透光混凝土建筑環保論文

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1透光混凝土的原理和性質

1．1透光混凝土的原理

透光混凝土由建筑師阿龍•洛桑齊于2001年提出理論，于2003年研制成功。這種混凝土主要是以混凝土為基體，將透明光纖按照一定的比例布設于混凝土模板中，之后澆筑混凝土，養護成型。根據不同的應用要求，通常布設在混凝土中的是大直徑的塑料光纖，將其作為主要通光用途。之后，JoelSosa和SergioOmarGalvan研制出了一種新型的透光混凝土材料，這種材料比普通的混凝土的重量輕30%，可允許80%的光線通過。通常光導纖維在透光混凝土中以矩陣方式平行排列，其體積分數約為3%，光纖尺寸較小，作為一個新成分與水泥混合在一起，形成了集合體。由于光纖比例較低，混凝土的力學性能基本不受影響，可以作為建筑材料使用。透光混凝土的光導材料除了光導纖維之外還有樹脂。其中光導纖維植入混凝土的方法，可以分為“先植法”和“后植法”。樹脂類透明混凝土制作方法更加簡單且易操作，與普通水泥混凝土基本制作相同。

1．2透光混凝土的性質

(1)藝術性。透光混凝土可以美化博物館外立面，創造初博物館與周圍環境共生融合的效果。透明混凝土的運用，使展館內部在白天，不需要大量玻璃幕墻，即可使陽光透過墻體射進室內。在白天達到采用自然光照，減少人工光源的使用量，節省能源的效果;而夜晚，整個展館內部的人工光源產生的光線，透過外墻的透明混凝土向外發散，使展館與自然的聯系更加緊密。

(2)透光性。由于光導纖維傳導光線的能力非常強，可達到20米遠不發生損失。因此用透光混凝土砌塊砌筑的墻體可達數米厚而不削弱其透光能力。通過控制混凝土內的光纖含量，可以實現控制透光度的效果。與玻璃幕墻相比較，使用透光混凝土砌筑的墻體具有優秀的透光效果，但太陽光輻射產生的大部分熱量均被其自身吸收，所以可以基本維持室內熱環境，但不會使室內溫度上升過快。同時，光纖濾掉了大部分的紫外線，降低了自然光對文物的損傷。經試驗研究表明，對透光混凝土的透光率產生影響的因素主要有兩個:

①光纖體積比。透光率隨著光纖體積的增大而增大;

②光纖直徑。在光纖體積比固定不變的條件下，透光率隨著光纖直徑增大而增大。

(3)抗壓性。透光混凝土作為建筑材料，制成的主要是受壓構件。而直接反映構件抗壓性能的參數是抗壓強度。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。經試驗，當光纖在透光混凝土中的體積比分別為1%、2%、3%、4%時，與其相對應的混凝土抗壓強度損失率分別為0.96%、3.84%、4.76%、12.50%。因此，當光纖體積比小于3%時，與其相對應的抗壓強度損失率不超過5%。由此可知，當透光混凝土中光纖體積比小于3%時，可以基本忽略光纖對透光混凝土抗壓強度的影響。

(4)抗滲透性。透光混凝土是一種多孔性物體，若混凝土兩側存在內外壓力差，必然會引起液體或氣體從其高壓處向低壓處遷移、滲透的現象?；炷恋挚箽怏w或液體滲透的能力稱為抗滲性?；炷恋目節B性與其耐久性也產生共生的影響。透光混凝土中的光纖和混凝土之間并非緊密咬合，而是存在著界面，導致混凝土凍融及銹蝕的氯離子可從界面處進入到混凝土中。通過實驗研究表明，在不影響智能混凝土通光率的情況下，在塑料光纖上下表面各涂覆一層薄環氧樹脂膜可以有效提高混凝土的抗滲透性。

(5)抗凍融性。混凝土結構在長期的與外界環境接觸時，容易受到凍融作用的影響?；炷灵L期在凍融循環的作用下，很容易出現強度降低、表皮剝落甚至導致結構破壞。透明混凝土在長期使用期間，有一側需要露在外面采集太陽光，必然受到自然環境的作用，同樣也會受到凍融循環的作用。經試驗研究表明，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國內透光混凝土的應用

2009年7月，經《混凝土世界》雜志報道，北京榆構成功研制出透光混凝土?！八怯杉氈滤嗪凸饫w混合制成的，砌塊表面像是有無數的小孔，數千個光纖維在水泥塊兩面之間平行而形成一個方陣，光通過這些光纖從水泥塊的一端傳至另一端”。目前國內使用透光混凝土的成功案例是2010年上海世界博覽會中的意大利館。意大利館的建筑外墻采用的是復合系統:外側采用透明混凝土砌塊，內側是雙側ETEE結構。利用透明混凝土外墻，解決部分館內房間的照明問題。達到節能的目的。意大利館使用了3774塊混凝土板，大約189噸透明混凝土，覆蓋面積達1887m2，大約占意大利館整個表皮混凝土掛板的40%。意大利館高18米，整個表皮覆蓋面積約3600m2。目前，國內研制出來的透光混凝土掛板將新型的水泥和樹脂按一定的比例混合，確保其透光性能，大幅度降低成本，可以實現大規模應用。與光導纖維相比，樹脂的視角更廣，對于光的捕捉能力更強，對于材料的透光特性有大幅提高，同時，用樹脂作為透光材料制成的透光混凝土工藝更加簡單。由樹脂和水泥按比例制成的透光水泥，透光率最大程度可達到20%。若需要控制透光率的話，可根據需要減少插入樹脂的數量，透明度可降低至10%。每塊透光混凝土板的使用壽命和普通混凝土材料的使用壽命是基本相同。

3結論

透光混凝土作為建筑材料，可以滿足結構抗壓、抗滲、耐久性、抗凍融等結構安全方面的要求;滿足博物館在照明方面的需求，利用自然光，節約資源;相較于玻璃幕墻，有效控制展館內部的溫度，降低紫外線的輻射，控制了自然光對文物的損壞程度;增強了展館的整體藝術性，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。目前透光混凝土的研究還處于初級階段，國內要將其投入大規模生產還存在一定問題:

(1)大批量生產透光混凝土的技術目前還不夠成熟;

(2)光纖價格較高，透光混凝土中光纖材料的使用量巨大，這使生產成本大幅提高。

作者：丁泓力 林榮輝 郭楊 單位：江西經濟管理干部學院