透明混凝土的研究与应用

摘要：透明混凝土是由光学纤维植入到混凝土中制成的，使用这种建筑材料可以调控室内的亮度和温度，可以大大的节省电能，减少能源的消耗。同时由于透明混凝土的透光性，可以使建筑看上去更具艺术性。

Abstract： Transparent concrete is embedded optical fiber in concrete， the use of this building material can control the brightness and temperature of the room， can greatly save energy and reduce energy consumption. At the same time as the transparency of concrete， it can make the building look more artistic.

关键词：透明混凝土；透光性；应用

Key words： transparent concrete；light transmittance；application

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0098-02

0 引言

混凝土是当今社会最为重要的建筑材料，它同钢筋的结合造就了今天世界的高楼林立，在世界建筑史中，混凝土的出现大大提高了人类建筑设施的承重能力，在此基础上，学者们热衷于研制具备特殊功能的混凝土，透明混凝土就是其中一种。

1 透明混凝土概述

1.1 透明混凝土的定义

透明混凝土（Transparent Concrete）是指光线可从混凝土的一面透至另一面的混凝土，离透明混凝土较近一些的东西也可在其混凝土上投射出它的形状，这种透明效果会给人们一种它没有厚度也没有重量的感觉[1]。

1.2 透明实混凝土的发展

在土木工程中，说到透明材质人们往往都知道玻璃，而作为重要建筑材料的混凝土给人的印象都是沉重和不透光的，但随着时代的发展，工程师们希望混凝土也能像玻璃一样透明，并为此做出了尝试。2002年，匈牙利建筑师阿隆・罗索尼奇首次提出了透明混凝土的概念，2003年他使用普通玻璃光导纤维和水泥混凝土发明了透明混凝土，使得混凝土也可以变的透明，并成立了LiTraco公司，大力推广这种新型建筑材料。在之后的研究过程中LiTracon公司又以更便宜、透光效果更好的有机玻璃（PMMA）材料研制出新型透明混凝土产品Litracon pXL。后来，光导纤维和PMMA被研究人员替换为树脂研制出代号为“i.light”的透明混凝土，使其更加轻薄，性能更加优良，并在2010年成功将透明混凝土应用在意大利国家馆的建设中，亮相于上海世界博览会，透明混凝土首次引起了人们的广泛关注，使人们更加向往未来的城市生活，这也真正符合了此次世博会“城市让生活更美好”的理念。2009年，中国首次研制出透明混凝土，填补了国内在透明混凝土领域的空白，使中国的透明混凝土研究开始起步；2012年，中建三局混凝土公司也成功研制出透明混凝土[2]，我国自主研究透明混凝土的发展步伐也越来越快。

2 透明混凝土的原材料及其性能

2.1 透明混凝土的原材料

透明混凝土的主要原材料是光学纤维和水泥混凝土。

2.1.1 光学纤维

光学纤维一般由内芯和外皮组成，内芯大多由折射率很高的石英玻璃制成；外部材料是由折射率很低的玻璃或塑料管制成。根据光的镜面反射原理制成光学纤维，光是在两种介质间以曲折的路径传输出去的；光学纤维的种类有很多，按作用或材料不同有红外光纤、紫红外光纤、石英光纤、塑料光纤（POF）等[3]。透明混凝土中使用的光学纤维大多为玻璃光学纤维光。光学纤维在混凝土中的不同布局排列可使透明混凝土呈现出不同的图案和肌理，透光率的大小影响着透明混凝土的视觉效果，控制透光率和对透光部分的比例的调整，可创造出多元变换的视觉界面，因此对透明混凝土的研发可以综合考虑混凝土中骨料、光纤的排列组合及其虚实程度等多种因素，通过控制变量法控制这些因素研制出种类齐全、性能更加优良的透明混凝土，充分展现透明混凝土的层次感及视觉多样性。透明混凝土中植入的常用光纤是石英玻璃纤维和塑料光纤。

