我国泡沫混凝土研究领域的知识图谱分析.pdf

安徽建筑中图分类号：TU50文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）5-0096-04DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.5.0340引言泡沫混凝土作为一种典型的节能环保建筑材料，其通过添加合适的发泡剂引入气泡，其干密度可设计为 400 1900 kg/m31。由于泡沫混凝土具有高流动性、高孔隙率、低自重等特点，其在隔热性、耐火性、隔音性等方面性能优异2。由于泡沫混凝土已被广泛应用与研究，其已在建筑节能、缩短施工周期、降低地震风险等方面发挥重要作用3。泡沫混凝土可以根据引气方法、养护方法、干密度大小等进行分类，且根据分类方法的不同衍生为种类诸多的产品4。然而，为不断提高泡沫混凝土性能与工艺，不断开发与研究泡沫混凝土仍具有重要价值。最近，Song N等5提出了一种基于碳量子点制备超稳定泡沫的新方法，加入碳量子点的泡沫混凝土的力学性能从3.38MPa 提 高 至 4.64MPa，100500m 内的孔隙百分比增加 70.47%，添加碳量子点可以减小孔径与降低热导率，且泡沫混凝土的抗收缩性与均匀性均有改善。其主要原因是碳量子点可以均匀地吸附在泡沫表面，以及可以填充毛细孔。Xiao J等6从废混凝土中提取粉末（RP）用作补充胶凝材料制备泡沫混凝土，抗压强度随RP的增加而降低，RP的掺入可以降低泡沫混凝土的导热性，当RP置换率为30%时达到最低值，泡沫混凝土的孔隙率与最大孔径增加随RP含量而增加，结果表明RP适用于生产泡沫混凝土。Salami B A等7提出基于人工智能（AI）技术模型来预测泡沫混凝土抗压强度，人工神经网络（ANN）、基因表达编程（GEP）、梯度增强树（GBT）模型所获得的线性相关系数均高于0.8，但 GBT 模型验证数据的相关性最高（0.977），皮尔逊相关系数表明泡沫混凝土密度与抗压强度呈强正相关，即说明密度对泡沫混凝土抗压强度起重要作用。张磊等9采用生土、水泥、减水剂等为原料制备了生土泡沫混凝土，密度等级为 3001 200kg/m3的混凝土，其抗压强度、导热系数、吸水率分别为0.810.3MPa、0.080.27W/（mK）、6.5%67.7%，且该泡沫混凝土满足现有规定要求。朱正国等9通过正交实验优化钢纤维泡沫混凝土试块配比，该混凝土的抗拉强度、抗压强度与钢纤维体积率呈正相关，且该研究获得的混合料配比满足初期支护强度要求，钢纤维泡沫混凝土减震率为 26.1%42.8%。陈徐东等10为考察泡沫混凝土梁的断裂特性及裂缝扩展状况，设计了不同加载速率条件下的三点弯断裂实验，梁的峰值荷载因加载速率增大而升高，加载速率效应随梁密度增大而降低。通过扩展有限元方法模拟梁裂缝扩展结果与实验结果相吻合，从而验证了模拟方法的精确性与合理性。拉伸裂缝主要出现在达到峰值荷载前，剪切裂缝出现在达到峰值荷载后。尽管国内外已对泡沫混凝土技术进行了诸多报道，但是泡沫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。因此，采用大数据方法揭示泡沫混凝土技术领域发展有助于为后续研究奠定理论基础。基于此，为系统分析我国泡沫混凝土研究的发展历程，以中国知网（CNKI）2000-2022年的面板数据为研究样本，采用信息可视化软件CiteSpace对所检索的数据进行挖掘、分析与梳理，在绘制知识图谱的基础上分析我国泡沫混凝土的研究现状、发展历程及研究热点等，以便为泡沫混凝土技术研究提供参考11。1材料与方法1.1 数据来源2022年 11月 9日在 CNKI内的“期刊”高级检索条件下，以主题为“泡沫混凝土”、时间设置为“2000-2022年”、文献语言为中文、选择“全部期刊”为来源类型，共搜索获2443条面板数据，以Reworks格式导出所有符合条件的研究文献，同时选取了以“核心期刊”为来源类型获得765篇文献。1.2 数据分析方法CiteSpace5.7 基于 Java 环境下运行，由陈超美12研发的文献可视化分析软 件。运 行 CiteSpace5.7.R1SE(64-bit)，选择寻径网络算法(Pathfinder networks caling)，设置参数为 Top=50 perslice，对中国知网中检索到的样本文献（全部期刊）进行科学计量分析，并进行可视化分析获得我国泡沫混凝土研究领域的作者群体、发文机构与研究热点演变图谱。