科技日報記者 金鳳
近日，經(jīng)國際小行星中心命名委員會批準(zhǔn)，由中國科學(xué)院紫金山天文臺發(fā)現(xiàn)、編號為578168號的小行星正式以繆昌文之名命名。又一顆“科技之星”閃耀蒼穹。
繆昌文是著名建筑材料專家、中國工程院院士、東南大學(xué)教授。他已在混凝土研究領(lǐng)域深耕30余年。他先后帶領(lǐng)團隊參與多個工程建設(shè)，包括長江三峽大壩、京滬高鐵、江蘇田灣核電站、港珠澳大橋、南水北調(diào)等國家重大工程，以及巴基斯坦卡拉奇核電站、孟加拉國帕德瑪大橋、伯利茲的瓦卡水電站等國外工程。
水泥混凝土是使用量巨大、用途廣泛的人造材料。在繆昌文看來，數(shù)字化、信息化、智能化等趨勢，將“重塑”混凝土材料性能。
“進入大數(shù)據(jù)時代，借助人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，可以設(shè)計混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。最近，我們也在研究如何用人工智能技術(shù)，延長混凝土材料的使用壽命、節(jié)能減排?！笨姴脑诮邮芸萍既請笥浾咴L談時說，目前重大工程使用的混凝土材料的設(shè)計壽命為100—120年，他們希望通過人工智能技術(shù)，將混凝土的設(shè)計壽命延長到200年。
部分技術(shù)達(dá)國際“領(lǐng)跑”水平
記者：混凝土是重要的基礎(chǔ)建筑材料。當(dāng)前，我國的建筑材料的發(fā)展在國際上處于什么水平？
繆昌文：混凝土材料是重大基礎(chǔ)設(shè)施的重要物質(zhì)基礎(chǔ)與載體。據(jù)統(tǒng)計，我國每年生產(chǎn)80億—100億噸混凝土，產(chǎn)量占全球50%以上，已成為世界上最大的基礎(chǔ)設(shè)施建筑材料生產(chǎn)和使用國家。
目前，我國85%的橋梁采用鋼筋混凝土，高速鐵路中混凝土和鋼材占比90%以上，絕大部分水工工程屬于混凝土結(jié)構(gòu)。
在混凝土高性能的應(yīng)用基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)方面，我國在國際上達(dá)到“并跑”水平，部分新材料、新技術(shù)在國際上達(dá)到“領(lǐng)跑”水平。我國混凝土材料研究水平與應(yīng)用成果登上了一個新臺階，科研人員陸續(xù)攻克了現(xiàn)代混凝土收縮開裂等國際難題，突破了超高性能混凝土關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了長壽命耐久性提升體系，發(fā)明了新一代聚合物外加劑，成果支撐了港珠澳大橋、白鶴灘水電站、深中通道、田灣核電站等國家重大工程建設(shè)，對于保障工程百年服役壽命，助力核電、高鐵技術(shù)走出國門發(fā)揮了重要作用。
然而，需要注意的是，在建筑材料共性基礎(chǔ)理論與前沿工程技術(shù)方面，我們和國際頂尖水平還有差距。
記者：您曾帶領(lǐng)團隊為100多項國家重大工程建設(shè)提供支撐。在不同時代、不同功能的工程建設(shè)中，混凝土發(fā)揮的作用是否有差異？如何根據(jù)不同需求做出調(diào)整？
繆昌文：我們國家重大工程的建設(shè)有很強的地域?qū)傩?、行業(yè)屬性和時代屬性。這些重大工程年代不同、行業(yè)有差異，但混凝土應(yīng)用技術(shù)均扮演了至關(guān)重要的角色。
在建設(shè)三峽大壩時，工程面臨超大體積大壩混凝土溫控問題，溫控做不好，大壩就會產(chǎn)生裂縫。面對工程實際需求，團隊駐扎工程現(xiàn)場，對使用的原材料、配比與外加劑的適應(yīng)性進行反復(fù)試驗，重點控制混凝土中水泥水化導(dǎo)致的溫升值。最終，相關(guān)研究成果應(yīng)用于三峽大壩三期工程中。同時，結(jié)合在施工過程中進行溫度控制，確保大壩澆筑后沒有產(chǎn)生一條溫度裂縫，進一步在技術(shù)上保障了工程的結(jié)構(gòu)安全。
核電站的核島混凝土是技術(shù)要求最高的一類特種混凝土，其混凝土外加劑一直被國外壟斷。我們組建了一支以無機材料與有機化學(xué)專業(yè)交叉協(xié)同的創(chuàng)新團隊，從有機材料分子角度重新構(gòu)筑外加劑結(jié)構(gòu)。經(jīng)過反復(fù)試驗，我們的成果滿足了工程的技術(shù)需求，在田灣核電站核島混凝土中首次實現(xiàn)外加劑的國產(chǎn)化，打破了國外的壟斷，實現(xiàn)混凝土外加劑技術(shù)從“跟跑”到“并跑”的進步。
建設(shè)港珠澳大橋時，我國的混凝土工程技術(shù)自主化水平得到全面提升。例如，沉管隧道最大水深達(dá)46米，這對沉管隧道混凝土提出了更高的要求：一方面，要控制混凝土的穩(wěn)健性和均勻性，還要在數(shù)小時內(nèi)保持混凝土的可泵送性；另一方面，要控制混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生。
