以材料革命 固土木建設(shè)

徐艷慧

中國人對(duì)土木建筑的迷戀早在數(shù)百年前便早有顯現(xiàn)。前人有詩為證，“五架三間新草堂，石階桂柱竹編墻”“高軒臨碧渚，飛檐迥架空”，在精妙絕倫的詩句中，我們除了可以窺察到古人對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)智慧，還可一覽中國建筑材料的發(fā)展歷程。

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，人們把信息、材料和能源作為社會(huì)文明的支柱。行至80年代，隨著高技術(shù)群的興起，新材料與信息技術(shù)、生物技術(shù)又并列成為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志?，F(xiàn)如今，材料已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和人民生活的重要組成部分。于是，在材料學(xué)這片藍(lán)海中逐漸涌現(xiàn)出一大批以李紹純?yōu)榇淼那嗄杲艹隹茖W(xué)家，數(shù)年來堅(jiān)守在海洋環(huán)境高性能混凝土的制備及耐久性研究工作上，為我國建筑工程添磚加瓦。

一片冰心始于瓷

李紹純與材料學(xué)結(jié)緣于太原重型機(jī)械學(xué)院（今太原科技大學(xué)）。1998年，剛結(jié)束高考的李紹純以自己興趣所向填報(bào)了“機(jī)械制造及自動(dòng)化”這一專業(yè)，開始學(xué)習(xí)后他發(fā)現(xiàn)課程設(shè)置與自己想象中有些差異，學(xué)習(xí)內(nèi)容更偏向于金屬的熱處理。但是經(jīng)過刻苦學(xué)習(xí)，他逐漸被材料的千變?nèi)f化和獨(dú)特魅力所吸引，4年的大學(xué)本科學(xué)習(xí)生涯堅(jiān)實(shí)地奠定了他對(duì)材料學(xué)深切熱愛的基礎(chǔ)。

研究生階段，李紹純追隨早年認(rèn)識(shí)的一位材料學(xué)導(dǎo)師的腳步，考入了青島理工大學(xué)?！半m然專業(yè)名稱是環(huán)境工程，但整個(gè)碩士期間，我都在做與陶瓷相關(guān)的課題研究，與一種新材料的接觸除了加深我對(duì)這一領(lǐng)域的興趣外，還讓我意識(shí)到要進(jìn)一步深造，對(duì)知識(shí)的汲取決不能掉以輕心?！被谶@種信念，李紹純懷揣一份赤誠，帶著夢(mèng)想輾轉(zhuǎn)到了浙江大學(xué)。經(jīng)過3年的博士研究生涯，他以優(yōu)異的表現(xiàn)接到了來自兩所母校，即青島理工大學(xué)和浙江大學(xué)同時(shí)拋來的橄欖枝。經(jīng)過一番慎重考慮，他最終還是選擇回到家鄉(xiāng)山東參與建設(shè)?！拔覍?duì)家鄉(xiāng)有著非常深厚的感情，而且青島理工大學(xué)對(duì)我來說更為熟悉，有熟悉的老師和環(huán)境，不存在重新適應(yīng)的問題，對(duì)當(dāng)時(shí)的我來說是最好的選擇?！?/p>

雖然是重回故地，但李紹純的身份卻發(fā)生了轉(zhuǎn)變。從被指導(dǎo)研究到獨(dú)立組建團(tuán)隊(duì)開展研究，需要?dú)v經(jīng)一個(gè)較為艱辛的過程，但是碩博階段培養(yǎng)起來的良好的研究習(xí)慣，卻加速了這段進(jìn)程。“我很幸運(yùn)，碩博階段遇到的導(dǎo)師都對(duì)我?guī)椭浅４蟆Ｔ谖宜械难芯空n題及方向問題上，他們始終秉持著‘只指導(dǎo)，不干涉’的態(tài)度?？梢哉f，在一定程度上，我的獨(dú)立科研能力是這兩位導(dǎo)師聯(lián)手培養(yǎng)出來的。”現(xiàn)實(shí)總是極具戲劇性的，科研似乎也要講求“天時(shí)地利人和”。能力已經(jīng)“就位”，但很快現(xiàn)實(shí)就給李紹純帶去了另外一個(gè)難以逾越的關(guān)隘——千帆過后，因結(jié)合青島理工大學(xué)的特色，需要再擇航向。

追溯往事，彼時(shí)的阻礙也誕生了新的機(jī)遇。闊別了“陪伴”其8年研究生涯的陶瓷材料，2010年，李紹純遇到了時(shí)任青島理工大學(xué)副校長趙鐵軍教授及其團(tuán)隊(duì)，從而開啟了科研路上與混凝土材料“相伴”的全新篇章。

在接下來的4年時(shí)間里，李紹純皆專注于混凝土防護(hù)材料的研究。2013年，李紹純與團(tuán)隊(duì)參與的“海洋環(huán)境下裂縫混凝土的腐蝕及防護(hù)措施”項(xiàng)目，榮獲青島市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng);2014年，他又獲批了科研生涯中首個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“混凝土表面滲透型超疏水涂層的仿生設(shè)計(jì)、構(gòu)建與性能研究”。該項(xiàng)目基于仿生學(xué)理論，從表面化學(xué)組成與微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，利用溶膠-凝膠法，結(jié)合相分離、自組裝技術(shù)，根據(jù)混凝土材料的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直接在其表面構(gòu)建有機(jī)硅烷/SiO2滲透型超疏水涂層。研究超疏水涂層在混凝土表面形成過程的規(guī)律性，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土表面化學(xué)組成與微觀結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)，探索表面微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理及對(duì)混凝土滲透性的影響，極大程度上為我國建筑行業(yè)中混凝土材料的防水問題作出了建設(shè)性的貢獻(xiàn)。

