新材料研发向“需”而行
——专访新型道路材料国家工程研究中心团队

文／本刊记者 陈楠枰

图／苏交科集团股份有限公司

纵观世界道路的发展历史，每一次行业的发展都与新技术的开发和新材料的推广应用有着密切的关系。

我国地域辽阔，各地域的气候条件差别使得我国对公路建设、维修和养护的技术和材料有着多样性的需求。伴随着道路体系的逐步完善、经济社会的发展以及自然资源的有限性，环保节能和可持续发展需求亦对今后的公路建设、维修和养护提出了更高要求。

在新型道路材料国家工程研究中心主任、苏交科集团股份有限公司首席工程师曹荣吉看来，新技术的开发和新材料的研究已经成为制约我国道路事业走向更高的质变过程的屏障，积极开展多样性的技术和材料研究，不仅是缩小我国与世界道路建设水平差距的要求，适合我国道路建设的基本国情，更能带动整个公路行业质的飞跃。

顺势

1997 年，硕士毕业的曹荣吉加入苏交科。至今26 年间，亲历了苏交科在探索和蜕变中，成为全球领先的基础设施领域综合解决方案提供商的全过程。

“2002 年，顺应时代发展浪潮，苏交科成为全国交通行业省属科研设计院所中第一个由事业单位改制为员工持股的科技型民营企业。转型后，恰逢我国交通建设大发展的‘黄金十年’，怀揣着‘背水一战’的决心，我们重新制定企业发展战略、薪酬体系及现代化管理制度，快速完成了事业单位向现代化管理企业的身份、心态和状态转变。”近日，曹荣吉与记者忆起了这段过往。

此后，他见证着苏交科从地方走向全国，成为国内第一家上市的工程咨询公司； 通过在海外设立分支机构和兼并购方式，探索国际化发展路径，更快地获得市场并与国际接轨……“苏交科前行的每一步都是‘顺势而为’，我们研发新材料和技术的思路也是一样的。”曹荣吉说。

“例如，在‘十一五’之前，道路工程处于规模化快速发展期，我们关注更多的是新建工程的耐久性。”在此期间，曹荣吉和技术团队先后开展了Superpave、耐久性高模量、橡胶沥青等新技术、新材料的研发，“这些技术后来也形成了国家标准、行业标准、团体标准和地方标准，相关技术成果支撑江苏高速率先实现了‘十年不大修’的阶段目标。”

“十二五”时期，随着国内道路养护市场开始发展，曹荣吉又带领团队转向了预防性养护、绿色公路等方向的系列研究。也正是在这期间，聚焦国家和行业的发展需求，2012 年9 月，苏交科联合东南大学、中石化炼油销售有限公司组建了“新型道路材料国家工程实验室”，充分利用东南大学的基础研究开发、苏交科集团的工程应用实践及中石化炼油销售有限公司的生产推广等方面的优势，面向国家重大战略任务和重点工程实施，开展关键共性技术、前沿引领技术研发，形成系列核心技术解决方案，促进新型道路材料研发成果转化应用，推动新型道路材料产业发展，同时培养高层次人才团队，提升行业创新能力。

“那几年，我们更多关注路面的功能性，衍生出了超粘磨耗层、超薄磨耗层、透排水性磨耗层、雾封层等技术，同时参与创建了国内首条绿色循环低碳道路——宁宣高速等多个绿色主题示范工程，提供了系列绿色公路技术解决方案。”曹荣吉告诉记者。

“十三五”后，团队的研究重点聚焦到了寿命周期经济、社会、环境的综合评估上，“从路面角度来看，我们开始更加注重其寿命周期内效益最佳，围绕新建道路的长寿命化设计、在役道路的延寿等方面开展了系列研究，希望通过基础理论、结构设计、材料开发、施工控制等手段，提出寿命周期经济社会效益最优的解决方案。”

“你看，某种程度上，新材料、新技术、新工艺并不是为了出现而出现，向‘需’而行，它是为顺应时代发展、解决工程迫切需要解决的问题而产生的。新型道路材料国家工程实验室在新材料、新技术方面的研发初衷也源于此。”他总结陈词。

