王栋民,1965年出生于山西省朔州市山阴县,工学博士学位,中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院教授、博士生导师,混凝土与环境材料研究所所长。武汉工业大学材料学专业学士(1985)、硕士(1988)、中国建筑材料科学研究总院博士(2002)。1988年至2003年在中国建筑材料科学研究总院从事科研和技术开发工作,历任助理工程师、工程师、高级工程师(1995)、研究室主任(1999)、教授级高工(2002),2003年9月调入中国矿业大学(北京)从事教学和科研工作。研究方向主要有:材料的精细化工合成、化学外加剂和高性能水泥混凝土材料;工业、矿业固体废弃物处理与生态环境建筑材料制备。先后获得全国建材行业、北京市人民政府和中国资源综合利用协会科学技术一等奖1次、二等奖5次、三等奖2次。获得国家发明专利3项。出版学术专著5部。培养毕业博士后、博士和硕士研究生22人,在读31人。研究成果和专利技术在全国上千项重大结构工程中应用,为国家建设创造了巨大的经济效益和良好的社会环境效益。
生活在今天的人们无疑是幸运的:我们可以坐上时速400公里的高速列车体验陆地飞行;可以跨上京津城际轨道享受公交般的便捷;可以驶上杭州湾跨海大桥领略天堑变通途;可以走进奥运鸟巢感受作为中国人的自豪;当然,还有越来越多的人们搬进高楼、住进新居······
朋友,您可知道,今天我们能够拥有这一切,绝不是偶然的。在祖国繁荣富强、经济腾飞的背后,是一个又一个基础性前沿科技领域的突破,引领人类挑战极限;是一个又一个平凡而伟大的科技工作者的辛勤努力,帮助人们实现梦想。
以最常见的水泥混凝土材料为例——现代社会生活中,人们跟水泥混凝土的关系密不可分,小到我们住的房子,脚下走过的道路和桥梁,大到摩天大楼、高速铁路、钻山隧道、跨海大桥等等,无一没有混凝土的身影。混凝土是迄今为止用量最大的一种人造材料,作为现代建筑的基石和最基本的结构性材料,已经深入人类生活,难以替代。然而随着经济社会的不断发展,传统混凝土已无法满足需求,一些大型、特殊建筑工程及现代化施工方式,都对混凝土性能提出了更高要求。而高性能减水剂等混凝土外加剂的使用,则是解决这一难题的良方。如今,外加剂已经成为混凝土中继水泥、砂子、石子、水之后的第五种组分,以上提到的目前我国已建成使用的大型工程中,无一没有高性能减水剂的影子。
聚羧酸减水剂作为一种新型高性能减水剂,是基于现代材料科学的分子设计理论研制而成。与传统的萘系减水剂相比,减水率更高,可以达到30%,用它制备的混凝土强度更高,可达100兆帕,混凝土结构寿命也更长。
今天,就让我们一同走进这许许多多科技前沿领域中的一个——混凝土外加剂领域,了解奋战在这一领域最前沿的一位年轻而卓有成就的科学家,我国聚羧酸减水剂的开拓者——中国矿业大学(北京)教授、博士生导师王栋民。
2010年11月中旬,记者在山东宏艺科技股份有限公司巧遇在此指导聚羧酸减水剂投产调试的王栋民教授,一番长谈之后,对王栋民教授本人的经历,及其开拓的聚羧酸减水剂领域有了全面深入的了解。
从家乡到武汉
