摘要：生土材料作為最早使用，也是范圍最廣的建材，對其進行改性研究以滿足當代居住要求一直是研究的熱點。該研究基于“百度指數”對生土建筑研究趨勢進行解析，同時，基于中國知網和WebofScience生土建材改性相關研究文獻，采用Citespace對研究機構、作者、關鍵詞方面進行了可視化分析，此外，依據地區對改性材料、優化性能進行了統計梳理。結果表明，北京、陜西為生土建筑關注度最高的兩個地區，關注人群性別分布差別不大，研究機構以西安建筑科技大學、天津城建大學等高校院所為主，研究地區涉及10個省市地區。材料添加方面，石灰、水泥為最主要的改性添加材料，頻率占比超過40%，粉煤灰、石膏、礦渣、麥秸等植物纖維次之，減水劑、黏結劑、緩凝劑等主要用于澆筑式生土改性研究，占比最少。性能優化方面，抗壓性能、耐水性研究最多，抗壓性能最高為天津地區采用水泥膨脹劑奈系減水劑木質素磺酸鈉的研究，強度可達40MPa，耐水性最好為陜西地區磷石膏粉煤灰石灰改性的研究，軟化系數可達0.95。澆筑式生土材料、生土材料熱濕性能、生土材料建造及表現是現階段研究的熱點。在材料綜合性能探究、可再生性評估、改性成本、材料肌理、試驗標準等方面，仍需繼續深入探討和研究。

　　關鍵詞：生土材料;改性;Citespace;研究趨勢;性能

　　生土建材使用距今已有萬年。當今世界有超過一半的人口仍以生土建筑為居，我國也至少有6000萬的人口居住在各類生土建筑中[1]。生土材料因其低碳環保、可持續性、蓄熱性能及調濕性能優異等良好的性能，在現代城鎮建設和鄉村振興事業中具有廣闊的應用前景，此外，發展生土環保建材，也是減少水泥等高碳排放建材用量、助力“碳達峰”、“碳中和”的有效手段[2]。

　　生土材料存在固有力學性能、耐水性能等缺陷，對其通過摻料進行改性是改善性能的關鍵措施。各研究專家及學者對其開展了豐富的研究，已對河南、陜西、天津、新疆、甘肅、重慶、安徽、四川、江西九個省市地區生土建材，主要在抗壓、抗剪、抗震力學性能、耐水性能、導熱性能、吸濕性能等方面進行了適宜性的優化研究。

　　此外，在各地區開展了大量的生土民居改造設計實踐，極大的改善了生土建筑抗震、防潮、耐水等性能，取得了較為顯著的研究成果。而我國地域遼闊，不同地區生土材料特性存在較大差異，不同氣候、文化類型下生土材料改性重點也不盡相同。本文基于中英文生土材料及其改性相關文獻，通過科學計量學的方法，對其近20年研究熱點進行可視化分析研究，從生土建筑研究地域、人群屬性、發文研究機構、作者、關鍵詞方面解析了其研究熱點和總體趨勢，依據文獻梳理對不同地區改性添加量和性能開展了統計分析，以期為我國各地區生土材料改性研究提供參考。

　　1研究方法與數據

　　1.1生土建筑研究地域、人群屬性基于“百度指數”網民行為數據搜索平臺，對“生土建筑”方面研究地域和人群屬性進行分析[3]。其中，關鍵詞為“生土建筑”，趨勢研究搜索指數、地域分布、人群屬性時間均選取為全部(20130701至20210816)。

　　1.2生土材料改性發文量、作者及其機構、關鍵詞數據來源于中國知網(CNKI)和WebofScience(WoS)數據庫。其中，CNKI文獻時間選取為近20年，WoS文獻為全部文獻。基于CNKI庫文獻全文數據，通過選擇“文獻”的主題檢索，條件為(“生土”OR“生土材料”“生土基材料”)AND(“改性”OR“改良”OR“優化”)共計“生土民居研究”文獻194篇(2021年月日檢索)，剔除農業、會議、生土民居設計優化、生土民居物理環境等不相關論文，最終共計分析文獻177篇。

