基于CiteSpace的國內再生瀝青路面研究可視化分析

林永亮,張 強,徐 燦

(貴州高速黔通建設工程有限公司,貴州 貴陽 550008)

0 引言

2019年9月,國務院印發《交通強國建設綱要》,明確指出“將生態環保理念貫穿交通基礎設施規劃、建設、運營和養護全過程”“提高資源再利用和循環利用水平,推進交通資源循環利用產業發展”[1]。瀝青混合料回收料(Reclaimed Asphalt Pavement,RAP)作為一種利用價值極高的可再生材料,具有顯著的節能減排效益,其再生利用對于促進公路綠色養護高質量發展具有積極意義。鑒于學界對瀝青路面再生技術進行經驗總結的文獻相對較少[2],本文借助CiteSpace軟件對相關文獻進行統計和可視化分析,旨在精準、系統地分析我國再生瀝青路面研究的現狀及熱點。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

項目采用可視化文獻計量分析軟件CiteSpace 6.2.R6分析再生瀝青路面研究的現狀、機構分布、熱點和趨勢等,以可視化知識圖譜的形式呈現再生瀝青路面研究的演變歷程。通過圖譜所表征研究現狀、機構和熱點等信息,能夠科學、有效地獲得該領域的研究圖景[3]。

1.2 數據來源

以“再生路面”“再生瀝青路”“再生瀝青”“瀝青再生劑”“瀝青路面材料回收”為主題詞在中國知網全文數據庫(CNKI)進行檢索,數據來源選擇北大核心期刊、CSSCI和CSCD,時間跨度限定在2001年1月—2023年11月,累計檢索有效文獻572篇。剔除重復文獻、報道等無效記錄后,共獲得有效文獻570條。

2 研究計量學分析結果

2.1 發文數量分析

根據發文數量的時間變化趨勢:2001—2012年為我國再生瀝青路面研究的萌芽階段,發文量穩定上升;2013—2023年為研究的快速發展階段,發文數量的增長趨勢進一步增強,說明再生瀝青路面研究的關注度得到顯著提升。這可能與《交通運輸部關于加快推進公路路面材料循環利用工作的指導意見》(交公路發〔2012〕489號)的發布有關,路面材料循環利用技術推廣得到交通運輸主管部門的積極引導與大力支持[4]。

2.2 發文作者分析

各領域的核心作者以及作者之間合作的疏密程度可通過作者合作分析進行辨識。圖譜結果為:作者291個,連線297條,網絡密度0.007。有3個節點較大,分別是吳超凡(湖南云中再生科技股份有限公司)、何兆益(重慶交通大學)、郭鵬(重慶交通大學)。其中,吳超凡與劉克菲、曾夢瀾構成了合作作者群簇。

2.3 發文機構分析

在發文機構方面,形成了以長安大學公路學院、重慶交通大學土木工程學院、東南大學交通學院等為中心的代表性發文機構。這3所機構的發文量在前12位發文機構中占42%左右,最具影響力。位于第1位的是長安大學公路學院,發文量36篇,形成了一系列以解決就地熱再生瀝青混合料性能、乳化瀝青及泡沫瀝青冷再生混合料性能優化、廠拌熱再生混合料優化設計等問題為主的研究成果。值得關注的是,機構的合作網絡較為分散,表明我國在瀝青路面再生相關領域的研究并沒有形成集聚現象。

3 再生瀝青路面研究熱點分析

3.1 關鍵詞共現分析

對關鍵詞進行分析,合并相近詞語后,出現一個包含292個節點、625條連線的關鍵詞共線網絡圖譜。剔除“道路工程”“再生瀝青”“瀝青路面”等不具有代表性的關鍵詞,依據熱點詞頻數和中心系數兩項指標得到排名前5位的關鍵詞(見表1),“再生劑”“路用性能”“冷再生”等頻數和中心系數皆高的關鍵詞是該領域內的焦點問題。