2结果与分析2.1 年份数量分析我国泡沫混凝土研究领域的知识图谱分析汪仁才(安徽建工检测科技集团有限公司，安徽合肥230031)摘要：为阐明我国泡沫混凝土研究领域的发展现状，揭示泡沫混凝土研究领域热点与前沿。以CNKI数据库中2000-2022年2443篇文献为数据源，通过软件CiteSpace软件绘制知识图谱，并分析该领域文献发文量、作者群体、发文机构、关键词等。结果表明，年度发文量呈先缓慢后快速增长趋势。该研究主要经历奠基阶段（2000-2006年）、发展阶段（2007-2013年）与成熟阶段（2014年-）。发文数量最多的作者是刘殿忠（30篇），其次为王武祥、卢忠远、李应权、张磊蕾、扈士凯。研究机构间的合作紧密程度有待加强，研究热点主要为气凝胶与数值模拟分析。尽管已有大量研究考察了诸多参数对泡沫混凝土性能的影响，但参数间相关性研究仍严重不足，且该研究领域缺乏统一的标准。因此，泡沫混凝土的宏观结构与微观结构分析相结合是理论研究的重点，且应用人工智能技术是解决技术瓶颈的关键。应用研究主要是规范泡沫混凝土研究试验方法，并逐渐完善与制定标准及施行行业规范。关键词：泡沫混凝土；CiteSpace；知识图谱；研究热点；微观分析作者简介：汪仁才（1980-），男，安徽肥东人，毕业于安徽广播电视大学建筑材料及制品专业，大专，高级工程师。专业方向：建筑工程检测。建筑材料96安徽建筑如图 1所示，为国内泡沫混凝土研究的不同年份发文量。2000-2022 年文献量表现为先缓慢后快速增长趋势，最后趋于平衡稳定。曲线显示近些年我国泡沫混凝土领域研究文献的数量不断上升，可将泡沫混凝土研究分为奠基阶段（2000-2006 年）、发展阶段（2007-2013年）和成熟阶段（2014年-）。奠基阶段（2000-2006年），该研究文献发表数量呈持续低量提升的状态，我国合计发表论文84篇，年均发文量为12篇。核心期刊发文量23篇，年均发文量约3篇。此阶段我国学者尝试性提出了我国泡沫混凝土研究所存在的问题。潘志华等13在实地调查的基础上，指出了我国泡沫混凝土在生产与使用过程中所存在的问题，详细分析问题存在的内在原因及施工操作的影响因素，并提出解决问题的基本思路与可能途径。发展阶段（2007-2013年），文献发表数量迅速提升，合计发表论文659篇，年均发文量约94篇。该阶段研究者已对泡沫混凝土有了更深入理解，原材料如发泡剂、粉煤灰、硫酸铝盐水泥均是研究重要内容。该阶段中丁起19以十二烷基硫酸钠、皂素溶液为主要原料制备了复配发泡剂，该发泡剂的稳定性较好、黏度高，将其应用于生产泡沫混凝土砌块取得了较好效果。成熟阶段（2014年-），研究者不断开拓新的研究视角与研究方法对泡沫混凝土研究进行理论与实践的探索，将由宏观性能的研究转向更微观方面研究，甚至于计算机模拟研究等。通过对年度发文量进行非线性拟合分析，CNKI全部期刊年度发文量最为符合Boltzmann模型，其线性相关系数达到0.97246。2.2 作者群体分析运用CiteSpace软件对发文作者进行合作网络分析，通过设置不同阈值，选择 Node Types 中的 Author，基于寻径网络算法获得发文作者聚类知识图谱（图2）。图中节点数量与大小代表核心作者群体的频次，节点越小则表明该作者出现频率越低，越大则出现频率越高。线条多少与粗细则代表着作者间的合作强度与紧密性，连线越多、越粗则表明作者间的联系程度越强。该领域部分学者之间有一定联系，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，作者之间的合作网络在近些年才开始逐步建立。目前涉及泡沫混凝土研究领域的学者较多，然而只有小部分学者之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。该研究发文数量最多的作者是刘殿忠（30篇），其次为王武祥、卢忠远、李应权、张磊蕾和扈士凯，其发文量均达到17篇以上。上述学者发文数量占我国该研究领域发表文献总量的 5.24%，表明在我国泡沫混凝土研究领域中作者集中度较高，且核心作者群体的研究内容是泡沫混凝土研究的理论基石。尽管研究团队成员之间的联系相对紧密，但研究团队与其他团队之间的联系相对较小，未来应加强各学术研究团队之间的学术交流与合作，共同探索今后中国泡沫混凝土的研究趋势与发展方向。2.3 作者机构分析图 3 为样本文献期刊来源进行统计。