1965年,王栋民出生于山西省北部的朔州市山阴县农村。山阴县地处雁北,自然环境不算优越,加上那个年代农村艰苦的生活条件,让王栋民从小就养成一种能吃苦、朴素勤奋的优良品格。王栋民的父亲毕业于朔州师范学校,是当地一位中学教师,时值文化大革命时期,教师缺乏,本来是正规语文教师的王父,在学校里数、理、化、体育、音乐什么都得教,成了一个名副其实的农村学校教育的多面手。这无形中给王栋民提供了一个良好的家庭教育环境,加上他自幼天资聪颖,农村读书期间王栋民的学习成绩一直名列前茅。初中升高中时,王栋民以全县第一名的成绩,从普通农村学校考上了县城山阴县第一中学,当时在全县引起巨大轰动。那个年代,农村学生出外上学的心情都特别迫切,因为这是他们脱离农村户口而变成城市户口的惟一出路和机会,非常难得。看到很多成绩和自己一样优秀的学生都纷纷去了省城太原读中专,王栋民甚至也想走这一步。然而,当时的山阴县教育局局长却建议王栋民父亲:不要让孩子上中专,继续读高中,然后考大学。
山阴县教育局局长当时这卓有远见的一句话,成就了年轻的王栋民,也无形中影响了未来中国建材工业科技的走向。1985年夏季,16岁的王栋民以优异成绩被武汉建筑材料工业学院(1985年更名为武汉工业大学,2000年更名为武汉理工大学)无机非金属材料专业录取。
来到武汉上学,王栋民起初并不开心。因为他的第一志愿是南开大学化工系,武汉建材学院只是他的第五、也是最后一个志愿;当时他的想法是,既便去不了天津南开,最好是能在北京上学,北京毕竞离晋北老家近,还是首都嘛。然而很快,武汉建材学院就让王栋民感受到了令他产生好感,甚至欣喜的一面。
武汉建材学院当时是我国建材行业惟一一所重点院校,集中了我国建材工业教学和科研领域一批有着很高知名度和影响力教授学者,其中包括冯修吉、袁润章、黄士元、徐昭东、王启宏等。袁润章先生就是其中的一位。他当时是硅酸盐材料和工程系的系主任,也是王栋民所在专业-胶凝材料与制品专业的学术带头人。他把胶凝材料科学的研究系统梳理所编著的《胶凝材料学》一书成为全国高校该专业的最重要的专业课,他所进行的对于矿渣、粉煤灰和煤矸石等固体废弃物的研究不仅极具前瞻性,也奠定了该领域后来发展的基础。后来袁先生成为了武汉工业大学的校长。如今回想起来,王栋民还一直认为,在武汉上学期间校长袁润章先生对他的影响很大,“袁先生的思路非常宽广,对国外的情况熟悉,上大学时袁先生就是我们专业学生精神上的导师。”
较早引起王栋民关注,也是对他一生影响最大的一个人,则是我国建材工业科技界的学术泰斗吴中伟院士。1981年夏秋时节,刚刚跨入武汉建材学院大门的王栋民,一次在学校的宣传橱窗中看到了一位学者在校园访问讲学的大量图片及报道,这位学者正是当时中国建筑材料科学研究院副院长兼总工程师,同时又是当时武汉建材学院的兼职副院长,我国水泥混凝土界的一代宗师吴中伟教授。后来王栋民多次现场聆听过吴中伟先生的学术报告,深为吴中伟先生渊博的知识所折服,进而开始崇拜。
大学四年级的上学期,王栋民不经意间看到了《混凝土与加筋混凝土》杂志上刊登的一篇吴中伟先生关于“中心质假说”的文章。刚刚学习了水泥混凝土专业课程的王栋民已经具备了看懂先生文章的基础,先生的文章深深地吸引了他,他把连载“中心质假说”的各期《混凝土与加筋混凝土》杂志全部找了来,非常认真、系统地学了一遍,并详细地做了读书笔记,随后又把先生所著有关混凝土耐久性等各方面的文章找来仔细地阅读。王栋民深为先生深邃的思想、广博的知识以及流畅的文笔所吸引,特别是其学术思想始终贯穿了一种唯物论和辩证法的哲学思想,让他感受到了一个学问大家的思想风范。也正是受吴中伟先生学术思想的影响,使王栋民对自己所学专业有了一个全新的认识,大四考研时,王栋民毫不犹豫地报考了吴中伟教授的研究生。
1985年,已在武汉学习了将近4年的王栋民,时常独自躺在宿舍的床上,幻想着跟随吴中伟先生在水泥混凝土材料的科学海洋中遨游,心情异常兴奋和激动。
功夫不负有心人。1985年9月,20岁的王栋民以应届毕业生的身份顺利考取了吴中伟教授的研究生,来到位于北京管庄的中国建筑材料工业科学研究总院,就读于武汉工业大学北京研究生部,成为吴中伟先生的关门弟子。
