透光混凝土的制備研究及應(yīng)用進(jìn)展

馮 威 謝 明 孟凡冰 馬少華

（西京學(xué)院，陜西 西安710000）

隨著生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人們的審美水平也隨之不斷提升，對混凝土的需求和期望越來越不僅限于混凝土本身所具有的強(qiáng)韌、耐久和粗獷的特性，越發(fā)地期望混凝土能有更多的變化和發(fā)展。而隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的前沿科學(xué)技術(shù)被研究學(xué)者應(yīng)用到混凝土的研發(fā)當(dāng)中，這為混凝土的創(chuàng)造發(fā)展添加了更多的可能性，讓智能環(huán)保，輕質(zhì)透光，多彩多樣也能成為它的代名詞。透光混凝土便是具有代表性和說服力的新型混凝土，它的出現(xiàn)更是顛覆了人們對混凝土無法透光的傳統(tǒng)觀念，賦予了混凝土獨(dú)特的藝術(shù)魅力，這必將在混凝土發(fā)展史中留下濃重的一筆。

1 透光混凝土的起源與發(fā)展

在2001 年，匈牙利建筑師Aron Losonczi 因?yàn)橐患H由玻璃和普通的混凝土兩種材料做出的藝術(shù)品而迸發(fā)出靈感，創(chuàng)造出一種新型的透光的混凝土- 透光混凝土。Aron Losonczi 還由光（Lighet),透明(Transparent)和水泥(Concrete)三個詞創(chuàng)造出“LiTracon”這個新的單詞用于表達(dá)透光混凝土。而后，意大利水泥集團(tuán)在2008 年6 月開始針對目前的透光混凝土制作工藝存在的問題創(chuàng)想研發(fā)出一種新型的透光混凝土，即樹脂透光混凝土。該種的透光混凝土其最大的創(chuàng)新特點(diǎn)在于混凝土中的透光材料用樹脂代替了光纖，使透光混凝土更加輕薄,性能更加優(yōu)良,并在2010 年上海世界博覽會的意大利國家館建設(shè)中成功應(yīng)用，這一度引發(fā)了人們廣泛的關(guān)注，并掀起了我國國內(nèi)對透光混凝土的研究熱潮。除此之外，國內(nèi)還有很多研究學(xué)者在從不同的科研角度研究發(fā)展著透光混凝土的制作技術(shù)和制作工藝。

2 透光混凝土的制作原理

由特定摻量的光學(xué)纖維或塑料樹脂等導(dǎo)光材料以一定順序排列組合的方式植入混凝土基體中，使光線能通過光學(xué)纖維或塑料樹脂等導(dǎo)光材料進(jìn)行傳遞，從而使人眼在背光處接收到光線，使混凝土透光，這樣就制作出透光混凝土了。

3 透光混凝土的制備

我們根據(jù)透光材料使用的不同，把由光學(xué)纖維排列組合的方式植入混凝土中而制作成的透光混凝土叫作光纖透光混凝土。該種透光混凝土以光學(xué)纖維作為導(dǎo)光材料，成本昂貴，而且光學(xué)纖維要在混凝土當(dāng)中的有序排列和布設(shè)工藝也繁瑣復(fù)雜，更是要手工制作無法用機(jī)械自動化取替，所耗人工成本也很大。鑒于此些問題，有研究學(xué)者研發(fā)制作出一種新型透光混凝土，用樹脂取代光纖作為透光混凝土的導(dǎo)光材料，我們把這種用樹脂作導(dǎo)光材料的透光混凝土叫作樹脂透光混凝土。該樹脂透光混凝土制備時比光纖透光混凝土制備所需工藝簡單，成本低廉。

3.1 光纖透光混凝土

在光纖透光混凝土的制備工藝中對光纖的扦插定位和空間排序問題一直是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)的地方。

3.1.1 光纖扦插方法

根據(jù)光纖透光混凝土制作過程中透光材料光纖植入混凝土工序的先后不同，可以把光纖透光混凝土的制作工藝分成先植法和后植法。

先植法是指預(yù)先將所需要的文字或者圖案等印刻在半硬固的塊體上，然后按圖形打孔，并將導(dǎo)光材料光學(xué)纖維或者亞可力棒從打好的孔植入塊體中，做完以后植入導(dǎo)光材料的的塊體放入按設(shè)計(jì)需要制作好的模具中，再將水泥凈漿或者是水泥細(xì)砂漿澆入模具內(nèi)，然后灑水養(yǎng)護(hù)，等混凝土硬化到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度后，再對混凝土制品進(jìn)行切割打磨之后露出光纖光點(diǎn)，便成為可以導(dǎo)光的裝飾透光混凝土制品。有研究學(xué)者在先植法的基礎(chǔ)上對光纖植入進(jìn)行了深入的研究和優(yōu)化的改良，根據(jù)光纖排列順序的不同、編織形狀的各異把先植法還可以分為平行排布法、光線布法、光纖模具法等，是對先植法的豐富。

