基于CiteSpace的国内再生沥青路面研究可视化分析

林永亮,张 强,徐 灿

(贵州高速黔通建设工程有限公司,贵州 贵阳 550008)

0 引言

2019年9月,国务院印发《交通强国建设纲要》,明确指出“将生态环保理念贯穿交通基础设施规划、建设、运营和养护全过程”“提高资源再利用和循环利用水平,推进交通资源循环利用产业发展”[1]。沥青混合料回收料(Reclaimed Asphalt Pavement,RAP)作为一种利用价值极高的可再生材料,具有显著的节能减排效益,其再生利用对于促进公路绿色养护高质量发展具有积极意义。鉴于学界对沥青路面再生技术进行经验总结的文献相对较少[2],本文借助CiteSpace软件对相关文献进行统计和可视化分析,旨在精准、系统地分析我国再生沥青路面研究的现状及热点。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

项目采用可视化文献计量分析软件CiteSpace 6.2.R6分析再生沥青路面研究的现状、机构分布、热点和趋势等,以可视化知识图谱的形式呈现再生沥青路面研究的演变历程。通过图谱所表征研究现状、机构和热点等信息,能够科学、有效地获得该领域的研究图景[3]。

1.2 数据来源

以“再生路面”“再生沥青路”“再生沥青”“沥青再生剂”“沥青路面材料回收”为主题词在中国知网全文数据库(CNKI)进行检索,数据来源选择北大核心期刊、CSSCI和CSCD,时间跨度限定在2001年1月—2023年11月,累计检索有效文献572篇。剔除重复文献、报道等无效记录后,共获得有效文献570条。

2 研究计量学分析结果

2.1 发文数量分析

根据发文数量的时间变化趋势:2001—2012年为我国再生沥青路面研究的萌芽阶段,发文量稳定上升;2013—2023年为研究的快速发展阶段,发文数量的增长趋势进一步增强,说明再生沥青路面研究的关注度得到显著提升。这可能与《交通运输部关于加快推进公路路面材料循环利用工作的指导意见》(交公路发〔2012〕489号)的发布有关,路面材料循环利用技术推广得到交通运输主管部门的积极引导与大力支持[4]。

2.2 发文作者分析

各领域的核心作者以及作者之间合作的疏密程度可通过作者合作分析进行辨识。图谱结果为:作者291个,连线297条,网络密度0.007。有3个节点较大,分别是吴超凡(湖南云中再生科技股份有限公司)、何兆益(重庆交通大学)、郭鹏(重庆交通大学)。其中,吴超凡与刘克菲、曾梦澜构成了合作作者群簇。

2.3 发文机构分析

在发文机构方面,形成了以长安大学公路学院、重庆交通大学土木工程学院、东南大学交通学院等为中心的代表性发文机构。这3所机构的发文量在前12位发文机构中占42%左右,最具影响力。位于第1位的是长安大学公路学院,发文量36篇,形成了一系列以解决就地热再生沥青混合料性能、乳化沥青及泡沫沥青冷再生混合料性能优化、厂拌热再生混合料优化设计等问题为主的研究成果。值得关注的是,机构的合作网络较为分散,表明我国在沥青路面再生相关领域的研究并没有形成集聚现象。

3 再生沥青路面研究热点分析

3.1 关键词共现分析

对关键词进行分析,合并相近词语后,出现一个包含292个节点、625条连线的关键词共线网络图谱。剔除“道路工程”“再生沥青”“沥青路面”等不具有代表性的关键词,依据热点词频数和中心系数两项指标得到排名前5位的关键词(见表1),“再生剂”“路用性能”“冷再生”等频数和中心系数皆高的关键词是该领域内的焦点问题。

表1 我国再生沥青路面研究领域高频关键词与高中心度关键词

3.2 关键词聚类分析

为更清楚地了解再生沥青路面的研究方向,对关键词进行聚类分析,得到关键词的相关组合与主题(见图1)。当图谱模块度Q(Modularity)数值大于0.3时,认为该结构具有显著的聚类效果,本文Q=0.822 2>0.3;当加权平均轮廓值S(Weighted Mean Silhouette)大于0.7时,认为该聚类结构具有合理性,本文S=0.952 5>0.7,因此本文的聚类图具有信度和效度,并且可以将研究热点进一步归纳为4个方面。

图1 关键词聚类知识图谱

3.2.1 沥青路面再生机理研究

我国对沥青路面的再生机理研究主要聚焦如何借助再生剂,通过组分调合机理和高分子溶液相容性机理恢复老化沥青的流变特性。沥青的再生是老化的逆过程,再生机理主要由组分调和理论和相溶性理论组成,从根本上都是对沥青四组分之间定量关系的研究以重新实现四组分的协调和平衡。沥青的再生,取决于再生剂在沥青混合料中的分散和扩散过程,以及再生剂与沥青的相容性。近年来各种再生剂被陆续研发[5-6],大部分再生剂可以有效改善老化沥青的流变性能,并提高沥青混合料的低温性能和疲劳性能。

3.2.2 再生混合料长期性能研究

在再生沥青路面工程实践过程中,学界发现RAP的材料特性决定了再生沥青混合料受到环境介质的影响更加显著,其某些长期性能要显著弱于普通新拌沥青混合料,这导致RAP再生利用率较低、再生沥青路面耐久性能较差[7-8]。由于铣刨回收得到的RAP材料表面均包裹了一层老化沥青,这一层老化沥青的存在使得再生沥青混合料的模量偏高,相较于新沥青混合料在低温时更容易出现裂缝[9-10]。因此,亟须各地结合当地服役条件下环境因素对再生沥青混合料环境敏感性和长期性能的影响规律开展研究,使再生混合料拥有优秀的长期服役性能。

3.2.3 高性能热再生技术研究

我国沥青热再生技术领域的研究主要聚焦解决RAP掺量受限(厂拌热再生掺配比例一般为30%)、旧沥青在加热拌和过程中老化以及热再生过程不满足清洁需求等问题[11]。对此,学界不断加强高掺量热拌沥青混合料的研究,在未来仍需对RAP掺量和再生剂对再生混合料高温性能、疲劳性能等方面的影响进行深入研究,在提高掺配比例的同时确保路用性能,并且推动温拌沥青再生技术的理论研究与温拌添加剂研发。

3.2.4 高性能冷再生技术研究

我国在沥青冷再生技术领域的研究主要聚焦材料组成与强度机理的研究[12-13]。一是通过提升抗车辙性能、抗水损害性能以及耐久性,提高冷再生混合料的应用层位,使其适用于更高等级的公路养护项目。二是针对冷再生混合料材料组成的复杂形貌及其对路用性能的影响,进一步加强微细观结构研究,完善对复合胶浆以及各相界面力学行为的定量表征,通过料多尺度力学特性表征的研究解决再生混合料性能预估与路面服役期间病害发展程度无法匹配的矛盾。

4 结语

根据文献和聚类分析结果,可以归纳我国再生沥青路面的研究热点。然而,伴随着交通运输主管部门对于养护周期成本的要求日益提高,关于如何提升再生沥青路面使用寿命成为再生技术进一步推广应用的关键。因此,研究者应结合行业发展,明晰研究现状及未来发展方向,不断对研究热点问题进行跟踪研究。