挑戰特殊化
——長安大學副教授王旭昊的非尋常科研之路

范佳樂

入職美國國家混凝土路面科研中心肖像照

1999年，號稱“20世紀中國第一”的江陰長江大橋竣工通車。次年，橋面出現了明顯損壞，引發一片嘩然。調查結果顯示，在引用國外技術時，氣候差異不慎被忽略。“中國夏季最高氣溫明顯高于英國”，高溫病害——作為橋梁路面殺手之一被揪了出來。

不僅是高溫，在旱區、寒區、鹽蝕區等這些特殊地帶，混凝土打造的路面和橋梁都十分“嬌貴”。也由于這些原因，橋梁、道路在建造之初就有了因地制宜的規則，道路材料、施工和結構的設計缺一不可。長安大學副教授王旭昊正是進行這項定制服務的人，研究新材料配合比也好，琢磨混凝土的破壞機制也好，挑戰、解決特殊地區與環境下的交通基礎設施難題，他一頭扎進去就是10多年。

機會面前，不猶豫

2005年，因高考成績沒有達到自己的期望，王旭昊還有些迷茫。他機緣巧合進入蘭州交通大學土木工程專業，對要學什么、做什么，一無所知。那時候，土木工程專業在外界看來就是“造房子”，畢業生也大多會入行工程管理，被戲稱為“包工頭”。

就業，王旭昊當時并沒考慮那么長遠。他正忙著各項考試，“學校恰好和美國愛荷華州立大學有一個2+2的合作項目。我英語還不錯，想著既然有機會就走出去看看。”沒承想，這一走就是11個年頭。

在愛荷華州立大學，王旭昊對土木工程材料產生了濃厚的興趣，并將其確定為日后的研究方向。他一口氣攻讀了碩士、博士學位，想要在這個方向上挖出更多對社會發展有價值的內容。

簡單來說，王旭昊的研究對象主要是在交通基礎設施中使用的水泥混凝土，尤其是它們在高溫、高寒等特殊地區的表現。“那會兒，最集中的研究就是水泥混凝土的滑模攤鋪。”這是一種直接影響路面質量的技術方法，普遍應用于高等公路的修建當中。早在20世紀四五十年代，美國大興公路系統建設的時候，滑模攤鋪水泥混凝土就顯示出舉足輕重的地位。時至今日，美國的路面材料只要用水泥混凝土，基本上都采取了滑模攤鋪的方式。整個施工過程的用料配合比、設計，包括一些新型材料的應用等，依舊有很多東西值得探索。

讓道路變得更長壽是持續探索的目的之一。“站在領域的角度，我覺得我國在基礎建設這一塊非常突出，可能隨便建一座小橋，放在國外都是大橋。”這也就意味著，被譽為“基建狂魔”的中國擁有成熟的技術方法、體系。但是，王旭昊在肯定體量的同時，也指出近幾十年國內道路交通快速發展存在的問題。他表示，耐久性是道路交通繞不開的話題。“用新技術、新材料鋪設一座橋固然很好，但怎么保證它70年不壞，這是一件很難的事情。在美國，很多材料、方法、測試手段，還有一些養護修補研究都是為了能夠延長道路的使用壽命。”讓王旭昊感到遺憾的是，提升路面、橋面的耐久性研究極其耗時且文章產出慢，有耐心堅持下來的同行者并不多。不過顯然，無論有多少人有這份“耐久性”，這項研究已經成為擺在道路交通工作者面前的一道坎，總要跨過去。

2014年，王旭昊的博士論文《橋梁現澆自密實混凝土的配合比優化及性能提升測試方法研究》順利答辯。緊接著，他在導師Kejin Wang、Peter Taylor的引導下，正式入職美國國家路面混凝土科研中心，開展博士后工作。“兩位老師在業界都非常有名氣，王教授主要側重的是學術的研究，P e te r則主攻工業界。”導師一個偏理論、一個偏應用，這也讓王旭昊能夠學習到更多綜合性的知識，積累到扎實的經驗。同時，美國國家路面混凝土科研中心對他來說也不算陌生，早先他在那里兼職實驗室主任，已然充分了解搞研究的脈絡，畢業后自然更要大展拳腳。

基于碩士、博士階段的理論研究，王旭昊為滿足美國北部的寒冷地區道路交通設施需求，投入了大量的精力關注特殊水泥混凝土。他從宏觀、細觀到微觀，針對自密實水泥混凝土以及半自密實水泥混凝土進行了材料測試，考慮著如何解決工業界面臨的問題。他說，那幾年的研究大多依托項目，跑遍了超過20個州的施工現場，是潛下心來琢磨，實實在在做出了有效益的成果的。其中有一項涉及水泥混凝土的配合比優化和創新，他需要思考的問題很多，譬如怎樣幫助工業界降低水泥混凝土的單位使用成本，添加新材料的同時，能不能保證耐久性或者延長壽命……一個大問題往往還要拆分成很多小問題，王旭昊再將這些小疑難點逐個擊破，事無巨細，包括一些設計方法、模型的建立等。

