二百年來，現(xiàn)代水泥混凝土的發(fā)明和發(fā)展對人類社會和現(xiàn)代文明的發(fā)展進程產(chǎn)生了深刻和重大影響。國家自然科學基金對科學研究具有引領作用，其資助項目在很大程度上可反映領域的研究熱點和發(fā)展態(tài)勢。以1986年以來國家自然科學基金在水泥混凝土材料領域的資助項目為研究對象，全面回顧和分析了資助項目數(shù)量與金額、資助格局、資助來源、受資助機構等多維度信息，梳理總結了本領域研究隊伍和人才培養(yǎng)成效以及國際影響力情況；基于項目關鍵詞構建了可視化網(wǎng)絡，挖掘分析了不同時期研究熱點和主要研究方向，并結合當前存在的主要問題和發(fā)展態(tài)勢，對未來發(fā)展趨勢和資助布局提出展望，為研究人員和管理人員提供借鑒和參考。

1824年10月21日，英國工程師約瑟夫·阿斯普丁在利茲獲得英國第5022號專利“波特蘭水泥”，自此開啟了現(xiàn)代水泥混凝土的發(fā)展，深刻影響了人類社會和現(xiàn)代文明發(fā)展進程。

1986年2月14日，國務院批準設立國家自然科學基金委員會（以下簡稱“自然科學基金委”）。自成立伊始，自然科學基金委相關科學部和學科便從不同角度，開始了在水泥混凝土材料領域的資助布局。近40年來，自然科學基金委以研究項目形式在水泥混凝土材料領域開展了持續(xù)資助，培養(yǎng)了一大批學科專業(yè)人才，見證和直接推動了我國在這一領域的快速發(fā)展。

在水泥發(fā)明二百年之際，本文收集了自然科學基金委資助的與水泥混凝土材料相關的項目數(shù)據(jù)，系統(tǒng)回顧了自然科學基金委資助水泥混凝土材料基礎研究的總體情況，分析了歷年來基金資助數(shù)量和金額、資助項目類型、學科分布、受資助單位情況等；梳理了資助初期老一輩科學家開啟的探索研究，總結了這一領域基礎研究人才隊伍的成長和現(xiàn)狀，以及國際地位和學術影響力；系統(tǒng)挖掘和探討了水泥混凝土材料領域在不同資助階段研究方向和研究熱點的發(fā)展脈絡，并從自然科學基金資助布局的視角，總結優(yōu)勢、不足和挑戰(zhàn)，對未來發(fā)展方向和資助布局提出展望，為水泥混凝土材料領域科研人員和管理人員提供借鑒和參考。

1.1 年度資助情況

截至2023年12月，自然科學基金委已資助水泥混凝土材料領域相關項目總計2990項，資助總金額149720.84萬元，極大促進了該領域基礎理論研究和應用技術的發(fā)展。按照年度對資助項目數(shù)量和金額分布情況進行統(tǒng)計，如圖1所示。無論是資助項目數(shù)量還是資助金額，整體上均呈逐步增長的趨勢。

總體上可分為如下幾個時期：

1986—2000年，這期間資助項目數(shù)量和金額均較低，平均9.8項/年和117.6萬元/年，直至2001年，資助項目數(shù)量首次超過20項，資助金額超過400萬元；

2001—2010年，資助數(shù)量和資助金額在這10年間不斷增長，至2010年資助項目數(shù)量首次超過80項，資助金額開始突破2500萬元；

2011—2020年為快速和波動增長期，2011年，基金資助數(shù)量和資助金額開始大幅增長，此后5年資助數(shù)量由80項增長至190項，連續(xù)增長速率遠高于前期；

2020年，工程與材料科學部實施了學科代碼優(yōu)化調(diào)整，建筑與土木工程學科將“混凝土結構材料”由三級學科代碼（E080511）上升為“工程材料”二級學科代碼（E0805），此后至今，立項數(shù)量穩(wěn)定保持在每年220項以上，資助金額穩(wěn)定在1.2億元以上。

1.2 資助項目類型

主要項目類型數(shù)量、資助金額及其占比如圖2所示。全部2990項資助項目中：

1） 面上項目1460項，接近總量的一半，資助金額占比則超過一半，為52.52%；

2）青年基金項目1148項占比38.39%，資助金額占比18.65%；

3）地區(qū)基金項目185項占比6.19%，資助金額占比4.76%；

4）重點項目資助38項；

5）國家杰青和優(yōu)青項目分別支持了14項和19項。

1.3 資助項目來源

自然科學基金委設有9個科學部，在水泥混凝土材料領域立項資助的2990項項目中，除醫(yī)學科學部和交叉科學部外，其余7個科學部均進行過資助（圖3）。工程與材料科學部的資助數(shù)量和金額最多，占比均超過92%，處于絕對主導地位。

