建筑幕墙第二章第六节

第六节 石材

石材幕墙用天然石板材有天然大理石建筑板材、天然花岗石建筑板材和天然凝灰石（砂岩）建筑板材以及建筑装饰用微晶玻璃和建筑幕墙用瓷板。

石材科学分类方法应该是根据石材的地质组成来划分其种类，从地质学的角度来看，地壳土层中的岩石分为下列三种类： (1) 火成岩 这些岩石从热的熔化的材料中形成，花岗石和玄武岩是火成岩中的两种。 (2) 沉积岩 这些岩石起源于其他岩石的碎片和残骸，这些碎片在水、风、重力及冰等各种因素的作用下 移动到一个由沉积物形成的盆地中沉积，沉积物压缩和胶结后形成坚硬的沉积岩。沉积岩由其他岩石中丰富的物质所组成，石灰岩、砂岩以及凝灰岩是沉积岩中的三类型。 (3) 变质岩 这些岩石形成于其他已经存在的岩石在受热或压力作用下进行了结晶或重结晶。大理石、板 页岩和石英岩是变质岩中的三种。

从以上可以看出，凝灰岩、花岗岩、大理石的区别是明显的，它们分别属于石材的三大种类，凝灰石是沉积岩，花岗石是火成岩，而大理石是变质岩，因此凝灰石不是大理石，根据美国规范ASTM C119—“规格石材相关的标准术语”，凝灰石是“可通过分层结构来划分的结晶的或微结晶的石灰石的一个变种”。 花岗石原指花岗岩加工的石材，而现在所称的花岗石是一个商品名称，它包括所有可作为饰面石材，并以硅酸盐矿物为主的火成岩，花岗石以氧化硅为主，含有氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁等成分，因其形成温度高，各种矿石晶体镶嵌严密，质地坚硬，耐酸、碱、盐的腐蚀，化学稳定性好，但因其中含有石英，在高温下会膨胀碎裂，此外氧化铁含量高时，石材表面会出现锈斑。花岗石多数结构紧密，呈现出美丽的自然构造纹理，具有很强的装饰性。

凝灰石是在大气条件下从含碳酸盐的泉水（通常是热泉）中沉淀而成的一种钙质材料。含有二氧化碳的循环地下水带走了溶液中大量的钙质碳酸盐，当地下水到达泉水表面时，一些二氧化碳释放出来就导致了一些钙质碳酸盐沉淀而成为凝灰石（通常在浅池塘的底部）。与在远古的海洋中形成的石灰石不同的是，凝灰石是从河流或池塘里富含石灰的饱和水中通过碳酸盐的快速沉淀而形成的。这一快速沉淀限制了有机物和气体，在凝灰石中产生了孔隙及明显的基床平面特征，这就形成了凝灰石的美丽纹理。与此同时不利的一面上，这些孔隙及基床平面特征使得凝灰石在气候中暴露时会产生内部的裂缝和分层，发生沿基床平面的腐蚀和恶化，进一步降低了石材弱方向的强度。但是如果凝灰石得到很好的加固，它在尺寸稳定性、抗冻融能力、压缩强度等方面的物理性能就可以被认为与大理石类似。而且除了孔隙以外，凝灰石自身通常是密实和不透水的。

凝灰岩(洞石)本身的真密度是比较高的，但是由于存在大量孔洞使得体积密度偏低、吸水率升高、强度下降，因此物理性能指标是低于正常的大理石标准的。由于同时还存在大量的纹理、泥质线、泥质带、裂纹等天然缺陷，使得这种材料的性能均匀性很差。尤其是弯曲强度的分散性非常大，弯曲强度大的可以到十几兆帕，小的不到1兆帕，有的在搬运过程中就会发生断裂，易造成工伤事故。天然缺陷也是造成这种材料的抗冻性能差的主要原因，许多样品在25个冻融循环性能试验还未结束时就已经冻裂成了一堆碎石。该类石材属于碳酸盐结构的灰岩，耐酸性较差，用在亚洲这类污染较重的地区，酸雨浸蚀会很严重，更会加速石材的破坏。诸多原因使得这种材料使用在墙面，尤其是干挂方法大面积用在外墙，具有极高的风险。试想上万块重达几十公斤到上百公斤的存在各种缺陷的石块高高地悬在半空，难免会有个别未被发现而有问题的板材，在酸雨浸蚀、风吹日晒、寒暑交替等恶劣的气候条件下，随时都会有坠落的可能，石材工程也就存在极大的安全隐患。因此这类工程需要从生产企业、施工企业、监理单位到工程甲方通力合作，严格把关，增加防范措施，以确保工程万无一失。