2.1.2 水泥混凝土

透明混凝土的研制是以混凝土为基体，为了避免混凝土对光学纤维的腐蚀，这就需要控制所使用混凝土的pH值。而普通硅酸盐水泥（P・O）的pH值在12.5-13.0之间，属于强碱性，硫铝酸盐水泥（R・SAC）的pH值在10.5-11之间，碱性比P・O稍低，而玻璃光学纤维在强碱作用下不易腐蚀，因此，制作透明混凝土时一般选用上述两种水泥。由于塑料是耐腐蚀性材料，如果植入的是塑料光纤则对水泥混凝土没有限制[4]。

2.2 透明混凝土的性能

透明混凝土里的光学纤维的体积比重不大，因此其力学性能几乎不会受到影响，承重与抗压能力丝毫不亚于普通混凝土。又因光导纤维在混凝土体内整齐排列，贯通混凝土块体的对立的两个面，从而利于光线的穿透，这就使得其有透明性，其透光效果如图1所示。实验研究表明透明混凝土具备普通混凝土的性能[3]，且在重量上比普通混凝土轻30%，可作为轻质混凝土使用，由此可见，透明混凝土不仅可以用于建筑的艺术装饰，也有利于建筑向更高层空间发展。

3 透明混凝土在工程中的应用

透明混凝土不仅仅是混凝土和光导纤维的简单相加，它是集多功能、美化视觉效果、节能[1]为一体的新型环保建筑材料。多功能是其可制成不同的建筑砌块或板材应用于房屋建筑或装饰装修以达到不同的效果，用透明混凝土建造的墙体的承受力和传统的混凝土一样，由于墙体内部含有很多玻璃纤维，所以可以从墙内看到屋外的景色[5]；美化视觉效果是透明混凝土最大的特点，由于它是透明的，看起来就像重量不大的透明塑料砖块，再做成不同的图案和色彩，在灯光下的显示可以达到美轮美奂的视觉效果；节能也是透明混凝土的优点之一，由于它的透明性，在白天可以采集自然光或外界光进行室内照明，从而不需要或很少需要使用灯光进行照明，如果在城市中大量使用了透明混凝土作为建材就可以大大减少资源的消耗和环境污染。

从2002年透明混凝土问世至今，人们对它的研究和改进一直都没有停止过，随着水泥混凝土的不断发展和光导纤维的日益多元化，透明混凝土的发展也在不断创新，虽然还未得到广泛应用，但现有的实践已显示出其非凡的魅力。目前而言，透明混凝土的设计特点主要体现在以下几个方面[2]：多元视觉界面、模糊的空间界面和戏剧性的维护界面。

如果透明混凝土的这些特点能够在城市建设中广泛应用，那么城市将会发生翻天覆地的变化。位于瑞典首都的一条由透明混凝土铺成的人行道，白天看上去很普通，到了晚上，在灯光的照亮下，光线就会从路面底部照射出来呈现出不同色彩，使这条街道极具观赏性，这也为其首都斯德哥尔摩市的夜景增添了色彩。

使用透明混凝土建造的最具影响力的建筑就属上海世博会上的意大利馆[4]了，它是向世界展示意大利城市生活质量的窗口，它美幻的视觉效果吸引着大量游客，白天透明混凝土墙像一个巨大的窗户，阳光照射进来可使室内变得明亮，不需要灯光，节省了能源；晚上展馆内的灯光开启，光可以向外发散，使外面的人可以看见馆内的活动，这样联系了内外空间，使城市生活变得有活力（见图2），这也符合了当届世界博会“城市，让生活更美好”的主题。

这些都是透明混凝土在际中的应用，虽然不够广泛，但是通过这些应用我们可以看到它的发展前景，我们也充分相信未来对透明混凝土的不断发展和优化会为今后的城市建设增添不少活力。

参考文献：

[1]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.

[2]徐蕾，刘力.透明混凝土的发展与实践[J].混凝土，2014（8）：115-118.

[3]吴源华.智能透明混凝土制品及其性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[4]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.

[5]朱青.透明混凝土 建造玻璃房[J].北京科技报，2004（C43）.