1透光混凝土的原理和性质

1．1透光混凝土的原理

透光混凝土由建筑师阿龙•洛桑齐于2001年提出理论，于2003年研制成功。这种混凝土主要是以混凝土为基体，将透明光纤按照一定的比例布设于混凝土模板中，之后浇筑混凝土，养护成型。根据不同的应用要求，通常布设在混凝土中的是大直径的塑料光纤，将其作为主要通光用途。之后，JoelSosa和SergioOmarGalvan研制出了一种新型的透光混凝土材料，这种材料比普通的混凝土的重量轻30%，可允许80%的光线通过。通常光导纤维在透光混凝土中以矩阵方式平行排列，其体积分数约为3%，光纤尺寸较小，作为一个新成分与水泥混合在一起，形成了集合体。由于光纤比例较低，混凝土的力学性能基本不受影响，可以作为建筑材料使用。透光混凝土的光导材料除了光导纤维之外还有树脂。其中光导纤维植入混凝土的方法，可以分为“先植法”和“后植法”。树脂类透明混凝土制作方法更加简单且易操作，与普通水泥混凝土基本制作相同。

1．2透光混凝土的性质

(1)艺术性。透光混凝土可以美化博物馆外立面，创造初博物馆与周围环境共生融合的效果。透明混凝土的运用，使展馆内部在白天，不需要大量玻璃幕墙，即可使阳光透过墙体射进室内。在白天达到采用自然光照，减少人工光源的使用量，节省能源的效果;而夜晚，整个展馆内部的人工光源产生的光线，透过外墙的透明混凝土向外发散，使展馆与自然的联系更加紧密。

(2)透光性。由于光导纤维传导光线的能力非常强，可达到20米远不发生损失。因此用透光混凝土砌块砌筑的墙体可达数米厚而不削弱其透光能力。通过控制混凝土内的光纤含量，可以实现控制透光度的效果。与玻璃幕墙相比较，使用透光混凝土砌筑的墙体具有优秀的透光效果，但太阳光辐射产生的大部分热量均被其自身吸收，所以可以基本维持室内热环境，但不会使室内温度上升过快。同时，光纤滤掉了大部分的紫外线，降低了自然光对文物的损伤。经试验研究表明，对透光混凝土的透光率产生影响的因素主要有两个:

①光纤体积比。透光率随着光纤体积的增大而增大;

②光纤直径。在光纤体积比固定不变的条件下，透光率随着光纤直径增大而增大。

(3)抗压性。透光混凝土作为建筑材料，制成的主要是受压构件。而直接反映构件抗压性能的参数是抗压强度。对于透明混凝土而言，影响其抗压强度的最重要因素是光纤体积比。经试验，当光纤在透光混凝土中的体积比分别为1%、2%、3%、4%时，与其相对应的混凝土抗压强度损失率分别为0.96%、3.84%、4.76%、12.50%。因此，当光纤体积比小于3%时，与其相对应的抗压强度损失率不超过5%。由此可知，当透光混凝土中光纤体积比小于3%时，可以基本忽略光纤对透光混凝土抗压强度的影响。

(4)抗渗透性。透光混凝土是一种多孔性物体，若混凝土两侧存在内外压力差，必然会引起液体或气体从其高压处向低压处迁移、渗透的现象。混凝土抵抗气体或液体渗透的能力称为抗渗性。混凝土的抗渗性与其耐久性也产生共生的影响。透光混凝土中的光纤和混凝土之间并非紧密咬合，而是存在着界面，导致混凝土冻融及锈蚀的氯离子可从界面处进入到混凝土中。通过实验研究表明，在不影响智能混凝土通光率的情况下，在塑料光纤上下表面各涂覆一层薄环氧树脂膜可以有效提高混凝土的抗渗透性。

(5)抗冻融性。混凝土结构在长期的与外界环境接触时，容易受到冻融作用的影响。混凝土长期在冻融循环的作用下，很容易出现强度降低、表皮剥落甚至导致结构破坏。透明混凝土在长期使用期间，有一侧需要露在外面采集太阳光，必然受到自然环境的作用，同样也会受到冻融循环的作用。经试验研究表明，光纤的含量对混凝土的冻融破坏有影响，当光纤体积比在3%以内时，冻融破坏导致的混凝土抗压强度损失不超过10%。

2国内透光混凝土的应用

2009年7月，经《混凝土世界》杂志报道，北京榆构成功研制出透光混凝土。“它是由细致水泥和光纤混合制成的，砌块表面像是有无数的小孔，数千个光纤维在水泥块两面之间平行而形成一个方阵，光通过这些光纤从水泥块的一端传至另一端”。目前国内使用透光混凝土的成功案例是2010年上海世界博览会中的意大利馆。意大利馆的建筑外墙采用的是复合系统:外侧采用透明混凝土砌块，内侧是双侧ETEE结构。利用透明混凝土外墙，解决部分馆内房间的照明问题。达到节能的目的。意大利馆使用了3774块混凝土板，大约189吨透明混凝土，覆盖面积达1887m2，大约占意大利馆整个表皮混凝土挂板的40%。意大利馆高18米，整个表皮覆盖面积约3600m2。目前，国内研制出来的透光混凝土挂板将新型的水泥和树脂按一定的比例混合，确保其透光性能，大幅度降低成本，可以实现大规模应用。与光导纤维相比，树脂的视角更广，对于光的捕捉能力更强，对于材料的透光特性有大幅提高，同时，用树脂作为透光材料制成的透光混凝土工艺更加简单。由树脂和水泥按比例制成的透光水泥，透光率最大程度可达到20%。若需要控制透光率的话，可根据需要减少插入树脂的数量，透明度可降低至10%。每块透光混凝土板的使用寿命和普通混凝土材料的使用寿命是基本相同。

3结论

透光混凝土作为建筑材料，可以满足结构抗压、抗渗、耐久性、抗冻融等结构安全方面的要求;满足博物馆在照明方面的需求，利用自然光，节约资源;相较于玻璃幕墙，有效控制展馆内部的温度，降低紫外线的辐射，控制了自然光对文物的损坏程度;增强了展馆的整体艺术性，利用透光混凝土作为建筑材料的展馆，本身就是一件艺术品。目前透光混凝土的研究还处于初级阶段，国内要将其投入大规模生产还存在一定问题:

(1)大批量生产透光混凝土的技术目前还不够成熟;

(2)光纤价格较高，透光混凝土中光纤材料的使用量巨大，这使生产成本大幅提高。

作者：丁泓力 林荣辉 郭杨 单位：江西经济管理干部学院