透明混凝土的研究與應用

楊慧

摘要：透明混凝土是由光學纖維植入到混凝土中制成的，使用這種建筑材料可以調控室內的亮度和溫度，可以大大的節省電能，減少能源的消耗。同時由于透明混凝土的透光性，可以使建筑看上去更具藝術性。

Abstract： Transparent concrete is embedded optical fiber in concrete， the use of this building material can control the brightness and temperature of the room， can greatly save energy and reduce energy consumption. At the same time as the transparency of concrete， it can make the building look more artistic.

關鍵詞：透明混凝土；透光性；應用

Key words： transparent concrete；light transmittance；application

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0098-02

0 引言

混凝土是當今社會最為重要的建筑材料，它同鋼筋的結合造就了今天世界的高樓林立，在世界建筑史中，混凝土的出現大大提高了人類建筑設施的承重能力，在此基礎上，學者們熱衷于研制具備特殊功能的混凝土，透明混凝土就是其中一種。

1 透明混凝土概述

1.1 透明混凝土的定義

透明混凝土（Transparent Concrete）是指光線可從混凝土的一面透至另一面的混凝土，離透明混凝土較近一些的東西也可在其混凝土上投射出它的形狀，這種透明效果會給人們一種它沒有厚度也沒有重量的感覺[1]。

1.2 透明實混凝土的發展

在土木工程中，說到透明材質人們往往都知道玻璃，而作為重要建筑材料的混凝土給人的印象都是沉重和不透光的，但隨著時代的發展，工程師們希望混凝土也能像玻璃一樣透明，并為此做出了嘗試。2002年，匈牙利建筑師阿隆·羅索尼奇首次提出了透明混凝土的概念，2003年他使用普通玻璃光導纖維和水泥混凝土發明了透明混凝土，使得混凝土也可以變的透明，并成立了LiTraco公司，大力推廣這種新型建筑材料。在之后的研究過程中LiTracon公司又以更便宜、透光效果更好的有機玻璃（PMMA）材料研制出新型透明混凝土產品Litracon pXL。后來，光導纖維和PMMA被研究人員替換為樹脂研制出代號為“i.light”的透明混凝土，使其更加輕薄，性能更加優良，并在2010年成功將透明混凝土應用在意大利國家館的建設中，亮相于上海世界博覽會，透明混凝土首次引起了人們的廣泛關注，使人們更加向往未來的城市生活，這也真正符合了此次世博會“城市讓生活更美好”的理念。2009年，中國首次研制出透明混凝土，填補了國內在透明混凝土領域的空白，使中國的透明混凝土研究開始起步；2012年，中建三局混凝土公司也成功研制出透明混凝土[2]，我國自主研究透明混凝土的發展步伐也越來越快。

2 透明混凝土的原材料及其性能

2.1 透明混凝土的原材料

透明混凝土的主要原材料是光學纖維和水泥混凝土。

2.1.1 光學纖維

光學纖維一般由內芯和外皮組成，內芯大多由折射率很高的石英玻璃制成；外部材料是由折射率很低的玻璃或塑料管制成。根據光的鏡面反射原理制成光學纖維，光是在兩種介質間以曲折的路徑傳輸出去的；光學纖維的種類有很多，按作用或材料不同有紅外光纖、紫紅外光纖、石英光纖、塑料光纖（POF）等[3]。透明混凝土中使用的光學纖維大多為玻璃光學纖維光。光學纖維在混凝土中的不同布局排列可使透明混凝土呈現出不同的圖案和肌理，透光率的大小影響著透明混凝土的視覺效果，控制透光率和對透光部分的比例的調整，可創造出多元變換的視覺界面，因此對透明混凝土的研發可以綜合考慮混凝土中骨料、光纖的排列組合及其虛實程度等多種因素，通過控制變量法控制這些因素研制出種類齊全、性能更加優良的透明混凝土，充分展現透明混凝土的層次感及視覺多樣性。透明混凝土中植入的常用光纖是石英玻璃纖維和塑料光纖。

