隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑師設(shè)計理念的提升，越來越多的新材料應(yīng)用到建筑外表皮裝飾上。其中在石材幕墻領(lǐng)域，除傳統(tǒng)范圍的花崗石外，洞石、砂巖也逐漸大面積的應(yīng)用到建筑幕墻上。
洞石和砂巖都是沉積巖，強度低，吸水率高，耐候性差，本不是石材幕墻面板的理想用材，但是因為洞石和砂巖獨有的質(zhì)感、顏色和風格而越來越受到人們的青睞。因此，如何選用這些洞石和砂巖面板，最大限度地保證安全，是一個必須慎重對待的問題。
一、洞石和砂巖
1、洞石
洞石是商品名稱，學名叫做石灰華，英文名Travertine，屬于陸相沉積巖，是一種碳酸鈣的沉積物。因為碳酸鹽礦物在沉積過程中有氣體存在，形成很多孔洞，所以通常人們也叫它洞石。
天然洞石因為是石灰石構(gòu)成的，所以其色彩品種和石灰石差不多，不過因為構(gòu)成條件的不同，洞石會比石灰石色彩更豐厚一些，色澤上也更艷麗一點。洞石一般有白洞石和米黃洞石之分，通常主要有灰白、米白、米黃、黃色、金黃、褐色、咖啡、淺紅、褐紅色等種色彩；孔洞直徑和分布密度與石材種類和產(chǎn)地有關(guān)，其共同特點是強度低、質(zhì)地疏松、孔洞內(nèi)容易積水、抗凍融性能和耐候性都較差。有些強度很低的洞石，加工好的石板甚至在運輸過程中就斷裂、破碎。
洞石本身的真密度是比較高的，但是由于存在大量孔洞使得本身體積密度偏低、吸水率升高、強度下降，因此洞石的物理性能指標低于正常的大理石標準。由于同時還存在大量的紋理、泥質(zhì)線、泥質(zhì)帶、裂紋等天然缺陷，導(dǎo)致這種材料的性能均勻性很差。
建筑上采用洞石的色調(diào)以米黃居多，使用過程中讓人感到溫和，質(zhì)感豐富，條紋清晰，源自天然，卻超越天然，使得裝飾的建筑物常有強烈的文化和歷史韻味，因而被世界上多處建筑使用。建筑上常用的一般有意大利羅馬洞石、伊朗洞石和土耳其等地的洞石。羅馬洞石顏色較深，紋理較明顯，材質(zhì)較好。由著名建筑大師貝律銘擔任設(shè)計顧問，美國貝氏建筑師事務(wù)所(PPA)主持設(shè)計，曾被貝聿銘自稱“收山之作”的位于北京西單路口的中國銀行大廈，其內(nèi)外裝修均選擇的意大利羅馬洞石。
北京中國銀行
土耳其洞石顏色較淺，質(zhì)地酥松，強度較差。
洞石可以被拋光，具有明顯的紋理特征，彎曲強度呈各向異性，垂直紋理方向（強向）的彎曲強度在6MPa左右，部分超過7MPa；平行紋理方向（弱向）的彎曲強度為4MPa左右。
不論哪種洞石，其物理性能指標均低于正常的大理石標準。我國對這類石材的試驗最初是依照GB/T9966《天然石材試驗方法》給出試驗數(shù)據(jù)，供設(shè)計、施工、生產(chǎn)和開發(fā)商參考。2005年我國實施了強制性的JC 830《干掛飾面石材及其金屬掛件》標準，在其中規(guī)定了干掛石灰石的物理性能技術(shù)指標，洞石一般是采用其中的石灰石的物理性能技術(shù)指標進行判定的。
羅馬洞石
土耳其洞石
伊朗白洞石 伊朗黃洞石
2、砂巖
砂巖屬于沉積巖，外文名sandstone。砂巖是由石粒經(jīng)過水沖蝕沉淀于河床上，經(jīng)千百年的堆積變得堅固而成，后因地球地殼運動而形成今日的礦山。顆粒直徑在0.05-2mm，其中砂粒含量大于50%，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表面是粗糙的細顆粒狀；絕大部分砂巖是由石英或長石組成的，成分含硅、鈣、黏土和氧化鐵，顏色通常呈淡褐色或紅色。