沥青路面现场热再生技术应用

培育

2021 年，通过国家发展改革委组织的优化整合工作，新型道路材料国家工程实验室被国家发展改革委纳入国家工程研究中心序列进行管理，正式更名为“新型道路材料国家工程研究中心”（以下简称“工程中心”）。

“十年磨一剑，这是实验室成立至今最振奋人心的喜讯之一。加上这期间实验室两次入选‘交通运输部十大创新平台’，都是对我们过往成绩的一种肯定，更是对未来发展的一种激励。”曹荣吉告诉记者。

据介绍，十一年间，工程中心成立了学术带头人工作室和学术团队，围绕6 个技术方向和23 个细分专业方向提升研发水平，完成高水平成果。同时在全面优化人才队伍结构的基础上，有计划、有重点地加强高端人才的培养与引进，为杰出人才脱颖而出创造条件。工程中心主任曹荣吉博士为英国特许工程师，国际沥青路面学会（ISAP）、国际稀浆罩面协会（ISSA）等国际知名学术组织委员，中国公路学会第六届青年专家委员会委员；中心副主任吴春颖博士获得第十七届江苏省青年科技奖，被聘为俄罗斯自然科学院外籍院士；中心副主任韦武举被纳入江苏省交通运输行业“高层次领军人才培养计划”名单，被聘为中国公路学会第六届青年专家委员会委员；中心副主任李豪被纳入江苏省交通运输行业“高层次领军人才培养计划”名单和江苏省标准化专家库首批聘任专家名单……

“我们鼓励研究人员积极参与学术会议并发表演讲，累计主办、协办、参与国内外学术会议10 余次；与东南大学、河海大学等院校进行产学研合作，开展3 项校企合作课题研究；资助了东南大学、长安大学、武汉理工大学等5 项开放课题；成立了‘南工大—苏交科交通创新联合研究中心’，还作为成员单位参与了‘江苏省智慧与绿色交通产业院士协同创新中心’。”谈及人才培养和交流合作，曹荣吉如数家珍。

此外，他们长期跟踪国内外先进检测方法，引进新型试验检测设备，完成设备更新升级。“为检验自身与国际先进试验水平间的差距，进一步提高试验能力和实验室管理水平，持续参加ARML 比对试验，后又组织了2022 年Superpave旋转压实仪全国标定及比对试验。”

为保证试验检测管理标准化、规范化，提高检测数据的准确性及工作效率，工程中心率先完成了管理系统升级开发，实现了试验数据数字化和试验管理信息化。

在科技创新方面，工程中心近年来先后参与了科技部国家重点研发计划“陆路交通基础设施耐久性提升关键技术”，牵头承担了江苏省交通运输科技重大专项“道路绿色智慧建养技术、材料及装备研发与产业化”、科技部外国专家项目“道路全寿命周期养护关键技术与智能化平台开发研究”等项目。

“在‘路桥隧结构安全智能监测及绿色运维关键技术产业化’项目中，构建了具备分布式、弹性计算、海量数据实时传输及后处理功能的路面施工云平台；‘路面结构层内部传感器动力响应监测技术研究’中建立了江淮地区沥青路面长期性能观测基地；‘高速公路路面结构长期保存技术及智能养护’项目首次提出路面结构长期保存理论，建立了多维度、精细化的结构和材料评价体系、分级阈值，并构建多层次养护决策体系及五级路面保存对策……”

南京长江四桥浇筑式钢桥面铺装施工

一项项创新研发得到了来自行业和科学界的肯定反馈。多年来，工程中心先后共计斩获包含中国公路学会科学技术奖特等奖、江苏省科技进步奖一等奖等91 个省部级以上奖项。

诚然，科技成果转化并非一帆风顺。曹荣吉早已认识到，“最困难的是研发成果的市场化。”

“首先，新材料必然会遇到信任危机。对于新鲜事物，尤其应用于体量庞大的工程建设中，不可避免地会产生抗拒心理。如何说服各方敢于使用你的材料，这本身需要对自身产品具有足够的自信，且相对于市场同类产品具有足够的优势。”曹荣吉解释。

