建大新闻网讯 2月和3月，我校材料科学与工程学院王磊副教授课题组分别在国际学术期刊《Fractals》（分形）和《Construction Building Materials》（建筑工程材料）发表4篇研究性论文，系统研究了分形理论在混凝土工程领域的应用。《Fractals》属于数学领域“Geometry and Topology”（几何和拓扑结构）行业的顶级期刊，2021年影响因子为3.665，中科院分区1区Top期刊。《Construction Building Materials》属于工程领域“Civil and Structural Engineering”（土木及结构工程）、“Building and Construction”（房屋建筑）和“Materials Science”（材料科学）行业的著名期刊，2021年影响因子为6.141，中科院分区2区Top期刊。这4篇论文均以西安建筑科技大学为第一完成单位，论文第一作者兼通讯作者为王磊副教授，课题组研究生郭凡星、金敏敏和罗如意等参与研究。
分形几何学主要研究自然界中的不规则和随机现象，分形理论可定量表征物体在不同尺度的复杂性和自相似性。近年来，分形理论逐步应用于土木工程、材料科学、信息科学、计算机科学等领域。水泥基材料从纳米尺度到宏观尺度表现出高度的非均质成分和复杂的空间分布。普遍认为，混凝土的宏观性能(如力学性能、体积稳定性、耐久性)与材料的微、细观结构相关。分形理论可为表征混凝土的微、细观结构及其与宏观性能的关系提供一种全新有效的方法。分形理论在水泥基材料中的应用研究是近两年水泥基材料研究领域的一个热点。
水利和海洋工程混凝土服役环境复杂，常常遭受温度裂缝、体积收缩、冻融破坏、高压水渗透、冲磨破坏和离子侵蚀等体积稳定性和耐久性破坏，严重影响工程服役寿命甚至危及工程安全。在混凝土中掺加一定量的粉煤灰、硅粉、磷渣、纤维、氧化镁或者使用低热硅酸盐水泥是解决上述工程问题的有效途径。然而，这些材料会使混凝土的微、细观结构更加复杂，从而极大影响混凝土宏观性能。
上述4篇论文系统研究了掺用粉煤灰、硅粉、磷渣、纤维、氧化镁膨胀剂等材料或使用低热硅酸盐水泥对混凝土宏观性能、3 nm~10 μm的孔结构和10μm ~ 2000 μm的气泡结构等微、细观结构的影响，揭示了混凝土抗冻融破坏能力、抗冲磨性能、抗渗透能力与混凝土孔隙、气泡参数和孔分形维数之间的关系。上述研究成果证明了影响混凝土体积稳定性和耐久性的主要指标与混凝土微、细观结构的分形维数密切相关。上述研究可为阐明粉煤灰、硅粉、磷渣、纤维、氧化镁等材料对混凝土宏观性能的影响提供新的依据，并可为实际工程中混凝土材料的设计与施工提供参考。
此外，2021年5月，王磊副教授还以西安建筑科技大学为第一完成单位在《Construction Building Materials》发表研究性论文。该论文系国内外首次系统研究纤维的类型和长度对混凝土抗裂性和耐久性（抗冻性和抗氯离子渗透性）的影响。混凝土是一种典型的准脆性材料，在混凝土中掺入纤维是提高混凝土抗裂性的一种有效方法。目前国内外学者使用不同纤维开展了纤维增韧水泥基材料的研究。然而，不同类型和尺寸的纤维对混凝土抗冻性和抗氯离子渗透性等耐久性的影响仍然未知。针对该问题，该论文研究了不同长度的聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)纤维对混凝土耐久性的影响，基于孔结构和气泡结构参数阐释了不同类型和长度的纤维对混凝土耐久性的影响机理。该论文第一作者兼通讯作者为王磊副教授，我院何廷树教授作为团队负责人指导了该教师并为文章第二作者。该项研究是我校第十五批本科生科研训练(SSRT)计划的一部分，我院材料应用专业方向本科生刘振陶、苏建雯参与该项研究并为文章共同作者。
上述5篇论文发表以来，产生了较广泛的学术影响，先后被美国、加拿大、日本、韩国、奥地利、泰国、巴基斯坦、土耳其等国学者以及我国清华大学、浙江大学、同济大学、东南大学、中南大学、河海大学、南京理工大学、中国矿业大学、郑州大学、海军工程大学、中国科学院、中国建筑材料科学研究总院、中国建筑工程总公司等著名高校、科研单位和大型央企的学者和工程师引用。截止2021年9月，Web of science网站统计上述论文被引次数达150次。另据ESI公布的最新数据显示，上述5篇论文分别在2021年7月和9月同时入选ESI热点论文和ESI高被引论文。
上述论文信息及全文链接如下：
Effects of fineness and content of phosphorus slag on cement hydration, permeability, pore structure and fractal dimensionof concrete (磷渣细度和掺量对水泥水化以及混凝土的渗透性、孔隙结构和分形维数的影响). dx.doi.org/doi:10.1142/S0218348X21400041
Pore structural and fractal analysis of the influence of fly ash and silica fume on the mechanical property and abrasionresistance of concrete (基于孔结构和分形分析粉煤灰和硅灰对混凝土力学性能和抗冲磨性能的影响). dx.doi.org/doi:10.1142/S0218348X2140003X
Comparison of fly ash, PVA fiber, MgO and shrinkage-reducing admixture on the frost resistance of face slab concrete via pore structural and fractal analysis(基于孔结构和分形分析对比粉煤灰、PVA纤维、MgO和减缩剂对面板混凝土抗冻性能的比较). dx.doi.org/doi:10.1142/S0218348X21400028
Hydration, shrinkage, pore structure and fractal dimension of silica fume modified low heat Portland cement-based materials (硅粉改性低热硅酸盐水泥基材料的水化、收缩、孔隙结构及分形维数).dx.doi.org/doi:10.1016/j.conbuildmat.2020.121952
The influence of fiber type and length on the cracking resistance, durability and pore structure of face slab concrete(纤维种类和长度对面板混凝土抗裂性、耐久性和孔隙结构的影响). dx.doi.org/doi:10.1016/j.conbuildmat.2021.122706
文字：材料学院
