水泥基透光材料(LTCM)是一种全新的透光材料,大量的光纤以一定空间排列组合方式埋入水泥基体材料中,作为传输光线的导体以实现水泥混凝土透光传像等效果。其具有良好的透光性能、结构性能和多变的装饰效果,在促进建筑照明节能、建筑装饰领域具有广阔的应用前景。课题在大量试验研究和理论分析的基础上,提出了水泥基透光材料的材料优选方法及制备工艺,并对其综合性能进行了研究,具体研究内容和成果如下: 对LTCM的组成和光纤选用进行了研究,制备了以硅酸盐水泥及硫铝酸盐水泥为基体的高强自密实水泥净浆和砂浆;研究了光纤的空间结构分布的设计方法;提出了LTCM的多种制备工艺:光纤平行排列法制备技术、纺织光纤制备技术和特殊设计透光形式制备技术及其它三种制备透光水泥基材料的方法。 研究表明:加入减水剂和消泡剂,辅以活性矿渣,控制集料粒径,可研制出高流态、自密实、低吸湿性、高强度的硅酸盐水泥基体材料及具有微膨胀性的硫铝酸盐水泥基材料;聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)质光纤,其透光性能和力学性能均优于玻璃质多模光纤;应用纺织光纤技术将有机光纤纺织成为3D、2D或单层光纤织物辅以特制模具,可实现光纤空间结构设计;固定好预制纤维空间网络结构后,灌注水泥基体材料,制备出具有设计透光形式的LTCM。 对具有不同纤维体积分数、空间网络结构形式和水泥基体的LTCM的综合性能与微结构进行了研究。研究表明:LTCM比纯水泥基体的抗压强度有所降低,且使用3D光纤织物的抗压轻度较2D有所提高;透光率随着芯纤直径和光纤掺量的增加而提高,随着光源和试块之间距离的增加而减小。微观结构表明:玻璃质多模光纤和PMMA质光纤的断面均呈圆形,内部为芯纤,外部为保护芯纤的包层,但PMMA质光纤的外部包层比玻璃质多模光纤的要薄,且光纤断面比玻璃质光纤断面平整,其透光率远高于玻璃质多模光纤。 对LTCM的耐久性及其对透光性能的影响进行了研究。在80℃水浴条件下进行了短期加速老化试验,PMMA光纤老化前后红外光谱分析表明:老化后LTCM透光性能的衰减主要是由PMMA芯材受到高温和潮湿引起的热老化导致,同时光纤的折射率受温度和水分的影响也增加了光纤能量的损耗。应用MATLAB,建立了LTCM透光性能的模拟与预测模型,所编程序的模拟结果与试验测试结果趋势相同。