الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء

ما هي الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء؟

الخرسانة هي أكثر مواد البناء استخدامًا في العالم. ومع ذلك، يعمل الباحثون والمصنعون معًا لإنتاج أنواع مختلفة من الخرسانة لتحسين الجودة الشاملة والقيمة الاقتصادية للبناء. نتيجة لذلك، اكتسبت الخرسانة الشفافة شعبية في العديد من الصناعات في جميع أنحاء العالم. كمواد بناء موفرة للطاقة وصديقة للبيئة، يتم الآن استخدام الخرسانة الناقلة للضوء أو الخرسانة الشفافة بشكل متزايد في الهندسة المعمارية الجميلة والكسوة الداخلية.

تعتمد الخرسانة الشفافة على مفهوم بصريات النانو، حيث تعمل الألياف الضوئية كفتحات لنقل الضوء من جانب واحد من السطح إلى آخر. تنتشر هذه الألياف الضوئية بالتساوي عبر الخرسانة وتكون مرئية على جانبي الكتلة. بينما تتشكل الأنماط على جانب واحد من السطح، فإنّها تظهر كخطوط خارجية مظللة عبر الخرسانة. يتم تحقيق الخرسانة الشفافة أيضًا باسم الخرسانة الشفافة أو الخرسانة الناقلة للضوء عن طريق استبدال الركام بمواد بديلة شفافة.

قد تكون مادة الترابط في الخرسانة الشفافة قادرة على نقل الضوء باستخدام الراتنجات الشفافة لمزيج الخرسانة. كما تستخدم الألياف الضوئية والخرسانة الناعمة كخرسانة شفافة. تم تطوير الخرسانة الشفافة في الأصل في عام 2001 من قبل المهندس المعماري المجري أرونلوسونزي باستخدام الألياف الزجاجية. يتم إنتاج الخرسانة الشفافة بخلط 4% إلى 5% بالحجم من الألياف الضوئية في خليط الخرسانة. هذه الخرسانة لها وزن أقل مقارنة بالخرسانة الأصلية.

الخرسانة الشفافة ليست شفافة تمامًا، لكن مادة البناء الجديدة تعتمد على الألياف الضوئية لنقل الضوء من خلالها مع الاحتفاظ بالكثافة التي جعلت الخرسانة حرفياً حجر الزاوية للمباني حول العالم. تشكل خيوط الألياف، التي تجذب وتنقل الضوء الطبيعي والاصطناعي، حوالي 5 في المائة من حجم سطح كتلة الخرسانة الشفافة.

يتم خلط الألياف بمكونات الخرسانة التقليدية (الماء والرمل والأسمنت) ويتم توزيعها بالتساوي في جميع أنحاء السطح. من خلال الألواح الشفافة الناتجة، يمكن للمشاهد أن يرى بوضوح الخطوط العريضة لجسم ما على الجانب الآخر من الخرسانة. على الرغم من هذا الوضوح، إلا أن الخرسانة الشفافة تحتفظ بجودتها القوية المقاومة للتصدّع والحمل.

مواد الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء:

يتم تصنيع الخرسانة الشفافة باستخدام مزيج من الألياف البصرية والخرسانة الدقيقة. تمتزج هذه الألياف في الخرسانة مثل أي مجاميع أخرى. يمكن لهذه الألياف الضوئية أن تنقل الضوء من المصادر الطبيعية والاصطناعية إلى المساحات المغلقة بألواح الخرسانة الشفافة. السبب الرئيسي لاستخدام الألياف الضوئية في الخرسانة هو أنها يمكن أن تنقل الضوء حتى بزاوية سقوط أكبر من 600.

تتكون الألياف الضوئية من ثلاث طبقات تسمّى الطبقة الأساسية والغطاء والعازل أو الغلاف. ينتقل الضوء عبر قلب الألياف الضوئية. يتم تصنيع الخرسانة الشفافة باستخدام مواد دقيقة فقط. لا تحتوي على مجاميع خشنة. يمكن أن تتمتع هذه الخرسانة بمقاومة الانضغاط للخرسانة عالية القوة حوالي 70 ميجا باسكال (10000 رطل لكل بوصة مربعة).