在中国建材科技的摇篮中成长
中国建筑材料工业科学研究总院是我国建筑材料工业科学技术研究领域的最高学术权威机构,被称作中国建材工业科学技术的摇篮,历史上中国的几乎所有的水泥品种和水泥制品的品种都是在这里第一次研究成功的,这里也集中了一大批中国建材行业顶尖的专家学者。来到武汉工业大学北京研究生部求学,既如愿进入吴中伟先生门下学习,又满足了当初渴望来北京读书的愿望,这让王栋民兴奋不已,也让他异常勤奋。
在这里,年轻学子王栋民得以在知识和科技的海洋中畅游,他吸吮着建材工业最前沿的科研和学术营养,在包括导师吴中伟先生在内的许许多多领导和老师们的亲切教导和引领下快速成长。1985年9月至1988年7月,他首先在这里完成了武汉理工大学无机非金属材料专业硕士学位的学习,之后就在中国建材院正式参加工作,期间于1999年9月至2002年7月在该院在职完成了非金属材料专业博士学位的学业。在中国建材研究总院工作15年时间里,在导师吴中伟院士的学术思想指导下,王栋民和同仁们一起完成了一系列重大科研成果,为推动我国建材工业紧跟国际先进水平做出了重要贡献。
可以说,正是在中国建材工业科技的摇篮里,王栋民打下了非常坚实的学术和科研基础,开始了一系列重大科学研究,并确立了自己未来的科研方向。
1988年7月,王栋民在吴中伟先生门下完成了硕士研究生阶段学习。原本他打算继续在吴先生门下攻读博士学位,但吴先生建议先参加工作,接触一些科研课题,锻炼锻炼再读博士。于是先毕业,直接分配在中国建筑材料科学研究院工作。后来事实证明,导师吴中伟的这一建议,正如当年家乡县教育局长一样卓有远见。
当时国内建材行业科技界许多著名专家学者和权威人士如吴中伟、黄大能、沈荣熹、薛君矸等均汇集于中国建筑材料科学研究院,对王栋民来说建材院就是一个神圣的科学殿堂,能够在这里工作是他梦寐以求的。这些学界权威包括后来工作中许多的老师和同事同仁,都给了他很多帮助。
王栋民首先被分配到水泥研究所从事化学外加剂的科研开发,承担的是“泵送剂对混凝土可泵性作用机理的研究”和“混凝土泵送剂国家标准制定”课题,黄大能和吴兆琦是课题负责人。回忆往昔,王栋民坦言,这是他参加工作后遇到的两位重要的老师,对他后来的发展出生了积极的影响。
上世纪80年代末,商品混凝土从发达国家引进我国,只有上海和北京等地廖廖几家生产。我国传统混凝土施工方式是先在现场一点点搅拌,再从地面一罐罐往上吊送,而商品混凝土作为现代化的施工方式,则是大型混凝土搅拌站集中搅拌、依靠泵送设备进行管道输送。由于没有泵送剂加入,常常造成混凝土堵塞管子,影响施工效率。当时国内大都不了解这种施工方式,黄大能先生在美国见过,于是建材院就开始开发混凝土泵送剂,研究外加剂对混凝土可泵性的影响,解决不堵管子的问题。当时为了这个课题的研究,年轻的王栋民在老师们指导下,在混凝土搅拌站蹲点大约半年时间,在现场掌握了大量的第一手资料,终于研究成功,解决了商品混凝土在我国引进之初的施工难题,并制定了国家标准。后来商品混凝土开始在全国大面积推广。
1999年,由黄大能、吴兆琦、王栋民等人开发研究的“泵送剂对混凝土可泵性的作用机理”项目获建材行业部级科技进步二等奖;1999—2000年王栋民作为项目负责人主持了《混凝土泵送剂》建材行业标准的修订工作,该标准通过国家标准审查于2001年10月在全国实施。
1988年至2003年,王栋民在中国建筑材料科学研究总院从助理工程师干起,经过了工程师、高级工程师、研究室主任,直至2002年获得教授级高工资格,期间他还从事了多项重要科研开发工作,取得了令人瞩目的成绩。而最初接触的混凝土泵送剂研究工作,对他后来的影响非常大——开启了聚羧酸减水剂研究的大门。
