Прозрачен бетон

Особености и приложение

Недоволен от естетическите качества на класическия бетон, един унгарски архитект успява да обедини прозрачност и якост, стъкло и бетон, още през далечната 2001г. Новият материал на практика е пропускащ светлината бетон, light transmitting concrete. Архитектът-новатор е Арон Лосонзи. А защитеният с патент продукт се налага като Litracon прозрачен бетон. При наличие на светлина през Литракон-структурите се виждат силуети, отблясъци, причудливи форми и нюанси. Архитектите са въодушевени, но дали с основание? Има ли реални преимущества този материал пред бетона? Има ли случаи, когато дори го превъзхожда? Какво развитие търпи през годините? Предстои да разберем в следващите редове.

Текст: списание Строители

Нека да уточним, че точното понятие е "полупрозрачни" бетони. Първото изделие от този вид, което се е появило на пазара, е Litracon Classic. Това е комбинация от оптични влакна - стъклени нишки, и финозърнест бетон. Произвежда се в заводски условия и се предлага под формата на строителни блокове. Тъй като влакната са с малки размери, те се смесват в бетона, като се превръщат в съставка на продукта от вида на малки частици добавъчен материал. Резултатът не е просто смес от двете изходни съставки - стъкло в бетон, а е нов материал, с хомогенна вътрешна структура и с хомогенна повърхност. Блоковете се изработват ръчно, затова през всеки отделен блок светлината преминава по неочакван и различен начин, но и цената е твърде висока. Litracon Classic е признат за едно от най-значимите изобретения на 2004г.

В другия вариант, Litracon pXL, няма оптични стъклени влакна, които да осигуряват светлопреминаване, а се влагат специално формовани и патентовани полимерни частици. Това довежда до индустриално производство, и осигурява място на Litracon pXL в една по-достъпна ценова категория. Това изделие се предлага като панели, които се монтират сравнително лесно, а осветяващите точки могат да бъдат равномерно разпределени - като пиксели на LCD екран. Технологията позволява да се създават шарки, надписи, дори 3D обекти. От тази възможност до реализацията има само една стъпка - въображението на архитектите.

Полупрозрачен бетон

За първи път този бетон е споменат в Канада - в патент, издаден на Бернар Лонг през 1935г. През 90-те години на миналия век Бил Прайс, архитект и изобретател, продължава търсенията и дори прави якостни тестове на пробни тела, изготвени по различни рецепти. Когато започва използването на оптични стъклени влакна и на базирани на полимери оптични влакна, това изобретение е във възход. След идеята идва и простичката задача - да се намери правилното съотношение между бетона и оптичните влакна (стъклените нишки). Те ще пропускат светлина, бетонът ще осигурява якостта. Очевидно е, че количеството на светлината ще е в пряка зависимост от дебелината на елемента. Един току-що дипломирал се архитект, Арон Лосонзи, между 2001-2003г. е аспирант в Роял Арт Колеж в Стокхолм. Именно там, през 2001г., разработва първия Литракон материал, а го патентова като Litracon Classic през 2002г. Две години по-късно основава и своята Литракон-компания, със седалище унгарския град Чонград. Компанията се занимава с разработване, производство и продажба на бетонни изделия, пропускащи светлина. Втория си патент Лосонзи регистрира за панелите Litracon pXL през 2007г.

Технически данни

Най-напред ще се спрем на първообраза - Litracon Classic. Предлага се под формата на готови блокове, с максимални размери 1200х400mm. Дебелината варира между 25÷200mm. Основните съставки са бетон и оптични влакна (стъкло). Съотношението между бетона и стъклените влакна е 95%:5%. Оптичните фибри могат да бъдат с диаметър от няколко микрона до два милиметра, на практика невидими с просто око. Те са перфектно разположени успоредно помежду си между двете основни видими повърхности на бетонния елемент. По този начин фибрите предават светлината, било тя естествена или изкуствена, от едната страна до другата на бетона. Двете страни са полирани още при производството на блока. Създава се усещане за нереалност, за приказна игра на светлини и сенки. Като прибавим и факта, че бетонът може да е бял, сив или черен, фееричните картини стават безброй.

Вторият патентован прозрачен бетон е Litracon pXL. Предлага се като готови пана, с максимални размери 3600х1200mm. Дебелината варира между 40÷80mm и е определяща за размера на паното. Основните съставки са бетон и прозрачен полимер РС (поликарбонат), който е с оптични свойства. Съотношението между бетона и полимерните фибри е 95%:5%. Бетонът може да е бял, сив или черен. Двете страни на панела са специално обработени и полирани още при производството на изделието.

Има и усилен вариант на панелите, при който фибрите са от РММА (полиметил метакрилат). Съотношението бетон-фибри е 96%:4%. Носещата способност на изделията зависи от много фактори - и от якостните характеристики на изходния материал, и от условията на подпиране и натоварване, и от дебелината им.

