土木工程材料專業(yè)的過去、現(xiàn)在和未來(孫偉)

1、土木工程材料專業(yè)的過去、現(xiàn)在和未來   發(fā)布時間:2009-01-04作者:訪問次數(shù):  孫 偉 院士            一、土木工程材料專業(yè)的過去    東南大學（原南京工學院）土木工程材料專業(yè)創(chuàng)建于1955年，迄今已有50多年的歷史。當時稱建筑材料與構件專業(yè)，是姚璉老師由蘇聯(lián)留學回國后創(chuàng)建、并由中央大學土木工程學科建筑材料方向發(fā)展而來，吳中偉院士應是該專業(yè)混凝土材料的奠基人。1956年招收了第一批本科生。此后每年招收30名，后增

2、至60人。當時以教學為主，科研項目不多。因屬于土木工程系，盡管師生努力辦好這個專業(yè)，終因在南京工學院屬于新辦專業(yè)，既比不上土木工程的老專業(yè)，更比不上全校的優(yōu)勢學科，從而學生入學時第一志愿填報的幾乎沒有，大多數(shù)是從其他優(yōu)勢專業(yè)調轉而來，因而學生專業(yè)思想嚴重，學習情緒不穩(wěn)，盡管畢業(yè)后的學生不少在土木工程大學科中發(fā)揮著重要作用，不少已成為國內的重要領導、學術骨干，在國外學習與工作已成為頂端人才，但也有不少是改行轉業(yè)，跳出所學專業(yè)而從事他們喜愛的工作。這個階段給了我們最大的教訓是：辦專業(yè)必須與國家需求緊密結合，辦專業(yè)應把國家需求和急需放在首位。土木工程材料專業(yè)方向，須與土木工程結構發(fā)展息息相關，土木工

3、程材料是土木工程結構與土木工程發(fā)展的基礎和核心，也是土木工程結構改革與創(chuàng)新的推動力。    二、土木工程材料專業(yè)的今天    改革開放以前，本專業(yè)的老師為了改變當時的困難狀況，大家齊心協(xié)力，想方設法提高教學質量，想在教學質量上取勝，堅持不懈地工作，所以這個專業(yè)一直處于在奮斗中成長和發(fā)展的狀態(tài)。改革開放以來，中國的各個方面都加速了前進的步伐，土木工程材料的發(fā)展目前呈現(xiàn)了新的轉機，伴隨著中國建筑工程、基礎工程、國防防護工程的大規(guī)模興建和前所未有的發(fā)展速度，高速公路、高速鐵路、地下工程、大型和超大型橋梁工程，水電-核電-風電工程、國家治山治

4、水與治海治沙工程，南水北調與西氣東輸工程等等，其建設規(guī)?？涨埃绺咚俟吠ㄜ嚴锍逃?.7萬公里擴大到2.74萬公里，鐵道建設從2006年到2010年政府將投資125000億人民幣建設17000公里、時速達300350KM/小時的新干線，電力方向的建設與發(fā)展遍及全國各個省份，所有這些無一不與新型、高性能、高抗力的土木工程材料息息相關。2007年我國水泥產(chǎn)量13.6億噸，不僅居世界首位，而且占世界總產(chǎn)量的50%?；炷廉a(chǎn)量超過70億噸，居世界第一，占全世界總產(chǎn)量的45%以上。特別是對土木工程材料的性能和功能的要求越來越高，這就大大推動和促進了土木工程材料基本理論和應用技術的發(fā)展，已是土木工程材料自

5、主創(chuàng)新的重要推動力。它激勵了土木工程材料在東南大學加速發(fā)展的步伐，大大增進了本專業(yè)教師的信心。目前該學科有兩個研究所（東南大學纖維與纖維混凝土技術研究所，綠色建材研究所），一個中心（東大-創(chuàng)斯達集團超高性能水泥基復合材料研發(fā)中心），一個江蘇省重點實驗室（土木工程材料重點實驗室）。    （一） 土木工程材料的主要研究方向：    （1） 生態(tài)環(huán)保型高性能土木工程結構材料    （2） 土木工程材料智能化理論和技術；    （3） 土木工程材料功能化理論和技術； &#