　　基于WOS核心庫文獻全文數據，通過選擇“高級檢索”的主題檢索，條件為(TS=(Rawearthmaterials)ORTS=(Rammedearthmaterials))OR(TS=(modify*)ORTS=(design)ORTS=(build*)ORTS=(wall*))，時間為20000101至20201231，選擇國家地區為中國，對其進行篩選，最終共計分析文獻49篇。關鍵詞的頻次與該領域研究的熱點呈正相關關系。關鍵詞是文章主要內容、核心方法及研究熱點的重要體現。關鍵詞聚類和凸顯圖譜是探究某領域研究熱點、關鍵問題及發展趨勢的有效手段[4]。因此通過Citespace軟件采用Loglikelihoodratio檢驗算法對研究數據進行關鍵詞聚類及凸顯圖譜分析。

　　1.3生土材料改性添加劑及性能基于

　　1.2中國知網和WebofScience數據庫生土建材相關文獻檢索最終篩選數據，依據所研究省份及市區對生土建材改性添加劑的類型進行梳理，同時，依據現有研究所主要關注的重點性能，包括抗壓、抗剪力學性能、耐水性能、導熱性能、吸濕性能，進行改性添加料及性能優化結果分類統計分析。

　　2研究結果

　　2.1生土建筑地域、人群屬性生土建筑趨勢研究搜索指數。2011年2021年搜索指數整體呈波動增長的趨勢。2017年2018年出現波峰，搜索指數超過200，2018年后搜索指數趨勢有所下降，依舊遠高于2011年2015年的搜索指數。生土建筑研究趨勢地域分布方面前五的分別為：華東、華北、西北、華中、西南地區。

　　省份分布方面前五的分別為：北京、陜西、廣東、四川、江蘇。城市分布方面前五的分別為：北京、西安、成都、上海、重慶，與地域分布趨勢一致。生土建筑趨勢研究人群屬性結果表明，人群年齡分布主要2029歲的群體，生土建筑搜索占比超過一半，占比全網分布約1/3，TGI高達169.67%，在其余年齡分布中，3039歲的人群占比超過1/3。在性別分布方面，不同性別屬性人群占比相差不大，全網分布占比男性超過女性不足1%，對于生土建筑方面，女性多于男性約10%。

　　2.2生土建筑材料改性發文量、作者、機構、關鍵詞

　　2.2.1生土建筑材料改性發文量

　　近十五年生土材料改性領域研究的發文量呈先增后減的趨勢。2005年至2015年，總體呈增長的趨勢，20132014年發文量雖有所降低，但依舊高于2008年之前的發文量。2016年2019年是現階段發文的主要時期，此階段的發文量占近15年的總發文量超過60%。2020年發文量較低，但依舊高于20102015年的平均發文量。

　　2.2.2生土建筑材料改性發文機構及作者

　　發文機構位于前五的分別為西安建筑科技大學、天津城建大學、長安大學、重慶大學及上海交通大學，其中西安建筑科技大學和天津城建大學發文總占比超過1/5。發文作者方面，CNKI庫文獻分析表明，天津城建大學楊久俊、劉志華等人發文主要在2016年，西安建筑科技大學張磊、楊柳等主要在20172018年，天津城建大學榮輝、楊勇、張樹青等人主要在20182019年。WOS庫發文作者分析表明，其發文機構及作者主要為中南大學龍廣成、西安建筑科技大學周鐵剛、長安大學王毅紅等。中外文結果各機構及作者之間合作少，基本沒有跨學科或領域的合作，現階段以學科領域能力較強的團隊內部合作為主。

