新浪博客

透光混凝土的研究及现状

2016-05-03 15:30阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1632096244

［摘要］
本文综述了透光混凝土的应用及研究现状，通过对国内外透光混凝土的制备方法、装置进行了分析和研究，发现现有透光混凝土制备方法多针对预制混凝土制品，且制备方法中关于光纤穿插及均布分布、定位的方法较少，光纤布置多为手工操作，效率低下；并对透光混凝土的发展方向进行了展望，提出透光混凝土精细化、机械化生产及耐久性提高将成为其主要发展趋势。
透光混凝土的研究及现状
透光混凝土的研究及现状
透光混凝土的研究及现状

透光混凝土的研究及现状
透光混凝土的研究及现状
透光混凝土的研究及现状
透光混凝土的研究及现状
透光混凝土的研究及现状
［关键词］透光混凝土；制备方法；研究进展



0 引言


随着社会和科技的进步，现代混凝土的发展不仅向着高强、高性能以及与环境相协调的方向发展，建筑装饰混凝土也成为混凝土一个重要的发展方向。建筑装饰混凝土打破了传统混凝土给人的沉闷、笨重、庞大、单调的感觉，成为了轻质、活泼、灵活多变、美观的建筑材料[1]。
由于传统混凝土不能透过光线，一直给人以灰暗、冷冰冰的感觉。如果混凝土能够透过光线，在光线照射下不仅能创造出不同透明度的渐变，营造绚丽的色彩效果，还可以减少室内灯光的使用，从而节约能源[2]。2010年上海世博会上意大利馆运用的透光混凝土给人带来了视觉震撼，使得透光混凝土获得了广泛的关注，成为建筑装饰混凝土的一个研究热点。在总结国内外已有文献、专利的基础上，本文着重介绍了近年来国内外透光混凝土的研究现状与制备技术，并探讨了今后的发展趋势，以促进透光混凝土技术的发展。

1 国内外研究应用现状


透光混凝土是由大量的光学纤维或塑料树脂等透光材料和普通混凝土制成，具有高透明度，可以透过光线的特点。预制的透光混凝土墙板可以将离其最近的物体的阴影在墙上投影，明亮的一侧的阴影会以鲜明的轮廓出现在阴暗的一面，且颜色保持不变，会令人感觉室内明亮、通透。有关透光混凝土的研究从21 世纪初期才开始，起步较晚，随着透光混凝土关注度的增加，国内外对透光混凝土的研究也逐渐增多。
2001 年，匈牙利建筑师 AronLosconczi[3] 发明了一种可透过光线的新型混凝土，并创造了透光混凝土的英文单词“LiTraeon”。这种可透光的混凝土是将玻璃纤维或者塑料细丝植入水泥中，将水泥这种世界上最常用的建筑材料变得能够透光。2004年 8 月 16 日，在《中国建材报》“国外建材”栏中，报道了“美国研制出透明混凝土” 和“匈牙利开发出不挡光水泥”。2009 年，德国亚琛的LiTraeon 公司研制出一种可借助于植入在混凝土内部的玻璃光导纤维，让光线从混凝土的一端传入再从另一端传出的透光混凝土。用该透光混凝土制成的 18mm 厚墙体的透光性与0.3m 厚的普通墙体相近。2010 年，意大利水泥集团利用“透明水泥”制作的 6000 多个“透明水泥板”亮相于上海世博会，该透明水泥板是通过在水泥中植入特殊的树脂来实现“透明”的效果。
近年来，国内混凝土行业也在不断发展，新型混凝土开发与研究也在不断进行。2009年，《混凝土世界》杂志报道了北京榆构有限公司成功研制出透光混凝土的预制砖或墙板[4]。该材料由水泥和光纤混合制成，大量光纤在混凝土块两面之间平行形成一个矩阵，光线通过这些光纤从水泥块的一端传至另一端，使混凝土砌块透光度和清晰度清晰可见。2011年，北京工业大学的李悦应用纺织光纤技术进行了透光混凝土成型方法的研究，并用光纤平行排列法进行了制备具有设计透光形式的透光混凝土的研究[5-8]。中建商品混凝土有限公司也对透光混凝土的光纤布置和铺设方法进行了研究，提出了可行性较高的预制混凝土块生产方法[9-10]。2012年，南昌大学的王信刚对光纤均布装置进行了改进，设计出满足工艺要求的高效光纤布置装置[11]。这几种方法主要针对预制透光混凝土提出，均可以制备出能依不同设计需求形成不同尺寸、透光性能良好的透光混凝土。此外，还有其他学者或研究单位对预制透光混凝土的生产方法、装置设计及现浇透光混凝土的制备方法进行了研究。