在科研中心的4年里，王旭昊參與到眾多項目工作當中，完成了從助理科學家到助理教授的轉變，履歷上的光鮮成績也是一筆接著一筆：2014年，他研究了自密實混凝土在橋梁現場澆筑中的性能測試、質量控制方法等；2015年，應俄亥俄州交通部要求，他主持了“基于輕質骨料內養護用于減少混凝土橋面開裂的研究”，引用輕質骨料減少了混凝土橋面塑性開裂；2016年，在美國能源部項目“改性水泥及其工業影響”中，面對水泥混凝土的質量參差不一，他分析用料配合比，給出了如何最大化減少水泥用量，同時達到高性能的解決方案……就這樣，隨著項目經驗的增加，王旭昊在專業領域內越挖越深。2012—2017年，他以第一作者或通訊作者陸續發表SCI、EI文章15篇，為行業增加了有跡可循的研究科學依據。

在美國愛荷華州立大學博士畢業典禮，與博士導師Peter Taylor和Kejin Wang教授合影。

緣起一場會議

2016年12月，陜西省第一屆絲綢之路青年學者論壇舉行，吸引了來自世界各地的學者青年。其中，就包括王旭昊。但當時的他并不知道，這一次參會經歷將成為他人生的重要轉折點。

“在會場交流的時候我碰到一位青海大學的老師。他一聽我的研究內容，就說‘你這研究太適合青海了’。”青海省地處我國西部，雄踞世界屋脊青藏高原的東北部。全省地形、氣候差異顯著，干旱、雪災、冰雹、霜凍較為常見，對道路交通建設來說，這些特殊的氣象災害都是不小的挑戰。同樣對王旭昊的研究來說，那里的特殊恰好是“完美”的試煉場。于是，兩者一拍即合，王旭昊在2017年經引薦成為清華大學-青海大學三江源研究院特聘三江學者，與國內的科研合作關系日益密切。第二年，在國家自然科學基金地區項目和青海省科技廳自然基金應用基礎研究項目的支撐下，他就迅速投入到“青藏鹽蝕區混凝土結構長期服役性能的宏細觀破壞機理研究”。

在為期兩年的項目部署中，王旭昊安排得十分清楚。他充分依托青海大學高原建筑材料實驗室，收集國內外相關資料，整合優勢資源全力攻堅多道難題。“一個是目前混凝土材料凍融破壞特性的影響因素還不夠系統化，另一個是施工現場和實驗室有差距，抗凍混凝土現場制備的程度和實驗室配合比沒辦法一一對應……”在這些問題的困擾下，王旭昊打破慣有的思維定式，通過創新測試方法、模型模擬等完成了對機理分析的一系列研究。

也正是在該項目的研究過程中，王旭昊深感國內、國外兩地“開花”的壓力。他覺得是時候開始思考自己動身回國的時間了，為在國內的長遠發展做準備。“出去的時候就決定了，有朝一日要回來。”至于選擇長安大學，王旭昊坦言也經過了一番深思熟慮。“一方面，從行業發展的角度來講，長安大學的交通運輸工程作為國家一級學科能夠提供極有潛力的平臺；另一方面，考慮到親人的緣故，西安距離家鄉蘭州比較近。”

借著人才引進的東風，王旭昊于2018年8月正式成為長安大學公路學院副教授、博士生導師，將整個研究重心全面轉向國內。那段時間，他雖然忙著回國、搬家各種事情，但手頭上的科研工作一點兒也沒落下。當時，除了針對青藏鹽蝕區的項目在進行外，他還和孫新建教授合作推動著“納米CaCO3玄武巖纖維增強混凝土斷裂性能多尺度研究”。他們采用多尺度非線性復合材料建模平臺進行了骨料、玄武巖纖維、膠漿、界面多相三維建模，模擬多尺度增強混凝土的斷裂性能，為多尺度增強混凝土抗裂性能提供了理論支撐。

整體來說，這項工作是王旭昊前期水泥混凝土配合比設計研究的一個延續，是他回國以來研究內容的三分之一。“三輛馬車”并駕齊驅，這是王旭昊正在實行的研究模式。除了國外的研究基礎，他如今又給自己增加了些新能量——綠色新型材料的機理和應用、工程性能混凝土的概念推廣。

在王旭昊的講解下不難明白，綠色新型材料的機理和應用是環保、可持續發展下的必然需要，又可以仔細劃分為新材料、可持續利用材料、人造材料三部分獨立研究。“站在國內公路發展的角度來說，有很多廢棄的材料無法有效二次利用的，怎樣能把這些廢棄物利用好，我覺得這是一個很重要的事情。”在王旭昊看來，搞清楚性能影響機理是有效回收舊材料、融合綠色新材料的第一步，“因為水泥混凝土本身作為一個混合物，不是說新加一種材料就表現一種新性能。”材料的融合影響著整體性能，像王旭昊這樣的研究人員，要考慮的正是如何能最大化利用新材料，全面降低成本，提高路面承載力、耐久性等。

