透明混凝土的性能及应用研究

摘 要：透明混凝土是由大量的光导纤维和普通混凝土制成的，它的出现是对传统混凝土的变革性突破，为了进一步研究透明混凝土。本文首先介绍透明混凝土的制备及性能，然后探讨了透明混凝土在景观设计中的应用研究。

关键词：透明混凝土；光导纤维；应用

随着科技的发展，人们越来越重视建筑材料的绿色与节能，这对人类可持续发展起到至关重要的作用。2010年上海世博会意大利馆采用透明混凝土做装饰墙给人带来了视觉震撼，因此受到了学者的广泛关注。这种透明混凝土是由大流动性混凝土和大量的光导纤维按照一定排列规则制成。由于光导纤维具有一定的导光性，将其平行均匀分布于混凝土中起传输光线的作用。利用其透光性，透明混凝土可以用于博物馆、旅店墙体，也可制作各种雕塑、台灯、创意走廊等建筑物，在灯光的照射下鲜明的轮廓将出现在阴暗的另一侧，这种特殊的装饰效果会让人觉的轻盈和明快，打破了传统混凝土的压抑和厚重感。如果改变光导纤维在透明混凝土的布置方式，可以呈现不同的图案，增加墙体本身的美观性，具有很高的欣赏价值。这种透明混凝土具有很好的力学性能、较高的透光性能、良好的绝热、轻质、美观性和多变的装饰性。学者周智[ 1 ]对透明混凝土的制备方法、透光性和光纤类型与空间分布的关系进行研究。本文通过分析透明混凝土的原材料、性能及透光率，并实例探索透明混凝土在景观设计中的应用研究。

1 原材料与制备

1）水泥。透明混凝土主要以水泥砂浆和光导纤维为基体，添加一定量的硅灰和高效减水剂。一般采用波特兰水泥或者硫铝酸盐水泥制作透明混凝土。所以通过调整透明混凝土的各种变量，制备不同的混凝土以便研究透明混凝土的透光性与力学性能。

2）光导纤维。光纤是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维，是由内芯和外皮组成，由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成，内芯大多数由硅酸盐玻璃纤维组成，外芯由塑料制成。光导纤维正是利用光的全反射原理传光的，光导纤维不同的布局排列在混凝土中，可以投射出多彩的图案，通过调整光纤的比例，可以创造出不同视觉效果。

3）试验方法。根据混凝土配合比称取原料，将称好的水泥、硅灰倒入砂浆搅拌锅中干拌1min，再加入石英砂搅拌1min后，将用一半水溶解的高效减水剂倒入搅拌锅慢搅2min，再加入另一半水搅拌2min，最后快搅4min，在40×40×160mm3模具内涂一层机油，是为了后期脱模方便。光导纤维的掺量占体积含量的4%左右。光纤以3根/ mm2的穿插密度平行并排于混凝土中，等样品达到一定强度后，切去混凝土左右两端15mm，混凝土切割成5mm厚度的小块，让光纤穿过混凝土两表面，可将为使透光率较高。

2 透光混凝土的基本性能

2.1 力学性能

透明混凝土中光导纤维占的比重较小，所以透明混凝土的力学性能几乎不受影响，同普通混凝土的强度相当。在建筑材料中透光混凝土做成的建筑物，除了光学性外，主要还依靠混凝土的抗压强度。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。研究表明，透明混凝土中当光导纤维的体积分数逐渐增多，制作的透明混凝土的抗压强度逐渐减小。为了达到良好的透光性和优异的力学性能，光导纤维的掺量在4%左右为宜；当透光混凝土中光纤掺量比小于3%时，可以基本忽略光纤对透光混凝土抗压强度的影响。

2.2 透光性

光导纤维均匀平行分布于混凝土中，纤维贯通于混凝土的对立面，成千根光纤穿透混凝土端面，若有光从混凝土一端面照进，则可以通过光纤传到另一端面，这就是混凝土透光的原理。透光性是透明混凝土最突出的特点。经试验研究表明，光纤体积与光纤直径是影响混凝土透光性的主要因素，它们与透光率成正比例关系。

2.3 耐久性

透光混凝土中光导纤维和混凝土之间粘结界面有一定孔隙存在，导致混凝土抗渗性差，外界杂质可从界面处进入到混凝土中。研究表明，在光导纤维表面涂抹一层环氧树脂可有效提高混凝土的抗渗性。透明混凝土长期在冻融破坏和自然环境作用下，会出现强度降低、表皮剥落最终结构破坏的现象。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 ]。

3 透明混凝土在景观中的应用

建筑的生命力体现于它的空间关系、大小、层次、穿插，而透明混凝土多变的空间性是其设计的最大优势。例如2010年上海世博会意大利馆采用透明混凝土作为外墙，晚上在灯光的照射下给城市增添了美轮美奂的色彩，可以吸引大量游客光顾。白天不需要灯光，利用太阳光，降低室内灯光使用，减少城市资源的损耗和环境污染，场内的人往外看充满生机与活力，达到了美化视觉的效果，使展馆与自然的联系更加紧密[ 3-4 ]。

透明混凝土建造的装饰墙面，如日本东京的万宝龙店，光线可以通过导光材料的折射穿透砖块，营造出别致的发光效果，具有较强面质感与层次感，使得空间变得轻盈明快，而且墙体具有较好的强度，减少损耗，降低了维修成本。而且透明混凝土砌筑的墙体，太阳光辐射产生的热量大部分均被其自身吸收，室内温度较稳定，不会上升过快。瑞典的首都建造了一条透明混凝土铺设的人行道，晚上将是一条美丽的绚丽的风景线，形成了独特的景观效果，给忙碌的生活增添了几分乐趣。透明混凝土可以制作各色灯具、雕塑，在黑暗的环境下具有朦胧和神秘感。在景观设计中，导光材料部分可以通过不同的组合方式使透明混凝土拥有不同的肌理界面，给观赏者以不同的多元的视觉界面。

透明混凝土作为新型功能材料，具有较好的力学性能、耐久性能等结构安全要求；满足博物馆、旅店等个性化需求，利用自然光照明，美观而又节能，还可以有效控制建筑物内部温度，降低紫外线的辐射，增强了建筑物的整体艺术性，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。

参考文献：

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

[2] 徐蕾，刘力.透明混凝土的发展与实践[J].混凝土，2014（8）：1115-118.

[3] 陈瑶.透明混凝土材料在建筑设计中的应用研究—以2010上海世博会意大利馆为例[D].南京：南京大学，2011.

[4] 陶新明.一种新型功能材料—透明混凝土[J].福建建材，2014（7）：20-21.

资助项目：校级科研项目“透明混凝土的制備及在景观设计中的应用”（XASY-B1615）。

作者简介：贾换，研究生，讲师，主要从事建筑材料方面的研究。