浅析洞石石材在外幕墙工程上的应用

张红建　王超平

摘要：本文通过对洞石材料的物理性质的对比分析，浅析洞石在外幕墙工程上的使用要求及注意事项。

关键词：洞石 外幕墙 抗弯强度 吸水率 六面防护 洞石纹理 石材耐候密封胶

1.序言

在幕墻设计中，石材做为外幕墙的装饰材料被广泛的应用。其中，洞石作为石材装饰材料的一种，由于其独有的质感、颜色和风格，被建筑师越来也多的应用于建筑工程的外幕墙饰面。但是，洞石是沉积岩，强度低，吸水率高，耐候性差，本不是石材幕墙饰面的理想材料。因此，洞石材料如何在幕墙工程上应用，并保证其使用安全是幕墙设计过程中，需认真对待的问题。

2.洞石材料的性质

洞石是因为石材的表面有许多孔洞而得名。洞石孔洞直径和分布密度与石材种类和产地有关。其共同特点是强度低、质地疏松、孔洞内容易积水、抗冻融性能和耐候性都较差。同时，洞石本身还存在大量的纹理、裂纹、泥质线等天然缺陷。洞石的材料性能均匀性差，尤其是其抗弯强度分散性非常大。有些强度很低的洞石，加工好的石板甚至在运输过程中就断裂、破碎。

3. 关于洞石石材的使用要求

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001中规定幕墙石材宜选用火成岩，石材吸水率应小于0.8%，且花岗石板材的弯曲强度应经法定检测机构检测确定，其弯曲强度不应小于8.0MPa。洞石属于中密度石灰石，石材内含有许多孔洞，强度低、吸水率高，不是石材幕墙面板的理想用材。下表是花岗石和洞石物理性能指标的对比表：

通过上表的对比，洞石的性能比花岗岩差得很多，容易产生安全方面的问题不推荐用于幕墙。如果非用不可，则至少应考虑以下最低要求：

（1）用于幕墙的石板，每批都应进行抗弯强度试验，其试验值应符合以下要求：

幕墙高度不超过80m时，试验平均值不低于5N/mm2，试验最小值不低于4 N/mm2；

幕墙高度超过80m时，试验平均值不低于6 N/mm2，试验最小值不低于4.5 N/mm2。

单向受力的石板，在主要受力方向应满足以上要求；双向受力的石板，在两个受力方向上都应符合以上要求。

（2）石板不应夹杂软弱的条纹和软弱的矿脉。洞石的孔洞不宜过密，直径不宜大于3mm，更不应有通透的孔洞。

（3）吸水率不宜大于6%，加涂防水面层后不宜大于1%。

（4）冻融系数不宜小于0.8，不得小于0.6。

（5）石板不应有裂缝，也不能折断，不得将断裂的石板胶粘后上墙。

4. 关于洞石石材工程中应用

（1）洞石石材的厚度

根据《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001中关于石材厚度的要求，用于石材幕墙的石板，厚度不应小于25mm厚。同时，为满足等强度计算的要求，火烧石板的厚度应比抛光石板厚3mm。但是，洞石石材由于其弯曲强度小于8 MPa，根据《建筑幕墙》GB/T？21086—2007中规定（详见下表），洞石石材在工程应用时，其厚度应根据石材的弯曲强度计算得出，且不小于40mm，且板材厚度的允许偏差为+2mm，-0mm，不允许负偏差。

（2）洞石板材的尺寸

由于洞石强度低，因此板材的尺寸不宜过大，根据上表可知，洞石板材尺寸一般应控制在1.0m2以内。不宜采用细长的条状石板，这种石板在运输、安装过程中很容易折断。石板的边长比最好在1：2以内，不宜超过1：3。

（3）洞石的表面处理

洞石吸水性很高，应采用防水涂料使其吸水率降至1%以下。洞石在使用前，如果采用打胶板缝的石材幕墙，石板可以只做外表面大面防水；采用开放式板缝时，石板应进行六面防水防护。防水处理要在全部槽、孔机械加工完毕、清洁和干燥后再进行。防水涂料也不应改变石板的光泽和颜色。由于防水涂料寿命通常不超过5年，涂料要能多次涂刷。

洞石的表面孔洞较大、孔洞数量太多的洞石，在使用前，必须采用石材专用补洞胶进行封孔处理，24小时后待胶干透后再进行下一道程序的施工。

（4）洞石的背面复合层

洞石是强度低、容易破碎、耐候性差的石材，为防止万一破碎后坠落伤人，应在板材背面粘贴玻璃纤维布或者其它复合材料。

（5）洞石的安装方式

洞石石材表面纹理有方向性，故石材排板及加工时，需考虑洞石的纹理方向，务必使建筑立面石材纹理方向保持一致。

洞石石材的安装方式多采用有背栓式和托板挂件式两种。采用背栓式石材安装方式时，由于洞石孔洞较多，很有可能背栓位置有孔洞，故需要在钻背栓孔之前，对孔洞进行密封处理，再配钻背栓孔。背栓孔需要通过专业的设备进行钻孔，孔位的位置定位应准确，防止背栓现场无法安装。在采用托板挂件式的安装方式时，开采位置应准确，并且开槽位置应满足《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001中的规定。石材安装，无论是背栓式和托板挂件式，开孔和开槽位置必须准确，尽量避免现场开孔和开槽处理。

5. 洞石石材缝隙的处理

通过花岗岩与洞石的物理性能的对比，可以明显的看出洞石的强度比花岗岩低，而吸水率比花岗岩高出很多。洞石的吸水率高且石材内孔洞多，石材易吸水。水在石材内结冰时，体积膨胀，使石材更容易被冻裂，故石材的抗冻融性能就差。如果洞石采用开缝石材，雨水会进入石材内侧，而石材内侧又是背栓开孔的位置。由于洞石的吸水率高、质地疏松，雨水进入石材内侧后，更容易渗入石材内部。这样会影响石材的抗冻性能和背栓与石材连接的结构安全性能。虽然洞石在使用前需要做防水处理，但是由于防水涂料寿命通常不超过5年，因此涂料要能多次涂刷。采用开缝石材，水会进入石材内侧，而石材内侧的防水涂料无法多次涂刷，故洞石采用开缝石材，对石材的抗冻性能及结构安全性能很不利。因此洞石石材作为幕墙外饰面的工程，尽量避免石材开缝设计，建议石材间的缝隙采用打胶密封处理。且此耐候密封胶必须为石材耐候密封胶，防止耐候密封胶污染石材表面，影响建筑效果。

6. 总结

综上所述，洞石用于幕墙外饰面的工程，洞石面材的安全使用是至关重要的大事。故在确定使用洞石做为幕墙饰面之前，首先要进行技术论证和可行性分析；要充分了解所选用洞石的产地和物理性质，包含石材的弯曲强度、吸水率、体积密度等重要指标。在确定使用洞石材料后，应在建筑设计时，就尽可能减小面板尺寸，尽可能避免采用长条板。最后实施时要采用机械进行板材孔、槽加工；避免运输安装时撞击石板；精心进行面板安装。总之，要采取多种综合措施，防止安全隐患，以防事后付出高昂的代价。

参考文献：

1、《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001

2、《天然花岗石建筑板材》GB/T 18601-2001

3、《天然石灰石建筑板材》GB/T 23453-2009

4、《建筑幕墙》GB/T？21086—2007

5、 赵西安《砂岩和洞石幕墙板材的选用要十分慎重》的论文