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他给高铁铺上 刚柔相济的“减震垫”

来源:科技日报
发布时间:2021-01-07
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     每次乘坐G8次“复兴号”高铁,当列车以350公里时速驶过“滕州—枣庄”路段时,江苏省建筑科学研究院高性能土木工程材料国家重点实验室副主任洪锦祥,都会下意识地从座位上起身,看看车窗外自己曾经日夜奋战过的地方。

  这个习惯,伴随着京沪高铁通车,洪锦祥已经保持了9年。

  10年前,他首次独立主持重大科研项目,在京沪高铁工程中自主研发填充层材料水泥沥青砂浆,从此与轨道交通工程材料研究结缘。

  前不久,他又坐了一次G8次“复兴号”高铁,去往北京,站上了2020年科学探索奖的领奖台。凭借着在板式无砟轨道结构功能材料方面取得的成绩,以及未来在特殊复杂环境条件下新型轨道结构工程材料方面的前沿探索,洪锦祥成为2020年摘取科学探索奖的五十人之一。

  把实验室搬到京沪高铁工地

  繁忙的高铁线上,疾驰的“复兴号”高铁穿梭如织。

  但就在10年前,我国的高铁建设刚起步时,许多先进技术的研发工作还处在摸索状态。这其中就包括洪锦祥及其团队的研究项目——高铁的“减震垫”材料。

  在人们的印象中,传统的铁路轨道都是铺在碎石上的,而高铁轨道则是无砟轨道,采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构,这样的设计看起来十分干净整洁。

  “在轨道板和混凝土底座之间有一个薄薄的水泥沥青砂浆充填层,厚度只有3厘米到5厘米。”洪锦祥告诉科技日报记者,这个充填层的特点就是“刚柔相济”,具有减震消能、黏结传力、调整误差等功能,其与高铁运行的平稳性、乘坐的舒适性、轨道结构的耐久性和运营维护成本高低密切相关。

  但这个不起眼的充填层,研制起来,却面临着一系列复杂的技术问题。在京沪高铁开工前,洪锦祥已带领团队埋头研究了2年。


  在实验室模拟次数再多,也比不上在实践中检验一回。为了确保京沪高铁工程质量,彼时33岁的洪锦祥不敢大意,他甚至把实验室搬到了工程现场,从数九寒天到三伏酷暑,守在现场做了一年多实验。

  那段时间,洪锦祥吃住都在工地,原本白净的帅小伙变得又黑又瘦,一度让京沪铁路总工程师赵国堂担心洪锦祥的终身大事。在此期间,洪锦祥的母亲病危离世,消息传来他心如刀绞,匆匆赶回老家送别母亲后,又一头扎进工地。

  京沪高铁项目,一做就是5年。“个人成长经历中,我在这个项目上吃的苦最多,但这个项目也让我收获最多。”洪锦祥感慨道。

  最终,洪锦祥带领研发团队成员攻克了一系列关键技术难题,研发出的水泥沥青砂浆不仅综合性能超过国外,而且在国际上较早攻克夏季高温条件下难以施工的技术难题,而该材料成本不到国外同类产品的一半。该成果打破了国外技术垄断,具有自主知识产权,替代国外产品应用于京沪高铁工程,为我国第一条自主建造的高速铁路提供了重要技术支撑。

  “这次成功让我对今后的科研创新有了信心,我们中国人完全可以做得比国外更好,把不可能的事变成可能。”洪锦祥说。

  “不专一”的科研过来人

  洪锦祥博士毕业后,一直在江苏省建筑科学研究院工作,从始至终坚守在交通工程材料领域。但翻开他的求学经历,似乎就显得不那么“专一”了。

  洪锦祥本科就读于河海大学,学的是水利水电工程专业,读研时的专业是材料学;在东南大学攻读博士学位期间,他又转向了道路与铁道工程专业。

  但这样的“跨界”并非洪锦祥有意为之。高考结束填报志愿时,洪锦祥被河海大学水利水电工程专业的名字所吸引,笑称自己是被“蒙”进了这个专业。本科毕业后,他继续在河海大学深造。但由于考分并没有达到第一志愿的录取分数线,洪锦祥无奈地被调剂到材料专业。

  到了博士阶段,洪锦祥希望所学能有用武之地,在时代大环境的影响下,他投身道路与铁道工程。


  求学期间一次次命运的安排,让洪锦祥无意之中成为多学科交叉融合的多面手。回首自己的求学经历,洪锦祥感叹“人生的选择交织了许多偶然因素”。

  2019年末,洪锦祥以校友身份重回河海大学,分享个人成长经历与感悟。彼时,洪锦祥已是万千学子眼中的成功人士,但他却坦言:“被蒙、无奈,不要懊恼、不要放弃,稀里糊涂、误打误撞也许就是命运最好的安排。”

  从偶然到必然,洪锦祥相信,自身努力才是最关键的力量。他的人生允许没有规划,但在他的字典里,“努力”二字始终写在首页。

  有学生问他,现在哪个专业前途比较好,他却说:“其实现在经济高速发展,没有冷门的专业。做好当下,做一行就爱一行,别考虑那么多,把所学专业学好就可以了。”

  在求学阶段有清晰的规划固然是件好事,但如果没有,洪锦祥并不认为这是坏事。“要随着自己的学习和成长经历,不断完善对社会、对专业的判断。”他说。

  作为一个“过来人”,洪锦祥一再告诉青年学子“平台很重要,努力最关键”。

  洪锦祥“不专一”,他组建的科研团队,也像个打翻的“调色盘”。目前,团队里近30名科研人员的研究方向“五花八门”,涵盖了无机非金属材料、有机高分子、道路与铁道工程等多个专业。

  下一步瞄准新“减震垫”材料

  目前,我国已成为世界上高铁运营里程最长、在建规模最大的国家,也是全球3个具备无砟轨道系统输出能力的国家之一。

  随着交通强国战略的实施,中国高铁正在走出国门,未来还将驶向更复杂的地质带,一系列新的科学问题也随之而来,寻找更好的“减震垫”技术就是其中之一。

  无砟轨道因具有整体性强、稳定性好等优点,已成为高速铁路最主要的结构形式,但其也存在维修养护困难和基础适应性差的问题

  固化道床采用具有黏结性能的材料,将散粒道砟颗粒固结为整体,是既有砟轨道和无砟轨道结构之后的一种新型轨道结构,其兼具无砟轨道和有砟轨道的优势,是轨道结构的前沿发展方向。固化道床可被用于大型桥梁、隧道、地震断裂带等特殊复杂环境条件下的高速铁路工程上,对于正在建设中的川藏铁路具有重要意义。

  “我们正在开展新型固化道床材料的预研。”洪锦祥说:“固化道床整体稳定性好、弹性好并易维修养护,但目前使用的固化材料是聚氨酯,该材料成本高、耐候性差。因此,我们提出采用水泥沥青复合固化的思路。”

  研发新型固化道床材料,需要从微观层面解决结合界面的力学问题,这项研究或许需要5年,甚至更长的时间,但洪锦祥愿意为此付出,他觉得科学研究不能急功近利,看准了一个方向就要持续投入做下去。

  而且,洪锦祥从不认为研究沥青这个普通材料是个小课题。“我总是跟团队成员说要以问题为导向,围绕应用‘小题大做’,为国家重大战略需求出力。”他说。

  在科学探索奖的最后一轮答辩环节,洪锦祥的个人陈述让评审专家相信,他引领的新型固化道床材料研究已经“起跑”,未来将助力中国高铁跑得更快、更稳。
知识点问答
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我们正在开展新型固化道床材料的预研。”()说。
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