透光混凝土建筑環(huán)保論文
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1．1透光混凝土的原理
透光混凝土由建筑師阿龍•洛桑齊于2001年提出理論，于2003年研制成功。這種混凝土主要是以混凝土為基體，將透明光纖按照一定的比例布設(shè)于混凝土模板中，之后澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)成型。根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通常布設(shè)在混凝土中的是大直徑的塑料光纖，將其作為主要通光用途。之后，JoelSosa和SergioOmarGalvan研制出了一種新型的透光混凝土材料，這種材料比普通的混凝土的重量輕30%，可允許80%的光線通過(guò)。通常光導(dǎo)纖維在透光混凝土中以矩陣方式平行排列，其體積分?jǐn)?shù)約為3%，光纖尺寸較小，作為一個(gè)新成分與水泥混合在一起，形成了集合體。由于光纖比例較低，混凝土的力學(xué)性能基本不受影響，可以作為建筑材料使用。透光混凝土的光導(dǎo)材料除了光導(dǎo)纖維之外還有樹(shù)脂。其中光導(dǎo)纖維植入混凝土的方法，可以分為“先植法”和“后植法”。樹(shù)脂類透明混凝土制作方法更加簡(jiǎn)單且易操作，與普通水泥混凝土基本制作相同。
1．2透光混凝土的性質(zhì)
(1)藝術(shù)性。透光混凝土可以美化博物館外立面，創(chuàng)造初博物館與周圍環(huán)境共生融合的效果。透明混凝土的運(yùn)用，使展館內(nèi)部在白天，不需要大量玻璃幕墻，即可使陽(yáng)光透過(guò)墻體射進(jìn)室內(nèi)。在白天達(dá)到采用自然光照，減少人工光源的使用量，節(jié)省能源的效果;而夜晚，整個(gè)展館內(nèi)部的人工光源產(chǎn)生的光線，透過(guò)外墻的透明混凝土向外發(fā)散，使展館與自然的聯(lián)系更加緊密。
(2)透光性。由于光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光線的能力非常強(qiáng)，可達(dá)到20米遠(yuǎn)不發(fā)生損失。因此用透光混凝土砌塊砌筑的墻體可達(dá)數(shù)米厚而不削弱其透光能力。通過(guò)控制混凝土內(nèi)的光纖含量，可以實(shí)現(xiàn)控制透光度的效果。與玻璃幕墻相比較，使用透光混凝土砌筑的墻體具有優(yōu)秀的透光效果，但太陽(yáng)光輻射產(chǎn)生的大部分熱量均被其自身吸收，所以可以基本維持室內(nèi)熱環(huán)境，但不會(huì)使室內(nèi)溫度上升過(guò)快。同時(shí)，光纖濾掉了大部分的紫外線，降低了自然光對(duì)文物的損傷。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，對(duì)透光混凝土的透光率產(chǎn)生影響的因素主要有兩個(gè):
①光纖體積比。透光率隨著光纖體積的增大而增大;
②光纖直徑。在光纖體積比固定不變的條件下，透光率隨著光纖直徑增大而增大。
(3)抗壓性。透光混凝土作為建筑材料，制成的主要是受壓構(gòu)件。而直接反映構(gòu)件抗壓性能的參數(shù)是抗壓強(qiáng)度。對(duì)于透明混凝土而言，影響其抗壓強(qiáng)度的最重要因素是光纖體積比。經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)光纖在透光混凝土中的體積比分別為1%、2%、3%、4%時(shí)，與其相對(duì)應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度損失率分別為0.96%、3.84%、4.76%、12.50%。因此，當(dāng)光纖體積比小于3%時(shí)，與其相對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度損失率不超過(guò)5%。由此可知，當(dāng)透光混凝土中光纖體積比小于3%時(shí)，可以基本忽略光纖對(duì)透光混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。