该研究领域的文献大部分来源于建筑科学与工程类期刊。其中所占比例最多的期刊为 新型建筑材料 混凝土墙材革新与建筑节能 混凝土与水泥制品 混凝土世界 硅酸盐通报 等，其中核心期刊有 混凝土 与 硅酸盐通报。反映了国内学者对该研究的重视，该研究对建筑材料和建筑节能的发展具有重大意义。图4为文献发文量最多的前20个机构，其中西南科技大学发文量最多，为 105 篇。使用 CiteSpace 软件的机构合作分析功能（Institution）来分析样本数据，由图5可知，节点越大其发文量越多，其节点间连线较少表明机构间合作较少，由此可以确定我国对泡沫研究做出突出贡献的机构。各研究机构间的关联性相对较小，大多数研究机构仍处于独立研究阶段，但也存在少数发文机构的合作网络。不同高校与研究机构之间关于泡沫混凝土的研究程度有一定差距，双一流、211院校的研究机构在本研究中起到了带头作用。2.4关键词聚类分析关键词知识图谱，如图 6所示。相比作者群体图谱与研究机构合作图谱，各关键词节点之间连线更复杂、网络密度更为高，反映出各个关键词之间有极强的关联性。图中所显示频次高的关键图1年度发文量表1作者发文量与单位作者刘殿忠王武祥卢忠远李应权张磊蕾扈士凯潘志华蒋俊段策钱坤发文量30232219171714121111作者单位吉林建筑大学中国建筑材料研究总院西南科技大学建筑材料工业技术监督研究中心中国建筑材料研究总院建筑材料工业技术监督研究中心南京工业大学西南科技大学建筑材料工业技术监督研究中心吉林建筑大学作者陈志纯耿飞牛云辉陈卫忠霍冀川王爱军肖力光贾兴文于水军李军发文量1110109998888作者单位建筑材料工业技术监督研究中心南京航空航天大学西南科技大学中国科学院武汉岩土力学研究所西南科技大学中国建筑材料研究总院吉林建筑大学重庆大学河南理工大学西南科技大学图2发文作者图谱建筑材料97安徽建筑词有抗压强度、粉煤灰、应用、发泡剂、导热系数、应用、墙体材料、建筑节能、吸水率、减水剂等，且各关键词之间联系紧密。2015年后关键词密集度下降，主要原因是泡沫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。前10位突显关键词如表2所示，气凝胶与数值模拟是未来持续研究的热点与前沿。继 续 选 择 keyword 方 式 运 行CiteSpace，在左上角栏目中选择Timeline View 选项，指定 k=10、3 年为一个时间切片、以10个聚类等为前提绘制有关泡沫混凝土研究的时间线图。如图7所示，自2000年以来我国以“抗压强度”“应用”“建筑节能”等为关键词的相关研究较多，在 2004-2015 年较为密集，该聚类的成果明显增多。在 2005 年、2010年均出现了该研究领域的高被引文献15、16，该代表性文献对我国泡沫混凝土研究起到重要影响，对推动学术研究发展与解决重大需求问题都显示出重要意义。抗压强度作为影响泡沫混凝土性能重要的因素，泡沫混凝土的强度大致在0.52.5MPa(不包括承重型)，保温用途、填充用途、覆盖用途等对强度要求较低，结构保温型可控制在 12.5MPa，承重型应控制在 510MPa。李婧17研究了泡沫混凝土水料比与密度对抗压强度的影响，在相同密度情况下水料比从0.40降 低 至 0.25 时，其 抗 压 强 度 可 提 高15.4%，不同密度条件下通过线性拟合可获得密度与抗压强度关系式，此关系式可以指导实际工程应用。陈立延等18分析了粉煤灰掺量对泡沫混凝土性能的影响，将粉煤灰替换其中10%30%的水泥，其性能会因粉煤灰掺量增加而出现降低，当掺量达到 30%情况下，其干密度、抗压强度、吸水率均达到最小值。高华等19通过对比典型液体发泡剂与粉体发泡剂性能，发现液体类的总体性能要优于粉体类，并建议在实际生产中优先考虑液体类。党文婧等20通过有限元数值模拟分析不同体积密度泡沫混凝土的传热行为，并建立有限元网格化模型预测其导热系数，其预测值与实测值高度一致，且比传统模型更精为准。通过分析可知，泡沫混凝土的宏观结构与材料微观分析相结合是未来理论研究的重点，且应用人工智能技术将受到高度关注。应用研究主要为规范泡沫混凝土研究试验方法，并完善与制定标准及施行行业规范。图6关键词知识图谱图7泡沫混凝土时间线图3结论我国泡沫混凝土研究领域年度发文量呈先缓慢后快速增长趋势，在2014年年度发文量逐渐趋于稳定。该研究主要经历奠基阶段（2000-2006年）、发展阶段（2007-2013年）与成熟阶段（2014年-），且 年 度 发 文 量 最 为 符 合Boltzmann模型。