1. الأسمنت: نظرًا لأن الألياف الضوئية هي المسؤولة فقط عن نقل الضوء، فلا يوجد أسمنت خاص مطلوب. لذلك، يتم استخدام الأسمنت البورتلاندي العادي للخرسانة الشفافة.
   
2. الرمل: نظرًا لأن الخرسانة الشفافة يتم تصنيعها فقط باستخدام مواد دقيقة، يجب أن يمر حجم الرمل عبر منخل 1.18 مم. يجب أن يكون الرمل خاليًا من أي شوائب مثل النباتات والأحجار الكبيرة وما إلى ذلك.
   
3. الماء: يجب أن تكون المياه المستخدمة في الخرسانة الشفافة ذات جودة مياه شرب وخالية من أي شوائب.
   
4. الألياف الضوئية: الألياف الضوئية في حدود 4 إلى 5% من حيث الحجم تستخدم للخرسانة الشفافة. يمكن أن يتنوع سمك الألياف الضوئية بين 2 ميكرومتر و 2 مم لتناسب المتطلّبات الخاصة بنقل الضوء.
   

مزايا الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء:

الميزة الرئيسية للخرسانة الشفافة هي قدرتها على نقل الضوء. هناك، يمكن استخدامه لإنشاء المباني الخضراء. نظرًا لأنه يمكن أن ينقل الضوء من المصادر الطبيعية والاصطناعية، يمكن أن يحتوي المبنى على عدد أقل من الأضواء لتلبية الطلب على الإضاءة. وبالتالي توفير تكلفة الطاقة الضخمة. تستخدم الخرسانة الشفافة ضوء الشمس كمصدر للضوء بدلاً من الطاقة الكهربائية وتقلّل من استهلاك الطاقة. يمكن أيضًا استخدام هذه الخرسانة في البلدان الباردة لنقل الحرارة بأشعة الشمس.

تاريخ موجز للخرسانة الشفافة والناقلة للضوء:

يعود مفهوم الخرسانة الشفافة إلى أوائل القرن العشرين، عندما أدّت التطورات الرئيسية في مجال الألياف الضوئية القائمة على البوليمر إلى تطويرها. على الرغم من أن فكرة نقل الضوء للخرسانة كانت موجودة منذ سنوات، فقد تم تقديم المفهوم الفعلي للخرسانة الشفافة من قبل المهندس المعماري المجري، آرون لوسونزي في عام 2001. كشركة رائدة في الخرسانة الشفافة، تمكنت (Losonczi) من إنتاج أول كتلة خرسانية شفافة بنجاح في غضون عامين من طرح الفكرة. كانت تسمّى هذه المادة الجديدة (LiTraCon) (اختصار للخرسانة الخفيفة)، وسرعان ما أصبحت شائعة في دول مثل إيطاليا وألمانيا وحتى الصين.

كيف يتم تصنيع الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء؟

تصنع الخرسانة الشفافة من خلال الجمع بين مادتين رئيسيتين، الخرسانة الناعمة (مع الأسمنت والركام مثل الرمل) والألياف الضوئية. تحل هذه الألياف الضوئية محل الركام الخرساني الآخر، وتوصل الضوء من المصادر الاصطناعية والطبيعية حتى بزاوية سقوط تزيد عن 60 درجة. توجد ثلاث طبقات مختلفة في الألياف الضوئية وهم، الطبقة العازلة والكسوة واللب، وينتقل الضوء عبر اللب.

تشبه عملية تصنيع الخرسانة الشفافة عملية تصنيع الخرسانة التقليدية، يكمن الاختلاف الوحيد في إدخال ألياف ضوئية بنسبة 4% – 5%، بناءً على الحجم، في الخليط. على وجه التحديد، تتضمن العملية إضافة طبقة من الألياف إلى القالب بدلاً من ذلك، فوق طبقات صغيرة من الخرسانة على فترات من 2 مم إلى 5 مم. كلما كانت الطبقة أرق وأصغر، زاد الضوء الذي يسمح لها بالمرور.

