【“青科”骄子】陈正:追着一粒沙跨越山海的硬核浪漫
20年来,他把科研做在工程工地上,聚沙成塔,不断攻克大跨度拱桥混凝土灌注关键技术,为国家战略工程贡献一粒沙的力量。
川藏铁路上世界最大跨度铁路钢管混凝土拱桥藏木雅鲁藏布江特大桥(以下简称“藏木大桥”)、世界最大跨度拱桥平南三桥、在建的世界最大跨度拱桥天峨龙滩特大桥……一座座“天堑”跨越的身后都能看到他的身影。
作为郑皆连院士领衔的广西大学大跨拱桥关键技术探讨研究团队中建筑材料方向的负责人,他根据陆上通道和近海通道的特点,重点围绕桥梁工程混凝土施工性能和耐久性能两大关键问题持续开展科技攻关。他就是陈正。
陈正,广西大学土木建筑工程学院党委书记、教授、博士生导师,教育部青年长江学者,全国创新争先奖牌(团队奖)、宝钢优秀教师奖、广西杰出青年基金、广西青年科技奖和广西青年五四奖章获得者,担任中国硅酸盐学会流变技术委员会副主任委员、《土木工程学报》编委、中国混凝土行业专家委员会委员。
西部大开发和西部陆海新通道是国家战略,桥梁在其中起着交通咽喉的及其重要的作用,混凝土是桥梁工程用量最多的建筑材料。与混凝土打交道近20年,让陈正印象最深的是藏木大桥的项目建设。
2019年7月24日,世界跨度最大、海拔最高的铁路钢管混凝土拱桥——藏木雅鲁藏布江特大桥拱肋管内混凝土顶升施工圆满结束,这一抹“高原虹”混凝土灌注的顺利完成,预示着该桥的顺利建成又向前迈进了关键一步。作为该桥管内混凝土灌注关键技术科研负责人,陈正终于舒了一口气。为了这八根弦管管内混凝土的灌筑,他已经多次持续20多个小时没有合眼。
该桥也创下了多个世界纪录:大桥主拱跨径430米,是世界上跨度最大的铁路钢管混凝土拱桥。主拱管径1.8米,在同类型桥梁中排世界第一;管内混凝土一次性顶升方量高达1022立方米,创下世界纪录;钢管拱管内为C60自密实无收缩混凝土,在海拔3350米的雪域高原属首次使用。
巧妇难为无米之炊。与低海拔地区的实施工程技术相比,高原上的混凝土浇筑也曾经难倒了“巧妇”——首先,高原温差大,早上和下午的温差超过25度,极易造成混凝土流动性波动大;其次,由于岸山形陡峭,只能开凿隧道绕行,从搅拌楼运输混凝土到林芝岸和岸的时间差近一个小时;三是高原气压低,混凝土泵送灌注极易离析堵管。加上峡谷区常有大风天气,最大阵风可达12级,施工全套工艺流程控制难度大;拱顶离下方水面100多米,既是高空施工,又是临水作业,施工安全风险高;而且雅鲁藏布江的砂石是风化砂,除每年一个月的雨季外,其他时间都在河滩上被风化,砂石外部坑坑洼洼;最主要的是高原之上,特别注重环保,施工建设的同时不能对高原环境能够造成破坏……这些客观存在的外因,无疑给混凝土研发和制备造成了极大困难。
在苍茫的雪域高原之上,为了熟悉拱上混凝土泵管的布置、保障管内混凝土的顺利灌注,陈正身系安全绳,手脚并用爬上几十米高的拱肋,越往上空气越稀薄,往下望万丈深渊。“我们的工人就是在这样的艰苦条件之下施工,他们太不容易了。如何保障大跨度钢管混凝土拱桥管内混凝土的高质量灌注,成为制约大跨钢管混凝土拱桥能否成功完成建设的关键。”
