透明混凝土材料在建筑设计中的应用

刘彬

塔城地区库鲁斯台草原生态修复工程建设服务中心 新疆塔城地区 834700

摘要：透明混凝土借助其透光性，被广泛应用于博物馆、旅店墙体，也可制作各种雕塑、台灯、创意走廊等建筑物，在灯光的照射下鲜明的轮廓将出现在阴暗的另一侧，这种特殊的装饰效果会让人觉得轻盈和明快，打破了传统混凝土的压抑和厚重感。如果改变光导纤维在透明混凝土的布置方式，可以呈现不同的图案，增加墙体本身的美观性，具有很高的欣赏价值。鉴于此，本文就透明混凝土材料在建筑设计中的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：透明混凝土；特性；建筑设计

1.透明混凝土的基本性能

1.1力学性能

透明混凝土中光导纤维占的比重较小，所以透明混凝土的力学性能几乎不受影响，同普通混凝土的强度相当。在建筑材料中透光混凝土做成的建筑物，除了光学性外，主要还是依靠混凝土的抗压强度。对于透明混凝土而言，影响其抗压强度的最重要因素是光纤体积比。研究表明，透明混凝土中当光导纤维的体积分数逐渐增多，制作的透明混凝土的抗压强度逐渐减小。为了达到良好的透光性和优异的力学性能，光导纤维的掺量在 4%左右为宜；当透光混凝土中光纤掺量比小于 3%时，可以基本忽略光纤对透光混凝土抗压强度的影响。

1.2透光性

光导纤维均匀平行分布于混凝土中，纤维贯通于混凝土的对立面，成千根光纤穿透混凝土端面，若有光从混凝土一端面照进，则可以通过光纤传到另一端面，这就是混凝土透光的原理。透光性是透明混凝土最突出的特点。经试验研究表明，光纤体积与光纤直径是影响混凝土透光性的主要因素，它们与透光率成正比例关系。

1.3耐久性

透光混凝土中光导纤维和混凝土之间粘结界面有一定孔隙存在，导致混凝土抗渗性差，外界杂质可从界面处进入到混凝土中。研究表明，在光导纤维表面涂抹一层环氧树脂可有效提高混凝土的抗渗性。透明混凝土长期在冻融破坏和自然环境作用下，会出现强度降低、表皮剥落最终结构破坏的现象。研究表明，光纤的含量对混凝土的冻融破坏有影响，当光纤体积比在 3%以内时，冻融破坏导致的混凝土抗压强度损失不超过 10%。

2.透明混凝土原材料与制备

（1）水泥。透明混凝土主要以水泥砂浆和光导纤维为基体，添加一定量的硅灰和高效减水剂。一般采用波特兰水泥或者硫铝酸盐水泥制作透明混凝土。所以通过调整透明混凝土的各种变量，制备不同的混凝土以便研究透明混凝土的透光性与力学性能。（2）光导纤维。光纤是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维，是由内芯和外皮组成，由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成，内芯大多数由硅酸盐玻璃纤维组成，外芯由塑料制成。光导纤维正是利用光的全反射原理传光的，光导纤维不同的布局排列在混凝土中，可以投射出多彩的图案，通过调整光纤的比例，可以创造出不同视觉效果。（3）试验方法。根据混凝土配合比称取原料，将称好的水泥、硅灰倒入砂浆搅拌锅中干拌 1min，再加入石英砂搅拌 1min 后，将用一半水溶解的高效减水剂倒入搅拌锅慢搅 2min，再加入另一半水搅拌 2min，最后快搅 4min，在 40×40×160mm3模具内涂一层机油，是为了后期脱模方便。光导纤维的掺量占体积含量的 4%左右。光纤以 3 根 / mm2的穿插密度平行并排于混凝土中，等样品达到一定强度后，切去混凝土左右两端 15mm，混凝土切割成 5mm 厚度的小块，让光纤穿过混凝土两表面，可将为使透光率较高。