因此，研究團隊在設(shè)計混凝土外加劑時，充分考慮與現(xiàn)場原材料的協(xié)同適應(yīng)，并結(jié)合對施工環(huán)境變化進行調(diào)整，滿足工程技術(shù)需求，為港珠澳大橋6.6公里沉管無裂縫作出貢獻。
目前，我們團隊的技術(shù)已開始用于海外工程，包括巴基斯坦卡拉奇核電站、孟加拉國帕德瑪大橋、印尼雅萬高鐵等重大工程。我們不斷推動混凝土外加劑與應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，也提升了我國混凝土外加劑的國際競爭力。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型助力建筑材料發(fā)展
記者：建筑材料領(lǐng)域發(fā)展趨勢如何，面臨哪些挑戰(zhàn)？人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為建筑材料領(lǐng)域帶來了哪些變革？
繆昌文：高強韌、高耐久、綠色低碳的建筑材料是支撐重大基礎(chǔ)設(shè)施安全、長壽、可持續(xù)使用的關(guān)鍵。當(dāng)前，高原鐵路與水電站、跨海隧道等戰(zhàn)略性重大工程項目陸續(xù)規(guī)劃與建設(shè)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的數(shù)量、廣度和地域范圍不斷擴展，基礎(chǔ)設(shè)施運行服役面臨更加復(fù)雜的荷載、更加嚴(yán)酷的環(huán)境與條件更加極端的應(yīng)用場景。這些都給建筑材料的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型為建筑材料高質(zhì)量發(fā)展提供了重要支撐。近年來，人工智能技術(shù)興起，以高通量計算、大數(shù)據(jù)庫和機器學(xué)習(xí)等多源信息結(jié)合的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計，成為突破傳統(tǒng)局限的新興路徑，并可實現(xiàn)以性能需求指導(dǎo)建筑材料逆向設(shè)計。人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)可以有效賦能建筑材料的低碳化、綠色化及功能化發(fā)展。
未來，這類技術(shù)將會更多地應(yīng)用于建筑材料的設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用。我們團隊也在積極跟進相關(guān)研究工作，通過建立工程材料大數(shù)據(jù)庫，開發(fā)材料智能設(shè)計平臺，實現(xiàn)工程材料的高性能化，保障重大工程的應(yīng)用需求。
記者：在綠色低碳背景下，您認(rèn)為建筑材料應(yīng)該進行哪些科技創(chuàng)新以促進全行業(yè)的節(jié)能減排？
繆昌文：建筑材料是用量最大的基礎(chǔ)材料之一。建筑材料的低碳、綠色與可持續(xù)發(fā)展是未來的主要方向。但是目前的建筑材料存在碳排放高、能耗高、資源消耗量大的問題。因此，通過科技創(chuàng)新助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)達(dá)成，意義重大?？梢栽谝韵聨追矫骈_展科技創(chuàng)新工作。
第一，從材料源頭減碳，充分利用大宗工業(yè)固廢資源，開發(fā)新型低碳膠凝體系，減少水泥熟料用量。第二，提升混凝土材料的力學(xué)與耐久性能，提高結(jié)構(gòu)承載力、延長服役壽命，在同等條件下節(jié)約混凝土的用量。第三，開發(fā)新型節(jié)能、保溫、儲能材料，例如水泥氣凝膠、儲能混凝土等，減少建筑服役過程中的能耗與碳排放。第四，開發(fā)新型、低成本的碳捕集、存儲和利用技術(shù)，例如水泥全氧燃燒系統(tǒng)、CO2膜吸收技術(shù)等，實現(xiàn)水泥混凝土行業(yè)的碳中和。
記者：混凝土開裂是影響建筑安全的“殺手”。在20世紀(jì)80年代，該領(lǐng)域的研究處于什么階段？您當(dāng)時為何要從事這項研究，遇到過哪些挑戰(zhàn)？
繆昌文：20世紀(jì)80年代，混凝土裂縫控制技術(shù)相關(guān)研究尚處于起步階段，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：混凝土裂縫控制理論尚未成熟，導(dǎo)致開裂問題難以進行量化評估；此外，混凝土作為一種由水泥、砂石等構(gòu)成的傳統(tǒng)材料，在當(dāng)時尚未引入礦物摻合料、外加劑等現(xiàn)代混凝土性能調(diào)控技術(shù)。
混凝土開裂問題在工程領(lǐng)域是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。同時，開裂還嚴(yán)重影響著結(jié)構(gòu)的耐久性和服役期間的安全性。
我選擇這一研究方向，一方面是為了迎接技術(shù)上的挑戰(zhàn)，更為重要的是，我希望能為保障國家工程質(zhì)量和造福社會貢獻自己的力量。