對工程與材料科學部資助的項目進一步按一級學科進行統(tǒng)計，如圖4所示。其中，立項數(shù)量和資助金額最多的一級學科是E08建筑與土木工程學科，占比70%左右；其次是E02無機非金屬材料學科，占比約14%；其后是E09水利工程學科，占比12%左右。

進一步分析資助量最多的3個一級學科（E08、E02、E09）歷年來的資助情況，如圖5所示。2000年之后整體資助量提升，特別是2012年后，E08建筑與土木工程學科持續(xù)保持較大增長，E02無機非金屬材料和E09水利工程學科在水泥混凝土材料領域的資助已保持基本穩(wěn)定的體量。水泥混凝土材料在整個E08建筑與土木工程學科中具有十分重要的地位，這一領域的資助立項占學科資助總量的11.9%。

1.4 受資助機構

歷年立項資助的2990項項目分布于296家依托單位，其中以高校為主，為248家，科研院所為48家。根據(jù)本文統(tǒng)計數(shù)據(jù)，獲得立項數(shù)量最多的是東南大學和同濟大學，均為125項，其次是深圳大學107項；第4-10位依托單位依次是清華大學、河海大學、武漢理工大學、浙江大學、大連理工大學、青島理工大學、濟南大學；Top10單位近年來獲資助數(shù)量年度排序變化情況如圖6所示。

在E08建筑與土木工程學科，立項數(shù)量最多的是并列3家依托單位：東南大學、深圳大學和同濟大學，且明顯高于其他單位；近年來獲批數(shù)量年度排序的變化情況如圖7所示?？傮w來看，多年來每年排第1的依托單位并沒有明顯優(yōu)勢而持續(xù)保持較長時間，但基本是在東南大學、深圳大學、同濟大學之間交替，說明這三家單位在水泥混凝土材料領域的基礎研究方面，多年來具備了雄厚的研究基礎、研究隊伍和較為明顯的優(yōu)勢地位。

2.1 老一輩開拓者奠定堅實基礎

新中國成立之初，工業(yè)發(fā)展基礎薄弱，對水泥混凝土材料的基礎研究極為有限。自然科學基金委的成立，從基礎研究的角度補足了行業(yè)和學科發(fā)展的短板，極大提升了我國在水泥混凝土材料領域的理論研究水平。

從起步到發(fā)展壯大的過程中，老一輩科學家們做出了開創(chuàng)性的巨大貢獻，為學科的可持續(xù)快速發(fā)展打下了堅實的基礎。吳中偉院士開拓了新中國混凝土科研事業(yè)，率先提出“混凝土科學”的概念，創(chuàng)建了我國第一支混凝土科研團隊。黃蘊元先生在混凝土強度理論方面取得了開拓性研究成果，為水泥混凝土材料領域培養(yǎng)了一大批科研人才。

自然科學基金委成立之前，在以中國科學院科學基金作為全國性基金之時，便開始資助水泥混凝土材料方面的基礎研究（1983年，大連理工大學趙國藩、徐世烺“混凝土損傷與斷裂機理”）。自然科學基金委正式成立后，更加重視這一領域的基礎研究，資助了最早（1986—1990年）一批的面上項目，包括：南京工業(yè)大學唐明述“低孔隙率膠凝材料的組成、結構與性能的關系”“堿-集料反應”、武漢理工大學袁潤章“水化硅酸鈣脫水相再水化的研究”、馮修吉“新型無機-有機復合水泥研究”、清華大學過鎮(zhèn)海“復雜應力狀態(tài)下混凝土的強度準則”“復雜應力狀態(tài)下混凝土的本構模型”、西安建筑科技大學徐德龍“噴動煅燒水泥熟料的理論和試驗研究”、東南大學孫偉“纖維增強高強水泥基界面強化的物理化學效應”、西安交通大學俞茂宏“混凝土強度理論研究”、清華大學馮乃謙“混凝土的微結構與斷裂”、重慶大學蒲心誠“堿礦渣混凝土性能研究”、中國建筑材料科學研究總院沈榮熹“云母碎片作水泥增強材的研究”、中國鐵道科學研究院姚明初“混凝土在等幅和變幅重復應力下的變形和損傷機理”、同濟大學黃士元“混凝土鹽剝蝕機制、防治和材料設計”、陳志源“碳纖維增韌水泥基復合材料的界面及其改性”等。

在水泥混凝土材料研究領域，自1991年開始獲得重點項目資助，最早期（1991—1999年）的一批重點項目包括：大連理工大學趙國藩“碾壓混凝土材料特性研究”、清華大學陳肇元“高強與高性能混凝土材料的結構與力學性態(tài)研究”、東南大學孫偉“高性能水泥基建筑材料的性能及失效機理研究”、中國水利水電科學研究院李金玉“混凝土表面防護理論及防護技術”、武漢大學江儀貞“水工混凝土建筑物老化病害評估準則的研究”等。