凝灰岩(洞石)吸引建筑师和使用者的地方除了其颜色和孔洞特征外，更大程度是其纹理性特征。该石材若整面墙进行追纹排板，使其整体颜色调和、花纹过渡自然，并且安装时保证按排板顺序安装，则会有一种活动画的艺术装饰效果，会使人有种越看越爱看的感觉，这也正是凝灰岩(洞石)独特的迷人之处。因此，在凝灰岩(洞石)工程中保证装饰效果最根本的一点就是整面排板，若面积过大，则可采用分段排板，但必须保证各段之间也有很好的花纹颜色衔接，同时要求安装必须按照排板图纸和编号对号入座，保证完全按照排板顺序安装在建筑物上。一个装饰面如果出现纹理混乱和颜色差异明显时，凝灰岩(洞石)石材的装饰效果会大打折扣。

从装饰效果方面考虑凝灰岩(洞石)应选择带有花纹的板材，但从安全角度是应选择没纹或乱纹的材料。

凝灰岩(洞石)最大的安全问题是一些泥质线和泥质带，是弯曲强度最薄弱的环节。漂亮的花纹后面往往是强度最低的地方是最容易出现断裂的部位。对这类问题是通过抽样进行大量试验来保证的，一旦发现应该坚决避免，情况严重的必须更换。但实际工程中，由于生产企业过多地考虑成本和出材率等经济利益，并没有完全做到这一点，有的企业甚至隐瞒检验结果，用虚假的检验报告蒙混甲方和监理单位。致使大量的存在问题的板材用到了工程上。对待这类问题，甲方和监理应从工程安全的角度严格要求石材供货企业，必要时应求助于石材质检中心或有经验的石材专家进行指导。在验货的时候应注意块块检查，有纹理的板材其纹理应分布在板材的中央，绝对避免距板边10cm范围内分布有纹理和其他缺陷出现。原因是这个范围内为板材开糟干挂的受力点，尤其是有许多板材在这个范围内背网不完整或干脆没有背网，即使一些用角钢加固等安全措施在这个范围内作用也是比较弱的。因此会有许多安全隐患，值得引起注意。

除了有比较明显的纹理和泥质线、泥质带外，这类石材还含有大量的裂纹，石材生产企业在荒料锯切成板材的时候，会用粘胶剂填补并在背面粘结玻璃纤维网布，用以增加强度利于生产和运输。一部分明显的和大的裂纹会用粘胶剂进行粘结修补，粘结技术好并且使用好的胶粘剂后，一般不会有明显的外观质量和强度问题。但是一些细小的裂纹不仅没被注入胶粘好，而且胶粘剂掩盖了其表面牲特征，使得更不容易察觉。对于这类问题，应该从每块板材的正面进行近距离的肉眼观察，配合水浇法找出存在的细小裂纹，给予更换，尤其在干挂糟、背栓孔及其附近部位应坚决避免出现任何裂纹。必要时，可将板材正面向下支空平放在地面，人员在上面进行走动来检查存在的隐裂。板材正常能承受几百公斤的压力，不到100kg的人员如果能将其踩断则说明断裂处存在隐裂或者泥质线等弯曲强度低的问题，应从开裂处使用环氧树脂型干挂胶进行粘结修补，并且不得影响外观质量。

孔洞问题是凝灰岩(洞石)的天然特征，也是其安全性能的弱点。大量孔洞的存在不仅造成吸水率上升、强度下降，更重要的是造成这种材料的耐候性能差，冻融试验中样品被冻裂的现象常有，按美国标准在200C-700C温度条件下经过150个循环后洞石已面目全非。因此，在室外使用时一定要选择合适的粘结剂材料进行补洞，同时选择适宜的防护剂做好防护，才能有效地缓解恶劣气候造成的影响。凝灰岩(洞石)本身所含的孔洞大的有十几米，小的只有不到1毫米，石材生产企业在毛板补胶时会对大的孔洞用石砾和胶粘剂进行修补，对背面的小洞会通过粘结背网进行填充，一般会留下正面和侧面的小孔。使用时要特别注意在干挂槽和背栓孔附近不得有较大的孔洞或用胶粘剂填充的孔洞，应选在致密的天然材质上，如果避免不开则必须更换。

