柏油混凝土(常称为柏油、黑色路面或在英美的铺路用语中称为tarmac或白色沥青)是一种复合材料,广泛用于道路、停车场、机场及堤坝的表面。这种混合物自十九世纪以来就已经用于铺路,其中包括矿物集料,并以沥青为界面物质,依层铺装和压实。柏油混凝土的历史显示出它的多样性和发展,尤其是与几位发明家的贡献有着密切关系。
自古以来,人类便已有使用天然沥青的纪录,从美索不达米亚到罗马帝国,沥青已经被用于防水及建设道路。
在古代,天然沥青被用来防水,如防水寺庙的浴池、仓库及沟渠等,甚至连古巴比伦的街道也曾使用过沥青来铺设。十八世纪末期,法国首次尝试用这种材料来铺设道路,并逐步将这种技术扩大到其他城市。
到十九世纪,随着交通的增加,需求也逐渐上升。 1829年,法国林尼的潜水通道便使用了天然沥青与集料的混合物,并为日后铺路技术的发展奠定了基础。
1869年,英国伦敦的Threadneedle Street街道被改建为使用瑞士天然沥青的路面,这在当时造成了相当大的影响。
接下来的重要进展源自比利时-美国化学家爱德华·德斯梅特(Edward De Smedt)。 1870年,他在哥伦比亚大学发明了一种用加热的天然沥青与沙子混合的技术。这种材料及其锻造成的技术设定了柏油混凝土的标准,让他获得了美国专利。
在接下来的几十年中,英国土木工程师艾德加·帕内尔·霍利(Edgar Purnell Hooley)于1902年进一步改进了这一技术,并创立了一家专门推广此技术的公司。他将这种材料称为「tarmac」,即「沥青与马克丹混合物」,并成为了今日柏油混凝土的基础。
柏油混凝土的化学特性使其在路面的施行中展现出优越的耐久性与经济性,特别是在高流量的交通环境中。
随着技术的发展,各种不同类型的柏油混凝土应运而生,包括热拌柏油混凝土(HMA)、温拌柏油混凝土(WMA)等。这些混合物不仅在施工时使环境影响降至最低,还提高了施工效率。如HMA常用于汽车流量大的公路和赛道,因其能够提供良好的路面性能及承载能力。
柏油混凝土的使用并非没有挑战。随着时间的推移,柏油会遭遇各种破坏,例如裂缝、坑洞等。这些问题的出现一部分源于施工质量不良、环境影响和交通负荷等多重因素。由于柏油的物理特性,这些问题不但影响路面的寿命,还会造成相应的维护成本。
适当的设计和维护可以显著延长道路的使用寿命,减少未来的维修需求。
柏油混凝土的回收利用性也是当今工程师考虑的重点,许多旧的柏油路面可以被回收再利用,这不仅环保,还能降低建设成本。根据统计,美国的柏油混凝土回收率是所有建材中最高的,这使其在可持续发展上成为一种优选材料。
当我们回顾柏油混凝土的演变历史,从古代的使用到现代的创新,这段旅程提醒我们技术如何随时间进步。这不禁让我们想问:在对抗当代交通挑战和环境危机的过程中,未来的柏油混凝土还能如何进一步演化与创新?