透光混凝土的性能及研究进展

透光混凝土的性能及研究进展

韩莹 ,刘恩 ,庞超帅

吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林长春 130119

摘要：透光混凝土随着模块化建筑的发展而兴起，是一种具有艺术效果的功能化的建筑材料。论文扼要的阐述了透光混凝土的起源、应用特征及施工案例，着重介绍了透光混凝土的性能以及国内外研究情况，并对其未来的发展方向进行了展望。

关键词：透光混凝土，性能，研究进展

0．引言

伴随人们生活水平的逐步提高以及社会经济的高速发展，建筑领域的能源消耗与日俱增，以目前的发展速度，截止2030年中国建筑能耗将增加2倍[1]，而在建筑能耗中占主导地位的是电力消耗，特别是照明和空调的能耗。此外，我国建筑总量太多，导致照明用电量也太大，且仅有1/4是完全用于照明的，3/4以热能方式散发掉，即浪费了能源，又加剧了环境污染[2]。所以，控制照明和空调电耗是建筑节能工作的重中之重，发展潜力巨大。我国国土面积幅员辽阔，太阳的日辐射量极大，所以，在建筑领域中的太阳能的应用日趋广泛。因此，对太阳能的高效利用能改善能源急缺和电量紧缺的问题，而且节能环保，属绿色建筑。而太阳光经光导照明系统被导入至室内，这一传递过程中不需要动力且无污染[3]。固太阳光可降低人们眩晕感，减少对人眼睛的刺激，使室内具有更清洁、安全、健康的光环境，室内舒适度宜居人们的身心健康，提高人们的工作效率和学习效率[4]。增加窗户面积可增大太阳光照明，但不足是透过紫外线、结构的安全性、隔音效果和私密性均降低，而且其保温隔热性能很差，这将导致能耗增加。综上所述，人们开发了一种经济环保的建筑材料，也就是人们常说的“LPC”（:Light Permeable Concrete，LPC）。

Aron L于2001年率先提出了LPC的概念，又于2年后应用普通光纤开发出可透光的混凝土，同时给这种材料定义为—“Litracon”。在2010年，上海举行了举世瞩目的世博会，意大利水泥集团应用6000多块该材料建造了意大利馆的外立面，该馆的采光效果极佳，馆内极其明亮、通透，具有节能效果。国内方面，周智等人开发了一种“智能LPC”，它不仅具有LPC的特征，而且能够高精度的检测混凝土局部结构的应力以及应变，具有应力感知的特征。2011年，中建商品混凝土有限公司也成功开发出同种材料，该成果达到国内领先水平，具有优异的透光性能、力学性能以及装饰性，在道路和建筑设计、室内装饰还有城市园林等场所得到大量的应用。

1砌块基本性能

Thiago dos S等人考察了光纤对该材料的透光和力学性能以及微观形貌进行的影响，实验结果发现，光纤掺量与透光率成正比；另外，当光纤掺量相同时，光纤的表面光滑、粗糙度低以及与混凝土的粘附性较差时，其力学强度会降低。朱本成等人[5]以光纤、砂浆基体还有发光二级管等材料制备了一种LED发光交通标线，并考察了光纤的选型、光纤掺量对通过混凝土性能的影响，实验结果发现，PMMA光纤导光性能最佳，其最佳掺量的范围为2％～6％，其良好的导光效果即能保障交通安全，又能提升路车协同工作的效果，同时可预防疲劳驾驶。

2室内光热环境

不仅要对LPC的材料性能进行研究，还应该对室内光热环境进行评估和分析，从而判断LPC是否具有节能功效。

（１）室内光环境与照明能耗

对室内光环境进行评估时，选取的评价指标取决于室内采光系数。Mohammed.A.F通过Design builder模拟软件考察发现，眩光值和采光系数能评价室内的采光效果。Madhu.S模拟不同窗口形式下的采光水平，研究结果发现，全阴天条件下的采光系数可有效评价室内的光环境。赵永青[6]等人利用eQUEST软件模拟考察了窗户对室内照明能耗的影响，实验结果发现，当窗墙比的范围在30％～40％之间时，照明能耗可降低37％～40％。