6、160;  （4） 工業(yè)廢渣資源化和高效利用的理論和技術；    （5） 在力學與環(huán)境因素耦合作用土木工程材料與土木工程結構損傷劣化過程微結構演變機理和服役壽命預測新理論與新方法；    （6） 高與超高性能纖維增強水泥基復合材料的強化、韌性與阻裂機理及其在基礎與防護工程中的應用技術；    （7） 混凝土材料原位增韌理論和技術及其防災、抗災、提高抗災能力與服役壽命；    （8） 高與超高性能水泥基材料結構形成與損傷劣化過程中微結構演變計算機模擬理論和方法。

7、60;   （二） 承擔的科研項目：    改革開放30年以來承擔的大型科研項目，有80多項，含蓋來自國家科技部的863、973和科技攻關項目，國家自然科學基金會的面上和重點項目、交通部、鐵道部的基本理論和應用技術項目、江蘇省的攻關與成果轉化項目、重大工程建設的工程項目、日本、荷蘭、美國、香港地區(qū)的國際和境外科技合作項目，這些項目的實施不僅提高了學科的建設水平，而且大大促進了人才的培養(yǎng)和隊伍的建設，推動了科研工作的自主創(chuàng)新，這些年來，科研成果獲國家發(fā)明三等獎一項，國家科技進步二等獎二項，省部級一等獎三項，二等獎七項，發(fā)表論文450多篇，SCI、

8、EI收錄50%以上，獲發(fā)明專利10多項，大大推動了學科建設與發(fā)展。    （三） 推動了隊伍建設，加速了年輕同志成長的步伐。    隨著時間的推移，一大批有經(jīng)驗的老教師退休了，面臨艱巨的教學與科研任務，在困難的情況下推動了年輕同志的加速成長。到今天為止，土木工程材料學科的教授有七名，絕大部分有博士學位和到國外、境外留學與進修的經(jīng)歷，有的還去荷蘭Delft工業(yè)大學和香港科技大學做過為期2年和一年的博士后研究，他們年富力強、很有生氣。副教授中有的是今年由日本東京大學引進的博士后，有的是與香港科技大學聯(lián)合培養(yǎng)的博士，有的去日本深造過的東大博

9、士，今年留校的兩名本校畢業(yè)的優(yōu)秀博士任教，依據(jù)學科發(fā)展速度和教學科研工作的需求，目前仍有人才不足之感，依據(jù)易校長對隊伍建設的要求，我們還將不斷引進國外名校培養(yǎng)的人才，同時還將派出高材生和年輕教師去國外名校在名師指導下繼續(xù)深造，加速培養(yǎng)他們成為高端人才，以滿足學科發(fā)展與建設的需求，盡心盡力加速師資隊伍的成長。    （四） 推動了高層次人才培養(yǎng)。    本方向1955年招收本科生，1978年建立了全國第一批碩士點，90年代材料學院超越過二級學科，成立了材料科學與工程一級學科博士點和相應的博士后流動站。培養(yǎng)博士55名，碩士65名。在取得博

10、士學位的博士生中，有3名獲得國家百篇優(yōu)秀博士論文提名獎，這支博士生和碩士生隊伍，已逐漸形成了科研主力，結合博士、碩士論文為科研項目的完成和重大工程項目的實施做出了重要貢獻，是一支很有活力和創(chuàng)新能力的隊伍。2008年本學科又招收了博士生和碩博連讀生10名，碩士生20余名。依據(jù)隊伍建設要求，我們不斷選拔優(yōu)秀學生與國際名校名師聯(lián)合培養(yǎng)，以充實我們的師資隊伍和增進自主創(chuàng)新的能力。    （五） 推動了試驗室的建設。    多年來的實踐，使我們充分認識到如果實驗室水平有限，即使有創(chuàng)新思路也是難以實現(xiàn)。長期以來，東大土木工程材料實驗室僅能滿足本科

