钢筋密度表
加州大学伯克利分校的研究人员开发了一种用聚合物晶格增强混凝土的新方法，这一进步可以与其他基于聚合物的增强材料相媲美，并在减少材料碳排放的同时提高混凝土的延展性。
伯克利团队使用3D打印机从聚合物中构建八角形点阵，然后在其中填充超高性能混凝土（UHPC），其抗压强度是传统混凝土的四倍。增强材料在压缩和四点弯曲测试中表现良好。
研究人员下一步将确定不同的晶格形状能否更好地满足不同的混凝土用途。将来，工程师可以借助拓扑优化软件为给定的项目确定最佳的钢筋几何形状。研究者称：“展望未来，我最大的问题是如何为特定应用选择最佳的晶格结构，可能还有更多的最佳几何图形等待发现。”
混凝土是使用最广泛的人造建筑材料之一，也是世界上消耗最多的物质之一，仅次于水。它具有良好的抗压能力，能够承受巨大的负载。
但是众所周知，混凝土的抗张力或弯曲性能很弱，稍有裂纹就会开始破裂。如果不进行加固，混凝土结构可能会遭受灾难性破坏。
从19世纪中叶开始，工程师用钢筋加固混凝土。但是，钢筋也有一些缺点：重量大、成本高、安装费劲、并且易腐蚀。如今，有越来越多的工程师在探索用聚合物增强混凝土的潜力，由于其重量轻，不易腐蚀以及可循环利用，并且材料丰富。
自1960年代以来，工程师用聚合物纤维加固了混凝土。这个概念并不新鲜。自古以来，纤维就一直被用来增强砂浆——比如添加到土坯砖中的稻草。但是它们不是完美的解决方案。纤维在浇筑前先混入混凝土中，很少均匀分布。这意味着结构的一部分可能具有高浓度的纤维，而另一部分几乎没有任何纤维，留下了形成裂纹的隐患。
晶格加强的好处是，一系列桁架可以在裂纹变得太大之前阻止裂纹扩展。裂缝非常狡猾，他们会选择阻力最小的路径扩散。但是，均匀的3D点阵排列不再有薄弱环节。
该团队测试了两种不同的聚合物：容易进行3D打印的聚乳酸（PLA），以及比PLA强度更高的丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），其用途广泛，从乐高积木，摩托车头盔到头盔激流独木舟和汽车保险杠。从PLA转换为ABS对压缩测试没有显着影响。所有晶格钢筋混凝土样品的应变密度值都很高，这意味着它们能够吸收大量能量。
工程师还对比了混凝土中不同密度的晶格增强材料。一个样品聚合物占样品体积的19.2％。另一个占33.7％。结果显示，聚合物的密度不会显著改变结构的整体机械性能。聚合物含量较少的样品与聚合物含量较高的样品具有类似的力学性能。
图1 两中晶格设计方案
（a）19.2％的体积分数和（b）33.7％的体积分数。
图2 单胞和梁的示意图
图3 晶格增强的混凝土梁的制造过程
（a）聚合物晶格的3D打印，（b）不同密度的晶格在模具中的放置，（c）超高性能混凝土对晶格的浇筑，（d）准备测试的混凝土梁。
图4 压缩应力-应变曲线
图5 纯晶格骨架、PLA和ABS晶格增强的混凝土压缩应力-应变曲线
（a）为19.2％密度，（b）为33.7％密度
表1 四点弯曲结果
图6 不同聚合物增强的混凝土荷载-挠度曲线
（a）直到最大挠度为1.52mm（用于表1中的韧性计算），（b）直到梁失效
图7 用数字图像技术测得的弯曲梁前表面的应变场
对于19.2％的晶格增强梁，在荷载-挠度曲线的各个点处都显示了裂纹长度
图8 弯曲试样断裂面的正视图和侧视图
（a）和（b）为19.7％的晶格增强梁；（c）和（d）表示33.7％的晶格增强梁；（e）和（f）是纤维增强梁
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