Плътността на полупрозрачните бетони е между 2100÷2400kg/m³. Якост на опън - около 1,6МРа; якост на натиск 20÷23МРа; мразоустойчивост - F50 или F75, като броят цикли при замразяване и размразяване зависи и от изпълнението. Трябва да подчертаем, че в цитирането на всички показатели има много условности, тъй като все още няма дефинирани стандарти. Понастоящем всеки производител изследва своите изделия и посочва резултатите от експерименталните данни.

Технология на производство на прозрачен бетон

Както стана ясно, прозрачният бетон е съставен от финозърнест бетон и стъклени или полимерни оптични влакна, които му придават светлопроводими свойства. Логично е да допуснем, че армировка не бива да се използва, но малко по-натам ще видим, че това може да бъде преодоляно. Съставките на бетона са традиционните: обикновен портланд цимент, с клас по якост на натиск 42,5N или 52,5N и без други, по-специални изисквания към него, чист промит пясък с едрина на зърната, позволяваща преминаване през сито с отвори 1,18÷2,36mm (US-стандарт) и чиста вода.Оптичните влакна, които придават прозрачността на бетона, заемат между 4÷5% от обема. За да проведат светлината от едната до другата повърхност на бетона, влакната трябва да преминат през целия обект. Светлинният модел, който ще се получи на отсрещната повърхност, зависи от структурата на фибрите.

Процесът на производство на полупрозрачен бетон трябва да се възприема като смесване на два процеса - единият е смесването на цимент и вода, а другият е при смесване на матриците. Трябва да се работи с такава полимерна матрица, която да подобри способността на фибрите да се свързват и механичната якост. Най-предпочитани са два вида - епоксидна или поликарбонатна матрица. Всяка една, със съответния катализатор, допринася за доброто сцепление. Добавъчни материали, освен пясъка, са фибростъкло, силиций, колоиден силикагел и оптични фибри - фини стъклени или пластмасови нишки, които насочват светлината. Използват се влакна без никакви покрития, за да не се пречи на светлината да преминава през бетона. Могат да се влагат и различни добавки - пигменти, вещества против състаряване, за защита на повърхностите, за повишаване на твърдостта, за повишаване на пожароустойчивостта, за UV-защита и др. Ориентировъчно ще посочим, че якостта на натиск на полупрозрачния бетон с епоксидна матрица е 22МРа, а с поликарбонатна - 20МРа. Увеличаването на количеството оптични влакна позволява увеличаване на светлопропускливостта, но намалява якостта на натиск; обаче увеличаване на диаметъра на влакната увеличава якостта на натиск. Ще отбележим, без да навлизаме в подробности, че светлината, която преминава през бетона, не е право пропорционална на количеството фибри. Експериментите не спират, все още се търси оптималното съотношение.

Посоката на слоевете е успоредна на посоката на формоването. Изсушаването е ламинарно, т.е. нишките винаги са успоредни и в направление на отливането. Втвърдяването трае между 30÷50 дни. След това изделието се обработва по специална технология, за да се придаде на двете основни срещулежащи повърхности нужната гладкост и възможност за светлопреминаване. Прилага се и повърхностна обработка с различни материали, за да се получи ефект на импрегниране, най-често за увеличаване износоустойчивостта или за предпазване от замърсявания. Специфичната технология изисква производство в специализирано предприятие, при наличие на съответно оборудване и обучен персонал; не е възможно отливане на този бетон в кофражни форми на място, на строителната площадка.

След заготовката на плоскостта от прозрачен бетон нарязването може да стане с обикновена машина за рязане на строителни материали с диамантен диск. Размерите на отделните елементи са по поръчка на клиента. Блокчетата се поддават на допълнителна обработка - пробиване, разрязване, шлифоване и полиране. Отделните блокчета се слепват едно към друго най-често с лепило, на база епоксидна смола и кварцово брашно. Закрепването на панелите към стена става чрез специално разработени елементи, шпилки и анкерни болтове.

Производители

След като изделията Литракон се оказват сполучливи, и други производители започват да полагат усилия в разработки и нововъведения в технологията. Една от фирмите, която си сътрудничи много успешно с Литракон, е Фибробетон. Тази фирма налага своята версия на продукта за първи път на пазара в Турция, под името Fibro-Transbeton, а три години по-късно - и Fibro-Transbeton pXL. Въпреки новото търговско наименование, продукцията на Фибробетон не се отличава по качества и възможности за употреба от изделията на Литракон.