法国尼期国际学术会议上的重要发现
2000年10月,在中国建材科学研究总院攻读博士学位的王栋民,来到法国巴黎南部的美丽的海滨城市尼斯参加了一个国际学术会议——“第六届国际超塑化剂和其它外加剂学术会议”。这次会议是国际上该行业发展史上一次非常关键的会议,是开启聚羧酸研究的划时代的会议。“超塑化剂”是欧洲的叫法,美国则叫“高效减水剂”,后者通俗,前者学术,在中国两种叫法都有。
在会上,王栋民碰到一个来自欧洲,不知是企业家还是科学家的老头儿。交谈中,王栋民多次从老头儿嘴里听到一个词:“那福塔林”。不知是老头儿的英语口语不过关还是王栋民的英语听力差,反正王栋民半天没明白老头儿嘴里说的“那福塔林”是什么意思。后来他恍然大悟:是“萘”!——老头儿想从中国进口原材料“萘”。
当时全世界的减水剂行业格局虽然仍以萘性减水剂产品为主,但在欧、美、日等发达国家,迫于环保压力,萘系减水剂开始受到限制,造成这些地区“萘”原料生产减少,市场价格上涨。而同时,一种新型的高效减水剂——聚羧酸减水剂在意大利、德国、美国、日本等发达国家已经开始研究使用,意大利市场已经占到20%,而中国当时一点儿也没有,许多人甚至连聚羧酸减水剂都没听说过。
拥有良好的学科基础,加上一个学者的敏锐,出席法国尼期会议的王栋民立即认识到:聚羧酸减水剂作为萘系减水剂的换代产品,未来在国内市场的意义十分巨大,研究开发迫在眉睫!
资料显示,与萘系减水剂等磺酸盐类减水剂相对固定的分子结构不同,聚羧酸高性能减水剂由于其分子结构的可设计性和结构变化的多样性而表现出独特、优异、多样化的性能,从而引起国内外科学家和工程技术人员的浓厚兴趣。它也是目前国际公认的第三代新型混凝土减水剂。聚羧酸减水剂不是单一一种减水剂,而是具有共性分子结构特征、同时又有不同差异的一大系列分子的总称。研究聚羧酸高性能减水剂的分子结构、微观与宏观性能及其在混凝土中的应用,具有重要的理论和实际意义。
王栋民后来在跟大家聊天时说:伟人能够展望未来50—100年后的事,在科研和技术领域我可以预知5年,五年后市场需要的我们现在就要研发,我预计未来5年后聚羧酸减水剂肯定会在国内流行。
研究在一波三折中成功
法国回来后,王栋民立即着手聚羧酸减水剂的开发研究。但由于当时国外技术封锁,手头没有任何可参考的资料,加上国内专家、学者没有人搞过,甚至不了解这方面信息。他感到单靠自己一个人的力量开发,是蚍蜉撼大树,撼不动!
考虑到聚羧酸的化学特性非常强,他首先找到北大环境系的倪晋仁教授,倪又给推荐了北大化学系的郭新秋、吴紹祖???两位教授。北大教授是搞纯化学理论研究的,造诣很高,一听介绍就非常清楚。但他们给王栋民当头浇了一盆冷水:这个东西可以搞,但从纯化学角度讲已经没有什么价值了,即使搞成了恐怕连一篇象样的论文都发表不了,因为这个理论早已经很清楚了。
不甘心和情急之下的王栋民领着大家去了一趟当时正在建设的三峡工程工地,访问了建设者。在这个当时全世界瞩目的巨大水利工程中,大家发现了聚羧酸减水剂的身影。意大利马贝公司的聚羧酸减水剂,从意大利飘洋过海来到中国,用到了三峡工程。经了解,卖给三峡工程聚羧酸减水剂液体产品的价格是2万元一吨。大家一计算,含固量13%,成本不到3000元钱,这是多高的利润啊!而且三峡工程那么大的工程量,许多重要部位都要用聚羧酸减水剂,用量可不是一个小数目。外国公司要赚走我们多少钱呀!教授们动心了。
从三峡工地回来后,几个人立即成立了“北大创新1号”项目组,联合开发!