2.1.2 水泥混凝土

透明混凝土的研制是以混凝土為基體，為了避免混凝土對光學纖維的腐蝕，這就需要控制所使用混凝土的pH值。而普通硅酸鹽水泥（P·O）的pH值在12.5-13.0之間，屬于強堿性，硫鋁酸鹽水泥（R·SAC）的pH值在10.5-11之間，堿性比P·O稍低，而玻璃光學纖維在強堿作用下不易腐蝕，因此，制作透明混凝土時一般選用上述兩種水泥。由于塑料是耐腐蝕性材料，如果植入的是塑料光纖則對水泥混凝土沒有限制[4]。

2.2 透明混凝土的性能

透明混凝土里的光學纖維的體積比重不大，因此其力學性能幾乎不會受到影響，承重與抗壓能力絲毫不亞于普通混凝土。又因光導纖維在混凝土體內整齊排列，貫通混凝土塊體的對立的兩個面，從而利于光線的穿透，這就使得其有透明性，其透光效果如圖1所示。實驗研究表明透明混凝土具備普通混凝土的性能[3]，且在重量上比普通混凝土輕30%，可作為輕質混凝土使用，由此可見，透明混凝土不僅可以用于建筑的藝術裝飾，也有利于建筑向更高層空間發展。

3 透明混凝土在工程中的應用

透明混凝土不僅僅是混凝土和光導纖維的簡單相加，它是集多功能、美化視覺效果、節能[1]為一體的新型環保建筑材料。多功能是其可制成不同的建筑砌塊或板材應用于房屋建筑或裝飾裝修以達到不同的效果，用透明混凝土建造的墻體的承受力和傳統的混凝土一樣，由于墻體內部含有很多玻璃纖維，所以可以從墻內看到屋外的景色[5]；美化視覺效果是透明混凝土最大的特點，由于它是透明的，看起來就像重量不大的透明塑料磚塊，再做成不同的圖案和色彩，在燈光下的顯示可以達到美輪美奐的視覺效果；節能也是透明混凝土的優點之一，由于它的透明性，在白天可以采集自然光或外界光進行室內照明，從而不需要或很少需要使用燈光進行照明，如果在城市中大量使用了透明混凝土作為建材就可以大大減少資源的消耗和環境污染。

從2002年透明混凝土問世至今，人們對它的研究和改進一直都沒有停止過，隨著水泥混凝土的不斷發展和光導纖維的日益多元化，透明混凝土的發展也在不斷創新，雖然還未得到廣泛應用，但現有的實踐已顯示出其非凡的魅力。目前而言，透明混凝土的設計特點主要體現在以下幾個方面[2]：多元視覺界面、模糊的空間界面和戲劇性的維護界面。

如果透明混凝土的這些特點能夠在城市建設中廣泛應用，那么城市將會發生翻天覆地的變化。位于瑞典首都的一條由透明混凝土鋪成的人行道，白天看上去很普通，到了晚上，在燈光的照亮下，光線就會從路面底部照射出來呈現出不同色彩，使這條街道極具觀賞性，這也為其首都斯德哥爾摩市的夜景增添了色彩。

使用透明混凝土建造的最具影響力的建筑就屬上海世博會上的意大利館[4]了，它是向世界展示意大利城市生活質量的窗口，它美幻的視覺效果吸引著大量游客，白天透明混凝土墻像一個巨大的窗戶，陽光照射進來可使室內變得明亮，不需要燈光，節省了能源；晚上展館內的燈光開啟，光可以向外發散，使外面的人可以看見館內的活動，這樣聯系了內外空間，使城市生活變得有活力（見圖2），這也符合了當屆世界博會“城市，讓生活更美好”的主題。

這些都是透明混凝土在實際中的應用，雖然不夠廣泛，但是通過這些應用我們可以看到它的發展前景，我們也充分相信未來對透明混凝土的不斷發展和優化會為今后的城市建設增添不少活力。

參考文獻：

[1]陶新明.一種新型功能材料——透明混凝土[J].福建建材，2014（7）：20-21.

[2]徐蕾，劉力.透明混凝土的發展與實踐[J].混凝土，2014（8）：115-118.

[3]吳源華.智能透明混凝土制品及其性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.

[4]陳瑤.透明混凝土材料在建筑設計中的應用研究——以2010上海世博會意大利館為例[D].南京：南京大學，2011.

[5]朱青.透明混凝土 建造玻璃房[J].北京科技報，2004（C43）.