透明混凝土的研究與應(yīng)用

謝 汩

華僑大學(xué)土木工程學(xué)院（361021）

0 引言

透明混凝土學(xué)名litracon光傳輸混凝土(Translucent Concrete),即通過在混凝土中混入數(shù)以千計可傳導(dǎo)光線的光學(xué)纖維，以使混凝土達到半透明的外觀效果。玻璃纖維等成分的加入不會對混凝土的結(jié)構(gòu)特性有明顯影響，并使透明混凝土具有良好的抗腐蝕、抗凍和防水性能，可廣泛地應(yīng)用于戶外和室內(nèi)的各種設(shè)施。

1 透明混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀

透明混凝土的性能遠超出了混凝土和纖維各自特性的簡單相加[1]。它是一種環(huán)保節(jié)能的新型材料，不僅具有透明的視覺效果，還可以向結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供自然光，減少室內(nèi)照明能耗[2]。

實際上，從2002年至今，國內(nèi)外已經(jīng)有許多透明混凝土的工程應(yīng)用。例如，瑞典首都斯德哥爾摩有一條由透明混凝土鋪設(shè)的人行道，白天這條人行道看上去與普通的人行道沒有什么區(qū)別，但當晚上開啟燈光時候，光線能從路面底部照射出來。柏林的一家服裝專賣店在就別具新意設(shè)置了透明混凝土建筑的試衣間。墻體的厚度不超過兩英寸，從外邊可以看見進去換衣服的購物者的身體曲線。

上海2010年世博會的意大利館也采用了透明混凝土建造而成。透明混凝土的應(yīng)用不僅能減少展館的照明能耗，還能使意大利館厚重的水泥墻產(chǎn)生了仿佛并不存在的效果，使得墻體能如玻璃幕墻一樣透過光線，觀眾可以透過外墻看見館內(nèi)外物體的輪廓，這使整個意大利館顯得明快而通透。白天時自然光會照射進來，使得整個場館給人清新開闊的感覺，也減少了對室內(nèi)燈光的需求，降低展館的照明能耗。而到了晚上，場館內(nèi)部燈光則可穿越到場館外的街道,折射出正在涌入場館內(nèi)的人們的身影。

2 透明混凝土的組成成分及特性

2.1 透明混凝土的組成

透明混凝土的組成包括:環(huán)氧樹脂基質(zhì)(0～90%)或聚碳酸基質(zhì)(0～60%)，玻璃纖維(0～10%)，光學(xué)纖維(0～3%)，膠體二氧化硅溶膠(0.5%～5%)，二氧化硅(0.5%～10%)，二亞乙基三胺(10%～50%)和波特蘭水泥(0～15%)[3]。通過更改水灰比、聚合物基質(zhì)、及其它組分的比例可使得透明混凝土不僅具有比標準混凝土較低的密度和更好的力學(xué)性能，還可以使其獲得多樣的表觀顏色及漸變的透光度等特性。

2.2 透明混凝土的結(jié)構(gòu)特性

當混凝土凝固時，具有半透明的光學(xué)性能，即允許光線通過凝固的混凝土，可透過混凝土看見物體的顏色和形狀。抗壓強度可達到50～250 MPa；可具有大于60 MPa的彈性極限；彈性模量可達到2 750～3 450 MPa；最大吸水率為0.35%左右；導(dǎo)熱率為0.21W/m℃；外觀顏色可為白、灰、黑等；體積密度約為 2 100～2 400 kg/m3。

2.3 透明混凝土的功能特性

透明混凝土構(gòu)件可以呈現(xiàn)玻璃般透明的效果,也能表現(xiàn)不同顏色，還可以根據(jù)建筑師的要求,創(chuàng)造出彌漫型、柵格型等不同的視覺效果，甚至能顯現(xiàn)出固定的圖案。采用半透明混凝土材料能使得室內(nèi)變得輕盈、明快而通透，這種透明材料還可以應(yīng)用在室內(nèi)火災(zāi)逃生等特殊用途上。

研究表明,透明混凝土構(gòu)件中的光纖不但可以傳導(dǎo)可見光還可以傳導(dǎo)熱紅外線,即可以傳導(dǎo)熱能[4]。所以透明混凝土構(gòu)件既可以用來支撐結(jié)構(gòu)也可以用來架設(shè)并提供建筑結(jié)構(gòu)保溫等，這在提倡綠色節(jié)能的今天更具有重要意義。

加工完成后的透明混凝土（通常要在最后的工序中打磨拋光）,看上去幾乎和高品質(zhì)的天然大理石沒有區(qū)別。由于具有優(yōu)異的裝飾效果,可以用透明混凝土制件作為裝飾石材作內(nèi)外墻裝飾材料，這無疑是以相對于高品質(zhì)天然大理石較低的價格獲得同樣或更佳的視覺效果；加之具有良好的加工性能,可以加工成不同形狀,具有各種弧度的裝飾材料，這更是天然石材無法企及的。

3 結(jié)語

1）透明混凝土材料有著廣泛的用途，房間的分隔、臺階、家居和陳設(shè)裝飾、公共空間的受承載外墻，還可以用來制造樓梯、家具甚至是淋浴噴頭。

2）透明混凝土能在等同于或甚至超越常規(guī)混凝土的使用條件下采用,但是為獲得良好的導(dǎo)光性，需使光學(xué)纖維平行排列在混凝土構(gòu)件中，現(xiàn)場澆筑施工較復(fù)雜，因而大多工程應(yīng)用皆為透明混凝土預(yù)制構(gòu)件。在透明混凝土現(xiàn)澆工程中，可采用設(shè)置套管等方式以保護光纖在澆筑過程中不被破壞。此外，理論上在需受力的透明混凝土構(gòu)件中布置鋼筋對其透光性能沒有影響,但如果鋼筋布置較密，易與混凝土中光學(xué)纖維的布置發(fā)生沖突，并且影響混凝土的澆筑，所以應(yīng)盡量利用調(diào)節(jié)透明混凝土組成成分來增強其自身抗拉壓強度等機械性能，減少在其內(nèi)部布置鋼筋的情形。在不可避免的時候，宜用型鋼代替鋼筋使用。

3）由于玻璃纖維的彈性模量和延性較低，而玻璃纖維與混凝土之間的粘結(jié)性能也是制約構(gòu)件性能發(fā)揮的重要因素[5]，在需要較高機械性能的情況下,可采用少量鋼纖維代替部分玻璃纖維參入骨料。

[1] Andreasbittis.Translucent concrete[OL].Aachen,2008.www.andreasbittis.de.

[2] Abou-Zeid,Mohamed N.Propertiesof translucent concrete[C].Montreal:Canadian Society for Civil Engineering.2007:651～660.

[3] S·O·加爾瓦卡扎雷斯，J·索薩古鐵雷斯.獲得半透明混凝土混合物的配方[P].中華人民共和國,CN 101309877A,2008,11,19.

[4] Zhi Zhou,Ge Ou.Research and Development of Plastic Optical Fiber Based Smart Transparent Concrete[J].Proceedingsof SPIE,2009,7293(72930F):1～6.

[5] 鄭俊杰,李志華,翟世鴻.玻璃纖維混凝土板的試驗研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報,2009,26(1):19～21.