紫外线辐射对透光混凝土光传输性能影响的初步研究及其在可持续建筑中的应用

为应对气候变化和建筑节能需求，研究人员针对透光混凝土(LTC)在紫外线(UV)辐射下的耐久性问题展开研究。通过加速UV暴露实验结合FTIR、UV-VIS光谱和SEM分析，发现1小时UV辐射可诱导PMMA光纤表面平滑化和致密化，使1.0 mm直径光纤透光率提升。该研究为LTC在建筑立面的应用提供了关键参数选择依据，成果发表于《Journal of Cleaner Production》。

　　

在全球气候变暖与节能减排的背景下，建筑行业正积极探索创新材料以减少碳排放。透光混凝土(Light-Transmitting Concrete, LTC)作为一种革命性的绿色建材，通过嵌入聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)光学纤维实现光线传导，既能降低建筑照明能耗，又能提升美学价值。然而当这种材料应用于建筑外墙时，其核心组件PMMA光纤将长期暴露于太阳紫外线(Ultraviolet, UV)辐射中。尽管PMMA在材料科学领域被认为具有UV耐受性，但实际应用中仅光纤端面直接接触阳光的特殊暴露条件，使得传统聚合物薄膜的研究结论难以直接适用。更关键的是，UV辐射可能引发PMMA分子链断裂(chain scission)或交联(crosslinking)两种相反效应，前者会导致材料劣化，后者反而可能提升性能——这种矛盾现象使得LTC在实际应用中的光学耐久性成为亟待解决的科学问题。

针对这一技术瓶颈，马来西亚理工大学(Universiti Teknologi Malaysia)的研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表了创新性研究。他们采用多尺度分析方法，通过模拟太阳光谱的加速UV暴露实验，系统研究了不同直径PMMA光纤(0.75 mm、1.0 mm、2.0 mm)嵌入LTC后的光学性能演变规律。研究发现短时UV辐射会引发意想不到的"表面优化效应"：1小时暴露后，PMMA光纤表面发生选择性氧化和致密化而非分子链断裂，这种微观结构重组使1.0 mm直径光纤的透光率显著提升。这一发现颠覆了传统认知中UV辐射必然损害聚合物光学性能的固有观念，为LTC在建筑立面的安全应用提供了科学依据。

研究主要采用四种关键技术：1) 模拟太阳光谱的加速UV老化系统；2) 配备积分球的光学测试平台量化LTC透光率；3) 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子结构变化；4) 扫描电子显微镜(SEM)观察表面形貌演变。通过多尺度表征手段的协同应用，建立了"UV辐射参数-微观结构演变-宏观光学性能"的完整关联链条。

【材料与方法】
研究团队设计了包含不同直径PMMA光纤(0.75 mm、1.0 mm、2.0 mm)的LTC试件，采用UVA-UVB波段(280-400 nm)光源进行1小时加速暴露。通过控制光纤体积分数和排列间距，确保实验结果具有可比性。

【结果与讨论】
FTIR分析显示UV暴露后PMMA分子链的酯基(-COOCH₃)未发生明显断裂，反而出现新的C=O键吸收峰，证实表面氧化反应主导了初期老化过程。UV-VIS光谱表明1.0 mm光纤试件的可见光透射率提升最显著(约15%)，而0.75 mm和2.0 mm光纤分别因暴露面积不足和氧化不均匀呈现次优表现。SEM图像清晰显示1.0 mm光纤表面形成纳米级光滑层，这种独特的"自抛光效应"有效降低了光散射损失。值得注意的是，压缩强度测试证实短时UV暴露不会损害LTC的力学性能。

【研究启示】
该研究揭示了光纤直径在UV耐久性中的关键作用：1.0 mm光纤因其最佳表面积-体积比，能够形成均匀的氧化致密层，而过大或过小直径都会导致表面改性不均匀。这一发现为LTC工程应用提供了明确的材料选择指南——在光学性能与成本间取得平衡时，应优先选择1.0 mm直径光纤。

研究结论突破了传统认知框架，首次证实适度UV辐射可通过表面优化提升LTC光学性能。这一发现不仅为建筑立面用LTC的耐久性设计提供了理论支撑，更开辟了通过可控环境老化改善建材性能的新思路。团队建议后续研究应关注长期真实环境暴露下PMMA光纤的性能演变规律，并探索UV预处理工艺的潜在应用价值。这项兼具学术创新性和工程指导意义的研究，为推动绿色建筑材料的实际应用迈出了关键一步。