“唯美”混凝土试验研究

夏世杰，李维维，代 旭，王代花，胡武威，陈先婷，蒋贵涛，吴 萌

(贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550025)

1 引言

随着我国经济的快速发展，工业化和城镇化的快速推进，一座座高楼拔地而起，将人们置身于“楼井”之中。混凝土只是被用于结构材料，人们对混凝土的认识还是冷漠和缺少人情味，而材料自身被掩藏在各种装饰材料的表皮之下，混凝土在审美方面的价值与魅力几乎被忽略[1]。德国建筑师魏德林格说：“形式的美不是靠涂脂抹粉的手段得到的，而是从材料和结构的本质中产生出来的”[2]。混凝土是一种“诗意”的材料。改革开放30余年来社会财富和文化的积累，人们已进入“观念”消费层面[3]，对美的追求与时俱进，人们开始听从内心的呼唤，追求本质的美。混凝土艺术就是这种趋势的产物。同时，每年废弃的堆积如山的建筑垃圾(图1、图2)的处理也成为世界性的环境难题。

图1 建筑垃圾

自混凝土发明以来，混凝土材料在全世界范围内已经有了长足的发展，特别是在国外，混凝土无论在技术

图2 废弃的加气混凝土块

上还是艺术上都已获得了巨大的成功[1]。早在1952年[5]，法国建筑设计师勒·柯布西耶就为马赛公寓创作了Nemoz照明灯[4]，是与葡萄牙艺术家aadirafonsd合作完成的。飞碟型混凝土吊灯aplomblarge[5]，由意大利工匠制作，采用了手工制作混凝土的独特技巧。近几年里，混凝土材料作为一种新的潮流，在艺术设计领域里占有越来越重要的地位，相继出现在箱包、服饰、文件、电器、雕塑等领域。如，Lavazza概念咖啡机、KANBAN边桌、Hult设计工作室设计的一款蓝牙音响[6]。在国内，对于混凝土的研究大部分还停留在将材料用于结构功能，对于材料本身艺术性表达方面的研究起步较晚。直到1997年[7]，北京市设立了“结构长城杯”工程奖，才推广了清水混凝土技术。2000年前后，清水混凝土技术日趋成熟。近些年，混凝土材料在艺术表现方面的研究涌现出来。吴翟等[8]研究了改性混凝土茶几面板的制作流程和成型工艺；姚源等[9]结合装饰混凝土工艺品实践，从改善装饰混凝土工艺品的外观质量、耐久性的角度研究了装饰混凝土的原材料、配合比和成型养护方法；曹美婷和刘文海[10]从清水混凝土材料出发，研究了清水混凝土在灯具设计中的应用。

为了挖掘混凝土材料的内涵和美学品质，发挥混凝土可塑性的艺术表现力，以及达到节能减排、保护环境的目的，本文利用废弃的加气混凝土砌块作为再生细骨料，与水泥、粉煤灰、硅灰和石粉一起拌制成型，再利用废弃的矿泉水、饮料等塑料瓶、废弃的毛巾、布料等制成模具，研制出一种能体现混凝土艺术美的“长筒艺术吊灯+花篮台灯+随想花盆”，三者相互搭配，借助灯光及背景的效果，将混凝土自身的真实美融入环境创意中，即“唯美”混凝土。这样的混凝土，给人的感觉不再是冷冰冰，而是温馨、惬意、充满无限遐想的唯美空间。“唯美”混凝土的制作不仅能消纳建筑垃圾、塑料瓶、废弃的毛巾、布料等，减轻环境负荷，保护生态环境，达到节能减排的目的；更重要的是，有助于人们全面了解和探索混凝土的内涵，挖掘混凝土自身的美学品质，改变人们对混凝土的常规印象，让混凝土以流行美的形象展示在人们面前。

2 试验研究

2.1 原材料及最佳配合比设计

2.1.1 原材料

(1)水泥。试验所用水泥为普通硅酸盐水泥P·O42.5，其化学成分和力学指标如表1、表2所示。

表1 水泥化学成分(质量分数)

(2)骨料。骨料来源于废弃的加气混凝土块，经过粉碎、磨细，加工成再生细骨料。

表2 水泥物理力学性能

2.1.2 最佳配合比设计

2.1.2.1 研究目标

为了能保证正常拆模时不至损坏作品，使作品的自身质感与设计的艺术相结合，混凝土制品表面光滑平整，整体线条流畅，本文作品的研究目标为：混凝土试块28 d龄期的抗折强度为5.0～6.0 MPa、抗压强度为20～30 MPa；能表达混凝土艺术表现力的混凝土制品，如吊灯、台灯、花盆等各个制品相互搭配，融入环境氛围，体现混凝土的“唯美”，塑造温馨、惬意、充满无限遐想的唯美空间。

