新材料研發向“需”而行
——專訪新型道路材料國家工程研究中心團隊

文／本刊記者 陳楠枰

圖／蘇交科集團股份有限公司

縱觀世界道路的發展歷史，每一次行業的發展都與新技術的開發和新材料的推廣應用有著密切的關系。

我國地域遼闊，各地域的氣候條件差別使得我國對公路建設、維修和養護的技術和材料有著多樣性的需求。伴隨著道路體系的逐步完善、經濟社會的發展以及自然資源的有限性，環保節能和可持續發展需求亦對今后的公路建設、維修和養護提出了更高要求。

在新型道路材料國家工程研究中心主任、蘇交科集團股份有限公司首席工程師曹榮吉看來，新技術的開發和新材料的研究已經成為制約我國道路事業走向更高的質變過程的屏障，積極開展多樣性的技術和材料研究，不僅是縮小我國與世界道路建設水平差距的要求，適合我國道路建設的基本國情，更能帶動整個公路行業質的飛躍。

順勢

1997 年，碩士畢業的曹榮吉加入蘇交科。至今26 年間，親歷了蘇交科在探索和蛻變中，成為全球領先的基礎設施領域綜合解決方案提供商的全過程。

“2002 年，順應時代發展浪潮，蘇交科成為全國交通行業省屬科研設計院所中第一個由事業單位改制為員工持股的科技型民營企業。轉型后，恰逢我國交通建設大發展的‘黃金十年’，懷揣著‘背水一戰’的決心，我們重新制定企業發展戰略、薪酬體系及現代化管理制度，快速完成了事業單位向現代化管理企業的身份、心態和狀態轉變?！苯?，曹榮吉與記者憶起了這段過往。

此后，他見證著蘇交科從地方走向全國，成為國內第一家上市的工程咨詢公司； 通過在海外設立分支機構和兼并購方式，探索國際化發展路徑，更快地獲得市場并與國際接軌……“蘇交科前行的每一步都是‘順勢而為’，我們研發新材料和技術的思路也是一樣的?！辈軜s吉說。

“例如，在‘十一五’之前，道路工程處于規?；焖侔l展期，我們關注更多的是新建工程的耐久性?！痹诖似陂g，曹榮吉和技術團隊先后開展了Superpave、耐久性高模量、橡膠瀝青等新技術、新材料的研發，“這些技術后來也形成了國家標準、行業標準、團體標準和地方標準，相關技術成果支撐江蘇高速率先實現了‘十年不大修’的階段目標?！?/p>

“十二五”時期，隨著國內道路養護市場開始發展，曹榮吉又帶領團隊轉向了預防性養護、綠色公路等方向的系列研究。也正是在這期間，聚焦國家和行業的發展需求，2012 年9 月，蘇交科聯合東南大學、中石化煉油銷售有限公司組建了“新型道路材料國家工程實驗室”，充分利用東南大學的基礎研究開發、蘇交科集團的工程應用實踐及中石化煉油銷售有限公司的生產推廣等方面的優勢，面向國家重大戰略任務和重點工程實施，開展關鍵共性技術、前沿引領技術研發，形成系列核心技術解決方案，促進新型道路材料研發成果轉化應用，推動新型道路材料產業發展，同時培養高層次人才團隊，提升行業創新能力。

“那幾年，我們更多關注路面的功能性，衍生出了超粘磨耗層、超薄磨耗層、透排水性磨耗層、霧封層等技術，同時參與創建了國內首條綠色循環低碳道路——寧宣高速等多個綠色主題示范工程，提供了系列綠色公路技術解決方案?！辈軜s吉告訴記者。

“十三五”后，團隊的研究重點聚焦到了壽命周期經濟、社會、環境的綜合評估上，“從路面角度來看，我們開始更加注重其壽命周期內效益最佳，圍繞新建道路的長壽命化設計、在役道路的延壽等方面開展了系列研究，希望通過基礎理論、結構設計、材料開發、施工控制等手段，提出壽命周期經濟社會效益最優的解決方案?！?/p>

“你看，某種程度上，新材料、新技術、新工藝并不是為了出現而出現，向‘需’而行，它是為順應時代發展、解決工程迫切需要解決的問題而產生的。新型道路材料國家工程實驗室在新材料、新技術方面的研發初衷也源于此?！彼偨Y陳詞。

