Светлопропусклив бетон: Оптичните нишки като строителен елемент

Това изглежда като обикновена бетонна стена.Ефектът зависи не само от броя на оптичните влакна. Значение имат диаметърът им, разстоянието между тях и дори ъгълът, под който пада светлината. Ефектът зависи не само от броя на оптичните влакна. Значение имат диаметърът им, разстоянието между тях и дори ъгълът, под който пада светлината.
На пръв поглед пред нас стои стандартна, масивна бетонна стена, излъчваща познатата сива хладина и плътност. В момента, в който зад нея светне лампа обаче, повърхността сякаш оживява – по нея изплуват множество сияйни нишки. Тази архитектурна илюзия е възможна без използването на стъкло или скрити отвори. Тайната се крие в милионите фини оптични нишки, вградени в структурата на бетона. Поради микроскопичния си размер те остават невидими през деня, но нощем пренасят светлинния поток през цялата дебелина на монолита, превръщайки тежкия строителен елемент в ефирен светлинен екран. 

Светлина през бетон

Името понякога подвежда. Светлопропускливият бетон не е прозрачен като стъклото и през него не може просто да се погледне към съседното помещение. Оптичните нишки по-скоро пренасят светлината от едната страна на елемента до другата, като всеки отделен сноп работи като миниатюрен светлопровод.

За да се получи този ефект, нишките трябва да преминават през цялата дебелина на бетонния елемент и да свързват двете му повърхности. Когато светлина попадне върху единия им край, тя се отвежда до другия. Ако част от светлината бъде преградена от предмет или човек, съответните нишки остават тъмни, докато останалите продължават да я пренасят. Така върху обратната повърхност могат да се появят зони на светлина и сянка, без през самата стена да се вижда като през прозорец.

Тъкмо тази среща между две на пръв поглед несъвместими свойства прави материала необичаен. Бетонът запазва тежестта и плътността на повърхността си, докато светлината преминава през него по предварително зададени линии.

Една идея от 2001 година

В основата на съвременния светлопропусклив бетон стои унгарският архитект Арон Лосонци. През 2001 година, докато следва следдипломна архитектура в Стокхолм, той започва да разработва материал, в който бетон и оптични влакна да бъдат събрани в един елемент. Година по-късно получава първия си патент, а през 2004 година основава компанията LiTraCon, чието име идва от Light-Transmitting Concrete.

При оригиналния LiTraCon Classic се използва фин бетон, през който преминават множество стъклени оптични влакна. Те са толкова малки спрямо масата на материала, че визуално се сливат с него почти както частиците на пълнителя. Отблизо могат да се забележат отделните светли точки, но когато няма източник на светлина зад стената, тя запазва познатия вид на гладък или полиран бетон.

Първите изделия се произвеждат като предварително изготвени блокове, а материалът бързо излиза извън лабораторията. През 2004 година от него е направена четириметровата инсталация Europe Gate по повод присъединяването на Унгария към Европейския съюз. Оттогава технологията намира място в архитектурни панели, интериорни стени, декоративни елементи и различни експериментални конструкции.

Оптичните нишки

При обикновения бетон сместа се излива в кофраж и след втвърдяването получаваме сравнително еднородна маса. При светлопропускливия вариант подготовката е значително по-прецизна. Оптичните нишки трябва да бъдат подредени така, че да преминават от едната страна на бъдещия елемент до другата, обикновено успоредно една на друга.

Около тях внимателно се полага фината бетонна смес, след което материалът се оставя да набере необходимата якост. Готовият елемент може да бъде разрязан и повърхностите му да се обработят, така че краищата на оптичните влакна да останат открити. Именно тези почти незабележими точки приемат светлината от едната страна и я отвеждат до другата.

Това обяснява и защо материалът най-често се среща като фабрично произведени блокове и панели, а не като бетон, който просто се излива на строителната площадка. Подреждането на огромен брой тънки влакна изисква точност, а тяхното количество, диаметър и разстоянието между тях влияят както върху светлопропускливостта, така и върху механичните свойства на готовия елемент.

Не е заместител на прозореца

Въпреки ефектните снимки терминът „прозрачен бетон“ не описва особено точно това, което виждаме. Материалът не предлага ясна гледка навън и не може да замести прозореца там, където е необходим визуален контакт с околната среда. Той пропуска светлина, но запазва усещането за затворена бетонна повърхност.

Това отваря други възможности. Във вътрешна стена дневната светлина от съседно пространство може да се появи като меко сияние. При фасаден панел разликите между осветени и засенчени участъци отвън могат да се пренесат като светлинен рисунък по вътрешната повърхност. След залез ефектът се обръща и осветеното помещение започва да изпраща светлина навън през бетона.

Оптичните влакна могат да пренасят не само естествена, но и изкуствена светлина, затова светлопропускливи елементи се разработват за фасади, преградни стени, стълбища, настилки и различни интериорни решения. Изследванията разглеждат и възможността част от дневната светлина да бъде използвана за намаляване на необходимостта от изкуствено осветление, макар реалният ефект да зависи силно от площта, ориентацията и количеството оптични влакна.

Цената на светлината

Ако технологията изглежда толкова проста, възниква логичният въпрос защо не виждаме светлопропусклив бетон по всяка нова фасада. Причината е, че зад привидно простата идея стои трудоемко производство.

При класическата технология влакната трябва да бъдат подредени с голяма точност, което увеличава времето и цената на всеки елемент. Съотношението между бетон и оптични влакна също не може да се променя безкрайно. Повече влакна означават повече светлина, но могат да повлияят на здравината и поведението на материала, а въпросите за дълготрайната работа на връзката между влакната и циментовата матрица продължават да бъдат предмет на изследвания. Именно производството, цената, механичните характеристики и дълготрайността са сред причините материалът все още да остава сравнително рядък в масовото строителство.

Самият Лосонци по-късно разработва и LiTraCon pXL, при който вместо множеството фини оптични влакна се използват специално оформени пластмасови светлопропускливи елементи. Те се подреждат като пиксели и позволяват производството на значително по-големи панели, както и създаването на надписи и фигури върху бетонната повърхност.

Когато светлината стигне до другата страна

Ефектът на светлопропускливия бетон се появява само когато има достатъчна разлика в осветеността между двете страни. При силен източник на светлина отделните оптични нишки пренасят малки светли точки през цялата дебелина на елемента, докато засенчените участъци остават тъмни.

Оптичните нишки не правят стената невидима и не превръщат бетона в стъкло. Те просто дават на плътния материал възможност да пренася светлина през себе си по точно определени пътища – свойство, което обикновено не свързваме с бетонна стена.