总之，尽管目前我国相关的施工规范中不支持像凝灰岩(洞石)这类石材用在外墙干挂工程中，但是出于商业的需求，并吸取了国外的成功经验，越来越多的建筑工程使用了洞石，适应了一种多元化发展的需要。正确认识凝灰岩(洞石)，并经过专家的技术论证，建立在足够的安全考虑和设计的基础上，通过严格质量把关降低安全风险，凝灰岩(洞石)可以很好地用在建筑物的装饰上，使这一古考老的建筑材料大放现代文明异彩。

2005年7月1日实施的《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1，规定了干挂石材的物理性能技术指标最低值，见表2-6-1。凝灰岩（洞石）一般是采用其中的石灰石指标进行判定的。 表2-6-1 干挂石材物理性能技术指标最低值

项 目 体积密度（g/cm）≥ 吸水率（%）≤ 干燥压缩强度（MPa）≥ 干燥 弯曲强度（MPa）≥ 水饱和 剪切强度（MPa）≥ 抗冻系数（%）≥ 挂件组合单元挂装强度（kN） 石材挂装系统结构强度（kPa） 3性 能 技 术 指 标 要 求 天然石灰石 2.16 3.00 28.0 3.4 天然大理石 2.6 0.50 50.0 7.0 天然花岗石 2.56 0.60 100.0 8.0 4.0 80 天然砂岩 2.4 3.00 68.9 6.9 3.5 80 1.7 3.5 80 80 室内饰面不低于0.65 室外饰面不低于2.80 室内饰面不低于1.20 室外饰面不低于5.00 许多凝灰岩（洞石）工程是国外设计师设计、选材的，他们要求按照美国ASTM标准进行试验和评价，我国标准试验方法与美国ASTM标准类似，差异仅仅在样品烘干温度上(我国为1050C、24h，美国为600C、

48h)。与我国不同，美国产品规范中将大理石分为四类：方解石大理石、白石大理石、蛇纹石大理石、凝灰石大理石，并且同时又有石灰石规范将石灰石分为低密度、中密度、高密度三种，每种石材都对应有物理性能技术要求。美国2003年又专门对凝灰岩(洞石)类石材出台了一个标准： ASTM C1527-03“standard specification fortravertine dimension stone”《凝灰石技术规范》。凝灰岩（洞石）按美国标准可以采用凝灰石大理石、中密度石灰石、凝灰石三种技术规范指标，表2-6-2列举了这三个标准的技术指标差异。

表2-6-2 美国标准适用于凝灰岩（洞石）石材物理性能的技术要求

产品及标准 项 目 吸水率（%）≥ 体积密度（kg/cm3）≤ 干燥压缩强度（MPa）≥ 弯曲强度（MPa）≥ 断裂模数（MPa）≥ 耐磨系数（1/cm3）≥ 中密度石灰石 ASTM C568 7.5 2160 28 - 3.4 10 凝灰石大理石 ASTM C503 0.20 2305 52 7 7 10 凝灰石（洞石） ASTM C1527 2.5 2305 室外52 室内 34.5 室外6.9 室内 4.8 室外6.9 室内 4.8 10 从上表可以看出凝灰岩（砂岩）的特点是吸水率高、强度低。近年来的工程建设中，对凝灰岩的材质进行了大量的检测（例如东莞市行政中心），对砂岩材质也进行了检测（例如深圳市文化中心），取得了一些参数，使我们对凝灰岩（砂岩）有了初步的认识，但总体上来讲，由于使用凝灰岩（砂岩）的工程还不多，且凝灰岩（砂岩）产地分散，各地产品材质差异很大，因此每个工程在使用凝灰岩（砂岩）时都应对材质进行检测，以便对材质进行评估。同时要对凝灰岩（砂岩）石板材表面涂有机硅防水剂进行防水处理，深圳市文化中心用砂岩石板材，通过表面防水处理，砂岩石板材吸水率降低到0.8% 以下，且强度有大幅度提高，说明此类石材用有机硅防水剂进行表面处理的必要性。但在设计计算时，现在尚不宜考虑处理后的效果，即仍按未处理前参数采用。对此类石板材也进行了（抗弯、抗冲击）承载能力试验，取得了一些参数，但我们对它破坏特点的认识尚不充分，因此设计时，总安全系数K宜取为3.5，即材料性能分项系数K2取为2 .5。

