ym ya,highway engineering It’s time to reveal the answer~ 啊嘞...先简明扼要地做一下道路建筑材料这方面的科普,就可以更好的抛砖引玉了 中国的高速公路是按照交通部“7918 工程规划网”进行建设的(如下图),由 7 条首都放射线(红色线条)、9 条南北纵线(蓝色线条)和 18 条东西横线(绿色线条)组成,简称为“7918”网。 引述这个背景呢就是想强调咱们国家高速发展之迅猛,虽然分布微不均匀,但是总里程已经超过 10 万公里了(至于是不是为了赶超美国的 8.4 还是 8.5 万这个数据就不得而知了) 在这么注重高速公路建设的国家,在道路材料上也是做足了功课。高速公路普遍应用沥青混合料作为面层铺筑材料。沥青混合料的优点非常显著,原材料是粘合作用的沥青结合料、粗集料(即碎石砾石)、细集料(即细砂石)、填料(如矿粉)还有一些外添加剂(如减水剂和引气剂),而这些材料中石头、沙子什么的贵么?材源极广,所以不贵;细矿粉什么的好找吗?采矿场什么的都可以低价回收,so 不贵;沥青这种东东既可以从原油中提炼(提炼也有常减压、氧化提炼多种工艺),也可以从煤啊、焦油啊、页岩啊各种原料中干馏得到的。 All to all !沥青混合料第一个优点就是它并不昂贵;其次对于沥青道路,其施工灵活性挺强的,可以采用全机械施工(搅拌→运输→摊铺→碾压) 而且,沥青路面施工后立刻就能全面开放并投入使用,换句话说,沥青路修到哪,车就可以开到哪(相比之下,水泥混凝土则需要一定的养护龄期来提升其凝结强度,其不足就体现无遗了); 其他与本问题无关的优点就不提了... 作为道路建筑材料的沥青,也要从稳定性(高温、低温、水),耐老化能力、抗疲劳性能和抗滑性能等指标进行评估。(马上进入 LZ 所问环节,略显手忙脚乱呢..) 为了简化这个解释,姑且先回想一个常识:好比一支蜡烛,温度高了,蜡烛会软化变成流动状态,这个时候它可以被塑造成各种各样的形状,但是温度一旦降低,蜡烛就凝结成了你最终把它塑造的样子。 沥青材料具有胶结各材料的黏结性,同时也具有一定的流动性能,并且感温性较大,非常容易受到温度的影响。温度过高时沥青呈现粘稠液体状态,例如热拌沥青 HMA 的拌合温度控制在 150~180℃,可充分发挥其流动性能,使搅拌操作易于进行。 沥青成分中的饱和分和芳香分在 -20℃时呈硬化石蜡状,三个字形容——“嘎嘣儿脆” 沥青中要控制这两种成分不要超过限值,否则低温时不仅易脆、且抗滑性、黏附性都会下降。 低温主要以评价沥青混合料的抗裂性为主,主要出现的道路病害现象有:裂痕、坑槽、唧浆(以图的形式展示) 常见的裂纹有上图所示的横裂纹,还有网状裂纹以及 LZ 所见得经修补的纵向裂纹 横缝(垂直行车方向的裂缝)是温度变化产生的内应力导致,纵缝(沿着行车方向)多是地基中不均匀沉降、填料不均匀、冻胀等因素造成的,破坏形式类似简支梁的受弯破坏。上图中展示有对纵缝的养护,过去采用的是大茶壶灌沥青,美观大打折扣,现在是用专业的开槽灌缝机,使养护沥青结合料沿着缝隙延伸到裂缝最深处,逐渐填满,起到二次胶结作用。 在公路建设上,横缝问题就不是问题,只是影响美观,不影响行车。纵缝证明路基质量有问题,或者说设计者没考虑全产生纵缝的原因,但总体上纵缝是影响路面的使用寿命的。 对于气温普遍较低且低温持续时间长的,比如我国北方地区,修建高速或者沥青公路时应选用软化点较高、黏稠度较低、针入度较大的沥青。 在高温时,沥青变软(回想蜡烛模型),可塑性提高,对于急刹车、转弯、爬陡坡、停车发动车出现频率较高的场所,应该采用黏稠度较高,沥青标号较小(沥青标号是用针入度来划分的 比如 70#沥青 是指针入度在 60~80 之间的沥青,以此类批。)的材料。否则会出现显著的高温变形,常见的道路病害比如:车辙、拥包、搓板 可能会有人问,车辙危害怎么这么严重?施工时难道都不考虑这些变形吗?难道设计者没有选对合适的材料? no no no,讲到车辙这种国内最常见的公路病害,就应该追根溯源,把最直接导致它的外因刨出来——渠化交通 渠化交通就是采用诸如道路标线、交通设施、交通岛等方式,将车流、人流引入规定的行驶道路上,使人车分流、车车分流,达到各行其道互不影响的交通组织方法。通过渠化交通的组织,行人减少与车流的冲突机会,非机动车与机动车、上下行车流都能分开行驶。这种交通组织形式的优点尤其在交叉口附近最为突出。如下图这个平面交叉口,从行人角度分析,四个安全岛无形地时左右转车流和直行车流分开,各走各的,行人过斑马线时只用观察所属车道,降低了过马路压力和风险。其他优点不一一列举,总之就是渠化交通是减少交叉口冲突点最有效的方式...B ! U ! T ! But..渠化交通带来好处的同时,由于固定了每一股车流的轨迹和走向,就给道路造成了更大了承载负担。这就如同用一支笔反复沿着一条轨迹线在纸上来回划,纸会很快就在划过的地方裂开是一个道理。道路在这种小于其极限荷载的反复作用下,丧失其结构功能,That is called “疲劳”。而道路能够承受这种反复荷载的次数称之为道路的寿命。 这就能解释,为什么设计者考虑到地区气候因素并采用相应的合适材料,仍会出现类似车辙这种不可恢复变形。这不正如鲁迅那句话吗—— “这世上本没有路,走的人多了便有了路” 后附一张图,方便各位理解渠化交通对道路的影响效果 查看知乎原文