ПРОЗРАЧНЫЙ БЕТОН: ЭВОЛЮЦИЯ СОСТАВА, ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В УСТОЙЧИВОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

TRANSPARENT CONCRETE: EVOLUTION OF COMPOSITION, PRODUCTION TECHNOLOGY, AND PROSPECTS FOR SUSTAINABLE CONSTRUCTION

Lisitsyn Mikhail Viktorovich

Student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Glazkova Ekaterina Vasilyevna

Student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Movsisyan Alen Marzpetovich

Student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Platonova Galina Igorevna

Student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

Прозрачный бетон представляет собой не только декоративный материал, но и функциональный элемент энергоэффективных зданий, способный снижать потребность в искусственном освещении.

ABSTRACT

Transparent concrete is not only a decorative material, but also a functional element of energy-efficient buildings that can reduce the need for artificial lighting.

Ключевые слова: светопроводящий бетон, оптоволокно, композиционные материалы, энергоэффективность.

Keywords light-conducting concrete, fiber optics, composite materials, and energy efficiency.

Введение

Прозрачный бетон: эволюция состава, технологии производства и перспективы применения в устойчивом строительстве.

На протяжении тысячелетий человечество стремилось максимально использовать естественное освещение в архитектуре. В эпоху, когда ископаемое топливо остается основным источником энергии, особую актуальность приобретают материалы, позволяющие снизить энергопотребление зданий.

1. История возникновения и эволюция материала.

1.1 Первые разработки и коммерциализация

Первое научное исследование светопроводящего бетона датируется 2005 годом, а в 2007 году на ежегодной конференции Канадского общества гражданского строительства были представлены результаты изучения оптических и механических свойств материала с использованием полистирольных оптических волокон.

2. Состав и структура материала

2.1 Компоненты базовой матрицы

Прозрачный бетон представляет собой композиционный материал, состоящий из двух основных компонентов: мелкозернистой бетонной матрицы и светопроводящих элементов. В отличие от обычного бетона, в составе прозрачного, как правило, отсутствует крупный заполнитель, который мог бы повредить оптические волокна или препятствовать прохождению света.

Базовая рецептура включает следующие компоненты:

• Портландцемент высокого качества;
• Мелкий кварцевый песок фракцией 2-3 мм;
• Вода;
• Пластификаторы для улучшения формуемости и снижения водоцементного отношения;
• Светопроводящие элементы.

2.2 Светопроводящие элементы

Основным материалом, обеспечивающим светопропускание, служит оптическое волокно диаметром от 0,25 до 2 мм. Объемная доля светопроводящих элементов обычно не превышает 4-5% от общего объема материала. Принцип действия основан на эффекте полного внутреннего отражения: попадая на торец волокна, свет многократно отражается от стенок и выходит с противоположной стороны независимо от толщины блока

3. Технология производства

3.1 Принципиальная схема

Производство прозрачного бетона принципиально отличается от технологии обычного бетона, поскольку не допускает заливки в опалубку на строительной площадке. Изделия изготавливаются в заводских условиях методом послойного формования. Технологический процесс включает следующие этапы:

1. Приготовление мелкозернистой бетонной смеси;

2. Подготовка формы с фиксирующими элементами для позиционирования волокон;

3. Укладка первого слоя смеси толщиной 0,5-1 см;

4. Укладка и фиксация оптических волокон;

5. Выдержка до схватывания;

6. Повторение операций до заполнения формы;

7. Извлечение изделия и его механическая обработка.

Ключевая сложность технологии — обеспечение строго параллельной ориентации волокон и их фиксация в процессе укладки. Волокна должны проходить через всю толщину изделия без изломов и переориентации.

4. Физико-механические и оптические свойства

4.1 Прочностные характеристики

Прозрачный бетон сохраняет высокие прочностные показатели, сопоставимые с традиционным бетоном.

Важно отметить, что введение оптического волокна оказывает армирующее действие, в некоторых случаях даже повышая отдельные показатели по сравнению с обычным бетоном. Однако при значительном увеличении объемной доли волокон (более 5-10%) прочность может снижаться из-за нарушения целостности матрицы.

