孔祥明清华 清华智慧 | 孔祥明:站在中国高铁发展的身后 「十年磨一剑」
在高铁的轨道基础的建设中,共涉及三层材料:底部的基础层混凝土、中间垫层缓冲材料、轨道上层预制混凝土。其中的中间垫层主要起到减振、隔振的作用,一方面为了避免高速运动的列车产生的振动破坏轨道本身,另一方面为了防止振动传递到周围土壤使得周边房屋地基坍塌。
因此,高铁建设对中间层材料性能有着严苛的要求:在施工过程中既要有一定的流变性和很好的粘滞性;硬化后又要有良好的静态与动态力学性能;同时在长期服役过程中,其抗动荷载疲劳性能和抗环境侵蚀性能也有极高的要求。因此,CA砂浆的研发、配置和施工尤为重要,但在当时的国内,却是一块空白领域。
在06-08年的北京-天津城际快轨建设过程中,作为中国第一条高速铁路,其中用到的CA砂浆技术,依然引进自国外。由于之前引进日本技术之后带来的温度敏感性问题,这次引进的是相对而言温度敏感性较好地德国材料。
但在施工之后又发现了新的问题:德国材料对于中国的地理条件来说,抗振能力较差,使用条件受限。国外技术在国内水土不服,这促使中国的高铁工程师与科学家去寻找一条适合中国国情的CA砂浆研发之路,以满足国内发展高铁的迫切需要。这是一个需要长时间坚守的工程。
对于孔祥明团队来说,07年到08年的那段摸索前进的岁月,是所有研究的开始,也是他们与高铁故事的开端。那段时间,孔祥明回忆到:「当时就是摸着石头过河,都靠自己摸索。」
为了研发适合中国国情的CA砂浆,首先要将中国复杂的地理气候条件分析透彻,并且找到CA砂浆制备中的本质问题。经过艰苦的探索,团队将CA砂浆的制备问题提炼为:水泥与沥青混合物的性能控制问题。在这种材料制造过程中,关键问题是让无机物水泥与有机物沥青相互融合。
有了科学问题的指引,团队便有了明确的奋斗方向。在当时的国内,清华大学孔祥明老师的团队全面主攻CA砂浆中涉及的流变性问题、硬化复合材料的力学问题,以及长期服役过程中的耐久性等系列工程科学问题,做出了先驱性的贡献。
国外企业封锁技术,国内实际情况复杂,CA砂浆关键性能影响因素还处于黑箱状态,虽然困难重重,但团队最终还是证明了中国人自己的高铁技术是值得世界瞩目的。