该研究发文数量最多的作者是刘殿忠（30篇），且前6位作者发文数量占我 国 该 研 究 领 域 发 表 文 献 总 量 的5.24%。研究团队成员间的联系相对紧密，但研究团队与其他团队之间的联系不够密切，未来应加强各学术研究团队间的交流与合作。载文量最多的核心期刊有 混凝土 硅酸盐通报，发文量最多的机构是西南科技大学（105篇）。抗压强度、粉煤灰、应用、发泡剂、导热系数等关键词出现频次较高，突显图3文献期刊来源图4文献发文量最多的前20个机构图5发文机构图谱表2前10位突显关键词Keywords粉煤灰墙体材料发泡剂保温隔热化学发泡双氧水保温板表观密度数值模拟气凝胶Year2001200220002005201120142011201120062018Strength9.435.314.283.395.074.124.053.996.763.65Begin2001200220002005201120142011201120152018End20142009200920142014201920192014202220222000-2022（下转第124页）建筑材料98安徽建筑适度。虽然植草铺砖停车位在近几年使用率较高，但是植草砖内的草坪存活率不高，因此在设计时，应注意结合绿化景观，用乔木的树荫进行保护，防止在盛夏时节，草坪被高温热死。时间长了，黄土裸露，起不到应有的生态、美化作用。太阳能路灯太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池（胶体电池）储存电能，超高亮 LED 灯具作为光源，并由智能化充放电控制器控制，用于代替传统公用电力照明的路灯。本项目改造前场地上的路灯采用金卤灯光源，改造后全部采用太阳能路灯，进一步节约能源。屋顶隔热优化考虑到项目为新建办公建筑，把保温层铲掉重做不环保、不绿色、不经济，所以在屋顶铺设人工草皮，能起到很好的隔热优化作用。同时，建筑的第五立面得到美化，也给员工增加了活动空间。3结语本项目在改造设计之初就充分从绿色理念出发，建筑改造的各个细节都体现了绿色建筑的因地制宜、经济高效的设计原则，结合自身情况、地域特色等因素对建筑进行绿色改造。对绿色改造关注的重点如供暖空调系统改造、照明改造、可再生能源利用、围护结构改造、场地优化、无障碍设施优化等进行综合诊断评估，不盲目确定合理的绿色改造技术路线。根据合理性和经济性分析，重点改造可再生能源系统、电气照明及智能控制系统，场地优化改造等。特别是在屋顶设置光伏发电系统，充分利用太阳能，已经起到良好的效果，大幅降低建筑能耗。本项目所采用的绿色生态技术不仅降低了能耗，同时可降低运营和维护成本，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。参考文献1GB/T 51141-2015,既有建筑绿色改造评价标准S.2GB 50189-2015,公共建筑节能设计标准S.3JGJ 176-2009,公共建筑节能改造技术规范S.4杨敏.既有公共建筑绿色改造方案设计评 价 探 析 J.建 材 与 装 饰,2019(3):106-107.5范一鹏.既有公共建筑绿色改造的决策分析D.武汉科技大学,2016.关键词显示气凝胶、数值模拟是未来研究的热点及前沿，关键词可以聚类为抗压强度、应用、建筑节能等10类。在理论研究方面，泡沫混凝土的宏观结构与材料微观分析相结合是研究的重点，且人工智能技术将突破瓶颈的关键。在实际应用方面，需要规范泡沫混凝土研究试验方法，并加快完善与制定标准及施行行业规范。参考文献1Jiang N,Ge Z,Guan Y,etal.Experimentallyvalidatedmeso-scalefracturemodellingoffoamedconcreteJ.Theoretical and Applied Fracture Mechanics,2022,122(103631):1-17.2Feng S,Zhou Y,Li Q M.Damage behavior and energy absorption characteristics of foamed concrete under dynamic loadJ.Construction and Building Materials,2022,357(129340):1-14.3Selija K,Gandhi I