2.2 科研隊伍和人才培養(yǎng)成效顯著

經(jīng)過三十多年的發(fā)展，水泥混凝土材料領域的科研隊伍不斷壯大，基礎研究人才梯隊日臻完善。從最初幾年（1986—1990年）平均每年僅有6名左右研究人員獲得面上項目資助，到近年來（2019—2023年）平均每年約有180名研究人員獲得各類型項目資助?？傮w上，該領域基礎研究人才規(guī)模得到極大擴展，形成了極具創(chuàng)新能力和發(fā)展?jié)摿Φ娜瞬盘蓐?，基本滿足當前行業(yè)和學科發(fā)展的需求。

在水泥混凝土材料領域，最早的國家杰青是1996年大連理工大學徐世烺獲得，十余年后，2009年深圳大學邢鋒、2012年東南大學劉加平先后獲得兩項杰青。這之后較長一段時間，水泥混凝土材料領域的國家杰青未能持續(xù)培養(yǎng)，至2019年后，在優(yōu)秀年輕人才集聚的基礎上，才集中涌現(xiàn)出一批領軍人才，資助了11項杰青項目。自2012年優(yōu)青項目設立以來，在水泥混凝土材料領域已資助19項。這19名優(yōu)青項目負責人中，有5人已進一步獲批國家杰青。

2.3 國際影響力日益提升

隨著水泥混凝土材料領域資助項目的持續(xù)增長與基礎研究人才隊伍的快速成長，我國在這一領域的國際地位和學術影響力日益提升，發(fā)表學術論文、重要國際學術組織和學術期刊任職、研究方向引領等方面均取得顯著成效。

在Web of Science數(shù)據(jù)庫中，以“cement”和“concrete”為關鍵詞檢索論文題目統(tǒng)計，近20年來，相關學術論文數(shù)量則呈指數(shù)趨勢快速增長，如圖8所示。從發(fā)文數(shù)量最多的前5家研究機構來看，水泥混凝土材料領域的優(yōu)勢單位，從早期的美國、英國、西班牙、法國、瑞士等國家的高校和研究機構，至最近階段，我國東南大學、同濟大學、河海大學已占據(jù)前三位。在當前ESI數(shù)據(jù)庫中（2024年7月），水泥混凝土材料領域的高被引論文有473篇，其中，我國為最多（183篇，占比38.7%），其次是美國（69篇，占比14.6%）和澳大利亞（65篇，占比13.7%）。我國的183篇高被引論文中，受自然科學基金項目資助的有117篇，占比63.9%，基金項目在資助有國際影響力的高被引論文方面發(fā)揮了重要作用。

在水泥混凝土材料領域，國際上主要的學術組織有國際材料與結構研究實驗聯(lián)合會（簡稱RILEM）、美國混凝土協(xié)會（簡稱ACI）、國際結構混凝土協(xié)會（簡稱fib）等。在這些學術組織中，我國學者均是重要參與者。鑒于在水泥混凝土材料領域做出的卓越貢獻，RILEM還先后授予我國學者孫偉院士、繆昌文院士“終身成就獎”。

在水泥混凝土材料領域主要的國際學術期刊中，我國學者擔任主編、副主編和編委的整體占比約為1/4，如圖9。這些學者任職人次最多的是東南大學，隨后是湖南大學、清華大學、香港理工大學和同濟大學等。

2.4 研究方向與熱點分析

2.4.1 總體概況

資助項目的關鍵詞中，出現(xiàn)頻次最高的10個為：耐久性、微觀結構、力學性能、再生混凝土、劣化機理、本構模型、損傷、多尺度、鋼筋銹蝕、凍融，如圖10。其中，出現(xiàn)頻次最多的關鍵詞為“耐久性”，頻次460次，遠高于其它關鍵詞，且前10頻次關鍵詞中的“劣化機理”“凍融”也與“耐久性”高度相關，體現(xiàn)了本領域?qū)Σ牧祥L期性能的重點關注，也說明“耐久性”一直是水泥混凝土領域研究的焦點問題。

資助項目的關鍵詞聚類網(wǎng)絡如圖11所示，網(wǎng)絡圖譜中節(jié)點大小代表關鍵詞的出現(xiàn)頻次，顏色主要區(qū)分聚類及其關鍵詞。如前所述，“耐久性”是出現(xiàn)頻次最多的關鍵詞，在聚類網(wǎng)絡圖中的節(jié)點也最大，其次是“微觀結構”和“力學性能”，與關鍵詞頻次排序一致。不同聚類關鍵詞間豐富的連接線表明各聚類之間并非完全獨立，資助項目之間的連接度較高，共現(xiàn)關系較強且有多個節(jié)點連通不同熱點詞。

