隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑師設(shè)計(jì)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(qiáng)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?yàn)槎词蜕皫r獨(dú)有的質(zhì)感、顏色和風(fēng)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(gè)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(xué)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?yàn)樘妓猁}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?yàn)槭鞘沂瘶?gòu)成的，所以其色彩品種和石灰石差不多，不過因?yàn)闃?gòu)成條件的不同，洞石會(huì)比石灰石色彩更豐厚一些，色澤上也更艷麗一點(diǎn)。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(diǎn)是強(qiáng)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(qiáng)度很低的洞石，加工好的石板甚至在運(yùn)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(qiáng)度下降，因此洞石的物理性能指標(biāo)低于正常的大理石標(biāo)準(zhǔn)。由于同時(shí)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(qiáng)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(dān)任設(shè)計(jì)顧問，美國貝氏建筑師事務(wù)所(PPA)主持設(shè)計(jì)，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(qiáng)度較差。
洞石可以被拋光，具有明顯的紋理特征，彎曲強(qiáng)度呈各向異性，垂直紋理方向（強(qiáng)向）的彎曲強(qiáng)度在6MPa左右，部分超過7MPa；平行紋理方向（弱向）的彎曲強(qiáng)度為4MPa左右。
不論哪種洞石，其物理性能指標(biāo)均低于正常的大理石標(biāo)準(zhǔn)。我國對這類石材的試驗(yàn)最初是依照GB/T9966《天然石材試驗(yàn)方法》給出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，供設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)和開發(fā)商參考。2005年我國實(shí)施了強(qiáng)制性的JC 830《干掛飾面石材及其金屬掛件》標(biāo)準(zhǔn)，在其中規(guī)定了干掛石灰石的物理性能技術(shù)指標(biāo)，洞石一般是采用其中的石灰石的物理性能技術(shù)指標(biāo)進(jìn)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(jiān)固而成，后因地球地殼運(yùn)動(dòng)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(xì)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(xì)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(shí)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(jī)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(xué)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(qiáng)度可能小于3MPa，而四川隆昌的綠砂巖硬如磨刀石，抗彎強(qiáng)度可達(dá)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(qiáng)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(huì)有軟化現(xiàn)象，有些紅砂巖長期潮濕后甚至變?yōu)槟嗤翣睿@樣的紅砂巖用于幕墻是不大合適的，不得不用時(shí)，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(diǎn)是防潮、防滑、吸音、吸光、無味、無輻射、不褪色、抗破損，戶外不風(fēng)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(dú)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(huì)大廈、哈佛大學(xué)、巴黎圣母院等至今仍風(fēng)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(fèi)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(dú)俏，備受追隨時(shí)尚和自然的建筑設(shè)計(jì)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(xiàng)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(huì)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(huì)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(yàn)范圍，這是基于常年的監(jiān)測，以及編制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(shí)，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(biāo)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(biāo)（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(dú)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(gè)必須慎重對待的問題，決策之前要慎重考慮。首先要進(jìn)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(jìn)行抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)值應(yīng)符合以下要求: 幕墻高度不超過80m時(shí)，試驗(yàn)平均值不低于5N/mm2，試驗(yàn)最小值不低于4 N/mm2；幕墻高度超過80m時(shí)，試驗(yàn)平均值不低于6 N/mm2，試驗(yàn)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(gè)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(xiàng)主要針對洞石）
三、基本材性試驗(yàn)
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(jìn)行基本的材性試驗(yàn)。
1、抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)。洞石和砂巖做抗彎試驗(yàn)的抗彎試件要能夠代表所選定礦場的不同開采點(diǎn)，試件數(shù)目一般不少于20個(gè)，各開采點(diǎn)的石材每一批都應(yīng)有抗彎檢測報(bào)告，一般不少于10個(gè)試件，分別進(jìn)行干燥抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)和飽和抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)。干燥抗彎強(qiáng)度是材性的基本指標(biāo)，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用凈石材試件，不宜覆加增強(qiáng)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(fù)溫度的地區(qū)應(yīng)對采用的石材進(jìn)行凍融試驗(yàn)。
洞石和砂巖的板材只有通過基本的材性試驗(yàn)，確認(rèn)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(hù)
石材是天然產(chǎn)品，其內(nèi)部含有各種天然化學(xué)物質(zhì)。這些天然化學(xué)物質(zhì)只要在一定的條件下化學(xué)性質(zhì)就可能被激活、分解，或發(fā)生化學(xué)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(jìn)行適合的防護(hù)，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(jià)值及裝飾效果。
石材加工、防護(hù)措施：
1、洞石面板應(yīng)采取雙面二道補(bǔ)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(xiàng)目洞石風(fēng)壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
表-3 洞石未粘不銹鋼角鋼加強(qiáng)前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表-4 洞石粘貼不銹鋼角鋼后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，采取強(qiáng)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(fēng)壓強(qiáng)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(jī)氟或者有機(jī)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(hù)，不會(huì)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(dá)到最佳的防護(hù)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(jìn)行。具有超級防水功能的納米石材防護(hù)劑相比其它石材防護(hù)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(shí)間更快，水珠在石材表面就像在荷葉上滾動(dòng)，使石材具有非常好的自清潔功能（如下圖）。
濕板水性防護(hù)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(jìn)行定期維護(hù)，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(jìn)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(shí)保證按排版順序安裝，則會(huì)有一種活動(dòng)畫的藝術(shù)裝飾效果，引人入勝，這也是洞石獨(dú)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(diǎn)就是整面排版，若面積過大則會(huì)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(shí)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(jì)，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(hù)困難。
7、現(xiàn)場修補(bǔ)。由于在安裝搬運(yùn)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(bǔ)。
8、運(yùn)輸過程軟包裝。洞石和砂巖易破損，在運(yùn)輸開箱和搬運(yùn)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(hù)處理后，防護(hù)劑滲入石材內(nèi)部，形成深層保護(hù)層，使石材免受污染，防止產(chǎn)生石材病變。防護(hù)劑在石材表面會(huì)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(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。同時(shí)，能防止石材的天然風(fēng)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(hù)處理后的石材使用壽命成倍延長，而且防護(hù)劑使石材有很好的透氣性，不會(huì)風(fēng)化、氧化，并增加光澤度。利用特殊的防護(hù)劑，還可達(dá)到增強(qiáng)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(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能減小面板尺寸，避免采用細(xì)長條的面板。避免運(yùn)輸安裝時(shí)撞擊石板；精心進(jìn)行面板安裝；要嚴(yán)格做好面板背部粘玻璃纖維網(wǎng)格布等補(bǔ)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能和使用的安全性。