نقطة مهمّة يجب ملاحظتها هي أن الخرسانة الشفافة لا تحتوي على ركام خشن لأنها تتلف خيوط الألياف وتمنع الضوء من المرور عبر الكتلة الخرسانية. ويفضل أيضًا استخدام الأسمنت سريع الإعداد عند تحضير خليط الخرسانة، يضاف الطين الحرفي أيضًا كقاعدة للألياف الضوئية لتثبيتها في الخرسانة. علاوة على ذلك، نظرًا لأن الخرسانة الشفافة هي شكل من أشكال الخرسانة مسبقة الصب، يتم تقطيع المادة إلى كتل أو ألواح وصقلها وإرسالها للاستخدام.

تطبيق الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء في صناعة البناء:

بالمقارنة مع الخرسانة التقليدية، فإنّ استخدام الخرسانة الناقلة للضوء ليس منتشرًا على نطاق واسع. ومع ذلك، فقد تم استخدامه في عدد من المعالم والمباني المعمارية الجميلة كمادة للواجهة. الكتل الخرسانية الشفافة مناسبة للأرضيات والأرصفة، وتستخدم أيضًا في السلالم والمكاتب. بخلاف ذلك، يتم استخدام الخرسانة الشفافة في الجدران الفاصلة والأبواب والألواح وما إلى ذلك، وتضيف إلى جمال الداخل من خلال إضاءة المنطقة خلال النهار. بالإضافة إلى إضاءة الأماكن المظلمة أو المناطق الخالية من النوافذ مثل الطوابق السفلية، يتم استخدامه لبناء الأرصفة والمطبات التي تضيء في الليل وتوفر المزيد من الأمان للمشاة وحركة المرور على جانب الطريق.

أمثلة على استخدام الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء:

على الرغم من أن استخدام الخرسانة الشفافة ليس منتشرًا على نطاق واسع، إلّا أن هناك عددًا قليلاً من المشاريع التي استخدمتها لإنشاء هياكل رائعة. تُعد البوابة الأوروبية، التي تم بناؤها عام 2004 كنصب تذكاري للاحتفال بانضمام المجر إلى الاتحاد الأوروبي، أحد أكثر المعالم شهرة في البلاد نظرًا لجودة نقل الضوء فيها. مثال حديث آخر هو مكتبة مدينة شتوتغارت في ألمانيا. تم تصميم الهيكل من قبل (Yi Architects)، وهو مشهور في جميع أنحاء العالم بسبب شكله المكعب وسقفه الشفاف الذي يسمح للضوء الطبيعي بإضاءة المنطقة.

مستقبل الخرسانة الشفافة والناقلة للضوء كمواد بناء:

تسمح الخرسانة الشفافة بمرور ما يكفي من الضوء لجعلها مادة قابلة للتطبيق لتقليل استهلاك الطاقة. وبالتالي، يمكن استخدامه كبديل صديق للبيئة للخرسانة التقليدية في المستقبل القريب. بخلاف مزاياها الاقتصادية والبيئية، تجعل الخرسانة الشفافة العمارة أكثر جاذبية من الناحية البصرية وتزيد من القيمة الجمالية الإجمالية للهيكل. ومع ذلك، على الرغم من مزاياها المختلفة، إلّا أن هناك بعض القيود على استخدامها في المشاريع الكبيرة الحجم.

نظرًا لأن الألياف الضوئية مادة باهظة الثمن، فإنّ إنتاج الخرسانة الشفافة يُعد مكلفًا مقارنة بالخرسانة التقليدية. سبب آخر لعدم قدرة الخرسانة الشفافة على استبدال الخرسانة التقليدية بشكل كامل هو نقص الخبرة. يتطلّب ضخ الألياف الضوئية في المزيج الخرساني عمالة ماهرة، ولكن لا يعرف الكثير من الناس هذه التقنية. من الآمن القول، لكي تصبح الخرسانة الشفافة بديلاً قابلاً للتطبيق، يجب على الباحثين إيجاد طرق اقتصادية لتصنيعها.

توقع العديد من الخبراء أن الخرسانة الشفافة يمكن أن تحدث تغييرًا إيجابيًا في السوق ككل وأن تصبح بديلاً اقتصاديًا وصديقًا للبيئة للخرسانة التقليدية. نتيجة لذلك، يعمل المصنعون الآن بجد لتطوير الخرسانة الشفافة بتكلفة أقل، بحيث يمكن أن تصبح بديلاً ميسور التكلفة لكل من المشاريع التجارية والسكنية.