2 制备方法研究


目前透光混凝土的制备技术按光纤植入混凝土的方法，主要分为先植法和后植法[12]及其他方法。
2.1 先植法
先植法是将设计图案绘制或制作在半硬质或硬质材料上，按图形打孔，将光纤预先埋入后，再浇筑水泥基材料，养护一定龄期后切割打磨，得到透光混凝土的制备方法。主要通过设计或改进装置，实现光纤的预铺设，完成水泥基材料的浇筑。
尹衍樑[13] 介绍了一种利用生产模组制备透光混凝土的方法。该生产模组由侧模、复数个底模及至少一边模组成。组装好后，将光纤自上下方向穿透复数个底模，形成一光传导单元，并使边模与底模共同形成灌浆槽。之后，浇筑混凝土于其中，养护后拆模，形成透光混凝土。该方法通过设计模组的方法，提供了可依不同设计需求形成不同尺寸的透光混凝土生产方法，保持了混凝土原有的物理力学性能，可以不需要开洞就达到采光要求。但该方法并未主要阐述光纤如何在装置中布置并固定，且光纤布置应多为手工植入，植入过程较繁琐，工作量较大。
湖南科技大学的刘锡军[14] 介绍了一种透光混凝土构件及其制造工艺的方法。在混凝土模具上下两面放置多层钻有光纤布置圆孔的光纤固定模板，将光纤穿入后，用螺杆将光纤固定模板固定，移动中间层的光纤固定模板，使光纤位置偏移，从而实现光纤的固定。之后浇筑混凝土或水泥砂浆，养护后拆模，切除露在外面的光纤，制成透光混凝土构件。该方法同属模具设计范畴，与上种方法相比，阐述了光纤固定方法，提高了光纤固定的准确性，使得制备工艺更精确，可行性更高。但该方法中光纤布置同样为手工植入，植入过程较繁琐，工作量较大。
南昌大学的王信刚设计了一个装置[15]，由底板、梳状侧板、光纤束、梭子和锚固夹组成。他运用编织2D 光纤织物的思路，将光纤制成简易光纤束，之后将光纤束牵引穿插，牵引至侧板开口处后，对齐后拉紧，用铁杆锚固好后，布满模具，浇筑水泥基材料，养护脱模得到水泥基透光材料。该方法利用梭子将光纤束牵引到指定位置，降低了手工牵引光纤的难度，提高了光纤铺设效率，并使光纤均匀分布，实现光纤的准确定位，并较好地将光纤固定。但该方法中要求相关配件数量很多，当光纤布设密度较高时，将光纤压入侧板开口时，对齐步骤对手工操作要求较高，需要的定位杆数量也很多，手工操作较麻烦。
为了提高光纤布置效率，实现透光混凝土的工业化生产，北京榆构公司介绍了一种透光混凝土制品坯料的工业化制作装置及方法[16-17]。该装置由驱动及传动装置、主轴及其支座、回转杆和绕丝机、绕丝架和浇注模具组成。透光混凝土制品坯料的制备方法为：在绕丝机上安装绕丝架；在绕丝架上绕丝制作光纤栅板；叠层拼装光纤栅板成光纤阵架；用模板将光纤阵围成混凝土浇注模型；浇注混凝土、养护脱模；得到透光混凝土块坯料。该方法采用机械化的绕丝设备将光纤制作为光纤栅板，光纤高密排布，工艺简单，操作方便，效率更高，有利于实现透光混凝土制品坯料的工业化生产。然而该方法对绕丝架强度、硬度要求很高，浇筑混凝土后，绕丝架会被包裹在硬化透光混凝土坯料中，在后期打磨时会增加难度，且由于绕丝架无法重复利用，使得光纤排布装置和透光混凝土的制作成本提高。
2.2 后植法
后植法是浇筑水泥基材料后，将设计图案绘制在水泥基材料上，按照图形钻孔或预留孔，再植入光纤并固定，得到透光混凝土的制备方法。
德国 Litracon 公司采用预制多孔板后植入光纤或塑料树脂方法成型透光混凝土制品[3]。预先成型有规律分布或形状、图案或标识的多孔板，将光纤或塑料树脂植入孔洞中后，灌入透明树脂加固后，抛光，得到预制pXL 产品。该产品已应用于世博会意大利馆，并引起广泛关注。
国内比亚迪股份有限公司采用钻孔法进行了透光混凝土的制备方法研究[18]。他们将配制好的混凝土原料浇注到模具中，进行半硬化后，在半硬化的混凝土中打交错分布的孔，再在孔中灌入透明树脂原料，使透明树脂原料与混凝土一起硬化，然后脱模进行蒸汽养护后，涂覆隔热透明材料形成透光混凝土。
以上两种方法是后植法的典型技术，工艺简单，光纤形状、位置稳定，保证了透光效果。但后者需在混凝土半硬化时用柱形打孔模打孔，由于受混凝土材质和贯入阻力的影响，使得对柱形打孔模的材料、刚度及精度要求很高，间接提高了透光混凝土的生产成本，且孔洞造成的缺陷是否会影响透光混凝土的耐久性还值得进一步研究。
2.3 其他方法
目前国内外也有学者研究了透光混凝土的其他制备方法。北京工业大学的李悦研究了利用纺织光纤技术和光纤平行排列法制备透光混凝土的方法[5-6]。将光纤用纺织用多轴向经编机按照一定的规则纺织成2D纤维织物或纤维布，再分层铺设于水泥浆体中，脱模养护后，切割、打磨、抛光，得到透光混凝土。该方法制备工艺方便、简便快捷，但由于未考虑分层铺设光纤织物时，浇筑水泥浆体对织物形状的影响，造成光纤织物易弯曲或滑动错位，使得光纤定位较难，无法均匀分布于水泥基体中，影响透光混凝土的透光效果和装饰性。此外，由于2D光纤织物密铺光纤较多，大大降低了材料的强度，影响透光混凝土的耐久性。之后李悦在该方法的基础上，提出了制备具有设计透光形式的透光混凝土的方法[7]。该方法首先将光纤纺织成单层光纤布（将平行排列的光纤用棉纱等纤维垂直定位），用偶联剂处理光纤表面后，先平行排列、固定钢筋，再根据设计的造型将光纤布缠绕在一钢筋上，将光纤布的另一端缠绕在另一平行于第一根钢筋上面，把光纤布按照设计的方式固定于试模中。浇筑水泥砂浆后，养护、切割、打磨、抛光，得到透光混凝土。该方法与以上方法相比，可以提高光纤定位的准确性，保证成型工艺的方便性，能较好的实现已设计好的透光形式和效果[8]。但该方法需要依附钢筋作为固定件，在后期打磨时可能因钢筋的硬度使得打磨难度增加，影响效率。