这一次爬拱的经历,让陈正下定决心,一定要克服千难万险,把混凝土制备得更加完美。为此,陈正带领团队在施工现场反复讨论,不断试验,最终研发了混凝土原材料均化关键技术、外加剂复合调配关键技术和混凝土和易性精准调控关键技术,成功制备出满足高原施工要求的高性能混凝土。为了确认和保证混凝土泵送灌注圆满成功,他克服高原反应和昼夜25度的温差,从凌晨四点起来赶到搅拌站进行混凝土开盘到第二天接近凌晨两点灌注结束清场,始终坚守现场。“几乎一天一夜没睡觉,一直在现场盯着,心都提到了嗓子眼,来不得半点马虎。”最终,陈正攻克了高原条件下世界上最大管径、单管最大方量混凝土的顶升难题,顺利完成全部弦管的混凝土灌注,为川藏铁路拉林铁路段的顺利通车提供了重要保障。
从高原下来,陈正又马不停蹄的投入下一个破纪录工程——平南三桥。平南三桥是西部陆海新通道的重要节点,也是世界上最大跨度的拱桥(主跨575米)。在这里,陈正与团队一起进一步攻克了C70高强混凝土超高超长距离泵送难题,保障了平南三桥8根弦管的管内混凝土灌注质量全部优良。
而今,陈正又出现在天峨龙滩特大桥的项目施工现场。作为在建的世界最大跨度拱桥(主跨600米)天峨龙滩特大桥最年轻的专家组成员,他正在为新的世界纪录提供管内和外包高性能混凝土关键技术。
茅以升说桥就是跨越,就是跨沟跨河,代表着你要前进,就要跨过一些沟沟坎坎,修桥就是这种。在工程建设中,陈正也在不断寻求跨越和突破。
任何事物都有其“寿命”,混凝土常年暴露于空气中,如果混凝土的密实性没有正真获得很好的保障,很难抵御环境中腐蚀性物质的侵入,混凝土中的钢筋也会因为锈蚀而失去承载能力,最后导致结构破坏。如何延长混凝土的“寿命”,让其“服役”年限更长久?
钢筋腐蚀问题是混凝土结构和材料研究领域的前沿难点问题,全球每年腐蚀造成的总费用相当于全球GDP总值的3.4%。自2003年起的近20年来,陈正潜心混凝土耐久性和钢筋锈蚀基础研究,取得了诸多理论和技术突破,建立了桥梁工程混凝土多腐蚀性离子耦合的非均匀传输时变模型,提出了桥梁工程高抗蚀混凝土设计理论和制备方法,以及混凝土中钢筋锈蚀的精确评估与调控方法。在耐久性方面的研究成果为重点项目南宁轨道交通工程建设项目和北海铁山港码头提供关键技术支撑,解决了工程中多重腐蚀环境下混凝土的耐久性设计和制备难题,保障了结构的承载力和服役寿命要求。研究成果受到国内外同行的高度评价。
“我面前还有一个重要难题需要攻克:天峨龙滩特大桥是在建的世界上最大跨度的拱桥,这是一座劲性骨架钢管混凝土拱桥,这种类型拱桥的跨径纪录在过去的40年中只增长了55米,现在我们要把混凝土拱桥的跨径纪录从445m的北盘江大桥一下子提升了155米,其难度之大可想而知。这其中的一个关键难题就是外包混凝土的抗裂性,这种结构就像‘夹心饼干’,钢管里面是混凝土,在钢管之外再包一层混凝土,郑皆连院士交给我的任务就是外包混凝土不能有一条裂缝,这个任务非常艰巨。”陈正说,为了确认和保证桥梁安全,在项目施工现场还设计了足尺模型试验,从目前已完成的该模型底板和腹板的浇筑试验结果来看,外包混凝土的抗裂设计能够达到预期要求。在郑皆连院士的带领下,陈正及其团队正在为建成世界上第一座外包混凝土没有裂缝的劲性骨架钢管混凝土拱桥而努力。
2020年,陈正作为郑皆连院士领衔的“大跨拱桥关键技术探讨研究团队”的核心成员获得了全国创新争先奖牌(团队),这也是对他服务国家战略工程的最好肯定。
进入到混凝土的世界,用陈正的话来说是一种“机缘”——“我从小立志将来做一个科学家或者工程师,探索未知的世界。”2003年,陈正进入广西大学就读研究生,一开始接触到灰不溜秋的混凝土,认为这个活又脏又累又重,但是越是深入研究越觉得有意思。“我的工作就是保障混凝土的密实性,让混凝土更密实,受力更均匀,孔隙更少,让外面的腐蚀物质进不去,同时也有更好的强度。其实混凝土就像人一样,人在年少时要悉心照料、用心培养、认真教育,才能在长大后成为党和国家的可用之才;混凝土要用良好的原材料,在制备和浇筑的过程中严格把控,再在早期做好养护,才能让它在工程建设中‘堪当大任’。它既是一粒沙,也是整个大海,这就是混凝土的奥妙之所在。”
