用聚合物格栅增强低碳混凝土保持强度

观景廊-3张图片一个多世纪以来，钢筋一直是加固混凝土的首选材料，但一种新的方法有望使这种常见的建筑材料变得更坚固和更环保。科学家们利用3D打印来生产一种聚合物晶格结构，这种结构可以作为低碳混凝土的主干，同时也具有很高的强度和耐久性。

这项研究是在加州大学伯克利分校(University of California，Berkeley)进行的，建立在之前使用聚合物纤维加固混凝土的努力基础上。这种钢筋大约在半个世纪前出现，是钢筋的一种有前途的替代品，钢筋强度很高，但重量大，价格昂贵，而且随着时间的推移会退化。

另一方面，聚合物纤维重量轻，生产成本低，而且耐腐蚀。目前的方法是在浇筑混凝土之前将这些纤维混合到混凝土中，但这可能会导致分布不均匀，这意味着最终结构的某些部分更坚固，其他部分容易出现裂缝。

这项新研究背后的工程师试图通过3D打印的八位组聚合物晶格来解决这一缺点，这种结构因其独特的轻盈和强度组合而受到青睐，其中一个人希望通过密集的桁架排列来防止裂缝形成。研究小组发现，成功地使用丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)聚合物来生产格子，然后用超高性能混凝土填充缺口，就抗压而言，超高性能混凝土的强度是普通混凝土的四倍。

研究人员试验了这个配方的不同版本，使用不同版本的聚合物晶格，它们从混凝土总体积的19.2%到高达33.7%不等。虽然这些调整带来了抗压强度和峰值荷载方面的微小变化，但混凝土的整体力学性能基本保持不变。

该研究的合著者、土木与环境工程学教授克劳迪娅·奥斯特塔格(Claudia Ostertag)说：“当一种材料变脆时，它可以承受一定的峰值载荷，然后就会失效。”“在这种情况下，我们没有观察到那次失败。它变得越来越强。对于我们对混凝土感兴趣的人来说，这是令人惊叹的。你正在把非常易碎的东西渲染成非常延展性的东西。“。

所有被测样品的应变密度值都很高，因此能够吸收大量的能量，而晶格结构较薄的样品与晶格结构较厚的样品一样坚韧。这一部分是该研究项目的总体目标之一的关键；使用更高浓度的替代材料来减少混凝土制造的碳足迹，混凝土制造占世界二氧化碳排放量的8%。

“产生水泥的反应本身就会产生二氧化碳，”该研究的合著者海登·泰勒(Hayden Taylor)说。相比之下，通过使用生物聚合物、回收利用和可再生能源，有一条可以想象的路线，可以获得净碳中性甚至潜在的碳负向聚合物。

从这里开始，研究小组计划用不同的晶格形状进行实验，看看不同的几何形状是否可以服务于不同的用途。

“展望未来，我最大的问题是如何为特定的应用选择最佳的晶格结构，”主要作者布莱恩·萨拉扎(Brian Salazar)说。“可能还有更理想的几何结构等待着我们去寻找。”

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