瀝青路面現場熱再生技術應用

培育

2021 年，通過國家發展改革委組織的優化整合工作，新型道路材料國家工程實驗室被國家發展改革委納入國家工程研究中心序列進行管理，正式更名為“新型道路材料國家工程研究中心”（以下簡稱“工程中心”）。

“十年磨一劍，這是實驗室成立至今最振奮人心的喜訊之一。加上這期間實驗室兩次入選‘交通運輸部十大創新平臺’，都是對我們過往成績的一種肯定，更是對未來發展的一種激勵?！辈軜s吉告訴記者。

據介紹，十一年間，工程中心成立了學術帶頭人工作室和學術團隊，圍繞6 個技術方向和23 個細分專業方向提升研發水平，完成高水平成果。同時在全面優化人才隊伍結構的基礎上，有計劃、有重點地加強高端人才的培養與引進，為杰出人才脫穎而出創造條件。工程中心主任曹榮吉博士為英國特許工程師，國際瀝青路面學會（ISAP）、國際稀漿罩面協會（ISSA）等國際知名學術組織委員，中國公路學會第六屆青年專家委員會委員；中心副主任吳春穎博士獲得第十七屆江蘇省青年科技獎，被聘為俄羅斯自然科學院外籍院士；中心副主任韋武舉被納入江蘇省交通運輸行業“高層次領軍人才培養計劃”名單，被聘為中國公路學會第六屆青年專家委員會委員；中心副主任李豪被納入江蘇省交通運輸行業“高層次領軍人才培養計劃”名單和江蘇省標準化專家庫首批聘任專家名單……

“我們鼓勵研究人員積極參與學術會議并發表演講，累計主辦、協辦、參與國內外學術會議10 余次；與東南大學、河海大學等院校進行產學研合作，開展3 項校企合作課題研究；資助了東南大學、長安大學、武漢理工大學等5 項開放課題；成立了‘南工大—蘇交科交通創新聯合研究中心’，還作為成員單位參與了‘江蘇省智慧與綠色交通產業院士協同創新中心’?！闭劶叭瞬排囵B和交流合作，曹榮吉如數家珍。

此外，他們長期跟蹤國內外先進檢測方法，引進新型試驗檢測設備，完成設備更新升級?！盀闄z驗自身與國際先進試驗水平間的差距，進一步提高試驗能力和實驗室管理水平，持續參加ARML 比對試驗，后又組織了2022 年Superpave旋轉壓實儀全國標定及比對試驗?！?/p>

為保證試驗檢測管理標準化、規范化，提高檢測數據的準確性及工作效率，工程中心率先完成了管理系統升級開發，實現了試驗數據數字化和試驗管理信息化。

在科技創新方面，工程中心近年來先后參與了科技部國家重點研發計劃“陸路交通基礎設施耐久性提升關鍵技術”，牽頭承擔了江蘇省交通運輸科技重大專項“道路綠色智慧建養技術、材料及裝備研發與產業化”、科技部外國專家項目“道路全壽命周期養護關鍵技術與智能化平臺開發研究”等項目。

“在‘路橋隧結構安全智能監測及綠色運維關鍵技術產業化’項目中，構建了具備分布式、彈性計算、海量數據實時傳輸及后處理功能的路面施工云平臺；‘路面結構層內部傳感器動力響應監測技術研究’中建立了江淮地區瀝青路面長期性能觀測基地；‘高速公路路面結構長期保存技術及智能養護’項目首次提出路面結構長期保存理論，建立了多維度、精細化的結構和材料評價體系、分級閾值，并構建多層次養護決策體系及五級路面保存對策……”

南京長江四橋澆筑式鋼橋面鋪裝施工

一項項創新研發得到了來自行業和科學界的肯定反饋。多年來，工程中心先后共計斬獲包含中國公路學會科學技術獎特等獎、江蘇省科技進步獎一等獎等91 個省部級以上獎項。

誠然，科技成果轉化并非一帆風順。曹榮吉早已認識到，“最困難的是研發成果的市場化?！?/p>

“首先，新材料必然會遇到信任危機。對于新鮮事物，尤其應用于體量龐大的工程建設中，不可避免地會產生抗拒心理。如何說服各方敢于使用你的材料，這本身需要對自身產品具有足夠的自信，且相對于市場同類產品具有足夠的優勢?！辈軜s吉解釋。

