兩種新型透光混凝土的制作與研究

馬昕 李文婷 李文嘉 夏云 楊一如 付珺

摘 ?要： 對透光混凝土的材料配比及透光性能進行了研究.配制了2種新型透光混凝土，即分別以光纖與以熒光材料為主要透光材料的透光混凝土.通過合理的混凝土配比與外加材料的結合，利用平鋪法與插秧法制成透光混凝土塊，并檢驗其各項性能.經過檢驗，2種透光混凝土均具有良好的透光性能.

關鍵詞： 光纖; 熒光材料; 透光混凝土

Abstract： The material ratio and light transmittance of transparent concrete are studied. Two new types of transparent concrete， namely optical fiber and fluorescent material， were prepared. Through the combination of reasonable ratio of concrete and applied materials， the translucent concrete blocks were prepared by tiling and transplanting methods， and their properties were tested. Through inspection， the two kinds of transparent concrete have good performance of light transmission.

Key words： optical fiber; fluorescent material; transparent concrete

0 ?引 言

混凝土是重要建筑材料，隨著建筑業的不斷發展，人們對其結構與性能的要求也逐漸提高.在此背景下，智能混凝土應需而生，并成為混凝土未來發展的趨勢.透光混凝土作為智能混凝土的一種，其優越的透光性能得到業界青睞，將成為節能建筑中不可或缺的材料[1].

透光混凝土是將光學纖維以特定的摻量與精致混凝土混合而成，透光效果較好.雖然光纖的摻量較大，但其所占的體積比例很小.所以，光學纖維摻入混凝土后對透光混凝土本身的強度影響不大[2-4].目前透光混凝土的配比都尚未公開，本文作者研究了在不同配合比及不同的材料組合下，制作出的透光混凝土的透光性和強度，為未來的節能建材應用提供參考.

1 ?實驗

1.1 試件設計

本實驗共制作了2種試件，均采用配合比：水泥2.11 kg、水1.225 kg、細集料5.11 kg、粗集料8.7 kg，制成強度為C20的混凝土試塊.水泥選用海螺牌礦渣硅酸鹽水泥，成分為硅酸鹽水泥熟料、質量分數為20%～70%的粒化高爐礦渣，及適量石膏.骨料選用直徑5～15 mm的碎石，針、片狀骨料的含量小于10%，級配良好.所選用的砂為一般細砂，細度模數為1.7～2.5.砂石含泥量均在1%以內.

本實驗大致分為2個方向：1） 改良摻入光纖的透光混凝土;2） 創造摻入多種熒光材料的熒光混凝土.第一類試件采用的外加材料為橫截面直徑3 mm的光纖數米.光纖需要以一定的空間排布方式插入水泥基料中.本文作者選擇了最為典型的2種排列方式：縱向排列與橫向排列.共制作了2塊尺寸為75 mm×75 mm×75 mm的混凝土塊.

第二類試件采用的外加材料為熒光砂石、熒光液等熒光材料.

1.2 試件制作

實驗工具為：臺秤、天平、量筒、鐵鏟、抹刀、刮尺、模具等.實驗設備為：壓力實驗機.

制作時，先將砂倒在空地一側，再把水泥倒在砂上攪拌2～3次，砂子和水泥攪拌均勻后，再緩慢加水，繼續攪拌2～3次.攪拌均勻后投入粗骨料（石子），再均勻攪拌幾次，直到石子與水泥漿全部調勻、稠度適合.

對于第一類摻入光纖的試件，一般采用2種方法制作.

1） 平鋪法：將光纖剪成比模具長度稍短，制作光纖板.在模具底部先澆灌薄薄一層攪拌好的混凝土，用刮刀抹平，然后將制作好的光纖板平鋪于混凝土上，再在光纖板上澆一層薄薄的混凝土，抹平后再鋪上光纖板，如此重復，直到鋪滿整個模具[2].

2） 插秧法：即先將混凝土澆灌于模具中，抹平后，將光纖一根一根緊密、豎直地插入混凝土中[2]，如圖1所示.將光纖切成略長于75 mm的長度，將模具中間的隔板取下，將光纖豎向排列于混凝土的中心橫截面上，即原先隔板的位置.一層一層添加混凝土，將其配制成尺寸為160 mm×75 mm×75 mm的混凝土塊.每5根光纖綁扎在一起，形成束狀，然后豎直插入混凝土中，需要人工固定住綁扎好的光纖束，然后將混凝土拌合物填入其中.