Други производители, които предлагат материал със същите свойства, са Florack Bauunternehmung GmbH, LBM EFO, LUCEM GmbH - Германия и Luccon Lichtbeton GmbH, Австрия. Те допълват набора изделия по различен начин. Например LUCEM комбинират панела с малки LED модули, фиксирани към профили-водачи или към цели пана. Тези профили или плоскости са пригодени за окачване към тях на панелите от полупрозрачен бетон. Оставяме на въображението да си представи какви картини биха могли да затрептят, ако LED лампичките са цветни. Италианският производител Italcementi S.p.A. предлага споменатия по-горе I.Light бетон.

Приложения

Litracon и Litracon pXL се използват в няколко области на дизайна и архитектурата, обикновено за луксозни сгради или за обекти, целящи специални внушения. Основните приложения на този материал са осветени фасадни и преградни неносещи елементи, полупрозрачни прозорци, подове, декоративни елементи, обзавеждане, дори елементи от градската среда - светещи тротоари, пейки, навеси, а защо не и статуи. Носещата способност на материала е достатъчна за тези приложения.

Едни от най-впечатляващите обекти са: Входната порта за музея Cella Septichora, Унгария, създадена от блокове Литракон с дебелина 100mm през 2006г.; Монументът на служителите, паднали за мира по време на изпълнение на служебните си задължения, издигнат през 2007г. в Халифакс, Канада - двете колони на арката са направени от бели блокове с дебелина 70mm и могат да бъдат осветени отвътре, а контрастът между традиционната стабилна арка и меката, извираща светлина дискретно ни напомня колко сме крехки и уязвими. Първото приложение на панелите Litracon pXL под формата на преградна стена в Милениум парк, Будапеща, през 2013г.; Забавните 12 броя пейки, разположени в самия център на Будапеща и светещи нощем, направени от панели Litracon pXL с дебелина 80mm през 2013г., и др.

Интересен е Градинският павилион, построен в Цюрих, Швейцария, през 2013г. Това е първата по рода си самоносеща сграда от полупрозрачен бетон. Целта е била да се създаде проста структура, която да осигурява подслон, но в същото време ненатрапчиво да позволява деликатно общуване с градината и слънчевата светлина. Полупрозрачният бетон е много подходящ - той дава възможност играта на сенки, светлина и движения отвън, където животът кипи в градината, да се усети отвътре и павилионът също да оживее. За да няма допълнителни носещи елементи, много задълбочено са разработени усилени панели Литракон pXL с дебелина 80mm и размери до 360х230cm. Отливането е от изключително значение, тъй като има много стриктно разположена армировка от неръждаема стомана, много гъста матрица от полупрозрачни РММА фибри, а дебелината на панелите е малка. Крайният резултат изглежда елементарен, но всъщност е проява на прецизност, техничност и инженерна мисъл. Пет полупрозрачни панела оформят пода, стените и покрива, като изненадата се крие в контраста между тежкия, твърд материал, който някак дава усещане за ефирност и лекота.

Макар засега приложенията да са по-скоро екстравагантни, отколкото практични, прозрачният бетон подтикна хората да мислят как да се възползват от новите възможности. Светещият тротоар е прекрасно градско удобство, но вече се търсят начини за използване и в станции на метрото, или за светещи неравности по пътното платно, или дори за светещи маршрути до огнище на пожар, ако захранването с електричество е прекъснато. Расте броят на ентусиастите, които вярват и работят за светлото бъдеще на полупрозрачния бетон.

Характеристики на прозрачния бетон

Тъй като съдържанието на частиците, осигуряващи прозрачността, е малко, прозрачният бетон има всичките предимства на традиционния бетон, но и огромния му недостатък - замърсяването на околната среда. Да погледнем най-напред предимствата. Бетонът е с много добри якостни показатели, пожароустойчив е, не е податлив на атаките на гъбички или насекоми, сравнително устойчив е на климатичните въздействия - дъжд, лед, слънце, понася добре удари от твърди или тежки предмети, има добра топлинна инертност и голяма въздухопропускливост. Наличието на оптични влакна придава на бетона съвременна визия и удивителни ефекти на прозрачност. Когато се използва за стени, фасадни или вътрешни, прозрачният бетон може да допринесе за по-малкия разход на електрическа енергия за осветление на интериора. И е напълно рециклируем.

Шири се схващането, че прозрачният бетон е много подходящ за фасади на т.н. "пасивни" къщи, защото можел да генерира слънчевите лъчи и да ги превръща в енергия. Със сигурност може само да се твърди, че финозърнестият бетон е с коефициент на топлопроводност λ=0,70W/m*K. При определяне на коефициента на топлопреминаване през даден елемент най-голямо влияние оказва именно коефициентът на топлопроводност λ. Ще пропуснем изчислителните доказателства, и ще посочим, че в практиката материали с коефициент λ<0,25W/m*K се приемат за топлоизолационни. Какво да кажем тогава за бетона, с неговия λ=0,70W/m*K? Той може да натрупва топлина заради обемното си тегло, но няма топлоизолационни свойства.