表1 我國再生瀝青路面研究領域高頻關鍵詞與高中心度關鍵詞

3.2 關鍵詞聚類分析

為更清楚地了解再生瀝青路面的研究方向,對關鍵詞進行聚類分析,得到關鍵詞的相關組合與主題(見圖1)。當圖譜模塊度Q(Modularity)數值大于0.3時,認為該結構具有顯著的聚類效果,本文Q=0.822 2>0.3;當加權平均輪廓值S(Weighted Mean Silhouette)大于0.7時,認為該聚類結構具有合理性,本文S=0.952 5>0.7,因此本文的聚類圖具有信度和效度,并且可以將研究熱點進一步歸納為4個方面。

圖1 關鍵詞聚類知識圖譜

3.2.1 瀝青路面再生機理研究

我國對瀝青路面的再生機理研究主要聚焦如何借助再生劑,通過組分調合機理和高分子溶液相容性機理恢復老化瀝青的流變特性。瀝青的再生是老化的逆過程,再生機理主要由組分調和理論和相溶性理論組成,從根本上都是對瀝青四組分之間定量關系的研究以重新實現四組分的協調和平衡。瀝青的再生,取決于再生劑在瀝青混合料中的分散和擴散過程,以及再生劑與瀝青的相容性。近年來各種再生劑被陸續研發[5-6],大部分再生劑可以有效改善老化瀝青的流變性能,并提高瀝青混合料的低溫性能和疲勞性能。

3.2.2 再生混合料長期性能研究

在再生瀝青路面工程實踐過程中,學界發現RAP的材料特性決定了再生瀝青混合料受到環境介質的影響更加顯著,其某些長期性能要顯著弱于普通新拌瀝青混合料,這導致RAP再生利用率較低、再生瀝青路面耐久性能較差[7-8]。由于銑刨回收得到的RAP材料表面均包裹了一層老化瀝青,這一層老化瀝青的存在使得再生瀝青混合料的模量偏高,相較于新瀝青混合料在低溫時更容易出現裂縫[9-10]。因此,亟須各地結合當地服役條件下環境因素對再生瀝青混合料環境敏感性和長期性能的影響規律開展研究,使再生混合料擁有優秀的長期服役性能。

3.2.3 高性能熱再生技術研究

我國瀝青熱再生技術領域的研究主要聚焦解決RAP摻量受限(廠拌熱再生摻配比例一般為30%)、舊瀝青在加熱拌和過程中老化以及熱再生過程不滿足清潔需求等問題[11]。對此,學界不斷加強高摻量熱拌瀝青混合料的研究,在未來仍需對RAP摻量和再生劑對再生混合料高溫性能、疲勞性能等方面的影響進行深入研究,在提高摻配比例的同時確保路用性能,并且推動溫拌瀝青再生技術的理論研究與溫拌添加劑研發。

3.2.4 高性能冷再生技術研究

我國在瀝青冷再生技術領域的研究主要聚焦材料組成與強度機理的研究[12-13]。一是通過提升抗車轍性能、抗水損害性能以及耐久性,提高冷再生混合料的應用層位,使其適用于更高等級的公路養護項目。二是針對冷再生混合料材料組成的復雜形貌及其對路用性能的影響,進一步加強微細觀結構研究,完善對復合膠漿以及各相界面力學行為的定量表征,通過料多尺度力學特性表征的研究解決再生混合料性能預估與路面服役期間病害發展程度無法匹配的矛盾。

4 結語

根據文獻和聚類分析結果,可以歸納我國再生瀝青路面的研究熱點。然而,伴隨著交通運輸主管部門對于養護周期成本的要求日益提高,關于如何提升再生瀝青路面使用壽命成為再生技術進一步推廣應用的關鍵。因此,研究者應結合行業發展,明晰研究現狀及未來發展方向,不斷對研究熱點問題進行跟蹤研究。