后植法是預(yù)先制作好設(shè)計(jì)所需的模具，然后澆筑混凝土，等混凝土半固化或者完全凝固后，在混凝土上復(fù)印好設(shè)計(jì)所需要的文字或者圖案等，然后沿著圖形形狀打孔，再把導(dǎo)光材料光學(xué)纖維或者亞可力棒依次從孔中植入混凝土內(nèi)，最后對混凝土進(jìn)行切割打磨制做成透光混凝土。后植法較先植法而言，制作工序簡單，相對容易實(shí)現(xiàn)，而且能準(zhǔn)確的確定光纖植入點(diǎn)的位置，但是后植法制作出來的透光混凝土中光纖和混凝土粘結(jié)不牢固，光纖容易老化脫落。

3.1.2 光纖扦插工具

光纖混凝土的光纖排列植入工序繁瑣復(fù)雜，很多時候離不開人力的投入，需要手工對光纖進(jìn)行排列植入，人工成本大，耗費(fèi)時間長。因此，很多研究學(xué)者針對這一問題進(jìn)行研究，希望能簡化光纖的植入，或者研制出一種光纖扦插植入的機(jī)械工具代替人力手工植入，做到機(jī)械化。經(jīng)過不斷的努力，很多研究學(xué)者研制出有效的機(jī)械工具。

中國專利CN 103603458 A 公布了一種光纖透明混凝土的光纖纖維布設(shè)的設(shè)備工具，其運(yùn)行原理是制造出設(shè)計(jì)所需要的光纖布置單元, 將布置單元按照所需要的形式疊放并固定安裝在一起,然后將若干個該結(jié)構(gòu)并排安放在可拆卸的成型槽中，最后澆筑混凝土,灑水養(yǎng)護(hù)，脫模之后就可以得到透明混凝土了；中國專利CN 110541569 A 公布了一種布設(shè)固定模，用以現(xiàn)場澆筑透光混凝土；中國專利CN 209478540 U 公布了一種透光混凝土制作時光纖扦插的輔助工具，該工具大大地減輕了操作者的勞動強(qiáng)度。

3.2 樹脂透光混凝土

在光纖透光混凝土中，光纖作為導(dǎo)光材料成本昂貴，而且光纖制作不簡便。所以有研究學(xué)者在發(fā)展研究中用透光樹脂作為透光混凝土的導(dǎo)光材料取代了光纖，從而制作出樹脂透光混凝土。樹脂透光混凝土的制作方法可以分為預(yù)制法和澆筑法。

預(yù)制法就是將有機(jī)玻璃、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯等透光材料預(yù)制成與模具規(guī)模相互匹配的透光樹脂析, 然后把反光油漆噴涂在透光樹脂析的表面，再把透光樹脂析有序地固定在模具底部;最后, 倒入水泥砂漿, 使透光樹脂析幾乎完全埋入砂漿, 但其上表面不能被砂漿覆蓋; 等砂漿自然固化后將制成的透光混凝土析提取出來；澆筑法則是在模具底部覆蓋上可壓縮材料,再將砂漿倒入模具, 塑料析一端插到模具底部另一端露出砂漿;隨后, 在砂漿半固化的時候, 把塑料析拿出來形成開孔并在內(nèi)噴涂反光涂料;最后, 將透明樹脂注入開孔內(nèi), 讓樹脂和水泥砂漿一起固化, 固化完全后提取透光混凝土析。

4 透光混凝土的功能化

科研人員在透光混凝土制作工序和透光材料的研究之余，還注重對透光混凝土的功能性的研究開發(fā)。有研究學(xué)者石從黎等人通過在透光混凝土內(nèi)設(shè)置空腔并在空腔內(nèi)填充保溫材料制作成保溫透光混凝土；有研究學(xué)者楊文等人通過把大量軟木顆粒加入混凝土中，然后澆筑制作得到了輕質(zhì)透光混凝土；有研究學(xué)者周智等人通過在透光混凝土中加入光纖布欄制作出能實(shí)時監(jiān)控混凝土內(nèi)部變化的智能透光混凝土。

透光混凝土的應(yīng)用功能還有很多，等待著研究發(fā)現(xiàn)。

5 透光混凝土的展望

透光混凝土終究因?yàn)樗闹苽涔ば虻姆彪s，成本的昂貴，制作條件的困難，使得透光混凝土的價格成本居高不下，傳播范圍和工程應(yīng)用方面受到很大的局限性。因此簡化透光混凝土的制作工序，改良透光材料的植入方法，研制出植入透光材料的機(jī)械工具取代人力的投入，使透光混凝土的制作能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場化、流水化、機(jī)械化是透光混凝土研究發(fā)展的一個重要方向。

6 結(jié)論

透光混凝土作為一個新生的建筑材料，它的生命時間還能短，研究和實(shí)踐都還處于初級階段，但在它現(xiàn)已表現(xiàn)的實(shí)踐應(yīng)用中展現(xiàn)了巨大的潛力和光明的前景。透光混凝土的出現(xiàn)在傳統(tǒng)混凝土中注入了一股新鮮的生命力，為工程設(shè)計(jì)師們提供了更為自由的藝術(shù)想象空間。