11、生教學要求，后來碩士生、博士生、博士后多了，科研項目的登記也提高了，現(xiàn)有儀器設備已不能滿足要求，更難以實現(xiàn)自主創(chuàng)新。為解決這個問題，我們只能將申請到的大量科研經(jīng)費用于到國內先進實驗室做試驗。由于高層面設備收費太高，就不能做到反復地進行科學試驗，創(chuàng)新成果的依據(jù)總感到美中不足，但對于若干深層次的發(fā)現(xiàn)依然難以說清。我和我的團隊經(jīng)常為此著急，為此擔心。2005年省長梁保華來我們學院與我交談并參觀了我們的實驗室，他為推動我們科學研究創(chuàng)新能力和人才培養(yǎng)水平的提高，決定為我們特批建立一個江蘇省土木工程材料重點實驗室，總投資2300萬人民幣。我們把這筆經(jīng)費全部用于設備的選購，選購了國際上水平先進的、科研和人才

12、培養(yǎng)又急需的設備，如環(huán)境掃描電子顯微分析系統(tǒng)、全自動壓汞試驗系統(tǒng)、先進的XRD測試系統(tǒng)、伺服式動靜萬能MTS810試驗系統(tǒng)、電化學工作站、計算機工作站等共15項大型設備，還有七項設備正在調研和選取中。本月內該實驗室即將完成裝修，開始設備定位及安裝調試，這個實驗室建成后，將為土木工程材料科研水平的提高，促進土木工程結構的改革，對推動師資隊伍的建設和人才培養(yǎng)水平的提升發(fā)揮積極作用。    三、土木工程材料專業(yè)的未來    （一） 學科建設水平    結合2008年申報成功即將啟動的以我校為負責單位，聯(lián)合武漢理

13、工大學、浙江大學、香港科技大學、江蘇省建科院聯(lián)合申報，并有清華大學、同濟大學、武漢大學參加的國家科技部重大基礎理論研究973項目“環(huán)境友好現(xiàn)代混凝土基礎研究”和同年申報的國家科技部863項目“疲勞荷載與環(huán)境因素耦合作用下高鐵專用結構混凝土和混凝土結構的損傷劣化機理和壽命預測”均將在2009年1月1日同步啟動。這兩個項目要解決的關鍵問題主要有：現(xiàn)代混凝土微觀結構形成機理及其宏觀性能的關系；現(xiàn)代混凝土在化學-力學耦合作用下微結構的演變與損傷機理；復雜環(huán)境中現(xiàn)代混凝土結構的服役壽命設計理論，并從五個方面的研究來使目標實現(xiàn)，即（1）現(xiàn)代混凝土膠凝漿體結構形成機理（涵蓋了復雜組分的交互作用的基礎研究，現(xiàn)

14、代混凝土水化進程的熱動力學定量描述，現(xiàn)代混凝土膠凝材料的微結構模型和微裂紋形成的驅動力）。（2）現(xiàn)代混凝土微結構與本構方程（即現(xiàn)代混凝土微裂紋對其彈性系數(shù)的影響，現(xiàn)代混凝土力學多尺度本構模型，復雜應力狀態(tài)下現(xiàn)代混凝土本構關系，基于多孔介質力學的混凝土傳輸本構關系）。（3）現(xiàn)代混凝土在多重因素作用下的化學-力學耦合損傷失效機理（包括環(huán)境因素的化學-力學作用等效轉換，化學-力學耦合作用下微結構的演變，化學-力學耦合作用下混凝土材料損傷模型，化學-力學耦合作用下材料硬化/軟化及表征，化學-力學（靜與動載）耦合作用下現(xiàn)代混凝土壽命預測模型）。（4）復雜環(huán)境中現(xiàn)代混凝土結構的服役壽命設計理論（通過化學力