三峡之行带来的市场效果立竿见影,意大利马贝公司的反应速度极快,在得知中国建材研究院专家和北大教授开始介入此事,马上把产品降到了每吨1.7万元,给国内研发者施加压力。
2001到2003年,“北大创新1号”课题组的试验研究一直是在紧锣密鼓的合作中进行。聚羧酸减水剂的研究是从分子结构上做文章,其分子结构是梳性结构,有很多支链,支链有长有短,象梳子的齿一样有长有短,而且分子结构是变化的,在变化中体现产品的不同性能。因此聚羧酸减水剂的研究更象是一种分子组装,分子修饰,这是材料科学设计的最高境界。课题组分工明确:擅长化学的北大教授们主要做基础合成,而熟悉混凝土及应用的王栋民则主要是对于目标合成物提出要求、协助合成并负责进行材料性能综合评价。
当时的试验研究经历了一相当艰难的过程。由于国内没有现成的原料,也没有地方去买,所以试验所用原料都由课题组自己合成,原料是用环氧乙烷进行开环聚合聚合,而环氧忆烷又具有爆炸性,很危险。
而更麻烦的事情还在后面。聚羧酸减水剂要应用于水泥混凝土,但由于水泥的化学成份复杂,矿物成份复杂,性能多变,并且水泥加了水以后,随着时间发生水化变化,整个体系变得非常复杂。试验中对于聚羧酸产品的评价共有五、六个指标,经常是把这几个指标做好了,其它指标又不行。貌似简单、实则复杂的水泥,一时让北大教授们的试验陷入僵局。
转机出现在2003年8月,当时课题组得知江苏有一家规模很大的造纸集团叫金东纸业,在使用一种购自美国和台湾的造纸分散剂,价格十分昂贵。大家发现这种分散剂原理跟自己研究的聚羧酸减水剂十分相似,是相通的。课题组以前查阅国外资料时,曾发现过聚羧酸分散剂在石灰石粉分散方面的研究文章,但一时不明白为什么这么做。现在一看顿觉恍然大悟——用在造纸行业——用碳酸钙粉分散到植物纸浆上来造纸,造纸分散剂原来也是聚羧酸体系。
来自造纸行业的消息让课题组又看到了希望。而此时,深受外购分散剂原料之苦的巨头纸业公司-金东纸业在得知课题组正在进行这方面研究时,主动给课题组提供了15万美元的研究经费。
由于碳酸钙成份比较纯,又不跟水发生水化反应,北大教授们研究起来得心应手,课题组对研究方向作了分工:北大教授们主要研究造纸用分散剂;而王栋民作为建材专业人士,专门攻克水泥混凝土用分散剂。很快,造纸用分散剂在北大教授们手中研究成功,替代了美国和台湾产品。而王栋民则在前面课题组共同研究基础上,带领他的博士、硕士研究团队夜以继日、奋力拼搏,做了上千组合成和性能试验,终于搞清了聚羧酸分子构型和水泥矿物组成之间的你在联系和普遍规律,系统开发成功聚羧酸系列产品。
2004年,聚羧酸减水剂在试验室研制成功后,立即进行了中试,2005年王栋民就做到了工业化生产。而此时,距离他参加法国尼期国际学术会议之后的预言,恰好是第5个年头。
2006年起,聚羧酸减水剂开始大量在重点工程中使用,第一个代表性工程是北京南站,紧接着,北京到天津的京津城际轨道交通、北京西郊机场、京张铁路······。随后的几年间在全国由王栋民专利技术支持的公司企业在全国各地陆续建立了15家工厂,王栋民研究团队与企业密切配合,在厂房规划建设、合成生产线的成套设计、设备按照调试、实验室建设和实验人员培训、生产技术培训直至生产出优质合格产品,并且培训市场营销人员,协助市场开发和推广。在王栋民研发团队和合作企业的共同努力下,聚羧酸减水剂这一高新技术产品得到了快速的推广应用。在飞速发展的全国四纵四横高速铁路建设中,在我国的大型水利水电建设中,在我国的海洋工程和海军基地建设中,在我国的高速公路建中,在我国的核电工程建设中,当然在我国的城市建设、地铁、机场等等工程建设中,聚羧酸越来越多地扮演了不可或缺的重要角色······。
