国内生土建筑材料改性进展研究

国内生土建筑材料改性进展研究

刘银海

身份证号： 654122199107270713

摘要：生土材料已经被使用了一万年。今天，世界上仍有一半以上的人口居住在土楼里，中国至少有6000万人居住在各种土建筑里。生土材料由于其低碳环保、可持续再生性能和阻尼性能等优良性能，在现代城市建设和国家振兴事业中将有广阔的应用前景，此外，发展原土建筑材料，环保和减少水泥等高碳建筑材料用量，动力“碳峰”、“碳中性”的有效手段。生土料具有固有的力学性能、耐水性等缺陷，外加剂改性是改善土料性能的关键措施。

关键词：国内；生土建筑材料；改性进展

一、研究方法与数据

1.生土建筑研究地域、人群属性

基于“百度指数”网民行为数据搜索平台，对“生土建筑”的研究领域和人口属性进行分析。其中，以“生土建筑”为关键词，选取趋势研究搜索指标、地理分布和人口属性时间(2013-07-01 ~ 2021 08-16)。

2.生土材料改性文献，作者机构，关键词

数据来源于中国知网（CNKI）和 Web of Science(WoS) 数据库。其中，CNKI 文献时间选取为近 20年，WoS文献为全部文献。

基于 CNKI 库文献全文数据，通过选择“文献”的主题检索，条件为（“生土” OR “生土材料”“生土基材料”）AND （“改性” OR “改良” OR “优化”）共计“生土民居研究”文献 194 篇（2021年 9 月 1 日检索），剔除农业、会议、生土民居设计优化、生土民居物理环境等不相关论文，最终共计分析文献 177 篇。基于 WOS 核心库文献全文数据，通过选择“高级检索”的主题检索，条件为(TS=(Raw earth materials) ORTS=(Rammed earth materials)) OR (TS=(modify*) OR TS=(design) OR TS=(build*) OR TS=(wall*) )，时间为2000-01-01至 2020-12-31，选择国家地区为中国，对其进行筛选，最终共计分析文献 49 篇。关键词的频次与该领域研究的热点呈正相关关系。关键词是文章主要内容、核心方法及研究热点的重要体现。关键词聚类和凸显图谱是探究某领域研究热点、关键问题及发展趋势的有效手段。因此通过Citespace 软件采用 Log likelihood ratio 检验算法对研究数据进行关键词聚类及凸显图谱分析。

3.生土材料改性添加剂及性能

基于1.2 知网和Web of Science数据库的土壤与建筑材料相关文献检索最终筛选数据，根据研究的省份和城市地区，对土壤与建筑材料改性添加剂的类型进行了分类。同时，根据现有主要重点研究的关键性能，包括抗压性能、抗剪性能、抗水性能、导热性能、吸湿性能、改性添加剂和性能优化结果进行分类统计分析。

二、研究结果

1.生土建筑地域、人群属性

生土趋势研究的检索指标如图1所示。从2011年到2021年，整体搜索指数呈波动增长趋势。

2017年至2018年有一个峰值，搜索指数超过200。2018年以后，搜索指数的趋势有所下降，但仍远高于2011 - 2015年的搜索指数。生土构型研究趋势的地理分布前5位为华东、华北、西北、华中和西南。排在前五位的是北京、陕西、广东、四川和江苏。在城市分布方面，排名前5位的城市分别是北京、西安、成都、上海和重庆，与区域分布趋势一致。研究结果人口属性的生土结构的趋势表明,人口年龄分布主要为20 - 29岁,和寻找生土结构占一半以上,整个网络分布的约占1/3,家是高达169.67%。在其余的人口分布中，30-39岁占1/3以上。在性别分布上，不同性别属性的人所占比例没有显著差异。从整个网络的分布来看，男性比女性多不到1%。就土制建筑而言，女性的比例约为10%。

图 2 生土建筑趋势研究搜索指数

2.生土建筑材料改性发文量、作者、机构、关键词

2.1 生土建筑材料改性发文量

近15年来，土壤改性领域的论文发表数量呈现先增后减的趋势。从2005年到2015年，总体呈增长趋势。虽然2013-2014年发表的论文数量有所减少，但仍高于2008年之前。2016 - 2019年是本阶段出版的主要时期，占过去15年出版总量的60%以上。2020年发表的文章数量较低，但仍高于2010 - 2015年的平均发表文章数量。大学学报(自然科学版)；结果中、外文机构和作者之间的合作很少，几乎没有跨学科或领域的合作。

2.3 生土建筑材料改性文献关键词

关键词聚类图谱结果表明，CNKI数据库关键词聚类共有232个节点，288个连接，密度为0.0102。其中，节点大小与关键词频数、连接线厚度与关键词相关性呈正相关关系，聚类结果表明，有8个关键词频数大于5，前7名土材料、抗压强度、改性、土、力学性质、土结构、强度均出现在2016年，2017年，导热系数排名第八。WOS库的关键字聚类有63个节点和149个连接，密度为0.0763。有4个集群显示关键字频率大于3，代表(2019)，行为(2019)，建设(2016)，实力(2012)。关键词一般可分为四类:生土、生建筑、生料和材料性能。材料性能主要包括抗压强度、耐久性、耐水性和抗震性能。导热系数(2017)、相对湿度(2020)等关键词出现较晚，是近年来土壤材料改性前沿领域的热点问题。

在早期，热点问题主要集中在改善土料的热湿性能和抗水性能。中期的热点问题主要集中在抗压强度及试验、抗震性能、耐久性和数值模拟等方面。导热性和材料性能。关键词时区填图结果表明，国内现代生土材料改性大致可分为三个阶段，2007-2012年，为前期阶段，生土材料、生土、改性关键词频次较多，主要根据陕西省高震区原土窑洞等农家民居的材料特点，对提高抗水性、力学性能等材料进行研究，重塑当代民居建筑的造型。在2012 - 2015年的稳定发展时期，建筑技术、标准规范、技术规范等关键词频频出现，一些专家学者开始对民居建筑施工技术和标准规范进行探索研究。同时，一些学者深入探索原材料的环保特性，将研究重点从窑洞和高震区转向其他地区。另一方面，对生土进行改性，加入料型，由石灰研制出用于炉渣、植物纤维、激发剂和减水剂等物理化学改性材料，生土材料的制备方法也从传统的墙式、压实式制备技术发展到现代的浇铸式制备技术，开始更全面地考虑国内地域土壤的性质、特性和生土材料的性能，研究生成乡土民居，探索生土绿色建材在当代建筑中的应用。

2015年以来，建筑、材料科学、环境工程等学科融入相关领域进行探索。

生土建筑材料的改性添加剂种类繁多。有学者采用单掺磷石膏、剑麻纤维、青稞秸秆、棉秸秆以及水泥、石灰、粉煤灰、减水剂等改善材料性能。同时，他们通过实验探索了原土改性后的微观形貌和组成结构，并对改性后的质地进行了分析。在土材料性质改善方面，研究已从单一的材料固有缺陷如耐水性、机械强度，转向综合改善导热性、热湿性、耐久性、抗冻性。浇筑土料、土料热湿特性、土料施工性能是2019年后的高频关键词，并有发展和延续的趋势。

结束语

我国原土建筑材料在理论和应用研究上都取得了突破，西安建筑科技大学、天津城建大学、长安大学、重庆大学和上海交通大学等科研机构和专家学者已经取得了大量的研究成果，但机构和学者之间的合作很少，跨学科或合作很少。它主要侧重于学科领域能力较强的团队之间的内部合作。

参考文献

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