15、學等效轉換，將承載力設計與耐久性設計耦合與統(tǒng)一，實現(xiàn)通過土木工程材料理論的深化研究，實現(xiàn)現(xiàn)代混凝土結構設計的重大變革）。（5）現(xiàn)代混凝土服役特性的提升技術（建立現(xiàn)代混凝土微結構工程學，現(xiàn)代混凝土原位增韌理論與應用技術，通過混凝土增韌提高抗裂能力，從源頭提高混凝土耐久性和服役壽命，完善混凝土服役特性設計）。為實現(xiàn)理論研究與工程應用緊密結合，我們將973項目、863項目研究成果選擇了三個典型工程為依托工程，即京滬高速鐵路工程、泰州大橋工程和蘇州地鐵工程。    上述項目研究內容的完成有望取得理論和技術兩個方面的自主創(chuàng)新成果，也有利于提高團隊建設的科學水平和人才培養(yǎng)的檔

16、次，對整個材料學科的建設是非常有益的，力爭研究水平處于國際先進，某些方面處于國際領先也是可能的，對重大混凝土工程和結構的改革與創(chuàng)新必將起有力的推動作用。力爭成為國內優(yōu)勢學科，在國際上，特色鮮明有競爭力的學科項目實施年限是5年，我想隨著研究的深化，新的科學問題不斷萌生，還有其他研究內容的拓展，我們力爭用10年時間即到2019年有所建樹，核心領域力爭達到國際先進或部分達到國際領先水平。    （二） 師資與人才培養(yǎng)水平上個臺階    當今我們的師資隊伍正在建設與水平提高之中，但從數(shù)量和水平上尚不能滿足學科發(fā)展科學研究和人才培養(yǎng)的需求。在師

17、資隊伍的規(guī)模上要逐步提高到40人，從培養(yǎng)方式上來說，一個是在國內通過教學和科研培養(yǎng)，并有計劃派到國外與名校名師合作，來提高學術水平。另一個是引進由國外名校和名師直接培養(yǎng)的高端人才來充實隊伍，使我們的研究團隊能成為一支有理想、有自主創(chuàng)新水平和能力、有創(chuàng)造精神、團結合作和實干的隊伍。使這支隊伍能參與國內外混凝土科學與技術的競爭，并有能力取勝。    在高層次人才培養(yǎng)方面，師資隊伍的水平與能力的提高是關鍵也是要害，對博士生、博士后、碩士生的錄取與選拔也至關重要。因此對招收學生的選取要注重學生的思維能力、創(chuàng)新能力、基礎理論水平和業(yè)務知識，還有特別重視外語水平和用英語寫作的

18、能力。在培養(yǎng)過程中要強調綜合分析國內外文獻資料的能力，開拓創(chuàng)新和科學實驗的能力，總結提煉在理論和技術上的創(chuàng)新能力，用文字和語言表述的能力，特別還有具有為科學而奉獻的精神，這樣才能使人才培養(yǎng)能登上一個新臺階。    （三） 積極創(chuàng)造條件力爭成為國家級土木工程材料重點實驗室    江蘇省土木工程材料重點實驗室建成后，與原有實驗室相比在內容和水平上均有質變的提高，我們一定要充分發(fā)揮它的作用，利用這些先進的宏觀性能測試和微觀機理分析設備，出高水平科研成果，發(fā)表高檔次學術論文，為學科建設與人才培養(yǎng)兩個方面做貢獻。這是土木工程材料重點實驗室建設的一項重要任務，也是特別重要的方面。但畢竟原有實驗室底子薄弱，現(xiàn)在選取的設備，盡管我們經(jīng)過國內、國際和生產(chǎn)公司的周密而又反復的調研在選用的設備中應該是處于國際先進水平，僅有這些設備與國家級重點實驗室還有距離。為此，我們正在規(guī)劃完善和充