　　2.2.3生土建筑材料改性文獻關鍵詞

　　生土建筑材料及其改性相關文獻數據關鍵詞聚類圖譜結果表明，CNKI庫關鍵詞聚類共有節點232個、連接288條、密度為0.0102。

　　其中，節點大小與關鍵詞頻率、連接線粗細與關鍵詞相關度均呈正相關，聚類顯示關鍵詞頻率超過的有個，前位生土材料、抗壓強度、改性、生土、力學性能、生土建筑、強度均出現在2016年，第位導熱系數出現在2017年。WOS庫關鍵詞聚類共有節點63個，連接149條，密度0.0763。聚類顯示關鍵詞頻率超過的有個，依次為durability(2019)、behavior(2019)、construction(2016)、strength(2012)。關鍵詞可概況分類為生土、生土建筑、生土材料、材料性能四類。

　　材料性能主要有抗壓強度、耐久性、耐水性、抗震性能。導熱系數(2017)、relativehumidity(020)等關鍵詞出現時間相對較晚，已成為近年生土材料改性前沿領域研究的熱點問題。前期研究熱點問題以生土材料熱濕性能、耐水性能研究改善為主，中期的熱點問題以抗壓強度及試驗、抗震性能、耐久性及數值模擬為主，導熱性能和材料表現關鍵詞熱度持續至2021年，可能是今后熱點研究內容之一。

　　關鍵詞時區圖譜結果表明，國內現代生土材料改性大致可分為三個階段，20072012年為初探階段，生土材料、生土、改性等關鍵詞出現頻率較多，主要基于陜西窯洞及其他高震地區生土農房材料特征，對材料耐水性能、力學性能進行改善研究，重塑當代生土民居建構。20122015年為穩定發展階段，建造技術、標準規范、技術規程等關鍵詞出現頻率較多，部分專家學者開始探索、研究生土民居營建技術和標準規程。

　　同時，部分學者深層挖掘生土建材環保特性，也將研究目光由窯洞、高震地區轉向其他地區生土民居。另一方面，生土改性添加材料類型增多，由石灰開始發展為礦渣、植物纖維、激發劑、減水劑等物理化學改性材料，生土材料制備方法也由傳統夯筑、壓實轉向現代澆筑式制備工藝，開始更全面的考慮國內不同地區土質特性、生土民居特征和生土材料性能研究，探索生土綠色建材在當代建筑中的應用。

　　2015年至今為快速發展階段，建筑學、材料科學及環境工程等多學科開始整合到相關領域開展探究。生土建材改性添加劑類型多樣，部分學者通過單摻磷石膏、劍麻纖維、青稞秸稈、棉花秸稈及復摻水泥、石灰、粉煤灰、減水劑等用于改善材料性能，同時通過試驗探究生土改性微觀形貌、組成結構，解析改性肌理。生土性能改善方面由耐水性、力學強度等單一固有材料缺陷轉向導熱性能、熱濕性能、耐久性能、抗凍性等綜合性能提升研究。澆筑式生土材料、生土材料熱濕性能、生土材料建造及表現是2019年后的高頻關鍵詞，并且具有發展延續的趨勢。

　　2.3生土建筑材料改性材料及性能

　　力學強度低、耐水性能差等是限制生土建材應用的關鍵因素之一。添加材料可以顯著改善生土材料的綜合性能。通過對現有改性添加材料頻率進行統計分析，石灰、水泥頻率占比超過40%，為最主要的改性添加材料，其次是粉煤灰、石膏、礦渣、麥秸等植物纖維，減水劑、黏結劑、緩凝劑等頻率較少，主要用于澆筑式生土改性研究。