天然砂巖分海砂巖和泥砂巖兩種，海砂巖的顆粒比較粗，硬度比泥砂巖硬，空隙率比較大，較脆硬，主要代表品種有澳大利亞砂巖、西班牙砂巖；而泥砂巖比較細膩，硬度稍軟于海砂巖。中國的砂巖品種非常多，主要集中在四川、云南和山東，這是中國砂巖的三大產(chǎn)區(qū)，同時河北，河南，山西，陜西等也有，但是產(chǎn)品知名度不高，影響力較小。另外，還有一種以天然砂巖的材質(zhì)為母本，以無機物粉料鑄制而成的人造合成砂巖，如陶立克砂巖、奧博雅砂巖等。
砂巖的物理力學性能因產(chǎn)地不同有很大的差別，有些澳大利亞黃砂巖和意大利黃砂巖抗彎強度可能小于3MPa，而四川隆昌的綠砂巖硬如磨刀石，抗彎強度可達到10MPa以上，接近于花崗巖。有些砂巖較為致密，吸水率可以低于2.5%，而有些砂巖吸水率超過6%。因此不同的砂巖，其飽和抗彎強度和凍融系數(shù)有較大的差別。有些砂巖，如四川、廣東的紅砂巖，吸水后還會有軟化現(xiàn)象，有些紅砂巖長期潮濕后甚至變?yōu)槟嗤翣?，這樣的紅砂巖用于幕墻是不大合適的，不得不用時，應(yīng)采取有效的措施。
砂巖是一種無光污染，無輻射的優(yōu)質(zhì)天然石材，對人體無放射性傷害。優(yōu)點是防潮、防滑、吸音、吸光、無味、無輻射、不褪色、抗破損，戶外不風化，水中不溶化、不長青苔、易清理。
砂巖是一種暖色調(diào)的裝飾用材，素雅而溫馨，協(xié)調(diào)而不失華貴；具有石的質(zhì)地，木的紋理，還有壯觀的山水畫面，色彩豐富，貼近自然，古樸典雅，在眾多的石材中獨具一格。砂巖是使用最為廣泛的建筑石材，其高貴典雅的氣質(zhì)，天然環(huán)保的特性成就建筑史上的朵朵奇葩。數(shù)百年前用砂巖裝飾而成的羅浮宮，英倫皇宮、美國國會大廈、哈佛大學、巴黎圣母院等至今仍風韻猶存，精典永在。近年來，隨著建筑裝飾追求環(huán)保健康、紋理絢麗、崇尚自然的新消費理念的發(fā)展，既健康環(huán)保又極富裝飾性的砂巖在裝飾石材中一枝獨俏，備受追隨時尚和自然的建筑設(shè)計師推崇，越來越廣泛地應(yīng)用于內(nèi)外墻裝飾。例如弗思特作為幕墻顧問的蘇州九龍倉國賓壹號項目，其外立面就是采用了德國砂巖作為幕墻面材。
九龍倉金雞湖國賓壹號
從裝飾性來講，砂巖樸素大方、粗獷、自然；花紋變化奇特，如同自然界里的樹木年輪、山水畫；十分素雅、溫馨，又不失華貴大氣，能給人以返璞歸真、接近山野的感覺，加之具有良好的抗壓、耐磨特性，是上好的墻面裝飾品種。
從環(huán)保性來講，砂巖是一種亞光石材，不會產(chǎn)生因光反射而形成的光污染，又是一種天然的防滑材料。而大理石、花崗石是光面石材，容易產(chǎn)生光虧染。
砂巖是零放射性石材，對人體無傷害。大理石、花崗石都存在微量放射性，長期生活在其中對人身會有潛移默化的傷害。我國《建筑材料放射性核素限量》(GB6165—2001)中明確規(guī)定，砂巖的放射性不列入放射性檢驗范圍，這是基于常年的監(jiān)測，以及編制標準時所作的大量抽查得出的結(jié)論。
二、洞石和砂巖用于建筑幕墻的基本條件
建筑幕墻采用洞石和砂巖做面板時，應(yīng)滿足《干掛飾面石材及其金屬掛件》JC830.1~830.2-2005、《天然砂巖建筑板材》GBT 23452-2009和《干掛飾面石材》GB／T 32834-2016中關(guān)于干掛石材物理性能技術(shù)指標的要求：
