我国透水混凝土研究领域的知识图谱分析

2024-05-15杨旭光周海玲

安徽建筑 2024年4期

杨旭光，周海玲

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230000；2.安徽省七星工程测试有限公司，安徽合肥 230000；3.合肥城市学院，安徽合肥 238076）

1 引言

透水混凝土由骨料、胶结材料与水拌制而成，其具有宏观尺度的特殊孔隙结构[1]。其孔隙率可达到15%～35%，水渗透系数为1.4～12.2mm/s，表观密度为1600～2100kg/m3，抗压强度为2.8～28MPa[2]。由于透水混凝土具备良好的透水性能、高孔隙率、高透气性等特点，其在土木与环境工程领域已应用广泛[3]。随着城市基础设施建设的加快以及天然砂与砾石骨料等资源日益稀缺[4]，为考虑经济与环境效益影响，不断优化透水混凝土的性能与工艺具有重要意义。

目前，国内外均已对透水混凝土开展了大量研究。Yang J 等[5]通过将硅酸钠与复合硅烷改性再生骨料用于制备透水混凝土，硅酸钠与复合硅烷不能增强该混凝土的渗透性，其可封闭再生骨料内部孔隙可以提高该混凝土的力学与抗冻性能。Wang W 等[6]为弥补测试数据的局限性，通过数字模拟的方法计算了玄武岩纤维透水混凝土强度，该方法模拟结果与实验结果之间误差控制在5%范围内，且模拟结果很好地反映了试件破坏过程。Cominato V 等[7]将从建筑垃圾中回收的粗骨料作为原料制备透水混凝土，其抗压强度值高于20MPa，且使用该再生骨料可提高透水混凝土的渗透系数，为再生骨料代替天然粗骨料提供了可靠途径。陈守开等[8]以废玻璃颗粒、废弃混凝土为再生骨料透水混凝土，天然河砂以废玻璃颗粒替代时可促进水泥水化，当其替代率达到100%时，该混凝土抗压强度为24.19MPa，该强度比采用天然河砂时的强度提高了66.48%。李崇智等[9]为改善透水工程公路铺设抗压承载的不足，以正交试验方法考察配合比对抗压强度与透水系数影响，其优化所得的混凝土抗压强度与透水系数分别为45.9MPa、2.25mm/s，且上述指标满足大型公路路面铺设要求。杜青铉等[10]集3 种模型构建了一种混合模型预测方法，克服了单一预测模型所存在的局限性，提高了混凝土的透水系数预测精度，该模型具有较高的推广价值。尽管国内外已对透水混凝土技术进行了诸多报道，但透水混凝土技术目前的发展轨迹、研究领域热点与前沿尚未被揭示。为系统揭示我国透水混凝土技术研究发展历程，通过文献计量方法对该领域进行剖析具有重要理论价值。

为此，本文以中国知网（CNKI）1979-2022 年的面板数据为考察对象，采用软件CiteSpace[11]对所检索的数据进行挖掘、分析与梳理，主要从文献发文数量、作者群体、期刊来源与机构合作、关键词聚类等方面进行剖析，揭示我国透水混凝土的研究现状、发展历程及研究热点等，以期为透水混凝土技术研究提供借鉴。

2 材料与方法

2.1 数据来源

2022年12月31日在CNKI内的“期刊”高级检索条件下，以主题为“透水混凝土”，不限年份设置，文献语言为中文，以全部期刊为来源类型搜索获得2240条面板数据，以Reworks 格式导出所有符合条件的研究文献。

2.2 数据分析方法

CiteSpace5.7 由Chen C[12]研发，运行CiteSpace5.7.R1SE(64-bit)版本，选择寻径网络算法（Pathfinder networks caling），设置参数为Top=50 per slice，针对CNKI内检索到的样本文献（全部期刊）进行科学计量分析，并对获得的可视化图谱进行解析。

3 结果与分析

3.1 年度发文数量分析

我国透水混凝土研究的不同年份发文量如图1 所示，1979-2022 年文献量呈现先缓慢后快速增长趋势，最后趋于平衡稳定状态。通过文献数量增长趋势可将透水混凝土研究分3 个阶段，分别为奠基阶段（1979-2000 年）、发展阶段（2001-2013 年）、成熟阶段（2014年-）。

