我國透水混凝土研究領(lǐng)域的知識圖譜分析

楊旭光，周海玲

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽省七星工程測試有限公司，安徽 合肥 230000；3.合肥城市學(xué)院，安徽 合肥 238076）

1 引言

透水混凝土由骨料、膠結(jié)材料與水拌制而成，其具有宏觀尺度的特殊孔隙結(jié)構(gòu)[1]。其孔隙率可達(dá)到15%～35%，水滲透系數(shù)為1.4～12.2mm/s，表觀密度為1600～2100kg/m3，抗壓強(qiáng)度為2.8～28MPa[2]。由于透水混凝土具備良好的透水性能、高孔隙率、高透氣性等特點(diǎn)，其在土木與環(huán)境工程領(lǐng)域已應(yīng)用廣泛[3]。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快以及天然砂與礫石骨料等資源日益稀缺[4]，為考慮經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益影響，不斷優(yōu)化透水混凝土的性能與工藝具有重要意義。

目前，國內(nèi)外均已對透水混凝土開展了大量研究。Yang J 等[5]通過將硅酸鈉與復(fù)合硅烷改性再生骨料用于制備透水混凝土，硅酸鈉與復(fù)合硅烷不能增強(qiáng)該混凝土的滲透性，其可封閉再生骨料內(nèi)部孔隙可以提高該混凝土的力學(xué)與抗凍性能。Wang W 等[6]為彌補(bǔ)測試數(shù)據(jù)的局限性，通過數(shù)字模擬的方法計(jì)算了玄武巖纖維透水混凝土強(qiáng)度，該方法模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間誤差控制在5%范圍內(nèi)，且模擬結(jié)果很好地反映了試件破壞過程。Cominato V 等[7]將從建筑垃圾中回收的粗骨料作為原料制備透水混凝土，其抗壓強(qiáng)度值高于20MPa，且使用該再生骨料可提高透水混凝土的滲透系數(shù)，為再生骨料代替天然粗骨料提供了可靠途徑。陳守開等[8]以廢玻璃顆粒、廢棄混凝土為再生骨料透水混凝土，天然河砂以廢玻璃顆粒替代時(shí)可促進(jìn)水泥水化，當(dāng)其替代率達(dá)到100%時(shí)，該混凝土抗壓強(qiáng)度為24.19MPa，該強(qiáng)度比采用天然河砂時(shí)的強(qiáng)度提高了66.48%。李崇智等[9]為改善透水工程公路鋪設(shè)抗壓承載的不足，以正交試驗(yàn)方法考察配合比對抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)影響，其優(yōu)化所得的混凝土抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)分別為45.9MPa、2.25mm/s，且上述指標(biāo)滿足大型公路路面鋪設(shè)要求。杜青鉉等[10]集3 種模型構(gòu)建了一種混合模型預(yù)測方法，克服了單一預(yù)測模型所存在的局限性，提高了混凝土的透水系數(shù)預(yù)測精度，該模型具有較高的推廣價(jià)值。盡管國內(nèi)外已對透水混凝土技術(shù)進(jìn)行了諸多報(bào)道，但透水混凝土技術(shù)目前的發(fā)展軌跡、研究領(lǐng)域熱點(diǎn)與前沿尚未被揭示。為系統(tǒng)揭示我國透水混凝土技術(shù)研究發(fā)展歷程，通過文獻(xiàn)計(jì)量方法對該領(lǐng)域進(jìn)行剖析具有重要理論價(jià)值。

為此，本文以中國知網(wǎng)（CNKI）1979-2022 年的面板數(shù)據(jù)為考察對象，采用軟件CiteSpace[11]對所檢索的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析與梳理，主要從文獻(xiàn)發(fā)文數(shù)量、作者群體、期刊來源與機(jī)構(gòu)合作、關(guān)鍵詞聚類等方面進(jìn)行剖析，揭示我國透水混凝土的研究現(xiàn)狀、發(fā)展歷程及研究熱點(diǎn)等，以期為透水混凝土技術(shù)研究提供借鑒。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2022年12月31日在CNKI內(nèi)的“期刊”高級檢索條件下，以主題為“透水混凝土”，不限年份設(shè)置，文獻(xiàn)語言為中文，以全部期刊為來源類型搜索獲得2240條面板數(shù)據(jù)，以Reworks 格式導(dǎo)出所有符合條件的研究文獻(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

