鋪裝材料發(fā)光石的發(fā)光效果研究

孔靜怡，徐 斌，余江勇，譚建萍，金生英

（廣東東籬環(huán)境股份有限公司 廣州510335）

0 引言

當前國家在大力支持低碳經(jīng)濟，節(jié)能、符合生態(tài)效益的建設(shè)日益增多［1］。隨著人們生活水平的提高，漸漸對居住環(huán)境有所要求。園林建設(shè)應(yīng)當逐步跟上低碳經(jīng)濟的發(fā)展。室外夜間照明消耗電能的矛盾日益突出［2］。園林建設(shè)中使用了大量的混凝土、磚石等作為鋪裝材料［3］，用大量路燈輔助照明，存在著容易產(chǎn)生廢棄物、建筑、電力消耗能源多、環(huán)保性差等等不符合生態(tài)效益的問題。鋪裝材料發(fā)光石作為一種新型低碳裝飾材料［4］，無輻射無污染，具備蓄能發(fā)光功能，既環(huán)保又節(jié)省能源，可以根據(jù)其發(fā)光規(guī)律合理地運用到園林中的景墻、地面鋪裝、景觀小品中，發(fā)揮其生態(tài)效益。本試驗以3種顏色5種不同粒徑的發(fā)光石作為試驗對象，探究不同發(fā)光石在不同條件下的發(fā)光效果，為低碳鋪裝材料發(fā)光石在園林建設(shè)中合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

發(fā)光石材料：天藍色發(fā)光石、黃綠色發(fā)光石、藍綠色發(fā)光石，每種發(fā)光石有5種不同的粒徑規(guī)格，分別是：1～3 mm、3～6 mm、6～9 mm、8～15 mm、＞15 mm；

測量工具：PUCHUN精密分析天平（型號：JSA）；TES-1330A數(shù)字式照度計。

光照試驗條件：自然界的太陽光因受到日地距離、大氣層、天氣、時間等因素的影響，太陽光譜和輻照強度存在不可預(yù)測的變化。本試驗利用全光光譜燈，在實驗室內(nèi)模擬自然太陽光，試驗光照照度為10 000 Lux。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 不同粒徑發(fā)光石的發(fā)光效果研究

以同一顏色不同粒徑等體積的發(fā)光石作為試驗觀察體，將不同粒徑的發(fā)光石置于同一光照環(huán)境下，進行5 h光照后，拍照記錄不同粒徑的發(fā)光石的發(fā)光效果，記錄發(fā)光時長。

1.2.2 相同粒徑發(fā)光石不同感光時長的發(fā)光效果研究

以不同顏色相同粒徑等體積的發(fā)光石作為試驗觀察體，將6～9 mm粒徑的發(fā)光石（從1.2.1實驗結(jié)果中篩選出6～9 mm粒徑下發(fā)光時長長的發(fā)光石）置于同一光照環(huán)境下，進行1～5 h試驗時長的光照后，拍照記錄不同顏色的發(fā)光石的發(fā)光效果，記錄發(fā)光時長。

1.2.3 不同粒徑同體積發(fā)光石的發(fā)光效果研究

以同一顏色選取3種不同粒徑的發(fā)光石（分別是1～3 mm粒徑天藍色發(fā)光石、6～9 mm粒徑天藍色發(fā)光石、15 mm以上粒徑天藍色發(fā)光石）作為試驗觀察體，準備一面活動景墻，將實驗中3種粒徑的天藍色發(fā)光石以500 mm×500 mm×50 mm的尺寸分別鋪在景墻上觀察其發(fā)光效果，記錄發(fā)光時長。

1.2.4 不同厚度發(fā)光石的發(fā)光效果研究

以同一顏色同一粒徑等體積的發(fā)光石作為試驗對象，分別鋪成5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm厚，置于同一光照環(huán)境下，進行1～5 h試驗時長的光照后，拍照記錄不同粒徑的發(fā)光石的發(fā)光效果，記錄發(fā)光時長。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPASS17.0軟件中Duncan法進行方差分析、Excel2013軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，所有試驗數(shù)據(jù)采用平均值±標準誤（x±SD）表示，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑的發(fā)光石發(fā)光效果的比較