2.4.2 研究熱點分析

關鍵詞共現(xiàn)分析反映統(tǒng)計時段出現(xiàn)的高頻關鍵詞及其之間的相關關系。根據(jù)前文分析，對水泥混凝土材料研究領域的資助分布有3個明顯的發(fā)展階段，即1986—2001年、2001—2010年、2010年至今，對3個階段資助項目的關鍵詞分別進行分析，共現(xiàn)圖譜如圖12，主要表現(xiàn)為：

1）2001年之前，水泥混凝土材料領域的資助項目總體較少，關鍵詞數(shù)量較少且連接網(wǎng)絡的密度較為稀疏，分布也較為分散和獨立。其中“耐久性”則一直是水泥混凝土材料領域受學者關注最多且一直持續(xù)至今的研究熱點。

2）2001—2010年間，學術界和工程界對水泥混凝土材料耐久性的研究更加關注，并將耐久性研究進一步細分。

3）2010年以來，對水泥混凝土材料相關性能的多維、多尺度研究更為深入；模擬手段也更為豐富。再生混凝土、地聚物（堿激發(fā)）、超高性能、超高強高韌、3D打印、智能混凝土等，由新驅(qū)動、新現(xiàn)象、新技術、新問題而衍生出來的關鍵詞和主題，成為近期新的研究熱點。

（a）1986—2001年

（b）2001—2010年

（c）2010年至今

圖13為水泥混凝土材料領域資助項目的關鍵詞時間線圖。圖中近20年來愈發(fā)密集和豐富的關鍵詞節(jié)點，及相互之間更為緊密的互連，可見該聚類方向的豐富性和熱點更迭的快速性，以及與其它聚類間的交叉相關性。

2.4.3 研究方向分析

通過以上對水泥混凝土材料領域基金資助項目的可視化分析，結合這一領域的發(fā)展歷程，歸納為如下主要研究方向：1）水泥混凝土材料設計、生產(chǎn)與制備；2）水泥混凝土早期性能及調(diào)控；3）水泥混凝土材料劣化與耐久性；4）水泥混凝土材料本構與性能強化；5）水泥混凝土服役狀態(tài)評估與防護修復；6）功能與特種水泥混凝土；7）水泥混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕及阻銹；8）綠色低碳水泥混凝土；9）超高強高韌高性能混凝土；10）智能/仿生/超級水泥混凝土；11）水泥混凝土材料-結構一體化；12）水泥混凝土材料數(shù)智化。

迄今，現(xiàn)代水泥混凝土已走過200年的發(fā)展歷程，我國在這一發(fā)展歷程的近幾十年中，特別是自然科學基金資助以來的近40年中，扮演了極為重要的角色，不僅在生產(chǎn)規(guī)模上成為世界領先，更在基礎理論研究、關鍵技術創(chuàng)新、優(yōu)秀人才培養(yǎng)等方面做出了不可或缺的突出貢獻。未來發(fā)展將何去何從，從自然科學基金資助布局的視角展望如下：

1）緊密對接國家戰(zhàn)略和未來需求，提升服務能力；

2）突出創(chuàng)新探索，強化學科交叉，激發(fā)增長活力；

3）聚焦國際前沿，著力鍛長補短，彰顯獨有特色；

4）加強人才培養(yǎng)，完善研究梯隊，保障發(fā)展動力；

5）拓展國際合作，深化聯(lián)合攻關，增強國際地位；

6）關注政策導向，加強學術研討，匯聚共識合力。

200年來，現(xiàn)代水泥混凝土的發(fā)明和發(fā)展深刻影響了人類社會和現(xiàn)代文明的發(fā)展進程，并極大可能會在相當長時期內(nèi)持續(xù)影響。40多年前，吳中偉先生認為“至少今后一、二百年內(nèi)，混凝土必定還會是一種主要的結構材料”。從長遠來看，這一斷言目前仍是可信的，而隨著新一輪科技革命和數(shù)智化時代的到來，科技創(chuàng)新進入前所未有的密集活躍期，在不遠的將來也許會縮短或改變這一進程。從近中期來看，面對新時代、新任務、新挑戰(zhàn)，水泥混凝土材料領域廣大科研工作者要錨定2035年建成科技強國的戰(zhàn)略目標，在基礎理論、關鍵技術和工程應用等方面，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強，在這一領域完全立于世界領先之地位。

本文在撰稿過程中得到了繆昌文院士、徐世烺院士、劉加平院士、邢鋒院士的建議和指導，董必欽、馮攀、董志騫、王文濤、許木南協(xié)助繪制了文中部分圖表，在此一并表示感謝！

特約供稿專家：

張鵬，國家自然科學基金委員會研究員，主要從事基金項目管理與研究工作。德國“洪堡學者”“萬人計劃”科技創(chuàng)新領軍人才，入選“全球前2%頂尖科學家”“中國高被引學者”。