2015年,致力于中国桥梁工程建设的中国工程院院士郑皆连受邀来到广西大学,成为广西大学首位全职院士。“我们的桥梁事业,必须后继有人。”调入广西大学后,郑皆连院士十分注重应用研究型人才的培养,主张产学研结合,将理论知识和工程实践相融合,并将陈正招致麾下。
站在巨人的肩膀上,陈正受益颇多。“科学研究可以允许失败,但是工程建设绝不允许失败。”这是郑皆连院士对陈正他们说得最多的话,“科学研究失败了可以再来,但是工程建设出了问题,带来的灾难性后果无可逆转。工程建设必须严格、认真、仔细、慎重,一丝一毫不能出现偏差。”
郑皆连院士严谨的工作作风和治学态度深深地影响到了陈正。“当我第一次将研究成果用在工程当中的时候,说实话,我也是非常忐忑,我在想,我在实验室取得的研究成果将会在这座大桥上应用,将关系着整个工程的安全。所以我要确保我的混凝土用在工程建设项目时不能出现任何的问题。”
踏破铁鞋行千里,跨越山海绘新图。常年在重大工程建设项目工地上,陈正乐此不疲,“混凝土领域值得钻研的东西很多,选择自身感兴趣的,当然会慢慢的喜欢。实际上,做科研没有想象中那么苦。特别是当你做到行业最前沿的时候,你所面临的有可能是人类之前完成不了的任务,但是由于我们的努力,让人类对混凝土的认知又更近了一步,在整个工程发展史上,或许能够写下自己的一笔的时候,这些苦都不算得上什么,而是变得更有意义。”长久以来,这一粒沙的世界正是陈正内心最无法割舍的东西,这也是他坚持多年痴心不改的原因。
下工地、搞实验、带学生、抓行政……大部分时间里,陈正不是带领学生在实验室攻克技术难点,就是在项目施工现场忙碌。每到工程的关键工序节点,或者碰到难题,都能看到他的身影。
在广西大学土木建筑工程学院,提起陈正,师生们对他的印象都是一个治学严谨、工作高效且富有创新精神的资深学者和学院党委书记。在陈正的办公桌前,平南三桥等桥梁模型整整齐齐地摆了一排。目前,他正指导2个博士后,4个博士研究生和十几个硕士研究生。
20年来,在他孜孜不倦地教诲下,一批批热爱混凝土工程的莘莘学子,已经奔赴各自的人生旅途,他培养的研究生叶增鑫正在为在建的世界最大跨度拱桥天峨龙滩特大桥服务,胡伟超正在为西藏电力基础设施开展设计,徐飞为南宁轨道交通工程提供技术保障,莫林全程参与广西“小汤山医院”自治区人民医院邕武医院平战结合病房楼的建设,梁凯为中国—马来西亚钦州产业园区工程建设项目提供检验测试技术服务,黄兆麒服务于柳州(鹿寨)至南宁高速公路改扩建工程,唐宇豪奋战在广西脱贫攻坚的第一线……陈正不停地改进革新、持续突破的精神已经传递给他的学生们,他们正在共同为我国的科技攻关和工程建设不断作出新的贡献。
目前他正致力于极端环境工程结构高韧性混凝土的研发,通过实现纤维等韧性材料和混凝土间的良好协同作用,使混凝土能够很好的满足高原、深海等极端环境对工程材料的严苛需求,为国家战略工程的建设提供坚实保障。同时,他也希望能够通过自己的悉心培养,让学生真正成为一流的学生,一流的工程技术人员,为一流的工程服务,作出一流的工程质量。
如今,陈正正一步一个脚印地用智慧和汗水,在自己最喜欢的科研领域孜孜以求,为国家重大战略工程事业奉献自己的一份力。