(4)抗?jié)B透性。透光混凝土是一種多孔性物體，若混凝土兩側(cè)存在內(nèi)外壓力差，必然會(huì)引起液體或氣體從其高壓處向低壓處遷移、滲透的現(xiàn)象?；炷恋挚箽怏w或液體滲透的能力稱為抗?jié)B性?；炷恋目?jié)B性與其耐久性也產(chǎn)生共生的影響。透光混凝土中的光纖和混凝土之間并非緊密咬合，而是存在著界面，導(dǎo)致混凝土凍融及銹蝕的氯離子可從界面處進(jìn)入到混凝土中。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，在不影響智能混凝土通光率的情況下，在塑料光纖上下表面各涂覆一層薄環(huán)氧樹(shù)脂膜可以有效提高混凝土的抗?jié)B透性。
(5)抗凍融性?；炷两Y(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期的與外界環(huán)境接觸時(shí)，容易受到凍融作用的影響。混凝土長(zhǎng)期在凍融循環(huán)的作用下，很容易出現(xiàn)強(qiáng)度降低、表皮剝落甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。透明混凝土在長(zhǎng)期使用期間，有一側(cè)需要露在外面采集太陽(yáng)光，必然受到自然環(huán)境的作用，同樣也會(huì)受到凍融循環(huán)的作用。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，光纖的含量對(duì)混凝土的凍融破壞有影響，當(dāng)光纖體積比在3%以內(nèi)時(shí)，凍融破壞導(dǎo)致的混凝土抗壓強(qiáng)度損失不超過(guò)10%。
2國(guó)內(nèi)透光混凝土的應(yīng)用
2009年7月，經(jīng)《混凝土世界》雜志報(bào)道，北京榆構(gòu)成功研制出透光混凝土。“它是由細(xì)致水泥和光纖混合制成的，砌塊表面像是有無(wú)數(shù)的小孔，數(shù)千個(gè)光纖維在水泥塊兩面之間平行而形成一個(gè)方陣，光通過(guò)這些光纖從水泥塊的一端傳至另一端”。目前國(guó)內(nèi)使用透光混凝土的成功案例是2010年上海世界博覽會(huì)中的意大利館。意大利館的建筑外墻采用的是復(fù)合系統(tǒng):外側(cè)采用透明混凝土砌塊，內(nèi)側(cè)是雙側(cè)ETEE結(jié)構(gòu)。利用透明混凝土外墻，解決部分館內(nèi)房間的照明問(wèn)題。達(dá)到節(jié)能的目的。意大利館使用了3774塊混凝土板，大約189噸透明混凝土，覆蓋面積達(dá)1887m2，大約占意大利館整個(gè)表皮混凝土掛板的40%。意大利館高18米，整個(gè)表皮覆蓋面積約3600m2。目前，國(guó)內(nèi)研制出來(lái)的透光混凝土掛板將新型的水泥和樹(shù)脂按一定的比例混合，確保其透光性能，大幅度降低成本，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。與光導(dǎo)纖維相比，樹(shù)脂的視角更廣，對(duì)于光的捕捉能力更強(qiáng)，對(duì)于材料的透光特性有大幅提高，同時(shí)，用樹(shù)脂作為透光材料制成的透光混凝土工藝更加簡(jiǎn)單。由樹(shù)脂和水泥按比例制成的透光水泥，透光率最大程度可達(dá)到20%。若需要控制透光率的話，可根據(jù)需要減少插入樹(shù)脂的數(shù)量，透明度可降低至10%。每塊透光混凝土板的使用壽命和普通混凝土材料的使用壽命是基本相同。
3結(jié)論
透光混凝土作為建筑材料，可以滿足結(jié)構(gòu)抗壓、抗?jié)B、耐久性、抗凍融等結(jié)構(gòu)安全方面的要求;滿足博物館在照明方面的需求，利用自然光，節(jié)約資源;相較于玻璃幕墻，有效控制展館內(nèi)部的溫度，降低紫外線的輻射，控制了自然光對(duì)文物的損壞程度;增強(qiáng)了展館的整體藝術(shù)性，利用透光混凝土作為建筑材料的展館，本身就是一件藝術(shù)品。目前透光混凝土的研究還處于初級(jí)階段，國(guó)內(nèi)要將其投入大規(guī)模生產(chǎn)還存在一定問(wèn)題:
(1)大批量生產(chǎn)透光混凝土的技術(shù)目前還不夠成熟;
(2)光纖價(jià)格較高，透光混凝土中光纖材料的使用量巨大，這使生產(chǎn)成本大幅提高。
作者：丁泓力 林榮輝 郭楊 單位：江西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院