在研究過程中，我們主要面臨兩方面的挑戰(zhàn)。一方面，裂縫的產(chǎn)生原因極為復(fù)雜，需要材料科學(xué)與結(jié)構(gòu)工程等跨學(xué)科開展跨學(xué)科合作，而我們團隊成員起初主要以無機材料專家為主，需要通過學(xué)科交叉突破這一局限。另一方面，將一項新技術(shù)應(yīng)用于重大工程項目中，往往需要經(jīng)過長時間的技術(shù)儲備和試驗驗證，這需要我們有敢于實事求是、長期坐“冷板凳”、持續(xù)開展研究的心理準(zhǔn)備。
可喜的是，通過努力，我們將過去的定性控制裂縫變成了現(xiàn)在的量化計算控制裂縫，在地下隧道工程、橋梁工程、核電工程、大體積混凝土工程中真正實現(xiàn)了混凝土不開裂，把不可能變成了可能。
促進科技與產(chǎn)業(yè)“雙向奔赴”
記者：您曾在江蘇省建筑科學(xué)研究院和企業(yè)工作多年，十幾年前調(diào)入東南大學(xué)。您為何會作出這些職業(yè)選擇？結(jié)合您的經(jīng)歷，您如何理解科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的融合？
繆昌文：1982年我從南京工學(xué)院（東南大學(xué)前身）畢業(yè)后，進入中國水利水電科學(xué)研究院工作，兩年后我又到江蘇省建筑科學(xué)研究院工作，一直做到研究院院長。2002年，江蘇推行技術(shù)開發(fā)型科研機構(gòu)改制，江蘇省建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所由事業(yè)單位改制為民營企業(yè)“江蘇博特新材料有限公司”。改制后，科研人員的活力一下子被釋放出來了。大家努力提高科技創(chuàng)新能力。那幾年，我們一邊加大力度研發(fā)混凝土外加劑，一邊廣泛開拓市場，發(fā)揮人才優(yōu)勢和科技優(yōu)勢，用5年的時間將公司的產(chǎn)值提高了五六倍。
我的祖父是私塾先生，父親是教師，所以我從小就有個當(dāng)老師的夢想。2011年，我接受東南大學(xué)的邀請，進入材料學(xué)院工作，終于實現(xiàn)了兒時的夢想。
如果說在研究院和企業(yè)的工作，是思考如何從工程中發(fā)現(xiàn)問題，在工程中檢驗成果的價值，那么進入高校做研究，則要從基礎(chǔ)理論層面，從材料的機制分析等角度闡釋原理，再指導(dǎo)工程實踐。此前研究院的工作經(jīng)歷，讓我更加注重從應(yīng)用層面開展基礎(chǔ)研究，將論文寫在祖國的大地上。
近年來，我們也在嘗試推動材料行業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新，希望以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。在東南大學(xué)與同濟大學(xué)、清華大學(xué)等八所高校及中國建筑股份有限公司等五家企業(yè)共同組建的“先進土木工程材料協(xié)同創(chuàng)新中心”中，高校和企業(yè)頻繁交流學(xué)界的研究方向和業(yè)界的發(fā)展趨勢。有時企業(yè)會為高校提供科研經(jīng)費，供高校進行小試、中試等成果轉(zhuǎn)化試驗；有時高校會為企業(yè)的技術(shù)開發(fā)進行理論研究、量化分析。這種合作模式為攻關(guān)行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)、解決制約行業(yè)發(fā)展的重點基礎(chǔ)難題提供了重要支撐。
記者：當(dāng)前，為了進一步激發(fā)科研人員創(chuàng)新熱情，我國鼓勵科研人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，促進科技成果轉(zhuǎn)化。對此您怎么看？
繆昌文：我們不要害怕將科研人員推到產(chǎn)業(yè)的大海里游泳，要寬容失敗。即使有幾個項目“淹死了”也不要緊，要鼓勵科研人員勇于開展科技成果轉(zhuǎn)化，將科技成果盡快應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)發(fā)展中。同時，要向科研人員分配合理份額的成果收益，完善科技成果轉(zhuǎn)化激勵政策，激發(fā)科研人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極性，促進科技與經(jīng)濟深度融合。對于青年科研人員，要善于引路子、壓擔(dān)子、壯膽子，放手讓他們大膽探索。
致青年科技人才
青年科技人才要有思想、對事業(yè)忠誠，能干、肯干。
材料的研究涉及交通、建筑、水利水電設(shè)施等諸多與人民群眾生活密切相關(guān)的領(lǐng)域。青年科技人才要緊盯國家和行業(yè)發(fā)展需求，凝練科研方向，以科技創(chuàng)新賦能中國建造，建設(shè)安全、舒適、綠色、智慧的好房子，滿足人民群眾高品質(zhì)居住需求。
青年科技人才要有家國情懷，有“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干”的精神追求，還要有發(fā)現(xiàn)問題的敏銳度和解決問題的專業(yè)素養(yǎng)，為實現(xiàn)高水平科技自立自強而不懈奮斗。
——繆昌文