不同粒徑不同顏色的發(fā)光石在5 h光照后的發(fā)光時長各有差異，在各種顏色的不同粒徑中，天藍色發(fā)光石發(fā)光效果最佳的是6～9 mm粒徑，最長發(fā)光時長達250 min；黃綠色發(fā)光效果最佳的是粒徑15 mm以上發(fā)光石，最長發(fā)光時長為350 min；藍綠色發(fā)光效果最佳的是8～15 mm粒徑發(fā)光石，最長發(fā)光時長為340 min。

如圖1所示，在5 h時間光照后天藍色各粒徑的發(fā)光時間從長到短依次6～9 mm＞15 mm以上＞1～3 mm＞3～6 mm＞8～15 mm，6～9 mm最長發(fā)光時間達到272 min，與其余4種粒徑發(fā)光石差異顯著。從數(shù)據(jù)得出，粒徑太小的發(fā)光石會存在吸收光能不足的問題，大粒徑的發(fā)光石吸收光能較快但容易飽和而影響發(fā)光效果。

圖1 發(fā)光石不同粒徑5h光照下的發(fā)光時長比較Fig.1 Comparison of Luminous Duration of Luminous Stones under 5h Illumination

經(jīng)過5 h光照后黃綠色各粒徑的發(fā)光時間從長到短依次是 6～9 mm＞15 mm 以上＞1～3 mm＞3～6 mm＞8～15 mm，15 mm以上黃綠色發(fā)光石的發(fā)光時長可達到350 min。而1～3 mm粒徑的黃綠色發(fā)光石光照5 h后發(fā)光時間最短，不超過100 min。黃綠色6～9 mm粒徑發(fā)光石中最長發(fā)光時長為284.4 min，差異最為顯著，吸收光能和發(fā)光方面都比較穩(wěn)定。

在5 h光照后藍綠色各粒徑的發(fā)光時長從長到短依次15 mm以上＞8～15 mm＞1～3 mm＞6～9 mm＞3～6 mm，藍綠色15 mm以上粒徑發(fā)光石中最長發(fā)光時間為368 min。藍綠色15 mm以上粒徑的發(fā)光石差異最為顯著。

不同粒徑的發(fā)光石對發(fā)光效果有一定的影響，粒徑大小影響著發(fā)光時間的長短，不同粒徑的石頭吸收的光能多少不一。因此，從3種顏色的發(fā)光石的粒徑選擇來說，天藍色和黃綠色6～9 mm粒徑發(fā)光效果最為顯著，鋪設(shè)粒徑中等的發(fā)光石也會使得施工難度會相對減低。

2.2 相同粒徑不同感光時長的發(fā)光石的發(fā)光效果比較

在各種相同粒徑的發(fā)光石對比中，6～9 mm粒徑中天藍、藍綠發(fā)光石發(fā)光時間有大幅度的上升，而黃綠發(fā)光石較為平穩(wěn)且低。其中藍綠色發(fā)光石吸收光照5 h發(fā)光高達284 min，天藍色發(fā)光石光照5 h發(fā)光也達到270 min，由于藍綠色發(fā)光石4 h后發(fā)光時間產(chǎn)生一定幅度回落，對比之下天藍色的發(fā)光石穩(wěn)定性更強。

由圖2數(shù)據(jù)顯示，3種顏色發(fā)光石的發(fā)光時長都隨著光照時間的增加而增加。在6～9 mm粒徑的發(fā)光石中，天藍色和藍綠色發(fā)光石的整體上升幅度最大，天藍色發(fā)光石在光照時長1～2 h時均稍低于藍綠色發(fā)光石，在3 h時基本升至相同高度；而藍綠色發(fā)光石在光照時長4 h時發(fā)光時間比3 h時稍稍回落；黃綠色發(fā)光石在1～5 h的光照呈現(xiàn)緩慢上升，幅度較小。從發(fā)光時間來考慮顏色搭配方案，可以使各種顏色、不同粒徑發(fā)光石有不一樣的發(fā)光效果從而發(fā)揮最大效益。