2008年7月2目,“聚羧酸高性能减水剂的分子结构设计和工业制备技术”项目顺利通过教育部鉴定验收,专家的结论是:达国际先进水平。2009年1月王栋民申请成功国家自然科学基金项目,目标指向更新一代的超支化分子结构的聚羧酸高性能减水剂的合成技术。2011年1月年由于项目的学术水平和在行业的广泛的推广应用以及为我国建筑和基础设施建设所做出的突出贡献,该项目获得中国建筑材料联合会和中国硅酸盐学会联合颁发的2010年度建筑材料科学技术奖(科技进步类)。
据王栋民教授介绍,与国外同类技术相比,其研究成果最大特点在于:立足国内水泥品种繁多、掺和料复杂的现状,制备了一系列可以用于不同混凝土体系的新型聚羧酸高性能减水剂;系统分析了聚羧酸分子结构对复合胶凝材料流变学性能的影响规律,为聚羧酸高性能减水剂在实际工程中的使用奠定了理论基础;原材料完全实现国产化,并且对制备工艺进行了优化,降低了生产耗能,从而大大降低了聚羧酸高性能减水剂的制造成本,生产时无“三废”排放,绿色环保。
从研究室走向市场
中等个头儿,偏瘦的身形,白皙的面庞,加上眼镜后面那双智慧的眼睛,王栋民始终给人都是一个文质彬彬知识分子印象。“读书人一般胆子小,不敢承担风险,不会运作项目,有时在关键时刻市场上客户问有没有问题,没问题就干,很多人往往被吓退缩了。而我过去在中国建材研究院工作把这套本领都训练出来啦,关键时刻敢于冲上去。”王栋民介绍说。
“参加工作之前读研究生时我就一直搞科研,实验室工作还得心应手,但跟社会接触能力偏差,出外跟工程界和企业界的老板们打交道除了技术外不知道说些什么,沟通能力极其不够,这是读书人的通病。参加工作后在建材院这方面得到了一些锻炼,但基本上还是“学者型”、“书呆子”。真正把我引入市场经济、教会我和外界打交道的则是建材院市场开拓第一高人游宝坤教授。混凝土泵送剂项目搞完后,游宝坤先生把我调到他的课题组,开发膨胀剂和超长无缝钢筋混凝土结构。游先生是广东人,不光技术强,商业头脑、市场意识也非常强,在他的带领和影响下,我在这方面得到很大的锻炼和提高。项目成功后,我跟游先生从1993到1998年干了首都机场新航站楼等十几个飞机场,还有北京西客站、外交部办公大楼、中央军委办公大楼等重点工程,当时除了北京还有武汉、长沙、珠海、深圳、广州、青岛、哈尔滨等地。当时经常带一批人搞市场推广,跟市场、工程建设方、设计院、施工单位以及混凝土公司、建设监理公司打交道。后来郑州、武汉、长沙等地的项目游先生都完全放手让我去做,从谈判、签合同,到实施、工程质量控制、验收等,都是我带着人去完成的。游宝坤先生对我的人生经历的影响挺大的,搞科研有以前的积累和导师的培养,但把技术变成产业化、商业化,为国民经济建设服务,是游先生教会我的。在大学没钱是不敢带研究生、博士生的,因为有一句话“博士是钱催出来的”,意指在工科院校研究生做论文要花费很多钱的。2003年我刚调到中国矿业大学时尚无科研经费,但是我敢带学生,就是因为以前的经历让我有这个信心。后来的羧酸减水剂推向市场,也是水到渠成的事情。”言谈之中,王栋民对那段时间的工作充满神往,对游先生对于他的帮助充满感激。
也是在这段时间的积累和经验,以及期间所训练出来的工作协调能力,使得王栋民能够在聚羧酸减水剂研究成功的几年间即快速地覆盖和占领市场。
王栋民的成功,不仅是在基础尖端科研领域的重大突破,更大的意义在于他能够走出研究室,及时把科研成果推向市场转化为生产力,为社会经济做贡献。
聚羧酸之外的重大科技贡献
王栋民教授长期坚持和专注的研究方向主要有两个:一是材料的精细化工合成、化学外加剂和高性能水泥混凝土材料,包括聚羧酸高性能减水剂的合成、高效液体水泥助磨剂的合成、泵送剂和泵送混凝土、粉煤灰高性能混凝土,膨胀剂和补偿收缩混凝土、建筑保温节能材料等;二是工业、矿业固体废弃物处理与生态环境建筑材料制备,包括粉煤灰、煤矸石、磨细矿渣、脱硫石膏等工业废弃物的材料资源化利用特别是建材资源化利用。这也是他的两个博士生招生方向。长期以来,王栋民教授在自己的研究领域成果颇丰,引人瞩目。
