两种新型透光混凝土的制作与研究

马昕 李文婷 李文嘉 夏云 杨一如 付珺

摘  要： 对透光混凝土的材料配比及透光性能进行了研究.配制了2种新型透光混凝土，即分别以光纤与以荧光材料为主要透光材料的透光混凝土.通过合理的混凝土配比与外加材料的结合，利用平铺法与插秧法制成透光混凝土块，并检验其各项性能.经过检验，2种透光混凝土均具有良好的透光性能.

關键词： 光纤; 荧光材料; 透光混凝土

Abstract： The material ratio and light transmittance of transparent concrete are studied. Two new types of transparent concrete， namely optical fiber and fluorescent material， were prepared. Through the combination of reasonable ratio of concrete and applied materials， the translucent concrete blocks were prepared by tiling and transplanting methods， and their properties were tested. Through inspection， the two kinds of transparent concrete have good performance of light transmission.

Key words： optical fiber; fluorescent material; transparent concrete

0  引 言

混凝土是重要建筑材料，随着建筑业的不断发展，人们对其结构与性能的要求也逐渐提高.在此背景下，智能混凝土应需而生，并成为混凝土未来发展的趋势.透光混凝土作为智能混凝土的一种，其优越的透光性能得到业界青睐，将成为节能建筑中不可或缺的材料[1].

透光混凝土是将光学纤维以特定的掺量与精致混凝土混合而成，透光效果较好.虽然光纤的掺量较大，但其所占的体积比例很小.所以，光学纤维掺入混凝土后对透光混凝土本身的强度影响不大[2-4].目前透光混凝土的配比都尚未公开，本文作者研究了在不同配合比及不同的材料组合下，制作出的透光混凝土的透光性和强度，为未来的节能建材应用提供参考.

1  实验

1.1 试件设计

本实验共制作了2种试件，均采用配合比：水泥2.11 kg、水1.225 kg、细集料5.11 kg、粗集料8.7 kg，制成强度为C20的混凝土试块.水泥选用海螺牌矿渣硅酸盐水泥，成分为硅酸盐水泥熟料、质量分数为20%～70%的粒化高炉矿渣，及适量石膏.骨料选用直径5～15 mm的碎石，针、片状骨料的含量小于10%，级配良好.所选用的砂为一般细砂，细度模数为1.7～2.5.砂石含泥量均在1%以内.

本实验大致分为2个方向：1） 改良掺入光纤的透光混凝土;2） 创造掺入多种荧光材料的荧光混凝土.第一类试件采用的外加材料为横截面直径3 mm的光纤数米.光纤需要以一定的空间排布方式插入水泥基料中.本文作者选择了最为典型的2种排列方式：纵向排列与横向排列.共制作了2块尺寸为75 mm×75 mm×75 mm的混凝土块.

第二类试件采用的外加材料为荧光砂石、荧光液等荧光材料.

1.2 试件制作

实验工具为：台秤、天平、量筒、铁铲、抹刀、刮尺、模具等.实验设备为：压力实验机.

制作时，先将砂倒在空地一侧，再把水泥倒在砂上搅拌2～3次，砂子和水泥搅拌均匀后，再缓慢加水，继续搅拌2～3次.搅拌均匀后投入粗骨料（石子），再均匀搅拌几次，直到石子与水泥浆全部调匀、稠度适合.

对于第一类掺入光纤的试件，一般采用2种方法制作.

1） 平铺法：将光纤剪成比模具长度稍短，制作光纤板.在模具底部先浇灌薄薄一层搅拌好的混凝土，用刮刀抹平，然后将制作好的光纤板平铺于混凝土上，再在光纤板上浇一层薄薄的混凝土，抹平后再铺上光纤板，如此重复，直到铺满整个模具[2].

2） 插秧法：即先将混凝土浇灌于模具中，抹平后，将光纤一根一根紧密、竖直地插入混凝土中[2]，如图1所示.将光纤切成略长于75 mm的长度，将模具中间的隔板取下，将光纤竖向排列于混凝土的中心横截面上，即原先隔板的位置.一层一层添加混凝土，将其配制成尺寸为160 mm×75 mm×75 mm的混凝土块.每5根光纤绑扎在一起，形成束状，然后竖直插入混凝土中，需要人工固定住绑扎好的光纤束，然后将混凝土拌合物填入其中.