　　2.3.1力學性能

　　力學性能作為生土建筑材料應用重要的因素之一，一直是研究的熱點話題和重點問題，其關鍵詞頻率僅次于“生土材料”。我國地域遼闊，不同地區土質特性和改性條件不盡相同，因此力學改性添加材料及影響也存在差異。現階段力學改性主要為陜西、河南、甘肅(蘭州)、重慶、天津、新疆、安徽、四川、江西(南昌)、湖南10個地區，其中陜西地區研究最多，河南、甘肅(蘭州)、重慶地區次之，天津、新疆、安徽、四川、江西(南昌)、湖南地區最少，力學性能主要以抗壓強度評價力學改性的效果。

　　陜西地區生土力學性能改性方面，澆筑式生土材料抗壓強度遠高于傳統夯筑式，采用陜西黃黏土，當生土、礦渣、砂、激活劑、減水劑質量比0.6:0.2:0.2:0.01:0.01時[5]，效果最好，澆筑式生土抗壓強度可達25.3MPa，添加1.5%CMC0.5%硅酸鉀溶液進行夯筑式改性，強度可達6MPa[6]，添加4.5%水泥0.2%麥秸進行壓制式改性，強度為2.31MPa[7]。

　　河南地區，現有研究中澆筑式改性最佳強度低于傳統夯筑式改性。采用黃河泥沙，添加25%(水泥生石灰粉煤灰1:1:1.2)1.8%丙烯酸鈣0.8%黃麻纖維進行夯筑式改性時效果最佳，強度為12MPa[8]，通過采用河岸黏土添加10%水泥5%礦渣或黃河泥沙添加1.2%改性黃麻纖維進行澆筑式改性，強度均約為9.4MPa[9]。

　　甘肅(蘭州)，生土改性選取黃土，添加劑主要有羧甲基纖維素鈉、水泥、磷石膏、粉煤灰、土聚水泥、離子固化劑，制備方式有夯筑、澆筑和壓制，其中，采用澆筑式添加10%硅酸鹽水泥8%磷石膏15%粉煤灰進行生土改性時效果最好，強度可達13.5MPa[10]。重慶地區，改性土料以紅色黏土為主，添加劑有水泥、石膏、粉煤灰、秸稈、固硫灰、聚羧酸減水劑。

　　其中采用澆筑式添加15%石膏5%粉煤灰1%氧化鈣0.8%聚羧酸減水劑進行改性時效果最好，強度為8.3MPa[11]。天津地區以吹填土為原料，采用澆筑式添加1%減水劑(萘系木質素=1:1)時強度可達40MPa[12]。四川地區以紅色黏土為原料，采用澆筑式添加14.1%煅燒煤矸石10.5%礦渣5.3%粉煤灰20%堿性激發劑時強度為17.9Mpa[1314]，湖南地區以紅壤土為原料添加石灰水泥改性強度為1.6MPa。

　　2.3.2耐水性能

　　關鍵詞凸顯圖譜顯示耐水性自2009年起成為熱點問題一直持續到2016年，同時，耐水性也是生土材料性能研究的重點內容。現階段耐水性研究主要以重慶、陜西、天津、河南、江西(南昌)地區為主，其中，重慶地區耐水性相關研究最多，其次是陜西地區，天津、河南、江西(南昌)地區最少。

　　生土材料耐水性指標以軟化系數為主，也有學者以耐水指數和材料吸水率為指標。耐水性研究試塊制備以澆筑式為主，以河南地區為例，澆筑式和夯筑式對材料耐水性影響不大，采用不同改性材料可以達到同等的耐水性能。重慶地區耐水改性添加材料類型最多，主要有桐油、植物纖維、脫硫石膏粉煤灰熟石灰、礦渣粉煤灰頁巖、聚羧酸減水劑、脫硫石膏固硫灰，其中桐油改性耐水性最好，軟化系數為0.66[15]。