CiteSpace5.7 由Chen C[12]研發(fā)，運(yùn)行CiteSpace5.7.R1SE(64-bit)版本，選擇尋徑網(wǎng)絡(luò)算法（Pathfinder networks caling），設(shè)置參數(shù)為Top=50 per slice，針對CNKI內(nèi)檢索到的樣本文獻(xiàn)（全部期刊）進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析，并對獲得的可視化圖譜進(jìn)行解析。

3 結(jié)果與分析

3.1 年度發(fā)文數(shù)量分析

我國透水混凝土研究的不同年份發(fā)文量如圖1 所示，1979-2022 年文獻(xiàn)量呈現(xiàn)先緩慢后快速增長趨勢，最后趨于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。通過文獻(xiàn)數(shù)量增長趨勢可將透水混凝土研究分3 個(gè)階段，分別為奠基階段（1979-2000 年）、發(fā)展階段（2001-2013 年）、成熟階段（2014年-）。

圖1 年度發(fā)文量統(tǒng)計(jì)

奠基階段（1979-2000 年）：該階段文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量處在潛伏狀態(tài)，合計(jì)發(fā)表論文8 篇。此階段主要是嘗試性提出我國透水混凝土研究所存在的問題，王武祥等[13-14]主要研究了透水混凝土的透水性與強(qiáng)度指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)合理的集料級配、材料組成、配合比、生產(chǎn)制作工藝和條件等是上述兩項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)鍵，且透水系數(shù)與抗壓強(qiáng)度間存在反比關(guān)系。

發(fā)展階段（2001-2013 年）：文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量迅速增長，合計(jì)發(fā)表論文327 篇，年均發(fā)文量達(dá)25 篇。該階段已對透水混凝土研究有了更深入理解，該階段中張朝輝等[15]通過考察了水灰比、灰集比、膠結(jié)材料、集料性能對兩項(xiàng)重要指標(biāo)的影響，為透水混凝土的配合比優(yōu)化提供了參考。

成熟階段（2014 年-）：研究已不斷開拓了新的思路與方法，不斷對透水混凝土進(jìn)行了理論與實(shí)踐探索。研究已由宏觀性能的研究轉(zhuǎn)向更微觀方面的研究，如材料改性[16]、機(jī)理的研究[17]、數(shù)字模擬研究[18]等。通過對年度發(fā)文量進(jìn)行非線性擬合，其年度發(fā)文量最為符合Boltzmann 模型，其線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99743。

綜上所述，年度發(fā)文量呈先慢后快的增長趨勢，且該趨勢最符合Boltzmann模型。

3.2 作者群體分析

圖2為作者聚類知識圖譜，圖中節(jié)點(diǎn)數(shù)量與大小代表核心作者群體的頻次，節(jié)點(diǎn)大小表示該作者出現(xiàn)頻率高低；線條多少與粗細(xì)則分別表示合作強(qiáng)度、緊密性，聯(lián)系程度越強(qiáng)則連線越多越粗。該領(lǐng)域?qū)W者存在少部分合作關(guān)系，早期奠基階段大部分學(xué)者之間的合作趨向于獨(dú)立，節(jié)點(diǎn)之間連線較少。目前涉及透水混凝土研究領(lǐng)域的學(xué)者較多，然而只有小部分學(xué)者間形成了較為穩(wěn)定的合作關(guān)系，核心的合作網(wǎng)絡(luò)初現(xiàn)雛形。作者發(fā)文量與單位如表1 所示，發(fā)文數(shù)量最多的作者為陳守開（18 篇），其次為石云興、陳代果、蔣騫、王俊嶺、郭磊，其發(fā)文量均達(dá)到10 篇以上。上述學(xué)者發(fā)文數(shù)量占該研究領(lǐng)域文獻(xiàn)總量的3.51%，表明該研究領(lǐng)域作者集中度較高，且上述核心作者群體的研究內(nèi)容為該領(lǐng)域研究奠定了基石。目前，陳守開等[19]采用廢棄預(yù)制混凝土梁構(gòu)件為再生骨料制備透水混凝土，其組合比為后續(xù)研究提供了重要參考，且該文獻(xiàn)被引量已達(dá)到56。該作者與郭磊合作的文獻(xiàn)[20]下載量達(dá)到1032，說明纖維改性再生骨料所制備透水混凝土其性能已受到研究者高度關(guān)注。盡管研究團(tuán)隊(duì)成員之間聯(lián)系相對緊密，但研究團(tuán)隊(duì)與其他團(tuán)隊(duì)間的合作相對較少，未來應(yīng)加強(qiáng)各學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)之間的交流與合作，尤其可以通過學(xué)術(shù)研討會、調(diào)研、考察等方式加強(qiáng)聯(lián)系。