在混凝土配合比设计中，采用的原材料分别为：水、水泥、硅灰、粉煤灰、石粉、再生细骨料等。其中，水泥为白色硅酸盐水泥(P·W42.5)，粉煤灰、硅灰和石粉的掺量分别为胶凝材料用量的20%、10%和10%，骨料来源于废弃的加气混凝土块，经过粉碎、加工成再生细骨料(骨料粒径0.60 mm以下)。混凝土制品的制作、养护均参照《普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)》执行。

2.1.2.2 细骨料的掺量对混凝土强度的影响

本试验测试了细骨料的掺量对混凝土试块(40 mm×40 mm×160 mm的标准试件)7d和28d抗折强度和抗压强度的影响。试验配合比及其试验结果见表3。图3为拆坏了的混凝土制品，图4为使用水泥压力试验机正在进行的试块抗压强度试验。

表3 试验配合比及其试验结果(W/B=0.35)

注：“W”表示单位用水量；“C”表示单位水泥用量；“F”表示单位粉煤灰用量； “H”表示单位硅灰用量；“S”表示单位石粉用量；“G”表示单位再生细骨料用量

图3 拆坏了的混凝土制品

图4 试块抗压强度试验

从表3可以看出，其他条件不变时，随着细骨料用量的减少，混凝土试块7 d和28 d的抗折和抗压强度均呈增大趋势。其中，除了编号X1的配合比28 d的抗折强度不满足要求外，其余均满足强度要求。但强度太高会导致混凝土自重增大，使得混凝土制品过于重，影响使用。因此，综合考虑抗折和抗压强度及其外观质感，最终确定混凝土的最佳配合比为：编号X2，水胶比0.35，再生细骨料用量为500 kg/m3。

以同样的研究思路，进行花盆的最佳配合比试验。在试验过程中发现，若石粉掺入过多，花盆容易开裂，粉煤灰的掺入会降低花盆的早期强度，再生细骨料会影响花盆的光滑度和流畅度。因此，最终花盆的最佳配合比为：水∶水泥∶硅灰=0.42∶1∶0.05，水胶比0.40。

2.2 模具制作及成品展示

2.2.1 模具制作

模具是使混凝土艺术品成型的结构，模具材料的选择与制作直接关系到设计产品最后能否成型及成型质量。混凝土艺术品模具以不同材料组合制作，以达到设计需要的造型及表面效果。模具制作是本文研究作品能否达到预期效果的关键所在。目前能购买到的模具多为烟灰缸、常规花盆等的硅胶模具，且造型有限，无法达到本作品的预期效果。同时，为了达到节能减排、保护环境的目的，本团队制作模具所用的材料主要有废弃的矿泉水、饮料等的塑料瓶，废弃的毛巾、布料、编织袋和纸壳等，在创作出混凝土艺术品的同时，使这些废弃物重新得到利用，其自身价值再次得以提升。模具制作过程的部分图片如图5～10所示。

图5 收集大小塑料瓶

图6 台灯底座模具制作

图7 台灯上部造型的模具制作

图8 台灯模具制作

图9 台灯模具制作

图10 吊灯模具制作

2.2.2 成品展示

经过成型、养护、拆模后的混凝土工艺品的成品如图11～13所示。为了体现混凝土的艺术表现力，增添人们对混凝土的无限遐想，3个工艺品分别取名为“长筒艺术吊灯、随想花盆、花篮台灯”。如图14～16所示。

图11 吊灯灯具成品

图12 花盆成品

图13 台灯成品

图14 长筒艺术吊灯

图15 随想花盆

图16 花篮台灯

3 作品效果展示

将这些作品相互搭配，借助灯光效果，融入环境氛围，增强混凝土艺术品的视觉效果，感受混凝土的力量感、纯粹感和素洁感，塑造温馨、惬意、充满无限遐想的“唯美”混凝土空间(图17)。

本文研制的“唯美”混凝土，是名副其实的绿色混凝土，不需要涂料、饰面等化工产品的装饰。其与木制品、塑料制品相比，其本身就是一种低耗能、低污染的材料，并且可以作为建筑垃圾回收再利用；同时，与铝制品、钢制品等相比，其质朴的美感给人以真实的感觉，且价格低廉，经济优势明显。若用混凝土代替木制品、塑料制品、铝制品、钢制品等，应用于公园中的长椅、草坪灯具、路灯灯具、园林绿化灯具等的制作，或是用于特殊造型的室内家具、舞台布景、展示空间等领域，与环境融为一体，既具艺术美，又有生态美。

4 结语

研制的“花篮台灯”、“随想花盆”已向国家知识产权局递交专利申请并受理。“唯美”混凝土的研制，是将混凝土与艺术相结合，体现混凝土的内涵与美学品质，改变人们对混凝土的常规印象。同时，塑料瓶等生活垃圾以及建筑垃圾的回收再利用，减少环境污染，促进人与自然的和谐发展。混凝土工艺品具有广阔的应用和研究前景，由于目前该领域的研究相对较少，可提供的参考资料不多，混凝土工艺品还需要进行更多更深入地研究。

(a)

(b)

(c)

(d)图17 “唯美”混凝土空间