（２）室内热环境与建筑能耗

从上世纪开始，国内外许多学者开发出各种实用性很强的模拟软件，并用于对室内热环境的研究。国内，陈婕[7]利用Ecotect软件对农村室内的热环境进行模拟分析，结果发现，通过改善墙体和屋顶材质能提高室内热舒适度，对实现农村住宅节能设计提供了理论参考。许怡[8]用简化算法和Dest模拟软件对某公共建筑室内热环境和全年的冷热负荷进行分析，为大楼空调系统的节能运行提供了一定的参考价值。胡艳军[9]运用eQUEST软件模拟考察了某办公楼的建筑负荷，同时和实际耗电量进行对比发现，研究结果证明模型是正确的。

3砌体墙抗震性能

将LPC应用到建筑上之后，除了上述性能以外，还要考察安全性和稳固性，也就是地震时不能倒塌，即LPC墙体的抗震性能。

(1)国内外试验研究现状

Vladimir G.haachl等人考察了8片混凝土砌体墙的拟静力试验，实验结果显示，横向钢筋对墙体的抗弯强度的提升作用不明显，但可增大塑性位移，使透光掺量的分布更均匀。国内，黄靓等人对3片无砂浆配筋砌体墙进行了拟静力试验，结果发现，轴压越大，其抗震性能越好，墙体越不容易出现滑移现象；剪跨比越小，其抗震性能越差，墙体也越容易出现滑移现象。

(2)国内外数值模拟研究现状

数值模拟可极大地降低了人力、物力及财力的浪费，在墙体抗震性能的研宄中得以广泛的应用。利用ABAQUS软件对砌体墙的抗震性能进行模拟分析，并通过试验数据验证了模型的可靠性，由模拟结果对比分析后发现，水平配筋、构造柱均能提高砌体墙的承载力和延性。运用ABAQUS软件对砌体墙进行抗震模拟分析，并采用接触分离式建模方式来模拟砌块和砂浆的相互作用，与试验数据对比后发现，试验墙体的裂缝的形成与发展以及剪压破坏情况能够通过调整界面参数模型进行模拟。

4.结语

LPC虽经历了十几年的发展，但其应用领域相当广泛。并且因其具有独特的景观效果，特别是作为建筑外墙，LPC更彰显出其广阔的应用前景，它良好的透光性能即能提高建筑的艺术特征，又能提高室内的采光水平，降低照明能耗，对于建筑节能具有极其重要的意义。但与传统混凝土相比，LPC有些方面还存在不足，有些理论与和实践工作尚处在起步阶段，还需要对其进行进一步的完善和全面、深入以及细致的研究.

参考文献

[1] 倪海琼.推广超低能耗建筑营造健康宜居环境[J].中国勘察设计，2020，(06):41.

[2] 蔡丽敏.我国建筑用电节能研宄与设计[J].江西电力职业技术学院学报，2019，32（6）:10-13.

[3] 史永基，王宇炎，叶芳.太阳光室内照明系统研究[J].中国照明电器，2011,18（06）：9-12+26.

[4] 伍新华.环境光线与人体健康[J].职业与健康，1995，11（4）：8．

[5] 朱本成，郭忠印，宋灿灿.LPC基ＬＥＤ主动发光交通标线的光纤设置[J].同济大学学报（自然科学版），2019，47（06）：802-809.

[6] 赵永青，杨飞飞，汤民.eQUEST分析光控照明节能潜力[J].智能建筑与城市信息，2013，20(09)：75-78.

[7] 陈婕，田海宁.基于Ecotect模拟建筑热工分析研究一一以汉中农村建筑为例 [J]. 陕西理工大学学报（自然科学版），2017，33（03）:42-46+73.

[8] 许怡.武汉市某公共建筑能耗模拟与节能分析[D].武汉华中科技大学，2008.

[9] 胡艳军，张雪梅等.基于eQUEST软件的建筑能耗分析方法研宄[J].浙江工业大学学报，2012，40（01）:75-79+83.

 基金项目：吉林省教育厅科学技术研究项目：项目编号：JJKH20220266KJ.