圖2 6～9mm發(fā)光石1～5h光照下的發(fā)光時長比較Fig.2 Comparison of luminous Duration of 6～9mm Luminous Stone under 1～5h Light

2.3 同體積的發(fā)光石發(fā)光效果比較

在同體積的情況下選取了天藍色不同粒徑的發(fā)光石進行實驗后觀察，光照5 h后發(fā)光時長可達到275 min。15 mm以上粒徑天藍發(fā)光石次之，光照5 h后發(fā)光時間能達到200 min，而1～3 mm粒徑發(fā)光效果較差，但與15 mm以上粒徑發(fā)光石發(fā)光效果相差不顯著。

在同體積不同粒徑的發(fā)光石中，其發(fā)光效果也會各不相同。發(fā)光石應(yīng)用在園林工程中，考慮到鋪裝施工難度以及石頭成本的問題，盡可能選擇發(fā)光效果和粒徑大小均最佳。因此，本文選取了天藍色發(fā)光石的3種粒徑（分別是1～3 mm、6～9 mm和15 mm以上）在同一光照環(huán)境下進行實驗。首先準備一面活動景墻，將實驗中3種粒徑的天藍色發(fā)光石以500 mm×500 mm×500 mm的尺寸分別鋪在景墻上觀察其發(fā)光效果并記錄。

如圖3所示，天藍色6～9 mm粒徑的發(fā)光石同樣條件下，其發(fā)光時間在1 h、4 h、5 h光照時長時較其他粒徑都有顯著差異，最長發(fā)光時間達到281 min；15 mm以上粒徑的發(fā)光石發(fā)光時間則在2 h、3 h光照下差異顯著。相比之下1～3 mm粒徑在1～5 h光照下均差異不顯著。

圖3 天藍色不同粒徑發(fā)光石在1～5h照射下的發(fā)光時間比較Fig.3 Comparison of Luminous Time of Sky Blue Lumines with Different Particle Sizes under 1～5h Irradiation

15 mm以上粒徑發(fā)光石考慮到粒徑較大，增大成本和施工難度。1～3 mm粒徑的發(fā)光石由于粒徑太小與前2種相比，發(fā)光時長差異不顯著。

2.4 不同厚度的發(fā)光石發(fā)光效果比較

選取1～3 mm粒徑的天藍色發(fā)光石在不同厚度條件底下，觀察其1～5 h的發(fā)光現(xiàn)象。此實驗分別將發(fā)光石分為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm，發(fā)現(xiàn)25 cm厚度的發(fā)光石隨著光照時間的增加而逐步上升，4 h時發(fā)光時間已經(jīng)150 min，是所有厚度中發(fā)光效果最佳。15 cm與20 cm厚度的發(fā)光時長不顯著。5 cm和10 cm厚度的發(fā)光石的發(fā)光時長則是光照3 h后才明顯增加。

由于堆砌不同厚度的發(fā)光石的發(fā)光效果各有不同，厚度會影響石頭吸收光能，本文選取了天藍色1～3 mm粒徑的發(fā)光石按照5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm厚度堆砌置于同一光照環(huán)境下觀察其發(fā)光效果。發(fā)光石分別按照不同厚度堆砌在5個活動樹池內(nèi)觀察其發(fā)光時長并記錄。

發(fā)光石隨著光照時間的增加，其發(fā)光時長也逐步上升。由圖4觀察得知，25 cm厚度的發(fā)光石在1～5 h光照時長下對比其余厚度發(fā)光石差異最顯著，發(fā)光時長最高時達到155 min。其次，5 cm厚度的發(fā)光石的光照時長則是隨著光照時間的增加有很大幅度的增加，最長達到105 min。