金年华天然石材（砂岩），产地巴基斯坦，为生物碎屑灰质岩，镜下观察： 结构构造：生物碎屑结构， 块状构造。

矿物成分：碎屑（生物碎屑）60% 胶结物40%，由次多量尘点状碳酸盐灰质和少量氧化铁质组成。 岩石为生物碎屑灰质岩，呈黄白—浅黄褐色，由大量的生物碎屑和次多量的灰质及少量氧化铁质胶结而成。岩石中的生物碎屑含量和种类极为丰富，以有孔虫为主，其次为腕足类、腹足类、莛科类和棘皮生物海胆类及介形虫等。生物碎屑碎片占岩石中绝大部分，因而定名为生物碎屑灰质岩。生物碎屑中的灰质粒度极为细小，仅在0.001mm左右，属原始未经重结晶海洋碳酸盐沉淀物，经后期压实作用而成的岩石.而分布于碎屑壳壁上的灰质则呈纤维状或超显微鳞片状集合体产出。个别灰质局部略有重结晶而呈微粒状现象。由于岩石中的硐酸盐基本没有重结晶，呈原始尘点状或泥状沉淀，说明岩石属沉积世代较新的二迭系—第三系平静浅海相沉积的生物碎屑灰质岩。

胶结物由次多量尘点状或超显微鳞片状碳酸盐灰质和少量氧化铁质组成，灰质呈不均匀团粒状散布于生物碎屑间，粒度均＜0.001mm受氧化铁质的渲染，局部呈不均匀浅黄—浅黄褐色。

金年华天然石材（砂岩）化学成分：

氧化钙 50.54% 氧化镁 1.88% 二氧化硅 2.38% 三氧化二铝 2.04%

凝灰岩及砂岩没有国家标准（行业标准），现列出性能参考参数见2-6-3表。 表2-6-3 密度 冻融系数 吸水率 面板厚度 弯曲强度 砂岩 ≥2.4 ≥0.8 ≤5% ≥40mm ≥4N/mm2 ≤4% 凝灰岩 ≥2.1 从上表可以看出凝灰岩（砂岩）的特点是吸水率高、强度低。近年来的工程建设中，对凝灰岩的材质进行了大量的检测（例如东莞市行政中心），对砂岩材质也进行了检测（例如深圳市文化中心），取得了

一些参数，使我们对凝灰岩（砂岩）有了初步的认识，但总体上来讲，由于使用凝灰岩（砂岩）的工程还不多，且凝灰岩（砂岩）产地分散，各地产品材质差异很大，因此每个工程在使用凝灰岩（砂岩）时都应对材质进行检测，以便对材质进行评估。同时要对凝灰岩（砂岩）石板材表面涂有机硅防水剂进行防水处理，深圳市文化中心用砂岩石板材，通过表面防水处理，砂岩石板材吸水率降低到0.8% 以下，且强度有大幅度提高，说明此类石材用有机硅防水剂进行表面处理的必要性。但在设计计算时，现在尚不宜考虑处理后的效果，即仍按未处理前参数采用。对此类石板材也进行了（抗弯、抗冲击）承载能力试验，取得了一些参数，但我们对它破坏特点的认识尚不充分，因此设计时，总安全系数K宜取为3.5，即材料性能分项系数K2取为2 .5。

大理石学名大理岩，因盛产于我国云南大理点苍山而得名。现在所说的大理石实际上包括所有能作饰面石材的沉积岩。大理石成分以碳酸钙为主，约占58%以上，另外含有碳酸镁、氧化钙、氧化镁等。因而当空气潮湿并含有二氧化硫气体时，大理石表面会发生化学反应生成石膏，呈现风化现象。 (一) 国家标准《天然花岗石建筑板材》（GB/T18601-2001）对天然花岗石板材的技术要求规定如下： 5 技术要求