4.2 Светопропускная способность

Светопропускание прозрачного бетона зависит от нескольких факторов: объемной доли волокон, их диаметра, характера распределения и толщины изделия. Исследования показывают, что максимальная светопропускная способность достигает около 10% от мощности источника света. При использовании крупных PMMA-стержней диаметром до 20 мм с объемным содержанием до 30% удается достичь более высоких показателей пропускания, пропорциональных объемной доле стержней.

Важная особенность материала — независимость светопропускания от толщины блока благодаря волоконно-оптическому принципу передачи света. Световолокно способно проводить свет на расстояние более 20 метров. При этом свет передается без изменения спектрального состава — как белый, так и цветной свет проходит через образцы без изменений.

4.3 Термические свойства и энергоэффективность

Прозрачный бетон демонстрирует существенно более низкую теплопроводность (0,1-0,2 Вт/(м·°С)) по сравнению с обычным бетоном (1,0-1,5 Вт/(м·°С)) . Это свойство в сочетании со светопропусканием создает уникальный эффект: материал пропускает свет, но задерживает тепло, что позволяет снижать затраты не только на освещение, но и на кондиционирование помещений.

4.4 Огнестойкость

Прозрачный бетон получил высшую оценку по классу пожаростойкости согласно европейскому стандарту DIN EN 13501-1 — класс A1. Это делает его безопасным для применения в любых типах зданий и сооружений.

5. Архитектурно-строительное применение

Сфера использования прозрачного бетона постоянно расширяется. Основные направления включают:

• Фасадные системы
• Внутренние перегородки
• Элементы благоустройства;
• Лестничные конструкции и перила;
• Столешницы и барные стойки;
• Подсветка бассейнов и других гидротехнических сооружений;
• Промышленные полы с подсветкой.

5.2 Инфраструктурные применения

Прозрачный бетон находит применение не только в зданиях, но и в объектах транспортной инфраструктуры:

• Тротуары и пешеходные дорожки;
• Тоннели;
• Лестничные марши;
• Элементы дорожной разметки со световозвращением.

6. Экономические аспекты и рыночные перспективы

Основным барьером для широкого внедрения прозрачного бетона остается высокая стоимость. Она обусловлена сложностью и трудоемкостью производства, высокой ценой оптического волокна, а также низкой автоматизацией процессов.

Заключение

Прозрачный бетон представляет собой уникальный инновационный материал, успешно сочетающий несущую способность традиционного бетона с эстетическими и функциональными свойствами светопропускающих сред.

Современные исследования демонстрируют значительный потенциал развития материала.

Список литературы:

1. Свет сквозь стены // Строительная газета. 2017. Экспертный раздел.
2. Production, Thermal, Durability, and Mechanical Properties of Translucent Concrete and Its Applications in Sustainable Construction: A Review // MDPI Buildings. 2025. Vol. 15(18). P. 3314.
3. Прозрачный бетон // АО "Национальный центр Экспертизы и Сертификации". 2021.
4. Nguyen M.H., Pham Q.D., Nguyen M.T., et al. Experimental investigation of the novel functions of polymethyl methacrylate-core concrete in light transmission and electromagnetic spectrum modification // Journal of Building Engineering. 2025.
5. Бикбаева Н.А., Лустина О.В., Купчеков А.М. Прозрачный бетон // Молодой ученый. 2016. № 17 (121). С. 19-21.
6. Light Transmitting Concrete with Glass and Optical Fibers: A Solution for Sustainable Buildings - A Review // Mechanics of Composite Materials. 2025. Vol. 61(4). P. 785-806.
7. Study on the New Preparation Method and Properties of Green Self-Compacting Transparent Concrete // Springer. 2024.
8. Светопрозрачный бетон (литракон) своими руками // Бетонпедия. 2019.
9. Randomly distributed optical fibers in translucent mortar for privacy-preserving light transmission and digital image reconstruction // Scientific Reports. 2026. Vol. 16. P. 2454.
10. Глек Е. Просвечивать сквозь бетон // Строительная газета. 2025. №34.