圖4 1～3mm天藍色不同厚度發(fā)光石發(fā)光時間比較Fig.4 Comparison of Luminous Time of 1～3mm Sky Blue Luminous Stones of Different Thickness

3 小結(jié)與討論

3種顏色的發(fā)光石的粒徑選擇中，天藍色和黃綠色6～9 mm都能達到最佳的發(fā)光效果，鋪設(shè)粒徑中等的發(fā)光石施工難度會相對減低；不同顏色相同粒徑發(fā)光效果均不一樣，從實驗一中篩選出6～9 mm粒徑發(fā)光石再次進行觀察，得出藍綠色發(fā)光石發(fā)光效果最佳；不同粒徑的發(fā)光石發(fā)光效果相近的情況下選擇粒徑較小的。綜合粒徑大小和發(fā)光效果來考慮，選用6～9 mm粒徑發(fā)光石效果最佳；發(fā)光石因為鋪設(shè)厚度較薄而更加容易吸收光能，有一定厚度更容易聚光，留有一定的空隙利于光能的相互吸收和發(fā)揮。

根據(jù)園林園路鋪裝材料的常規(guī)應(yīng)用，園林次級道路以塊料材料為主，而園林小路則以碎料材料為主。園林道路除了保證最基礎(chǔ)的通行交通功能，還要有一定的欣賞價值［5］。發(fā)光石應(yīng)用于園林的小路，發(fā)揮其裝飾、節(jié)能的作用［6］。在園路設(shè)計過程中往往要考慮到空間尺度與材料尺度的比例問題。園林小路一般連接于行人活動區(qū)和休息區(qū)，老人以及兒童使用率較多，首先考慮到道路的平整度，在選擇沒有方向性的材料時施工盡量保持路面平整［7］。另一方面，景墻的鋪裝的尺度主要包括鋪裝圖案尺度和鋪裝材料尺度兩方面，兩者都能產(chǎn)生不同的尺度感［8］。石材鋪裝通常在鋪裝中起到點綴的作用，因此一般的圖案尺度都顯得不會太大，小面積的鋪裝宜采用尺度較小的石材。6～9 mm粒徑的發(fā)光石發(fā)光效果最佳，比大粒徑的發(fā)光石發(fā)光效果好，從運輸成本以及施工難度方面都占有優(yōu)勢?？紤]到以上問題，本研究優(yōu)先推薦選擇6～9 mm粒徑發(fā)光石。

在園林景觀中運用藍、綠等顏色時，會使人們感到內(nèi)心寧靜，身心得到放松。藍色讓人聯(lián)想到浩瀚無際的大海，綠色讓人聯(lián)想到充滿生機的植物，在生理上，由于藍、綠色的波長較短，可以將人的視線收縮，在園林建設(shè)中使用這樣的顏色可以拉近人與景觀的距離，營造出一種親近、自然之感［9］。根據(jù)研究得出，藍綠色發(fā)光石比天藍色、黃綠色的發(fā)光效果好，釋放出的光能最多，而藍綠色又是園林建設(shè)中的推薦用色，本研究推薦藍綠色發(fā)光石應(yīng)用于園林建設(shè)中。藍綠色發(fā)光石更利于游人消除消極情緒，為園林夜晚景觀增添了更多的趣味性。

根據(jù)厚度的試驗研究得出，5 cm與25 cm厚度的發(fā)光效果最佳，發(fā)現(xiàn)石材堆砌的厚度與留有間隙是維持發(fā)光效果的最主要因素。由于考慮到樹池的園林規(guī)范中由胸徑、樹高、根莖大小、根系水平等因素決定有效的樹池尺寸大?。?0］。在一般情況下，正方形樹池以1 500 mm×1 500 mm為宜，長方形樹池以1 200 mm×2 000 mm較為合適［11］，圓形樹池的直徑一般不小1 500 mm。本研究推薦在25 cm厚度的在園林工程中，發(fā)光石可應(yīng)用于透明樹池外圍裝飾，利用發(fā)光石厚度積累光能，能達到不錯的裝飾效果。