5.1 普型板和圆弧板的技术指标须符合5.2~5.6的规定，异型板材的技术指标由供需双方商定。

图1

5.2 规格尺寸允许偏差

5.2.1 普型板材规格尺寸允许偏差应符合表1的规定。

表1 板材规格尺寸允许偏差 mm

分类与等级 项目 长度、宽度 厚度 ≤12 ＞12 亚光面和镜面板材 优等品 一等品 合格品 0 0 -0.1 -1.5 +1.0 ±0.5 ±1.0 -1.5 ±1.0 ±1.5 ±2.0 优等品 0 -1.0 —— +1.0 -2.0 ±2.0 +2.0 -3.0 粗面板材 一等品 合格品 0 -1.5 5.2.2园弧板壁厚最小值应不小于18mm，规格尺寸允许偏差应符合表2的规定。园弧板各部位名称及尺寸标注如图所示。

表2 mm

项目 弦长 高度 亚光面和镜面板材 优等品 一等品 0~ -1.0 合格品 0~ -1.5 粗面板材 优等品 0~ -1.5 0~ -1.0 一等品 0~ -2.0 0~ -1.0 合格品 0~ -2.0 0~ -1.5 5.2.3用于干挂的普型板材厚度允许偏差为+3.0mm~ 1.0mm. 5.3.平面度允许公差

5.3.1普型板平面度允许公差应符合表3的规定。

表3 板材平面度允许极限公差 mm

板材长度 ≤400 ＞400~≤800＞800 亚光面和镜面板材 优等品 一等品 合格品 0.20 0.35 0.50 0.50 0.65 0.80 0.70 0.85 1.00 优等品 0.60 1.20 1.50 粗面板材 一等品 0.80 1.50 1.80 合格品 1.00 1.80 2.00 5.3.2园弧板直线度与线轮廓度允许公差应符合表4规定. 表4 mm

项目 直线度 (按板材高度) 线轮廓度 ≤800 ＞800 亚光面和镜面板材 优等品 一等品 0.80 1.00 1.00 1.20 0.80 1.00 合格品 1.20 1.50 1.20 粗面板材 优等品 1.00 1.50 1.00 一等品 1.20 1.50 1.50 合格品 1.50 2.00 2.00 5.4角度允许公差 5.4.1普型板材的角度允许公差应符合表5的规定.。

表5 普型板材的角度允许极限公差 mm

板材边长 ≤400 ＞400 优等品 0.30 0.40 一等品 0.50 0.60 合格品 0.80 1.00 5.4.2园弧板角度允许公差:优等品为0.40mm,一等品为0.60mm,合格品为0.80mm.. 5.4.3普型板拼缝板材正面与侧面的夹角不得大于900。 5.4.4园弧板侧面角α(见图5)应不小于900。

5.5外观质量

5.5.1同一批板材的色调应基本调和，花纹应基本一致。 5.5.2板材正面外观质量应符合表6的规定。 表6 外观质量

规定内容 长度不超过10mm,宽度不超过1.2mm,(长度小于5mm、 宽度小于1.0mm不计),周边每米长允许个数(个) 缺角 沿板材边长,长度≤3mm,宽度≤3mm(长度≤2mm、 宽度≤2mm不计)，每块板允许个数（个） 裂纹 长度不超过两端顺延至板边总长度的1/10 （长度小于20mm的不计），每块板允许条数（条） 色斑 面积不超过15mm×30mm（面积小于10mm×10mm不计），每块板允许个数（个） 色线 长度不超过两端顺延至板边总长度的1/10（长度小于40mm的不计），每块板允许条数（条） 注：干挂板材不允许裂纹存在。 缺陷名称 缺棱 优等品 不允许 一等品 1 合格品 2 2 3 5.6物理性能 5.6.1镜面板材的镜面光泽度不低于80光泽单位或按供需双方协商确定。 5.6.2 天然花岗石建筑板材的物理性能技术指标应符合表7的规定。

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