除此之外，新材料在工程應用中仍存在一定的不確定性，也成為其推廣應用路上的“絆腳石”之一。盡管在應用于工程前，新材料都會經過產品研發、室內評價、小試、中試等多階段的系列測試，“但材料的最終效果需在工程中檢驗，工程又是處于一個復雜的環境中，室內試驗不足以完全表征工程的服役環境，還需經過嚴格的評判?！?/p>

即便如此，核心材料突破的基礎上，他們仍在推進科技創新和科技成果轉化上同時發力，開展標準編制、工程服務、技術咨詢、養護規劃與設計、材料和數智化相關的產業化推動等新材料、新技術、新工藝的成果轉化工作。

“我們期待進一步通過應用技術體系和產業生態體系打造，加強市場培育、加快技術轉移，從而帶動相關產業規模和技術水平的快速發展，促進產業鏈供應鏈水平整體提升?！辈軜s吉告訴記者。

可持續

“促進新型道路材料研發成果轉化應用，推動新型道路材料產業發展的前行道路上，將這里打造成為國內領先、具有國際影響力的道路材料研發平臺和科技成果轉化基地，工程中心每個人的心中都有一股使命感和責任感?！?/p>

向“新”、向“需”而行，新型道路材料國家工程中心團隊常年專注于開展系列原創性技術、前瞻性技術、共性關鍵技術和瓶頸技術的關鍵道路材料研發工作。

“在市場需求、同類產品等相關市場要素充分調研的基礎上，新材料從室內研發到標準化應用通常需耗費3 至5 年。再加上后期跟蹤，以及為適應新形勢、新需求而進行產品更新迭代，所需時間可能更長?！辈軜s吉表示。

為此，工程中心投入了一支涵蓋方案制定和審核、試驗研究、數據處理、數據分析、生產加工、工程應用咨詢等專業方向的技術團隊，同時花費超8000 萬元采買了350 余套可靠儀器設備進行支撐和保障，每年投入研究經費更高達2000-3000 萬元。

聚焦國家戰略和國家重點工程，針對我國道路材料消耗量巨大、循環利用率低、耐久性不足、使用成本高、傳統路面施工工藝耗能高、污染大等狀況，他們主要圍繞高性能、環保型、功能型道路新材料和建管養智能化四個方向進行科研攻關、關鍵核心材料研發和產業化應用。

面向國家綜合立體交通網、高寒高海拔等極端環境道路、特大跨徑橋梁、特長隧道等重大工程建設和運維需求，“設計壽命30 年以上的路面結構與材料”是工程中心擬定的技術攻關重點方向之一。

在曹榮吉看來，目前，我國瀝青路面還存在著壽命短、維修頻繁等問題，“或已成為交通強國建設的短板之一”。他從本構模型、評價方法、設計理念以及對可替代材料的兼容性四個方面，向記者剖析了研發壽命30 年以上路面材料面臨的主要難題。

“路面本身處于荷載、環境、交通等多種耦合條件下的復雜場域，瀝青材料受溫度變化，會經歷線彈性、粘彈性、彈塑性、流塑性等階段，從理論上，我們需要對瀝青材料的破壞機理、失效準則等進行進一步明確和解析。同時，如何對瀝青材料的耐久性進行科學評價也是不小的難題，例如，我們現在也遇到了材料滿足規范卻很快出現病害的問題?！辈軜s吉表示。

除此之外，如何處理好路面工程所存在的諸多矛盾點，例如較為典型的抗車轍和抗裂之間的平衡關系處理，亦是長壽命路面材料亟須解決的痛點所在?！霸俦热?，盡管所有人都清楚，路面材料性能越好壽命越長的道理，但我們本質上追求的是壽命周期內經濟社會效益最大化，而非追求單一性能的極值，這也需要我們清晰地知道設計目標是什么，為實現目標應該設計什么樣的材料?！?/p>

誠然，瀝青、集料等都屬于可再生資源，而現實生活中還存在可以利用于道路工程的固廢資源，如何提高它們的利用價值，去除“廢”的陰影，使其服務于長壽命路面，也是一項重要工作。

“這從本質上看，也是對可持續理念的升級。工程建設和生態環境的關系更加和諧，不僅要考慮工程本體的性能、安全，還需要考慮資源再生以及對路域環境的影響，為‘交通強國’‘生態文明建設’‘碳達峰碳中和’等國家戰略的實施和高質量發展提供有力支撐?！辈軜s吉指出。