“十四五”国家重点研发计划｜聚氨酯固基 智材拓新程——聚氨酯材料在交通基础设施韧性加固中的应用与发展

面对渗流、水下等复杂工程环境，传统混凝土材料的应用局限逐渐显现。聚氨酯材料凭借优异的力学性能、快速固化能力和环境适应性，正成为交通基础设施韧性加固的重要选择。目前，相关材料已在公路充填、土体加固、水下注浆等场景中展现应用价值。随着材料体系持续优化，聚氨酯材料还将向绿色化、高性能化、智能化方向发展，为交通基础设施韧性提升提供更多支撑。

国道242线贵州省锦屏县隆里华寨路段

01 从材料机理看优势：为何聚氨酯适合工程加固？

聚氨酯是一类由异氰酸酯和多元醇反应生成的高分子材料，其发泡、凝胶和三聚反应分别赋予材料填充空隙、形成承载骨架和提升耐久稳定性的能力。通过调控催化体系、分子链结构、阻燃剂和发泡剂等因素，聚氨酯材料可实现膨胀倍率、抗压强度、固化速度和耐腐蚀性能的协同优化。凭借轻质高强、快速固化、适应性强等优势，聚氨酯材料可服务于公路充填、土体加固、水下注浆等交通工程场景，为提升交通基础设施韧性和服役寿命提供支撑。

02 从公路到水下：聚氨酯材料的多场景应用

（1）公路充填：低膨胀高抗压，助力快速修复

在公路工程中，聚氨酯硬泡材料可用于裂缝、坑洞、路基脱空和沉降病害的充填修复。该材料具有轻质高强的特点，密度通常为每立方米50千克至95千克，抗压强度可达0.30兆帕至0.51兆帕，既能减轻路基附加荷载，又能满足加固后的承载需求。

通过优化催化体系、分子链结构、阻燃剂和发泡剂配比，聚氨酯硬泡材料可实现低膨胀、高抗压、快速固化和较好尺寸稳定性，适用于道路应急抢修和快速恢复通行。同时，其阻燃性、耐腐蚀性和耐候性，也使其能够适应酸碱侵蚀、盐侵蚀、水溶蚀等复杂服役环境。

（2）土体加固：高渗透强固结，提升地基稳定

聚氨酯材料不仅可以用于表层填充修复，还可通过注浆方式进入土体孔隙，实现深层加固和防渗。渗透型高聚物注浆材料通常由异氰酸酯、多元醇、催化剂和渗透剂等组成，进入土体后发生反应并形成固结体，从而提高土体强度、整体稳定性和抗渗能力。

通过调整异氰酸酯与多元醇比例，可增强材料反应活性和力学性能；通过添加渗透剂，可降低材料黏度，提高其在土体中的渗透能力。因此，该类材料适用于堤防、隧道、软弱地基、公路路基、桥梁基础及机场跑道等工程加固场景。

交通是城市的血脉，因此，道路韧性也是城市韧性的一个重要组成部分

（3）水下注浆：高强高韧抗稀释，适应复杂环境

水下工程通常面临高压、高湿、腐蚀性强等挑战。传统水泥基注浆材料在水下环境中容易被水稀释，存在固化慢、强度低、易脆性破坏等问题，难以满足快速加固和长期耐久需求。

水下高强高韧聚氨酯注浆材料采用双组分体系，由硅酸盐组分和聚氨酯组分组成，可在水下环境中发生反应并形成高强度、高韧性的固结体。该材料适用于富水隧道、饱水地基、海上风电基础、河堤围堰、矿山和隧道加固等场景，有助于防止坍塌和渗水，提升工程安全性、稳定性与服役寿命。

03 面向未来：绿色化、高性能化、智能化发展

未来，聚氨酯材料将向绿色化、高性能化和智能化方向持续发展，以更好适应交通基础设施韧性提升需求。绿色化方面，低  VOC  排放、可降解、环境友好的材料体系，将有助于降低工程建设和长期服役过程中的环境影响，助力绿色交通建设。高性能化方面，随着强度、韧性、耐腐蚀性和耐候性的进一步提升，聚氨酯材料将在海洋工程、地下工程、水下加固等复杂场景中展现更大应用潜力。智能化方面，通过引入传感器、纳米材料等技术，材料有望具备自修复、自监测等功能，为交通基础设施全寿命周期管理和韧性提升提供新的支撑。

从道路病害修复到复杂环境加固，聚氨酯材料正逐步成为提升交通基础设施韧性的重要支撑。随着材料体系持续升级，其将在交通强国建设和绿色低碳基建中发挥更大作用。

依托项目简介：

“十四五”国家重点研发计划“交通基础设施”重点专项“长大线形交通基础设施应急抢修与快速保通关键技术”（2023YFB2604000）项目由同济大学牵头（项目负责人：李辉），联合西南交通大学、中交第一公路勘察设计研究院有限公司、山东大学、中山大学、中国人民解放军战略支援部队信息工程大学、四川高速公路建设开发集团有限公司、交通运输部公路科学研究院、中煤科工西安研究院（集团）有限公司、中国铁建大桥工程局集团有限公司10家单位进行技术攻关，聚焦公路、铁路2类长大线形交通基础设施中的路、桥、隧3种主要结构的9类典型灾毁，突破“灾毁评估-抢修决策-应急保通”关键技术与装备瓶颈，实现“灾毁评估全息化、抢修决策科学化、应急保通快速化”，开展应用验证，提升我国交通基础设施灾后应急抢修与快速保通能力。

科普文本来源：郭成超.聚氨酯固基 智材拓新程——聚氨酯材料在交通基础设施韧性加固中的应用与发展[J].中国公路,2025,(07):28-30.DOI:10.13468/j.cnki.chw.2025.07.012.

作者提示：内容由AI生成总结