那么，工程性能混凝土的概念推廣又代表什么呢？“這個就是強調不同結構的道路、橋梁對混凝土的要求不同。要按實際需求量身定做質量檢控方法，優化混凝土的工程性能。”王旭昊解釋，這部分研究由高性能混凝土的可持續發展及快速修復和養護、人工智能等高新技術與混凝土性能需求結合、新型傳感器在混凝土結構健康檢測中的應用三部分組成。2019年，由他主持的項目“機制砂混凝土質量檢控與材料性能試驗研究”能很好地闡釋這一概念。

課題組進行小型水泥混凝土路面滑模攤鋪模擬實驗

機制砂取代日益枯竭的河沙是國家十部委聯合倡導生產高品質砂石、推動砂石智能制造的明確要求。但一直以來無論是對天然砂還是人工砂的檢測方法都相對落后，普遍存在效率低、品質揀選誤差等缺點。因此，如何研發一套操作簡單、節省人工的高效操作自動化系統，成為王旭昊團隊思考的問題。“如果能夠同時對砂的含水率、含粉量、級配、細度模數以及粒形系數進行實時在線檢測，那就可以極大提高檢測效率。再輔以集成數據庫軟件，自動對檢測數據進行存儲歸類，對粒形系數進行量化，又能夠進一步從數據上了解砂的粒形好壞。”在現代科技面前，砂石檢測不再是耗時耗工的力氣活。

王旭昊說，當前制約機制砂混凝土推廣應用發展的主要因素有機制砂質量、政策和專業人才短缺造成的技術缺乏等因素，他們的研究正是為了解決這些問題，推廣和提高機制砂混凝土的配制和生產應用技術。這樣一來，既能夠解決天然砂資源的枯竭問題，又可以降低成本和開采風險，給社會帶來更多的經濟、環保效益。“在河沙難求及建設工程大力推進的大背景下，機制砂的應用必將越來越廣，應用技術必會穩步提高，性能達到或者趕超河砂混凝土。”這是行業和社會技術的進步，也為其他行業提質增效提供了臺階。

做事，自有一套準則

自項目研究到行業創新，王旭昊談及很多。他不是一個冒進的人，對于整個領域的發展有著清醒的認識。

“從技術的角度而言，國外在20世紀五六十年代就把道路、橋梁建設得差不多了，整體還是領先國內的。尤其是筑路的機械，我們還是以進口為主。而好的設備才能用更好的材料去匹配。”行業整體的進步，是王旭昊迫切希望看到的。但同時他也一針見血地指出，快節奏科研極容易陷入急功近利的旋渦。在他看來，國內的水泥混凝土或者說硅酸鹽材料領域，研究規模有限，所以很多事情需要一步步沉下心來做，“假如要一口吃成個胖子，這個跨度實在太大”。

王旭昊認為，研究步子不能邁太大，創新也同理。面對五花八門的新技術、新材料，他相比其他急著嘗鮮的科研工作者，總是分外冷靜，最先考慮的是成本問題。“包括人工智能、納米材料這些，絕對是好東西。但好東西怎么用是一個很長的過程。”王旭昊指出，很多新興技術和材料結合都只停留在一個概念上，哪怕有成品，成本造價、耐久性、應用價值也很少被考慮。“像是碳纖維、納米材料，加進混凝土絕對能提高性能，但性價比太低了。大范圍用起來，光成本就負擔不起。”所以，創新更應該成為一種在基礎上的創新，才有價值、有意義。

如今回國兩年，王旭昊坦言整體節奏基本適應，一些對于學生的教育方法還在不斷摸索。他有一套自己的招生、教育準則，既要做導師，又要做朋友。“從培養方式來講，我希望除了教會他們怎么做研究，還能在做人做事上給他們積極的影響。”比如，在經濟上扶持、組內的團結合作，這些是王旭昊要求自己去倡導的。

“我不會要求學生朝九晚五地坐班，畢竟每個人的有效時間段是不同的。對我來說，晚上八點到十二點鐘是我效率最高的時候，那我就這個時間工作，早晨哪怕多睡一會兒也無所謂。”另外和多數老師一樣，王旭昊也十分注重帶著目的的培養。未來去企業還是做科研，這是成為他的博士生必須回答的問題。“有的學生研一剛過，說‘老師我要讀博’，為什么讀博也不知道。這種情況堅決不能允許，人總要有一個長遠的規劃和認識。”

作為嚴師，王旭昊要求在他手底下畢業的學生，必須達到他當初學業水平的60%才能畢業。“我不想他3年碩士或者博士，讀完就完了，總要對自身有要求。我當初也沒有多強，如果連60%都達不到，實在說過不去。”作為兄長、朋友，王旭昊不想成為強制式的指揮棒，更愿意給學生創造好條件，讓他們能夠按照自己的想法去真正做出些東西。“這個學習、探索的過程非常重要，包含了我們對未來的規劃。畢業不是說最終發一篇文章就可以了，如果整個學習階段沒有對于人生、生活的收獲，我會認為這是我作為老師的失敗。”而不管是對自己還是對學生，王旭昊從沒打算成為失敗者。