表1-干掛石材物理性能技術(shù)要求（GB／T32834-2016）
表2-天然砂巖建筑板材的物理性能指標（GBT23452-2009）
由表中可見，洞石和砂巖自身性能比較差，并不是建筑幕墻的理想材料。但是，由于其獨特的質(zhì)感和顏色等效果，使得建筑師很喜歡將它們用于石材幕墻。如果選用洞石和砂巖用于幕墻工程，最大限度地保證安全和質(zhì)量是一個必須慎重對待的問題，決策之前要慎重考慮。首先要進行技術(shù)論證和可行性分析，要充分了解所選用石材的材性。對于一定要采用洞石或砂巖的建筑，必須要滿足以下要求：
1、用于幕墻的石板，每批都應(yīng)進行抗彎強度試驗，其試驗值應(yīng)符合以下要求: 幕墻高度不超過80m時，試驗平均值不低于5N/mm2，試驗最小值不低于4 N/mm2；幕墻高度超過80m時，試驗平均值不低于6 N/mm2，試驗最小值不低于4.5 N/mm2。單向受力的石板，在主要受力方向應(yīng)滿足以上要求；雙向受力的石板，在兩個受力方向上都應(yīng)符合以上要求。
2、石板不應(yīng)夾雜軟弱的條紋和軟弱的礦脈。洞石的孔隙不宜過密，直徑不宜大于3mm，更不應(yīng)有通透的孔洞。
3、吸水率不宜大于6%，加涂防水面層后不宜大于1%。
4、凍融系數(shù)不宜小于0.8，不得小于0.6。
5、石板不應(yīng)有裂縫，也不能折斷，不得將斷裂的石板膠粘后上墻。
（其中1、2、5項主要針對洞石）
三、基本材性試驗
由于不同產(chǎn)地的洞石和砂巖材料的性質(zhì)差別很大，在確定采用該類石材前，應(yīng)進行基本的材性試驗。
1、抗彎強度試驗。洞石和砂巖做抗彎試驗的抗彎試件要能夠代表所選定礦場的不同開采點，試件數(shù)目一般不少于20個，各開采點的石材每一批都應(yīng)有抗彎檢測報告，一般不少于10個試件，分別進行干燥抗彎強度試驗和飽和抗彎強度試驗。干燥抗彎強度是材性的基本指標，試驗時應(yīng)采用凈石材試件，不宜覆加增強層和復(fù)合層。
2、凍融系數(shù)決定了該種石材能否在寒冷地區(qū)應(yīng)用，因此在北方有負溫度的地區(qū)應(yīng)對采用的石材進行凍融試驗。
洞石和砂巖的板材只有通過基本的材性試驗，確認其符合使用基本條件后，才能應(yīng)用于石材幕墻工程。
四、石材的加工、防護
石材是天然產(chǎn)品，其內(nèi)部含有各種天然化學物質(zhì)。這些天然化學物質(zhì)只要在一定的條件下化學性質(zhì)就可能被激活、分解，或發(fā)生化學變化而使石材的表面受到破壞，影響石材的裝飾效果。此外，石材也極容易受外界物質(zhì)污染，如果不對其表面進行適合的防護，外界的臟物是極容易侵入到石材的外表面及內(nèi)部而使石材變得丑陋不堪，從而降低石材的觀賞價值及裝飾效果。
石材加工、防護措施：
1、洞石面板應(yīng)采取雙面二道補洞處理。
2、石材背面應(yīng)敷貼玻璃纖維網(wǎng)格布；
3、在與洞石面板紋理垂直方向的兩邊粘貼不銹鋼角鋼。下面是某項目洞石風壓試驗數(shù)據(jù)。
表-3 洞石未粘不銹鋼角鋼加強前的實驗數(shù)據(jù)
表-4 洞石粘貼不銹鋼角鋼后的實驗數(shù)據(jù)
由以上試驗數(shù)據(jù)可以看出，采取強度增加方案，在石材面板兩邊粘貼不銹鋼角鋼后，提高了石材面板的抗風壓強度和安全系數(shù)。