　　陜西地區耐水性添加劑主要有水泥增稠劑、水泥防水劑、磷石膏粉煤灰石灰、水泥減水劑粉煤灰激活劑種類型，其中添加磷石膏粉煤灰石灰、水泥減水劑粉煤灰激活劑，改性耐水系數均約0.9[56]，耐水性能最佳。天津地區主要對鹽漬土進行改性研究，添加劑有粉煤灰、丙烯酰胺過硫酸銨亞硫酸氫鈉，均采用澆筑式進行試驗，粉煤灰改性耐水性最好，軟化系數可達0.79[16]。河南地區對普通粘土添加10%石灰5%礦渣或黃河泥沙添加1%改性黃麻纖維進行改性，軟化系數均為0.92[9,17]。

　　3有待解決的問題

　　上述研究表明，我國生土材料建筑改性研究已取得了顯著的成果，不同地區也形成比較鮮明的改性方法，生土材料作為綠色可持續的建筑材料，現階段以鄉村地區民宿、城鎮地區公共建筑為主，在建材應用普及并不廣泛，仍存在很多亟待解決的問題：

　　1)生土改性材料綜合性能探究。改善生土材料固有力學性能和耐久性能缺陷是生土材料適用性的關鍵，現階段研究主要探究如何提升材料力學性能和耐久性。但添加劑對性能的作用往往并不是單一的，如力學性能最優時其他性能并不符合條件，如何兼顧生土材料蓄熱性能、調濕性能、可再生性、低碳性能等固有良好性能，針對弱項進行綜合性能改善探究也是當下研究的重點內容之一。

　　2)生土建筑改性材料可再生性評估。取材便利、材料服役后可回歸自然是生土材料重要的優勢之一。添加劑的改性可以改善生土材料的固有性能缺陷，添加材料的同時也形成新的化學產物，對于改性材料服役期滿后的可持續性能、復墾性能等可再生性方面缺乏相應的評估。

　　3)生土建筑材料改性成本。摻加物理、化學添加劑是改善生土材料性能的關鍵措施之一。添加劑的摻量和價格直接影響生土材料的成本和普及。各地區宜結合地區特點，合理選取摻加材料類型和配比，控制改性成本。4)生土改性材料肌理探究。傳統生土建筑表現形式單一，缺乏豐富的表皮肌理，改性生土材料性能滿足使用要求的同時，材料的肌理表達也是其應用普及的重要內容，兼具美學特性，提高居民對材料的認可度和滿意度。

　　4結語

　　1)我國生土建筑材料在理論及應用研究方面均取得了較大突破，西安建筑科技大學、天津城建大學、長安大學、重慶大學及上海交通大學等科研院校及其專家學者取得了大量的研究成果，但各機構及其學者之間合作少，基本沒有跨學科或領域的合作，現階段以學科領域能力較強的團隊內部合作為主。

　　2)在生土建材性能方面，主要有抗壓強度、耐久性、耐水性、抗震性能，進行了顯著的改善，涉及10個省市地區，現階段強度最優為天津地區采取吹填土進行澆筑式摻料改性研究，抗壓強度可達40MPa，耐水性最好為陜西、河南地區，軟化系數均在0.9左右，抗折性能方面天津地區鹽漬土澆筑式摻加改性，強度可達5.59MPa。

　　3)改性添加劑的種類愈趨多樣，石灰、水泥為最主要的改性添加材料，頻率占比超過40%，其次是粉煤灰、石膏、礦渣、麥秸等植物纖維，減水劑、黏結劑、緩凝劑等主要用于澆筑式生土改性研究，現階段使用頻率較少。

　　4)澆筑式生土建材、生土材料熱濕性能、生土材料建造及表現是現階段研究的熱點話題，同時，如何對其兼顧固有材料優勢進行綜合性能改善，對材料服役期滿的可持續性、復墾性等再生性方面開展評估，以及對生土建材改性成本經濟性、添加材料可行性、材料施工匠人認可度、應用實踐居民滿意度、建材表現肌理地區適宜性等方面，仍需繼續深入探討和研究。

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　　作者：張福鵬1,2，石磊1,2，柳思勉1,2*，石佳祺1,2，張瑩1,2，張津悅1,2