对于第一类试件，本实验采用插秧法制作.

对于第二类试件，分为2组.第一组加入80 g荧光砂，制成尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的混凝土块，并且在其表面铺上一层肉眼可见的荧光砂.第二组在原混凝土拌合物中加入150 g荧光液，并进行搅拌，制成尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的混凝土块.

1.3 试件养护及加载方案

将混凝土块放到实验室的角落进行养护，选择洒水自然养护的方法，养护时间持续28 d.在混凝土养护期间，使房间角落形成潮湿的环境，保持混凝土湿润，对混凝土暴露面用塑料布覆盖，防止表面水分的蒸发.

养护后，将试件表面与上下承压板面擦干净.将试件安放在压力实验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直，试件的中心应与实验机下压板中心对准.开动实验机，连续均匀地加荷.因为混凝土强度等级小于C30，因此加荷速度控制在0.3～0.5 MPa?s-1.

2  实验结果与分析

2.1 实验结果

2.1.1 掺入荧光材料试件

成功制作了两块掺入荧光材料的透光混凝土试件，尺寸（长宽高）为：160 mm×75 mm×75 mm和150 mm×150 mm×150 mm.

当有光线从试件的一面照射进来时，会透过试件从另一面传递出来，在黑暗状态下可以发出荧光，如图2所示.

2.1.2 掺入光纤试件

通过实验制作出了一块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的掺入光纤的透光混凝土试件.制作完成后将混凝土表面延长出来的多余光纤切掉，并且将覆盖在光纤上的混凝土清理干净.如图3所示，可以明显地看出光能从光纤中穿透过来.此类光纤在混凝土中的排布方式，可以使试件达到75%的透光率.

2.2 结果分析

2.2.1 材料强度分析

由于缺少实验器材、实验工具，本次实验研制出的光纤透光混凝土的透光率平均为75.35%，且在混凝土中加入了其他材料，对所制作试件的强度也有影响.通过压力实验机测试，试件强度只有13 MPa，为C20的混凝土强度，但路灯柱对混凝土材料的强度要求不高，因此试件可以满足其材料要求.

2.2.2 注意事项

1） 光纤的长度要把控好，光纤太短，其透光的头部很容易被水泥遮盖住，导致不能有效透光.

2） 光纤作为外加材料，影响了混凝土的配合比，在配制时应注意预先提高混凝土的强度等级.

3  讨 论

透光混凝土的强度等级和透光性能主要受混凝土强度等级以及光纤的数量影响.在利用荧光材料的时候，发现只有表面的荧光材料可以发光，而混在混凝土内部的荧光材料并不能起到发光的作用.实验选择的荧光材料是蓄光型，所以只有其处在混凝土表面吸收到光后才能够在夜间有效发光.

4  结 论

经过实验研究，虽然制作工艺仍有不足，但是2件透光混凝土试件依然达到了理想的效果，光纤材料制成的透光混凝土的透光率达到了75%.荧光材料选择的是蓄光型，表面的荧光材料在白天吸收光后，能够在夜间有效发光.如果透光混凝土应用在路灯中，路灯可以在白天吸收太阳光，傍晚放出光亮，增强城市的美感.

参考文献：

[1] 李悦， 郭慧. 透光混凝土的研究进展 [J]. 混凝土，2013（6）：5-8.

LI Y， GUO H. Research progress of pervious concrete [J]. Concrete，2013（6）：5-8.

[2] 曹永康， 蔡国章. 导光混凝土称呼、译名及制作工艺 [J]. 混凝土世界，2010（3）：16-18

CAO Y K， CAI G Z. Address， translation and manufacture technology of light guiding concrete [J]. Concrete World， 2010（3）：16-18

[3] 姜志國， 于丰， 张均， 等. 透光混凝土的研究进展 [J] .化工新材料，2018，46（9）：238-241.

JIANG Z G， YU F， ZHANG J， et al. Research progress of transparent concrete [J]. New Chemical Materials，2018，46 （9）：238-241.

[4] 姜志国， 于丰， 张均， 等. 树脂透光混凝土的制备方法及研究进展 [J]. 化工新材料，2018（3）：235-238.

JIANG Z G， YU F， ZHANG J， et al. Preparation methods and research progress of resin soil light concrete [J]. New Chemical Materials，2018（3）：235-238.

（责任编辑：顾浩然）