4、石材做六面浸泡防水處理，防水涂料應(yīng)采用有機氟或者有機硅涂料。采用浸泡的方式使（砂巖）石材的內(nèi)外都能得到充分的防護，不會像其它方式那樣出現(xiàn)滲透不夠的毛病。在所有施工方式中，只有浸泡能夠達到最佳的防護效果，即使砂巖表面局部磨損，內(nèi)部仍然有優(yōu)秀的防水性。
防水應(yīng)在所有的槽、孔加工完畢，清潔和干燥之后進行。具有超級防水功能的納米石材防護劑相比其它石材防護產(chǎn)品對砂巖防水的作用更好，施工后荷葉水珠效果更明顯，干透時間更快，水珠在石材表面就像在荷葉上滾動，使石材具有非常好的自清潔功能（如下圖）。
濕板水性防護效果
洞石、砂巖材料經(jīng)過防水處理后，防水性能得到了提高，但是無論采用哪種防水材料，其耐久性都不高，一般僅為3～5年，因此在建筑使用過程中必須進行定期維護，重新做防水處理。
5、整面排版。洞石吸引建筑師和開發(fā)商的地方除了其顏色和孔隙特征外，更大程度是其紋理特征。洞石若整面墻進行追紋排版，使其整體顏色調(diào)和、花紋過渡自然，并且安裝時保證按排版順序安裝，則會有一種活動畫的藝術(shù)裝飾效果，引人入勝，這也是洞石獨特的迷人之處。因此，在洞石幕墻工程中保證裝飾效果最基本的一點就是整面排版，若面積過大則會采用分段排版，但必須保證各段之間也有很好的花紋顏色銜接。同時要求安裝必須按照排版圖紙和編號對號入座，保證按照排版順序安裝在建筑物上。
6、選擇合適的連接構(gòu)造。洞石連接構(gòu)造的選用應(yīng)依據(jù)所選定洞石的材料特性來設(shè)計，無論采用短槽還是背栓連接方式，都應(yīng)在確定了洞石的產(chǎn)地、品種后，根據(jù)選定洞石的材料特性來選擇合適的連接構(gòu)造，這樣可有效避免因連接構(gòu)造與洞石的材料特性不匹配造成的現(xiàn)場施工破損與后期維護困難。
7、現(xiàn)場修補。由于在安裝搬運過程中，洞石面板經(jīng)常有崩邊、掉角的現(xiàn)象，需要石材供應(yīng)商專門派駐場人員現(xiàn)場修補。
8、運輸過程軟包裝。洞石和砂巖易破損，在運輸開箱和搬運過程中，要采用泡沫墊板或者橡膠墊，避免石材板受力破損。
經(jīng)防護處理后，防護劑滲入石材內(nèi)部，形成深層保護層，使石材免受污染，防止產(chǎn)生石材病變。防護劑在石材表面會起到防污、防水的作用，即使被污染，污物也只是浮在表面，便于清洗，石材表面不發(fā)生任何色差變化，不會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。同時，能防止石材的天然風化、鹽水蝕化等現(xiàn)象的發(fā)生，降低了氣候?qū)κ脑斐傻挠绊?。和一般石材相比，?jīng)防護處理后的石材使用壽命成倍延長，而且防護劑使石材有很好的透氣性，不會風化、氧化，并增加光澤度。利用特殊的防護劑，還可達到增強或加深石材顏色的效果。
五、結(jié)語
砂巖和洞石用于建筑幕墻工程，安全問題是至關(guān)重要的，要充分了解所選用石材的材性；慎重進行設(shè)計，盡可能減小面板尺寸，避免采用細長條的面板。避免運輸安裝時撞擊石板；精心進行面板安裝；要嚴格做好面板背部粘玻璃纖維網(wǎng)格布等補強措施，做到無缺角、崩邊現(xiàn)象。只有這些因素都在建筑幕墻上考慮到了，洞石、砂巖幕墻才能表現(xiàn)出較好的裝飾效果，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能和使用的安全性。