3 结语

目前，国内外对透光混凝土的制备方法研究主要集中在先植法，因为先植法保持了混凝土原有的物理力学性能，无需开洞或钻孔即可达到采光要求。但现有研究中涉及光纤穿插及均布分布、定位的方法较少，且光纤布置多为手工操作，操作过程繁琐，工作量大，效率较低。因此，光纤布置和光纤定位的精细化、机械化将成为透光混凝土制备方法的主要发展趋势；由于国内外现有透光混凝土制备技术多针对预制透光混凝土制品开展研究，当应用于工程中时，对于结构要求较高的部位，预制透光混凝土制品间的粘结会影响结构承载力和透光效果，使预制混凝土制品的使用受到限制，如能实现透光混凝土的现浇施工，可以很好地解决以上不足。因此透光混凝土的现浇施工工艺也将成为其发展的重要方向之一。蓝宝清水突破了透光混凝土的现浇工艺技术，在城头山遗址公园中大量的采用透光混凝土现浇技术。
此外，透光混凝土是由透光材料和水泥基体组成，透光材料和水泥基体的发展很大程度决定了透光混凝土的发展，透光材料（光纤、透明树脂、塑料树脂等）的高韧性、低脆性、高透光性、高耐碱性、低成本化，水泥基体材料的高强度、低碱度、低腐蚀性将成为其研究方向和发展趋势；关于透光混凝土的耐久性及其对透光性的影响研究较少，且透光混凝土后期的清理保养工作也需做进一步的研究；轻质透光混凝土、发光透光混凝土、轻质发光透光混凝土等将成为透光混凝土领域未来发展值得关注的热点。总之，透光混凝土是一种发展前景广阔的新兴装饰混凝土。


蓝宝清水透光混凝土系列产品打破常规手法，全面将透光混凝土推向市场。

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享