被世界混凝土届公认的中国人的科学发现——“陈建奎-王栋民公式”即是典型一例。有两个公司无疑是记录在了中国人的名下:一是单方混凝土的用水量计算公式,二是混凝土的砂率计算公式。
还是2000年法国尼斯那次国际学术会议上,自由发言时,35岁的王栋民向会议介绍了他和陈建奎教授的合作研究成果:混凝土配合比的全计算设计方法。一时引起各国科学家的极大兴趣。
混凝土配合比说起来简单,但实际上很复杂。全世界每个国家、每一个工程都要设计混凝土配合比,但每一个试验室、每一个人做出来都不一样,往往是同一个人今天做的跟明天做的结果也不一样,都是经验性的东西,没有实现标准化。其你在根源是人们对于混凝土组分之间的你在本质联系没有搞清。美国人阿布拉姆斯80年前,搞出一个混凝土强度跟水灰比的关系公式,但几十年来对单方混凝土的用水量和砂率是还是经验取值。水泥生产配料有一套方法,叫“三率值”法,用三个公式计算配料,石灰饱和系数、硅率和铝率,这是国际上通用的。惟独混凝土配合比是靠经验,只有一个公式。陈建奎-王栋民对国际工程技术界的贡献是他们发现并锁定了另外两个公式。那是1998年在珠海口岸广场项目上,在过去长期积累的基础上,他们朝夕相处在工地现场,研究、试验、验证,花了两个月时间,把混凝土配合比设计缺少的两个公式即单位混凝土用水量的公式和砂率的公式研究了出来,三个公式求解三个未知数,使得配合比设计实现了完全定量化,该论文得到吴中伟先生的高度肯定,并由先生推荐在《硅酸盐学报》公开发表。由此宣布了中国学者在这一领域的优先位置。后来在另外一次国际会议上,来自美国加利福尼亚大学的著名混凝土权威梅塔教授在和王栋民握手交谈时说,你们的工作做的非常好!这个设计新法把混凝土配合比完全定量化,由此大大减轻了混凝土试配试验工作量,提高了成功率,混凝土质量得到保证。特别是在进行一些以前没有经验或少有经验的一些超高强混凝土设计时,更是得心应手,彰显其价值。目前这一公式现在已被广泛采用,尤其得到中国年轻一代的混凝土工程师的推崇。
1999年,“超长钢筋混凝土结构无缝设计与施工方法”项目(王栋民、游宝坤等)获部级科技进步二等奖,并获国家发明专利,2001年被北京市科委列入北京市重大科技成果推广计划。“超长钢筋混凝土结构无缝设计施工方法”是我国土木建筑行业一项重大专利技术成果,是对国家规范《混凝土结构设计规范》的重大突破。在包括首都机场新航站楼等在内的全国300多项重大结构工程中成功实施,创专利实施费超过1000万元。2006年王栋民专著《高性能膨胀混凝土》由中国水利电力出版社和知识产权出版社联合出版。1997年,“灌注桩膨胀剂(PEA)的研究”项目(与人合作)获部级科技进步三等奖。
2010年12月,王栋民教授主持完成的北京市科委、教委、国家教育部和企业联合支持的“脱硫石膏建材资源化优质高效利用”和“煤矸石的火山灰活性及其在水泥与混凝土中的应用研究”两项成果,通过了教育部组织的科技成果鉴定,达到了国际先进水平。这两个项目仅在北京地区就获得了非常好的生产和环保效果,目前已在山西、新疆等地推广应用。
特别值得一提的是,在聚羧酸研究成果和积累的基础上,最近几年王栋民教授把很大一部分精力都放在了新型高效液体水泥助磨剂的合成研究上,其研究成果有望突破传统三乙醇胺的技术瓶颈,使我国的水泥助磨剂技术水平在国内外站到一个新的制高点上,为推动中国水泥工业的节能减排和可持续发展做出新的巨大的贡献。目前研究成果已经完成在实验室阶段的试验,在我国的一些地区的水泥生产企业进行了推广应用,在提升水泥品质、降低水泥厂本、节电节能降耗等方面显示出很大的技术优势。水泥行业和水泥助磨剂行业又将面临一次新的技术革命。