項(xiàng)目的成功在帶來喜悅之余，也引起了李紹純更為深刻的求索之心。身邊的眾多學(xué)者都不約而同選擇了出國訪問，但是他再三思慮，毅然選擇了湖南大學(xué)史才軍教授作為引領(lǐng)自己走進(jìn)材料學(xué)研究“下一站”的領(lǐng)路人。此前，史才軍教授長居國外開展研究，學(xué)術(shù)成果舉世矚目，“能夠獲得這樣一位學(xué)貫中西的學(xué)者的指導(dǎo)，既能滿足我了解國外科研進(jìn)展的需求，又能讓我在祖國切身體會(huì)身邊發(fā)生的變化，這樣的選擇對(duì)我來說，無疑是兩全其美的”。短短1年后，李紹純便再次憑借“核電站犧牲混凝土制備原理與關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目獲得了2015年度高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。輾轉(zhuǎn)多年，唯有對(duì)材料學(xué)熱愛的“一片冰心”始終未改;屢次突破，他又投身到下一階段科研路的跋涉中。

絕知此事要躬行

“研究混凝土這種材料的難點(diǎn)除了其組分結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜外，該材料的應(yīng)用性也非常強(qiáng)?？墒俏以趯?shí)驗(yàn)室待得太久了，無論理論已經(jīng)多么完備，每每到了工程實(shí)踐的環(huán)節(jié)，總有與預(yù)期相差甚遠(yuǎn)的意外發(fā)生?！奔幢憷罱B純?cè)诨炷敛牧涎芯窟@條道路上已然堅(jiān)守多年，但仍有這樣的困境存在。面對(duì)挑戰(zhàn)，有人選擇逃避，自然也會(huì)有人選擇直面。

顯然，李紹純是后者。

2016年，借著“西部建設(shè)人才引進(jìn)”的東風(fēng)，李紹純以“新疆維吾爾自治區(qū)高層次引進(jìn)人才（柔性引進(jìn)）”的身份在中建西部建設(shè)新疆股份有限公司開展自己的博士后研究工作。他針對(duì)新疆當(dāng)?shù)氐牡V物進(jìn)行激活性研究，旨在通過激發(fā)礦物活性，探索研制綠色高性能混凝土材料，為我國節(jié)能減排事業(yè)作出貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目歷時(shí)3年，最終獲得新疆維吾爾自治區(qū)科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，李紹純也同時(shí)實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)與實(shí)踐的密切結(jié)合。從此，對(duì)于成果的實(shí)際應(yīng)用，他也有了更為深刻的認(rèn)識(shí)與理解。在無數(shù)實(shí)績之中，李紹純又憑借其卓越的科學(xué)感知力，探查到了混凝土在海洋領(lǐng)域應(yīng)用的又一亟待解決的問題——海洋微生物的腐蝕與污損。

海洋微生物腐蝕是確保海工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的重要課題。隨后，李紹純便確定了這一科研方向，并在2020年憑借“仿生超疏水涂層在混凝土表層的構(gòu)建及對(duì)海洋生物腐蝕的抑制作用機(jī)理與效果研究”申請(qǐng)到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。該項(xiàng)目從海洋微生物在混凝土表面的附著規(guī)律與機(jī)理出發(fā)，通過研究生物膜的形成、生長過程，建立海洋微生物對(duì)混凝土的腐蝕動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，基于仿生學(xué)理論，采用溶膠凝膠法和表面修飾技術(shù)在混凝土表層構(gòu)建硅烷SiO2溶膠/硅烷氧化石墨烯超疏水涂層，探索超疏水涂層在混凝土表面的反應(yīng)過程與構(gòu)建機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土表層化學(xué)組成與微觀結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)。李紹純及其團(tuán)隊(duì)通過研究超疏水涂層對(duì)海洋微生物在混凝土表面黏附行為的影響機(jī)理和規(guī)律，深入探討超疏水涂層對(duì)海洋微生物腐蝕動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制;并通過實(shí)海暴露實(shí)驗(yàn)，建立超疏水涂層微結(jié)構(gòu)與防生物腐蝕作用的定量關(guān)系，明確時(shí)空變化對(duì)超疏水涂層長期防護(hù)效果的影響規(guī)律，旨在為保障海工混凝土結(jié)構(gòu)安全及長壽命運(yùn)行提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

土木工程科研人員是國家的“建設(shè)者”。正因肩負(fù)重任，所以李紹純一刻也不敢懈怠，心無雜念只愿一路向前?？蒲兄猓鳛榍鄭u理工大學(xué)土木工程學(xué)院副院長，李紹純對(duì)于教書育人有著同科研一樣的熱血與恒心，始終將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)置于首位。另外，因科研領(lǐng)域的強(qiáng)應(yīng)用性與自身的科研經(jīng)歷，李紹純也時(shí)刻不忘提醒學(xué)生，理論基礎(chǔ)仍重要，但成果檢驗(yàn)須躬行。