沙迦大学的研究团队证实，在混凝土结构中，传统钢筋可以由聚合物板来替代，新型材料在强度、延展性以及能量耗散等关键性能上表现更为出色。相关成果已发表在期刊《Construction and Building Materials》上，被认为有望推动更环保、更可持续的建筑加固方案。

研究结果显示，聚合物板的整体性能明显优于钢筋加固结构：其峰值承载能力几乎达到钢筋加固构件的两倍，而能量吸收能力则约为后者的五倍。

研究团队指出，经过优化设计的波浪形几何结构，能够显著提升加固材料与混凝土之间的粘结强度，改善构件开裂后的受力表现，并增强能量耗散能力，相比传统直线形加固方式更具优势。他们写道：“性能最佳的试件，其弯曲强度已达到钢筋加固样本的近80%。”

本项研究并非简单地用“塑料替代钢筋”，而是系统考察了加固材料的形状与几何特征对结构性能的影响。研究人员重点评估了两大类加固配置。

沙迦大学材料与结构副教授穆罕默德·塔尔哈·朱奈德（Mohammad Talha Junaid）博士介绍：“我们对比了钢筋与塑料板，并比较了传统圆棒状构件与扁平板状构件的表现。”

他补充说：“我们还测试了直线形、波浪形、锯齿形和三角形等多种几何图案，这些创新形状旨在更牢固地‘抓住’混凝土，从而实现更高效的应力传递。”

钢筋的潜在强力替代方案

混凝土是全球使用量最大的建筑材料，其抗拉性能高度依赖内部的钢筋加固。据估算，全球约有一半的钢产量——每年约9亿吨——用于建筑领域，其中相当大一部分专门用于混凝土加固。

朱奈德博士指出，尽管钢筋在工程实践中非常有效，但也存在明显不足：自重大、成本高且易腐蚀，长期会影响结构耐久性。“在这项研究中，我们尝试了一种前沿思路：使用3D打印的聚乳酸（PLA）可降解热塑性塑料来加固混凝土。”

研究发现的关键之一，是塑料板在性能上明显优于塑料棒。“采用PLA板加固的梁，其峰值承载能力最高可达到普通PLA棒加固梁的两倍，能量吸收（韧性）则最多可提升至五倍。板材更大的表面积带来了更强的与混凝土之间的粘结效果。”

团队还发现，非传统几何形状——尤其是三角形和波浪形——能显著提高梁在开裂后的承载能力。朱奈德博士解释：“这些锯齿状的几何形态就像‘牙齿’，能牢牢嵌入混凝土中，抑制加固件滑移。”

在所有方案中，表现最优的是三角波浪形PLA板。“这种配置的弯曲强度已接近传统钢筋加固梁的80%，而延展性（柔韧性）也与钢筋梁相当。”朱奈德博士表示。

热塑性塑料板在多方面优于传统钢筋

研究的一个重要结论是，为未来大规模生产创新加固构件提供了可行路径。结果表明，混凝土加固性能不仅取决于材料本身，还与加固构件的几何形状密切相关。

“我们发现，波浪形或锯齿形（类似牙齿）的构件，比直线形杆件更能牢固抓住混凝土，在梁受载时有效防止加固件发生滑移。”朱奈德博士说，“这类形状可以增强粘结性能，改善应力分布，从而提升整体承载表现。”

研究还表明，相比传统棒状钢筋，采用带有纵向加固元素的扁平板材，能显著改善结构性能。

“板材提供了更大的粘结表面积，使梁的承载能力可提升至原来的两倍，能量吸收能力则可达到仅使用钢筋时的五倍。”他补充道。

作者强调，这种加固方式“为传统钢筋提供了一种可行且不腐蚀的替代方案。尽管强度略低，但在部分配置中已展现出与钢筋相近的性能。它是一种可持续、轻量化的解决思路，尤其适用于对耐腐蚀性或材料兼容性要求较高的应用场景。”

研究团队进一步指出，“PLA板的各类配置整体上都优于PLA棒，其表现受多种因素影响，包括粘结强度、加固路径的连续性、截面积大小以及与周围混凝土的粘结表面积等。”

在论文中，研究人员还总结了若干工程应用层面的启示，认为与传统钢筋相比，热塑性塑料板在耐腐蚀性、重量更轻、可按需定制以及整体可持续性方面具有明显优势，为未来混凝土结构设计与施工提供了新的技术选项。