3.透明混凝土材料在建筑设计中的应用

从建筑材料的基本功能与特性角度来讲，透明混凝土材料具有建筑设计节能、建筑外观美化的重要实践优势，因此值得被推广应用于工程建筑设计全过程。建筑设计人员在选择透明混凝土作为建筑主体结构组成材料的前提下，应密切结合建筑功能分区来运用建筑设计材料，有效确保透明混凝土得到最大化应用，展现透明混凝土在节约建筑设计能耗、美化建筑结构外观上的价值。在具体实践中，建筑设计人员针对透明混凝土材料可以从合理规划建筑结构功能分区、有效节约建筑设计能源消耗量、优化建筑室内空间的采光效果以及建筑外观视觉效应等角度出发把握建筑设计运用与实施要点。

3.1合理规划建筑结构功能分区

工程设计人员应针对建筑功能分区进行合理的布置与规划，合理划分各个不同区域的建筑功能空间，并且适当运用透明混凝土来改造建筑墙体以及建筑各个功能空间的传统材料设计方案。针对建筑室内台阶、房间分隔部位、公共楼梯空间、室内装饰陈设以及各种家具的摆放空间区域，都要实现科学的设计与规划，全面完善混凝土建筑的各个基本功能分区。例如，某大型世博会馆的建筑主体结构由透明混凝土建成，上述建筑墙体虽然包含厚度较大的水泥承重结构，但是在透明混凝土的融合作用下，水泥承重墙体的外观形状倾向于透明的颜色，有效消除了建筑墙体外观的厚重视觉感受。并且在墙体透光性能明显改善的情况下，场馆室内的人员可以观看到完整的场馆建筑外部各种物体形状，显著提高透过场馆室内玻璃的光线照射强度。夜晚来临时，场馆建筑物的附近街道布满了场馆建筑室内投影的彩色灯光，带给观赏者非常美好的建筑物外观视觉欣赏印象。

3.2有效节约建筑设计能源消耗量

透明混凝土运用于工程建筑设计最为明显的优势就是实现建筑能耗全面节约的目标，合理分配与规划建筑工程的各个组成部分能耗，展示混凝土建筑物的最佳节能设计综合效益。在浇筑混凝土的重要工程实践环节，设计人员应在透明混凝土的外部增加套管保护层，防止出现破坏光纤混凝土混合材料的后果。如果涉及密集程度较高的建筑钢筋布置形状与结构，那么工程设计人员必须准确计算工程材料机械性能及材料抗压强度，合理选择建筑结构钢筋或者型钢材料来完善建筑设计规划。建筑设计人员必须注意的是透明混凝土应被科学分配至各个建筑空间部位，尤其是针对混凝土墙体及建筑公共空间区域。但是实际上，某些建筑室内空间并不适合全面改造为透明混凝土结构，因此建筑设计人员需要考虑透明混凝土运用于建筑室内及建筑公共空间部位的适宜性，避免浪费建筑设计资源。

3.3优化建筑室内空间的采光效果及建筑外观视觉效应

建筑设计领域运用透明混凝土的重要实践价值是优化建筑物的室内空间整体采光效果，对于建筑物的外观视觉效应予以全面的优化。工程设计人员选择与应用透明混凝土材料时，基本思路是改造墙体外观效应，充分保证建筑墙体能透射外界的自然光线，美化建筑墙体外观的视觉效应。工程设计人员要最大限度地利用建筑室外的自然光源，借助透明混凝土特有的建筑光线透射性能来利用自然光源。白天，建筑室外的自然光源可以直接照射至建筑室内区域，明显增强室内空间的建筑透光性；夜晚，建筑室内光源可以充分投影至建筑附近区域的广场与道路覆盖范围，进而达到合理节约建筑采光能耗的目标，并提高建筑外观美观程度。

结语

现阶段，透明混凝土这种全新建筑结构材料已得到合理、科学运用，展现了透明混凝土材料在改造建筑物外观形态、优化建筑节能综合效益方面的重要实践价值。但是从根本上来讲，当前多数工程建设项目并没有普遍应用透明混凝土，仍有待进一步加大推广应用力度，因地制宜实现对于原有建筑设计材料的改造优化效果。

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