S R.Comprehensiveinvestigation into the effect of thenewly developed natural foaming ag-ents and water to solids ratio on foamconcrete behaviourJ.Journal of Building Engineering,2022,58(105042):1-27.4Raj A,Sathyan D,Mini K M.Physicaland functional characteristics of foamconcrete:A reviewJ.Construction a-nd Building Materials,2019,221:787-799.5Song N,Li Z,Wang S,etal.Preparationof biomass carbon dots for foam stabilizer of foamed concreteJ.Constru-ction and Building Materials,2023,36(4129853):1-12.6Xiao J,Hao L,Cao W,etal.Influence ofrecycled powder derived from wasteconcrete on mechanical and thermalproperties of foam concreteJ.Journal of Building Engineering,2022,61(105203):1-17.7Salami B A,Iqbal M,Abdulraheem A,etal.Estimating compressive strengthof lightweight foamed concrete usingneural,geneticandensemblemachine learning approachesJ.Cementand Concrete Composites,2022,133(104721):1-16.8张磊,赵倬跃,张楠,等.生土泡沫混凝土的制备及其性能J.建筑材料学报,2022,25(02):199-205.9朱正国,崔振伟,马超义,等.减震初期支护用钢纤维泡沫混凝土材料性能优化J.中国铁道科学,2022,43(03):1-7.10陈徐东,冯璐,张锦华,等.不同密度泡沫混凝土梁断裂特性及数值模拟J.材料导报,2022,36(04):108-114.11Chen X,Liu Y.Visualization analysisof high-speed railway research ba-sed on CiteSpaceJ.Transport Policy,2020,85:1-17.12Chen C.CiteSpace II:Detecting andvisualizing emerging trends and transient patterns in scientific literatureJ.Journal of the American Societyfor Information Science and Technology,2006,57(3):359-377.13潘志华,陈国瑞,李东旭,等.现浇泡沫混凝土常见质量问题分析及对策J.新型建筑材料,2004(01):4-7.14丁起.新型高效混凝土发泡剂的研究J.新型建筑材料,2009,36(10):16-18.15张磊,杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状1J.混凝土,2005(08):44-48.16方永浩,王锐,庞二波,等.水泥粉煤灰泡沫混凝土抗压强度与气孔结构的关系J.硅酸盐学报,2010,38(04):621-626.17李婧.泡沫混凝土密度与抗压强度试验研究J.建筑结构,2021,51(S1):1327-1331.18陈立延,杨安,洪芬,等.不同粉煤灰掺量对泡沫混凝土性能及其孔径的影响J.混凝土,2021(08):137-140.19高华,董岳松,刘满金.泡沫混凝土用发泡剂性能对比试验研究J.混凝土世界,2022(09):35-39.20党文婧,石友安,刘铁,等.基于X-CT的泡沫混凝土细观有限元模型及传热研究J.新型建筑材料,2022,49(09):6-11.（上接第98页）建筑节能124