招商智翔：获批重庆市自然科学基金面上项目
时间：2025年08月08日
近日获悉，招商智翔道路科技（重庆）有限公司获批重庆市自然科学基金面上项目“基于多重动态交联的聚氨酯无缝伸缩缝材料构筑与自修复机理研究”，这是推进桥梁安全智能化研究的深入发展而走出的重要一步。
重庆被誉为“桥上山城”，数万座桥梁跨两江、连山峦，构筑了世界第一的立体交通网。招商智翔的创新团队以科技创新思维，提出了一种桥梁无缝伸缩缝材料领域的新思路，研究成果对推动桥梁无缝伸缩缝技术发展具有重要意义。
桥梁维护任务繁重 伸缩病害实现自愈
随着我国公路交通建设规模的不断扩大，作为桥梁工程重要附属设施的伸缩缝用量越来越多，使用范围越来越广，使用要求越来越高，管养压力也越来越大。传统桥梁伸缩缝（模数式与梳齿板式）存在耐久性差、行车安全隐患较大、噪声扰民事件频发等问题。无缝伸缩缝通过弹性材料填充接缝实现路面连续，无缝设计有助于提高行车舒适性，减少噪声和振动。但是，无缝伸缩缝技术主要采用沥青基弹性体，容易出现高温车辙、低温开裂等问题，严重时甚至危及桥梁使用安全。聚氨酯无缝伸缩缝具有卓越的弹性和柔韧性，能够适应各种复杂环境和不同温度下的变形需求。但其在复杂苛刻的服役条件下会出现开裂，且微小裂纹无法自修复，进而导致结构渗水、材料加速老化、局部应力集中扩展，最终引发伸缩缝整体失效，甚至威胁主体结构的安全性与耐久性。传统修复技术需中断交通，存在安全风险高、维修时间长、保通压力大等问题。因此，亟需开发具有高效自修复能力且符合无缝伸缩缝力学性能需求的新型聚氨酯弹性体材料。
国家《“十四五”发展规划》和《节能减排“十四五”规划》等文件均明确提出“资源节约型、环境友好型”的绿色、协调交通发展理念。因此，如何解决聚氨酯弹性体开裂后的修复问题，已经成为桥梁无缝伸缩缝研究领域的一项重要课题。近年来，为提高聚氨酯（PU）材料的服役寿命，借鉴蜘蛛丝、贻贝等生物材料自主修复的启发，研究人员将动态共价键或可逆非共价键引入 PU 中实现其自修复。然而，单一动态键的本征型修复材料，自愈能力、韧性和强度之间的矛盾是其中最明显的问题之一，为此需要引入多重动态相互作用，将聚合物中的强动态共价键以及相对较弱的动态非共价键相结合来平衡自愈能力和机械强度。 基于上述问题，该项目从分子结构角度出发，利用生物基材料的界面黏附特性与自组装功能构多重氢键，并在体系中引入动态分子结构，设计一种适用于桥梁无缝伸缩缝的常温自修复聚氨酯材料。基于自修复前后的力学性能实验、微观表征及分子模拟来揭示动态分子结构网络协同修复机制。该体系为聚氨酯无缝伸缩缝研究领域提出了一种全新的思路和理论，研究成果有望填补常温自修复聚氨酯在无缝伸缩缝领域的研究空白，对推动我国无缝伸缩缝材料领域的发展具有重大的理论意义和实际工程应用前景。
桥梁无缝伸缩缝作为保障桥梁结构适应温度形变与荷载位移的核心构件，是工程中不可或缺的关键性附属设施。当前，基于多巴胺的仿生界面黏附机制、动态二硫键的常温可逆键合特性及多重氢协同增强研究，通过调控动态共价/非共价键的协同网络设计，制备具有良好机械性能与常温自修复的聚氨酯无缝伸缩缝材料，成为研究的关键难点。通过采用足尺试验，研究常温自修复聚氨酯弹性体在复杂环境耦合作用下的耐久性，在桥梁无缝伸缩缝领域具有指导意义和应用前景。
项目创新独具特色 工程应用前景广阔
随着我国交通基础设施的快速发展，桥梁工程已成为现代交通网络的核心枢纽。截至 2024 年底，我国桥梁已经达到了 110.81 万座，成为世界第一桥梁大国，其中，重庆现有桥梁总数超过 2 万座，是名副其实的“桥上山城”。与此同时，未来依然面临较大的桥梁建设任务。这项研究具有以下创新特色:
（1） 设计出一种适用于桥梁无缝伸缩缝的自修复聚氨酯弹性体材料，该材料具有优异的界面黏附性能和力学性能，其核心特征在于能够在常温条件下，通过材料内部的动态分子重组机制，实现损伤部位的自发修复功能，有效恢复结构完整性和使用性能。
（2） 通过多尺度模拟方法，构建自修复材料的分子模型，研究其内部动态相互作用网络在损伤修复过程中的响应机制。结合多维度实验表征技术，揭示材料在常温下实现自修复功能的关键动力学过程与能量演变规律，阐明动态分子结构网络协同作用驱动的自修复机制。
（3） 设计无缝伸缩缝足尺试验，模拟材料等效服役条件，构建多场耦合加速老化试验平台，研究自修复聚氨酯弹性体的耐久性，结合足尺数据，提出面向桥梁无缝伸缩缝的新型聚氨酯材料。项目科研团队在重庆南山立交匝道桥、重庆马桑溪长江大桥引桥、新屋嘴大桥等高速公路、内环快速路、国省干道、市政道路等多项桥梁伸缩缝工程，进行了现场试验，获取了界面状态、伸缩缝缝宽、材料耐久性等数据，为后续科学研究工作的深入开展储备了宝贵的第一手资料。
经过多年的科技攻关，招商智翔配备了近百套价值2000多万元的国内外先进的科研设备，在过去取得100多项相关成果的基础上，为此项研究的成功提供了有效的前提保障。
（撰稿人：关书敏、王斌斌）
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