相较于传统的沥青胶结料，聚氨酯胶结料具有粘结力强，性能稳定，能耗低等优点，正逐渐受到关注。聚氨酯化学组分、分子结构和宏观性能具有极大的调控阈值，为铺面材料一直追求的“基于性能的材料设计方法”提供了物质基础和理论空间。在中国，韩国，瑞典等地已开始将聚氨酯铺面材料应用与人行道面上，并取得了良好的社会效益。
　　本课题探讨了聚氨酯胶结料路用性能的表征方法，研究了适合聚氨酯特性的级配与制备工艺，并通过室内试验针对材料的水稳定性、高温稳定性和疲劳性能等路用性能与同级配沥青混合料进行对比研究。
　　基于上述研究，提出了聚氨酯胶结料配方的性能要求指标，为基于性能的材料设计方法提出了相应的参考标准，并提出了聚氨酯铺面材料的级配设计方法，配合比设计方法，以及相应的材料性能指标体系与评价标准。该种新型铺面材料，将有效提高特殊重载路段的耐久性能，解决目前传统沥青混合料性能在钢桥面铺装、城市道路交叉口等特殊路段抗车辙能力不足，耐久性不足等问题。
　　首先，探究了聚氨酯胶结料分子结构设计方法，研究了聚氨酯路用性能的影响因素，确定了微相分离是影响聚氨酯软硬、高温稳定性的主要因素。随后，为表征聚氨酯材料路用性能，进行了Hakke流变试验，傅立叶红外光谱分析，动态力学分析，直接拉伸等若干试验。通过Hakke流变试验表征了聚氨酯固化过程中粘度变化规律，根据聚氨酯的反应特点，推荐采用现场拌合摊铺施工，并预计需要24小时才能保证反应充分完成，开放交通。为方便后续混合料试验的开展，利用动态力学分析仪表征了聚氨酯在不同温度下的粘弹特性，直接拉伸试验表征了聚氨酯的主要机械性能。
　　然后，研究了聚氨酯混合料的制备工艺与级配设计。根据聚氨酯初凝时间短，终凝时间长的特点，本文改进了原先混合料马歇尔试件的设计方法，并借鉴水泥混凝土养生方案，将聚氨酯混合料放置静置24小时后再脱模试验。随后，采用SMA-13，OGFC-13，Novachip-10，单一粒径等级配类型，分析了不同级配对混合料制备与性能的影响。研究表明，聚氨酯粘结强度高，混合料强度主要由聚氨酯粘结粘结所决定，受级配类型影响小。级配对于聚氨酯混合料的影响主要体现在施工工艺上，对最终成型强度影响不大。随着聚氨酯掺量的提高，混合料的马歇尔性能总是在逐步提升。通过提高聚氨酯的玻璃化转变温度，可以有效提高混合料的高温水稳定性。OGFC级配结构则是能适应聚氨酯胶结料特性的，并且能充分发挥聚氨酯优点的级配类型。
　　接着，本文将同一OGFC级配的多孔聚氨酯混合料与传统SBS改性沥青混合料进行了高温稳定性，水稳定性，耐久性，抗滑性能等多个方面的比较。试验结果表明，聚氨酯混合料的各方面路用性能均优于SBS改性沥青混合料：马歇尔稳定度是SBS改性沥青混合料的五倍，劈裂强度以及冻融劈裂强度均是SBS改性沥青混合的四倍，疲劳寿命、动稳定度高出SBS改性沥青混合料一个数量级。冻融劈裂残留强度比以及初始抗滑性能则较差于沥青混合料，但仍然满足规范要求。这些性能优点表明相较沥青混合料，聚氨酯混合料更适合于高温重载交通路面与中国长江以南冬季不易结冰但易发生洪涝地区。
　　最后，本文对目前聚氨酯铺面材料的不足进行了总结，提出了未来聚氨酯铺面材料材料值得进一步改进的方面。第一，虽然聚氨酯性能空间调整阈值大，但提高强度通常会导致整体变脆，易遭受脆性破坏，集料剥落等现象时有发生，同时聚氨酯材料为保持自身良好的高温稳定性，玻璃化转变温度较高，常温下自愈合能力较沥青较弱。第二，由于聚氨酯原料之一异氰酸酯会不可避免地与水反应产生二氧化碳，当含水量较高时，将会显著影响最终合成的聚氨酯质量，降低混合料强度，难以保证施工质量。当混合料孔隙率较低，生成的二氧化碳将难以排出材料表面，对平整度以及质量造成巨大破坏。如何改进施工工艺，提高施工质量，是未来研究的一大重点。第三，目前聚氨酯胶结料价格超过传统沥青胶结料十倍，非常昂贵。尽管预计聚氨酯铺面材料的耐久性能超过一般沥青混合料，可以延长路面的使用年限，降低维修频率，但是价格因素仍会是限制大规模推广聚氨酯铺面材料的一个重大障碍。