對于第一類試件，本實驗采用插秧法制作.

對于第二類試件，分為2組.第一組加入80 g熒光砂，制成尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的混凝土塊，并且在其表面鋪上一層肉眼可見的熒光砂.第二組在原混凝土拌合物中加入150 g熒光液，并進行攪拌，制成尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的混凝土塊.

1.3 試件養護及加載方案

將混凝土塊放到實驗室的角落進行養護，選擇灑水自然養護的方法，養護時間持續28 d.在混凝土養護期間，使房間角落形成潮濕的環境，保持混凝土濕潤，對混凝土暴露面用塑料布覆蓋，防止表面水分的蒸發.

養護后，將試件表面與上下承壓板面擦干凈.將試件安放在壓力實驗機的下壓板或墊板上，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直，試件的中心應與實驗機下壓板中心對準.開動實驗機，連續均勻地加荷.因為混凝土強度等級小于C30，因此加荷速度控制在0.3～0.5 MPa?s-1.

2 ?實驗結果與分析

2.1 實驗結果

2.1.1 摻入熒光材料試件

成功制作了兩塊摻入熒光材料的透光混凝土試件，尺寸（長寬高）為：160 mm×75 mm×75 mm和150 mm×150 mm×150 mm.

當有光線從試件的一面照射進來時，會透過試件從另一面傳遞出來，在黑暗狀態下可以發出熒光，如圖2所示.

2.1.2 摻入光纖試件

通過實驗制作出了一塊尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的摻入光纖的透光混凝土試件.制作完成后將混凝土表面延長出來的多余光纖切掉，并且將覆蓋在光纖上的混凝土清理干凈.如圖3所示，可以明顯地看出光能從光纖中穿透過來.此類光纖在混凝土中的排布方式，可以使試件達到75%的透光率.

2.2 結果分析

2.2.1 材料強度分析

由于缺少實驗器材、實驗工具，本次實驗研制出的光纖透光混凝土的透光率平均為75.35%，且在混凝土中加入了其他材料，對所制作試件的強度也有影響.通過壓力實驗機測試，試件強度只有13 MPa，為C20的混凝土強度，但路燈柱對混凝土材料的強度要求不高，因此試件可以滿足其材料要求.

2.2.2 注意事項

1） 光纖的長度要把控好，光纖太短，其透光的頭部很容易被水泥遮蓋住，導致不能有效透光.

2） 光纖作為外加材料，影響了混凝土的配合比，在配制時應注意預先提高混凝土的強度等級.

3 ?討 論

透光混凝土的強度等級和透光性能主要受混凝土強度等級以及光纖的數量影響.在利用熒光材料的時候，發現只有表面的熒光材料可以發光，而混在混凝土內部的熒光材料并不能起到發光的作用.實驗選擇的熒光材料是蓄光型，所以只有其處在混凝土表面吸收到光后才能夠在夜間有效發光.

4 ?結 論

經過實驗研究，雖然制作工藝仍有不足，但是2件透光混凝土試件依然達到了理想的效果，光纖材料制成的透光混凝土的透光率達到了75%.熒光材料選擇的是蓄光型，表面的熒光材料在白天吸收光后，能夠在夜間有效發光.如果透光混凝土應用在路燈中，路燈可以在白天吸收太陽光，傍晚放出光亮，增強城市的美感.

參考文獻：

[1] 李悅， 郭慧. 透光混凝土的研究進展 [J]. 混凝土，2013（6）：5-8.

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[2] 曹永康， 蔡國章. 導光混凝土稱呼、譯名及制作工藝 [J]. 混凝土世界，2010（3）：16-18

CAO Y K， CAI G Z. Address， translation and manufacture technology of light guiding concrete [J]. Concrete World， 2010（3）：16-18

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[4] 姜志國， 于豐， 張均， 等. 樹脂透光混凝土的制備方法及研究進展 [J]. 化工新材料，2018（3）：235-238.

JIANG Z G， YU F， ZHANG J， et al. Preparation methods and research progress of resin soil light concrete [J]. New Chemical Materials，2018（3）：235-238.

（責任編輯：顧浩然）