图1 年度发文量统计

奠基阶段（1979-2000 年）：该阶段文献发表数量处在潜伏状态，合计发表论文8 篇。此阶段主要是尝试性提出我国透水混凝土研究所存在的问题，王武祥等[13-14]主要研究了透水混凝土的透水性与强度指标，发现合理的集料级配、材料组成、配合比、生产制作工艺和条件等是上述两项指标的关键，且透水系数与抗压强度间存在反比关系。

发展阶段（2001-2013 年）：文献发表数量迅速增长，合计发表论文327 篇，年均发文量达25 篇。该阶段已对透水混凝土研究有了更深入理解，该阶段中张朝辉等[15]通过考察了水灰比、灰集比、胶结材料、集料性能对两项重要指标的影响，为透水混凝土的配合比优化提供了参考。

成熟阶段（2014 年-）：研究已不断开拓了新的思路与方法，不断对透水混凝土进行了理论与实践探索。研究已由宏观性能的研究转向更微观方面的研究，如材料改性[16]、机理的研究[17]、数字模拟研究[18]等。通过对年度发文量进行非线性拟合，其年度发文量最为符合Boltzmann 模型，其线性相关系数达到0.99743。

综上所述，年度发文量呈先慢后快的增长趋势，且该趋势最符合Boltzmann模型。

3.2 作者群体分析

图2为作者聚类知识图谱，图中节点数量与大小代表核心作者群体的频次，节点大小表示该作者出现频率高低；线条多少与粗细则分别表示合作强度、紧密性，联系程度越强则连线越多越粗。该领域学者存在少部分合作关系，早期奠基阶段大部分学者之间的合作趋向于独立，节点之间连线较少。目前涉及透水混凝土研究领域的学者较多，然而只有小部分学者间形成了较为稳定的合作关系，核心的合作网络初现雏形。作者发文量与单位如表1 所示，发文数量最多的作者为陈守开（18 篇），其次为石云兴、陈代果、蒋骞、王俊岭、郭磊，其发文量均达到10 篇以上。上述学者发文数量占该研究领域文献总量的3.51%，表明该研究领域作者集中度较高，且上述核心作者群体的研究内容为该领域研究奠定了基石。目前，陈守开等[19]采用废弃预制混凝土梁构件为再生骨料制备透水混凝土，其组合比为后续研究提供了重要参考，且该文献被引量已达到56。该作者与郭磊合作的文献[20]下载量达到1032，说明纤维改性再生骨料所制备透水混凝土其性能已受到研究者高度关注。尽管研究团队成员之间联系相对紧密，但研究团队与其他团队间的合作相对较少，未来应加强各学术研究团队之间的交流与合作，尤其可以通过学术研讨会、调研、考察等方式加强联系。

表1 作者发文量与单位

图2 发文作者图谱

3.3 期刊来源与机构合作分析

图3 为样本文献期刊来源统计图。该领域的文献主要来源于建筑科学与工程类期刊，其中载文所占比例最多的期刊为《混凝土》《混凝土与水泥制品》《新型建筑材料》《山西建筑》《江西建筑》等，《混凝土》载文量达到该领域的16.80%。

图3 文献期刊来源统计图

图4 为文献发文量最多的前20 机构，西南科技大学发文量最多（42篇）。

图4 文献发文量最多的前20机构

由图5 发文机构聚类知识图谱可知，节点越大发文量越多，其节点间连线较少表明机构间合作较少，由此可以确定该领域具有突出贡献的机构，可以看出河南省两家科研机构与华北水利水电大学合作紧密。

图5 发文机构合作图谱

3.4 关键词聚类分析

关键词聚类知识图谱如图6 所示，图中显示频次高的关键词有透水系数、力学性能、抗压强度、孔隙率、再生骨架、强度、海绵城市、数值模拟、骨料粒径等，且各关键词之间联系紧密。2009 年后关键词密集度下降，主要原因是透水混凝土研究方法已经趋近成熟，研究已从宏观向微观分析发展，如何在研究内容与研究方法方面进行创新已成为研究的瓶颈。突显关键词如表2 所示，未来持续研究的热点关键词为透水路面、配合比、热岛效应、钢渣。透水混凝土研究的时间线图见图7，图中关键词可以聚为10 类，自1995 年以来“抗压强度”“透水系数”“透水性”等为关键词的相关研究较多，且在2005-2022 年较为密集，说明此时间段的成果明显增多。