再生透水沥青混凝土的混合行为研究：骨料迁移与粘结剂扩散机制解析

【编辑推荐】针对再生沥青路面(RAP)资源浪费问题，本研究创新性地采用发光骨料(LA)和荧光显微技术(FM)，结合数字图像处理(DIP)和主成分分析(PCA)，系统探究了再生透水沥青混凝土(RPAC)中骨料迁移与粘结剂扩散的混合行为。研究发现，0~1.18 mm骨料迁移程度不超过50%，而粘结剂扩散率达90%，揭示了RAP团聚导致的不均匀性是影响RPAC性能的关键，为优化施工工艺提供了理论依据。

　　

随着全球每年产生13亿吨建筑固废的严峻形势，再生沥青路面(RAP)的堆积已成为道路行业可持续发展的重大挑战。传统热再生沥青混合料(HRAM)常被假设为完全均质，但实际工程中RAP与新材料的混合不均会导致早期病害。尤其对于具有开级配结构的透水沥青混凝土(PAC)，其高孔隙特性使RAP的混合行为更为复杂。如何精准表征RAP骨料与新鲜材料的交互过程，成为提升再生透水沥青混凝土(RPAC)性能的核心科学问题。

长安大学的研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表论文，首次将发光骨料(LA)作为示踪剂，结合荧光显微技术和数字图像处理，建立了RPAC混合行为的可视化分析方法。通过设计对照实验组，定量揭示了不同搅拌条件下骨料迁移与粘结剂扩散的规律，并采用主成分分析(PCA)解析了影响混合状态的关键因素。

关键技术包括：1) 采用可吸激发光的LA替代常规骨料，实现0-1.18 mm、1.18-2.36 mm、2.36-4.75 mm三档粒径的迁移追踪；2) 通过荧光显微镜观测新旧沥青的扩散界面；3) 基于图像二值化处理计算混合均匀度指数；4) 利用PCA降维分析89.1%混合行为贡献率的主成分。

【迁移行为分析】
截面图像显示，RAP团聚形成37个黑色聚集区，导致LA分布不均。定量分析表明，0-1.18 mm细骨料迁移最活跃，但最高迁移度仅47.3%，而中粗骨料迁移度不足30%。搅拌时间延长至90秒时，细骨料迁移度提升12.8%，但RAP预热温度超过130℃后会产生沥青老化反效应。

【扩散行为解析】
荧光显微图像中，新旧沥青形成"海岛结构"，扩散前沿呈现梯度变化。当RAP掺量达30%时，粘结剂扩散率可达93.5%，但局部未扩散区域仍存在明显性能短板。通过灰度直方图建立的扩散指数(DI)显示，完全混合状态与实际混合状态的DI差值达41.7%。

【主成分分析】
PCA结果表明，0-1.18 mm骨料迁移度与粘结剂扩散度共同贡献89.1%的混合行为变异，其中前者载荷为0.83，后者达0.91。这证实细骨料运动和沥青交融是决定RPAC均匀性的两大支柱因素。

研究结论突破性地指出：LA标记技术可有效区分新旧骨料分布，RAP团聚造成的"骨料阴影区"是混合不均的主因。虽然粘结剂扩散率高达90%，但骨料迁移不足50%的现状说明现行工艺仍需优化。该成果不仅建立了RPAC混合行为的定量评价体系，其LA追踪方法更为复杂基质材料的界面研究提供了新范式。未来研究可结合X射线断层扫描(CT)技术，进一步揭示三维空间内的迁移-扩散耦合机制。