除此之外，新材料在工程应用中仍存在一定的不确定性，也成为其推广应用路上的“绊脚石”之一。尽管在应用于工程前，新材料都会经过产品研发、室内评价、小试、中试等多阶段的系列测试，“但材料的最终效果需在工程中检验，工程又是处于一个复杂的环境中，室内试验不足以完全表征工程的服役环境，还需经过严格的评判。”

即便如此，核心材料突破的基础上，他们仍在推进科技创新和科技成果转化上同时发力，开展标准编制、工程服务、技术咨询、养护规划与设计、材料和数智化相关的产业化推动等新材料、新技术、新工艺的成果转化工作。

“我们期待进一步通过应用技术体系和产业生态体系打造，加强市场培育、加快技术转移，从而带动相关产业规模和技术水平的快速发展，促进产业链供应链水平整体提升。”曹荣吉告诉记者。

可持续

“促进新型道路材料研发成果转化应用，推动新型道路材料产业发展的前行道路上，将这里打造成为国内领先、具有国际影响力的道路材料研发平台和科技成果转化基地，工程中心每个人的心中都有一股使命感和责任感。”

向“新”、向“需”而行，新型道路材料国家工程中心团队常年专注于开展系列原创性技术、前瞻性技术、共性关键技术和瓶颈技术的关键道路材料研发工作。

“在市场需求、同类产品等相关市场要素充分调研的基础上，新材料从室内研发到标准化应用通常需耗费3 至5 年。再加上后期跟踪，以及为适应新形势、新需求而进行产品更新迭代，所需时间可能更长。”曹荣吉表示。

为此，工程中心投入了一支涵盖方案制定和审核、试验研究、数据处理、数据分析、生产加工、工程应用咨询等专业方向的技术团队，同时花费超8000 万元采买了350 余套可靠仪器设备进行支撑和保障，每年投入研究经费更高达2000-3000 万元。

聚焦国家战略和国家重点工程，针对我国道路材料消耗量巨大、循环利用率低、耐久性不足、使用成本高、传统路面施工工艺耗能高、污染大等状况，他们主要围绕高性能、环保型、功能型道路新材料和建管养智能化四个方向进行科研攻关、关键核心材料研发和产业化应用。

面向国家综合立体交通网、高寒高海拔等极端环境道路、特大跨径桥梁、特长隧道等重大工程建设和运维需求，“设计寿命30 年以上的路面结构与材料”是工程中心拟定的技术攻关重点方向之一。

在曹荣吉看来，目前，我国沥青路面还存在着寿命短、维修频繁等问题，“或已成为交通强国建设的短板之一”。他从本构模型、评价方法、设计理念以及对可替代材料的兼容性四个方面，向记者剖析了研发寿命30 年以上路面材料面临的主要难题。

“路面本身处于荷载、环境、交通等多种耦合条件下的复杂场域，沥青材料受温度变化，会经历线弹性、粘弹性、弹塑性、流塑性等阶段，从理论上，我们需要对沥青材料的破坏机理、失效准则等进行进一步明确和解析。同时，如何对沥青材料的耐久性进行科学评价也是不小的难题，例如，我们现在也遇到了材料满足规范却很快出现病害的问题。”曹荣吉表示。

除此之外，如何处理好路面工程所存在的诸多矛盾点，例如较为典型的抗车辙和抗裂之间的平衡关系处理，亦是长寿命路面材料亟须解决的痛点所在。“再比如，尽管所有人都清楚，路面材料性能越好寿命越长的道理，但我们本质上追求的是寿命周期内经济社会效益最大化，而非追求单一性能的极值，这也需要我们清晰地知道设计目标是什么，为实现目标应该设计什么样的材料。”

诚然，沥青、集料等都属于可再生资源，而现实生活中还存在可以利用于道路工程的固废资源，如何提高它们的利用价值，去除“废”的阴影，使其服务于长寿命路面，也是一项重要工作。

“这从本质上看，也是对可持续理念的升级。工程建设和生态环境的关系更加和谐，不仅要考虑工程本体的性能、安全，还需要考虑资源再生以及对路域环境的影响，为‘交通强国’‘生态文明建设’‘碳达峰碳中和’等国家战略的实施和高质量发展提供有力支撑。”曹荣吉指出。