表1 作者發(fā)文量與單位

圖2 發(fā)文作者圖譜

3.3 期刊來源與機(jī)構(gòu)合作分析

圖3 為樣本文獻(xiàn)期刊來源統(tǒng)計(jì)圖。該領(lǐng)域的文獻(xiàn)主要來源于建筑科學(xué)與工程類期刊，其中載文所占比例最多的期刊為《混凝土》《混凝土與水泥制品》《新型建筑材料》《山西建筑》《江西建筑》等，《混凝土》載文量達(dá)到該領(lǐng)域的16.80%。

圖3 文獻(xiàn)期刊來源統(tǒng)計(jì)圖

圖4 為文獻(xiàn)發(fā)文量最多的前20 機(jī)構(gòu)，西南科技大學(xué)發(fā)文量最多（42篇）。

圖4 文獻(xiàn)發(fā)文量最多的前20機(jī)構(gòu)

由圖5 發(fā)文機(jī)構(gòu)聚類知識圖譜可知，節(jié)點(diǎn)越大發(fā)文量越多，其節(jié)點(diǎn)間連線較少表明機(jī)構(gòu)間合作較少，由此可以確定該領(lǐng)域具有突出貢獻(xiàn)的機(jī)構(gòu)，可以看出河南省兩家科研機(jī)構(gòu)與華北水利水電大學(xué)合作緊密。

圖5 發(fā)文機(jī)構(gòu)合作圖譜

3.4 關(guān)鍵詞聚類分析

關(guān)鍵詞聚類知識圖譜如圖6 所示，圖中顯示頻次高的關(guān)鍵詞有透水系數(shù)、力學(xué)性能、抗壓強(qiáng)度、孔隙率、再生骨架、強(qiáng)度、海綿城市、數(shù)值模擬、骨料粒徑等，且各關(guān)鍵詞之間聯(lián)系緊密。2009 年后關(guān)鍵詞密集度下降，主要原因是透水混凝土研究方法已經(jīng)趨近成熟，研究已從宏觀向微觀分析發(fā)展，如何在研究內(nèi)容與研究方法方面進(jìn)行創(chuàng)新已成為研究的瓶頸。突顯關(guān)鍵詞如表2 所示，未來持續(xù)研究的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞為透水路面、配合比、熱島效應(yīng)、鋼渣。透水混凝土研究的時(shí)間線圖見圖7，圖中關(guān)鍵詞可以聚為10 類，自1995 年以來“抗壓強(qiáng)度”“透水系數(shù)”“透水性”等為關(guān)鍵詞的相關(guān)研究較多，且在2005-2022 年較為密集，說明此時(shí)間段的成果明顯增多。

表2 突顯關(guān)鍵詞

圖6 關(guān)鍵詞聚類知識圖譜

圖7 時(shí)間線圖

4 結(jié)論

我國透水混凝土研究領(lǐng)域年度發(fā)文量符合Boltzmann 模型，其變化趨勢呈先慢后快的增長趨勢，且在2014 年其數(shù)量達(dá)到平衡。該研究領(lǐng)域主要經(jīng)歷3 個(gè)階段，分別為奠基階段（1979-2000年）、發(fā)展階段（2001-2013 年）、成熟階段（2014年-）。

該研究發(fā)文數(shù)量最多的作者是陳守開（18 篇），且前6 位作者發(fā)文數(shù)量占該領(lǐng)域獻(xiàn)總量的3.52%。載文量最多的核心期刊為《混凝土》，發(fā)文量最多的機(jī)構(gòu)是西南科技大學(xué)（42 篇），而華北水利水電大學(xué)與河南省兩家科研機(jī)構(gòu)合作相對緊密。

關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較高為透水系數(shù)、力學(xué)性能、抗壓強(qiáng)度等，透水路面、配合比、熱島效應(yīng)、鋼渣是突顯關(guān)鍵詞。根據(jù)關(guān)鍵詞聚為10 類的結(jié)果綜合分析，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化混凝土配合比，不斷揭示透水混凝土的微觀機(jī)制，使得透水混凝土滿足工程要求是未來研究趨勢。