教书育人桃李芬芳
王栋民教授谦虚地说:“我的职业经历很简单,工程师和老师。从前在研究院我是工程师,现在在学校是老师”。听起来确实是朴实无华。事实上从2003年调入学校开始,王栋民就以巨大的热情投入到了学校的教书育人和研究生培养中,并且很快地并且是非常成功地完成了从研究员、工程师到大学教授的华丽转身,得到学校领导、老师的肯定和同学们的赞赏和欢迎。他在给本科生所上的专业课上,把系统的基础理论和专业知识的讲座与生动和丰富多彩的技术和工程案例巧妙地结合起来,带给学生系统的知识和丰富的专业体验,并充分调动了学生巨大的学习热情和学习积极性。在研究生的学习和科研中,王栋民更是技高一筹,他培养研究生有一套独特的方法,他精心为每一个学生量身定制培养计划,在研究生的基础知识学习、专业知识学习、动手能力的培养、熟练应用外语水平能力的训练和社会实践能力等方面进行系统训练,在完成科研项目和学位论文上进行综合科研能力的全面提升。王栋民教授在培养研究生上的座右铭是:“要做对国家、单位和个人均有利的事情;要两手抓:一手抓科研的水平,科研学术水平上要向国际前沿看齐;一手抓科研技术成果的转化,即紧紧抓住中国这个国际上最大的市场,把我们的科研成果应用到祖国国民经济建设的主战场上去,为国家的经济建设服务。”正是在这种学术思想指导下,在调入学校工作的几年中,王栋民的科研成果是一项接着一项,聚羧酸合成、脱硫石膏的综合利用、矿山固废和煤矸石的资源化、建筑节能新材料的研究和应用、新型水泥助磨剂的合成和基础研究、矿物基彩色外墙装饰防水砂浆、高铁用系列特种工程材料等等等等。完成科研项目的同时塑造了研究生一种非常难能可贵的学术+工程的素质,王栋民称之为“素质教育”。
然而说起这些科研成就,王栋民淡淡一笑,“这没有什么,我现在的主要工作和工作的主要目的是培养人才,培养高层次的、专门化的专业技术人才。在高校培养人才是第一位的,科学研究和服务社会是服从和服务于人才培养的。学校科研是为了培养更高素质的具有创造性的高级技术专门人才,服务社会也是给他们提供一种更强的未来工作能力”。
在这种学术思想的指导下,王栋民在高校工作的8年中,在人才培养方面也确实是收获丰硕。截至到目前为止,他培养毕业博士后1人,博士3人,硕士18人;在读博士7人,硕士24人。在已经毕业的研究生中,已经有三人晋升为正教授,2人晋升为副教授,1人被遴选为博士生导师,5人为硕士生导师。他们有的工作在北京科技大学、北京建筑工程学院、山东建筑科技大学、华北科技学院等高校,有的工作在中国建筑科学研究院、中国建筑材料科学研究总院、国家建筑材料技术情报和标准化研究所、煤炭科学研究总院、铁道部科学院、交通部科学院、中冶集团建筑研究总院、北京金隅集团技术中心、北京东方雨虹防水技术公司等,还有的远赴美国、欧洲、日本、澳大利亚等学习深造,可谓桃李满天下。说到这些学生王栋民欣慰之情溢于言表,他说:“他们代表未来。他们将在各自的工作岗位上做出更为出色的成绩”。的确,王栋民教授吸收了恩师吴中伟先生等老一辈科学家的优秀品质,加上自身不断的努力和实践,形成了一套自已独特的学习和工作、科研和成果市场化的方式,现在他又毫无保留地传授给了他的学生,让他的学生更好地为国家、为社会服务。这是中国知识分子的精神、这是中国民族的精神。
没有结束的结语
以上仅仅是王栋民教授近年来部分主要科研成果和教书育人的成果,大量内容限于篇幅不再一一列举。而本文也仅对目前市场上影响较大、市场前景广阔的聚羧酸减水剂作了重点介绍。我们期待年轻的王栋民教授在未来的科研道路上取得更加辉煌的成果,也期待更多的建材科技精英,为我国建材工业发展贡献力量。