은 모든 ADOT 기준을 충족합니다. 조용하고 매끄럽고 보기 좋습니다. 아스팔트 표면과 비교했을 때, 1920년대와 1930년대에는 IRI 값이 매우 좋았습니다. 이러한 유사한 소음 특성은 새로운 AR-ACFC 포장이 다이아몬드 지반보다 약 5dB 더 조용하지만, AR-ACFC 포장을 5~9년 동안 사용했을 때 측정 결과가 비슷하거나 더 높은 dB 수준으로 나타나기 때문에 얻을 수 있습니다. 새로운 SR 202 다이아몬드 지반은 운전자에게 매우 낮은 소음 수준을 제공할 뿐만 아니라, 인근 지역의 소음 발생량도 줄어듭니다.
ADOT는 초기 프로젝트의 성공에 힘입어 세 건의 다이아몬드 연삭 시범 사업을 추가로 시작했습니다. 루프 101 프라이스 고속도로의 다이아몬드 연삭은 완료되었습니다. 루프 101 피마 고속도로의 다이아몬드 연삭은 2021년 초에 진행될 예정이며, 루프 101 I-17에서 75번가까지 이어지는 구간의 공사는 향후 5년 안에 완료될 예정입니다. ADOT는 모든 항목의 성능을 추적하여 이음매 지지력, 콘크리트 박리 여부, 그리고 승차감 및 소음 수준을 점검할 예정입니다.
모든 시범 프로젝트가 완료된 것은 아니지만, 지금까지 수집된 데이터는 다이아몬드 연삭을 표준 연삭 및 충진의 대안으로 고려할 만한 근거를 제시합니다. 비용 조사의 예비 결과에 따르면, 콘크리트 포장과 다이아몬드 연삭을 통해 외관, 매끄러움, 그리고 소음을 최적화함으로써 30년간 최대 39억 달러의 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났습니다.
피닉스의 기존 콘크리트 포장을 활용하면 유지 관리 예산을 늘리고 더 많은 도로를 양호한 상태로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 내구성 덕분에 도로 유지 관리로 인한 지장을 최소화할 수 있습니다. 무엇보다도, 시민들은 매끄럽고 조용한 주행 환경을 누릴 수 있게 될 것입니다.
랜디 에버렛은 애리조나 중부 교통부의 수석 부서 관리자입니다.
IGGA는 1972년 포틀랜드 시멘트 콘크리트 및 아스팔트 표면용 다이아몬드 연삭 및 그루빙 공정 개발에 헌신하는 업계 전문가들이 설립한 비영리 무역 협회입니다. 1995년, IGGA는 미국 콘크리트 포장 협회(ACPA) 산하 단체에 가입하여 오늘날의 IGGA/ACPA 콘크리트 포장 보호 파트너십(IGGA/ACPA CP3)을 결성했습니다. 오늘날 이 파트너십은 최적화된 포장 표면, 콘크리트 포장 보수 및 포장 보호 분야의 글로벌 마케팅을 선도하는 기술 자원입니다. IGGA의 사명은 다이아몬드 연삭 및 그루빙의 올바른 사용과 수용, 그리고 PCC 보존 및 복원을 위한 선도적인 기술 및 홍보 자원이 되는 것입니다.
게시 시간: 2021년 9월 8일