这种新的钢筋可以使建筑物的使用寿命更长，污染更少
去年 12 月，佛罗里达州瑟夫赛德的一座 XNUMX 层公寓大楼突然倒塌，其中一个原因隐藏在结构的深处。 在混凝土地基、墙壁和地板中，是一种必不可少但有风险的建筑材料：钢筋。 倒塌后，调查人员发现这种材料表现出明显的腐蚀，足以导致这座巨大的建筑物倒塌。
钢筋或拉杆是建造这座公寓塔等建筑物的关键部件，对其结构完整性至关重要。 但是钢筋也容易受到水分的影响，水分会渗入混凝土中，造成很大程度上看不见的腐蚀，这可能导致结构几乎毫无征兆地倒塌。
伦斯勒理工学院 (RPI) 的一组研究人员提供了另一种选择。 而不是使用钢 加固混凝土，他们开发了一种复合增强材料，由非常坚固的大麻纤维制成。 他们的基于大麻的钢筋使用大麻茎的强纤维与树脂或生物塑料结合形成可以安全地替代混凝土结构中的钢筋的钢筋。
这种材料的潜力是相当大的。 钢筋无处不在，从人行道到摩天大楼。 “它们在所有混凝土结构中无处不在。 它们只是充满了钢筋，”RPI 机械工程教授 Dan Walczyk 说。 “这就是每年价值数百万甚至数十亿美元的建筑材料。”
消除混凝土结构中的钢材可以消除导致佛罗里达公寓倒塌的腐蚀风险。 由于腐蚀较少，建筑物和桥梁中的混凝土可以使用几十年。 “通过用纤维复合材料代替钢材，可以显着减少建筑行业的碳足迹，同时延长结构的使用寿命，”Tsamis 先生说。
Tsamis 和 Walczyk 以及建筑系学生 Daniel Cohen 和机械工程系学生 Sharmad Joshi 正在开发大麻钢筋和制造它的机器。 Tsamis 将这项技术比作 3D 打印，它需要一根灯丝和一台机器来形成它。 大麻钢筋长丝是大麻纤维的组合，这些纤维已被提取并包裹在热塑性塑料中，然后缠绕成绳状线圈。 该团队正在建造的机器作为概念验证，是一种汽车大小的设备，可吸入卷材，加热并将其加固成硬化棒材。 Tsamis 先生解释说，该机器设计用于在建筑项目期间在现场操作，从而可以根据需要制造大麻钢筋。 经过特殊改造的模具可以使钢筋成型以适应建筑项目的需要，甚至可以将其弯曲成复杂的形状，否则这些形状将由建筑工人在现场制作。
根据 Tsamis 的说法，这听起来可能很花哨，但制作材料并不是特别复杂，他说该项目是在大流行期间开始的，当时大学的实验室已经关闭。 “我们在整合方面的第一次体验是在厨房烤箱中，”Tsamis 说。 “第一根琴弦是我们手工制作的。 我会要求我的儿子拉我在办公桌上制作的绳子的另一侧。 我学生的猫在制作自己的版本时咀嚼绳索。 因此，就可用技术而言，起步阶段相当温和。 »
然而，一些挑战仍然存在。 根据 Walczyk 的说法，美国在工业大麻的生产方面落后于其他国家，直到 2018 年才合法化。生物塑料也相对较新。 “这些材料的来源有很多不确定性，”Walczyk 说。 “如果我们要在接下来的两周内开发这项技术，我们不一定拥有它的材料供应链。 »
但一旦材料可用，Tsamis 表示，建筑行业用大麻品种取代钢筋不会太复杂。 “人们已经知道如何使用这种材料。 所有的施工方法和所有的专有技术都在那里，”Tsamis 先生解释道。
研究人员 肯定 大麻钢筋可能在几年内不会进入建筑物，但他们已经在与几家主要建筑公司就如何将这种材料纳入新项目进行谈判。 Walczyk 说，州或联邦的资金将有助于加速技术开发，而 Tsamis 表示，与绳索制造商等行业合作可以帮助转移生产。
随着气候变化推动建筑业解决其高碳足迹，减少钢铁等高污染材料的使用将变得越来越重要。 据 Tsamis 称，大麻钢筋的广泛适用性使其成为该行业可以采用的一种天然材料，以减少其巨大的影响。 “这将需要大量生产，我们认为这将迫使供应链的某些要素到位，”他解释道。
