透明混凝土的性能及應用研究

賈換　孫召英　白雨塵

摘 要：透明混凝土是由大量的光導纖維和普通混凝土制成的，它的出現是對傳統混凝土的變革性突破，為了進一步研究透明混凝土。本文首先介紹透明混凝土的制備及性能，然后探討了透明混凝土在景觀設計中的應用研究。

關鍵詞：透明混凝土；光導纖維；應用

隨著科技的發展，人們越來越重視建筑材料的綠色與節能，這對人類可持續發展起到至關重要的作用。2010年上海世博會意大利館采用透明混凝土做裝飾墻給人帶來了視覺震撼，因此受到了學者的廣泛關注。這種透明混凝土是由大流動性混凝土和大量的光導纖維按照一定排列規則制成。由于光導纖維具有一定的導光性，將其平行均勻分布于混凝土中起傳輸光線的作用。利用其透光性，透明混凝土可以用于博物館、旅店墻體，也可制作各種雕塑、臺燈、創意走廊等建筑物，在燈光的照射下鮮明的輪廓將出現在陰暗的另一側，這種特殊的裝飾效果會讓人覺的輕盈和明快，打破了傳統混凝土的壓抑和厚重感。如果改變光導纖維在透明混凝土的布置方式，可以呈現不同的圖案，增加墻體本身的美觀性，具有很高的欣賞價值。這種透明混凝土具有很好的力學性能、較高的透光性能、良好的絕熱、輕質、美觀性和多變的裝飾性。學者周智[ 1 ]對透明混凝土的制備方法、透光性和光纖類型與空間分布的關系進行研究。本文通過分析透明混凝土的原材料、性能及透光率，并實例探索透明混凝土在景觀設計中的應用研究。

1 原材料與制備

1）水泥。透明混凝土主要以水泥砂漿和光導纖維為基體，添加一定量的硅灰和高效減水劑。一般采用波特蘭水泥或者硫鋁酸鹽水泥制作透明混凝土。所以通過調整透明混凝土的各種變量，制備不同的混凝土以便研究透明混凝土的透光性與力學性能。

2）光導纖維。光纖是一種把光能閉合在纖維中而產生導光作用的纖維，是由內芯和外皮組成，由兩種或兩種以上折射率不同的透明材料通過特殊復合技術制成，內芯大多數由硅酸鹽玻璃纖維組成，外芯由塑料制成。光導纖維正是利用光的全反射原理傳光的，光導纖維不同的布局排列在混凝土中，可以投射出多彩的圖案，通過調整光纖的比例，可以創造出不同視覺效果。

3）試驗方法。根據混凝土配合比稱取原料，將稱好的水泥、硅灰倒入砂漿攪拌鍋中干拌1min，再加入石英砂攪拌1min后，將用一半水溶解的高效減水劑倒入攪拌鍋慢攪2min，再加入另一半水攪拌2min，最后快攪4min，在40×40×160mm3模具內涂一層機油，是為了后期脫模方便。光導纖維的摻量占體積含量的4%左右。光纖以3根/ mm2的穿插密度平行并排于混凝土中，等樣品達到一定強度后，切去混凝土左右兩端15mm，混凝土切割成5mm厚度的小塊，讓光纖穿過混凝土兩表面，可將為使透光率較高。

2 透光混凝土的基本性能

2.1 力學性能

透明混凝土中光導纖維占的比重較小，所以透明混凝土的力學性能幾乎不受影響，同普通混凝土的強度相當。在建筑材料中透光混凝土做成的建筑物，除了光學性外，主要還依靠混凝土的抗壓強度。對于透明混凝土而言，影響其抗壓強度的最重要因素是光纖體積比。研究表明，透明混凝土中當光導纖維的體積分數逐漸增多，制作的透明混凝土的抗壓強度逐漸減小。為了達到良好的透光性和優異的力學性能，光導纖維的摻量在4%左右為宜；當透光混凝土中光纖摻量比小于3%時，可以基本忽略光纖對透光混凝土抗壓強度的影響。

2.2 透光性

光導纖維均勻平行分布于混凝土中，纖維貫通于混凝土的對立面，成千根光纖穿透混凝土端面，若有光從混凝土一端面照進，則可以通過光纖傳到另一端面，這就是混凝土透光的原理。透光性是透明混凝土最突出的特點。經試驗研究表明，光纖體積與光纖直徑是影響混凝土透光性的主要因素，它們與透光率成正比例關系。

2.3 耐久性

透光混凝土中光導纖維和混凝土之間粘結界面有一定孔隙存在，導致混凝土抗滲性差，外界雜質可從界面處進入到混凝土中。研究表明，在光導纖維表面涂抹一層環氧樹脂可有效提高混凝土的抗滲性。透明混凝土長期在凍融破壞和自然環境作用下，會出現強度降低、表皮剝落最終結構破壞的現象。研究表明，光纖的含量對混凝土的凍融破壞有影響，當光纖體積比在3%以內時，凍融破壞導致的混凝土抗壓強度損失不超過10%[ 2 ]。

3 透明混凝土在景觀中的應用

建筑的生命力體現于它的空間關系、大小、層次、穿插，而透明混凝土多變的空間性是其設計的最大優勢。例如2010年上海世博會意大利館采用透明混凝土作為外墻，晚上在燈光的照射下給城市增添了美輪美奐的色彩，可以吸引大量游客光顧。白天不需要燈光，利用太陽光，降低室內燈光使用，減少城市資源的損耗和環境污染，場內的人往外看充滿生機與活力，達到了美化視覺的效果，使展館與自然的聯系更加緊密[ 3-4 ]。

透明混凝土建造的裝飾墻面，如日本東京的萬寶龍店，光線可以通過導光材料的折射穿透磚塊，營造出別致的發光效果，具有較強面質感與層次感，使得空間變得輕盈明快，而且墻體具有較好的強度，減少損耗，降低了維修成本。而且透明混凝土砌筑的墻體，太陽光輻射產生的熱量大部分均被其自身吸收，室內溫度較穩定，不會上升過快。瑞典的首都建造了一條透明混凝土鋪設的人行道，晚上將是一條美麗的絢麗的風景線，形成了獨特的景觀效果，給忙碌的生活增添了幾分樂趣。透明混凝土可以制作各色燈具、雕塑，在黑暗的環境下具有朦朧和神秘感。在景觀設計中，導光材料部分可以通過不同的組合方式使透明混凝土擁有不同的肌理界面，給觀賞者以不同的多元的視覺界面。

透明混凝土作為新型功能材料，具有較好的力學性能、耐久性能等結構安全要求；滿足博物館、旅店等個性化需求，利用自然光照明，美觀而又節能，還可以有效控制建筑物內部溫度，降低紫外線的輻射，增強了建筑物的整體藝術性，利用透光混凝土作為建筑材料的展館，本身就是一件藝術品。

參考文獻：

[1] 周智，申娟，焦思雨，楊明潔，等.透明混凝土的透光性研究[J].功能材料，2016，12（47）.

[2] 徐蕾，劉力.透明混凝土的發展與實踐[J].混凝土，2014（8）：1115-118.

[3] 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.

[4] 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.

資助項目：校級科研項目“透明混凝土的制備及在景觀設計中的應用”（XASY-B1615）。

作者簡介：賈換，研究生，講師，主要從事建筑材料方面的研究。