巖土工程師輔導(dǎo)：砂巖和洞石幕墻板材的選用

　　一、砂巖和洞石砂巖和洞石都是沉積巖，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，但是砂巖和洞石獨(dú)有的質(zhì)感、顏色和風(fēng)格，使得建筑師又很喜歡將它們用作石材幕墻。

　　因此，如何選用這些石材面板，最大限度地保證安全，就是一個(gè)很重要的問(wèn)題，必須慎重對(duì)待。

　　砂巖由細(xì)顆粒的砂子膠結(jié)而成，自然表面是粗糙的細(xì)顆粒狀。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(guò)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(zhǎng)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)采取更有效的措施。

　　洞石是商品名稱(chēng)，常指多孔石灰?guī)r和多孔凝灰?guī)r，石材內(nèi)含有許多孔洞?？锥粗睆胶头植济芏扰c石材種類(lèi)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(guò)程中就斷裂、破碎。

　　因此，砂巖和洞石的性能比花崗巖差得很多，容易產(chǎn)生安全方面的問(wèn)題。業(yè)主和設(shè)計(jì)師選砂巖和洞石作為幕墻面板，一定要事先慎重考慮。

　　二、砂巖和洞石用于幕墻的基本條件砂巖和洞石自身材性較差，總體而言不推薦用于幕墻。

　　如果建筑設(shè)計(jì)非用不可，則至少應(yīng)考慮以下最低要求：

　　(一)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(guò)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(guò)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(mǎn)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。

　　(二)石板不應(yīng)夾雜軟弱的條紋和軟弱的礦脈。洞石的孔洞不宜過(guò)密，直徑不宜大于3mm，更不應(yīng)有通透的孔洞。

　　(三)吸水率不宜大于6%，加涂防水面層后不宜大于1%.

　　(四)凍融系數(shù)不宜小于0.8，不得小于0.6.

　　(五)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。

　　三、基本材性試驗(yàn)不同產(chǎn)地的巖砂和洞石材性差別很大，在確定采用石材的礦坑前，應(yīng)進(jìn)行基本的材性試驗(yàn)。

　　(一)抗彎試驗(yàn)。

　　確定礦點(diǎn)時(shí)，抗彎試驗(yàn)件要能代表該礦場(chǎng)各個(gè)不同的開(kāi)采點(diǎn)，試件數(shù)目一般不少于20個(gè)。以后從各開(kāi)采點(diǎn)采出的石材，每批應(yīng)有抗彎試驗(yàn)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)。飽和抗彎強(qiáng)度有利了解石材對(duì)水的敏感性。

　　試驗(yàn)時(shí)采用凈石材試件，不宜附有增強(qiáng)層和復(fù)合層。

　　(二)吸水率未經(jīng)表面防水處理的石材和經(jīng)防水處理的石材都應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)防水處理后的石板，吸水率不宜大于1%.

　　(三)凍融系數(shù)凍融系數(shù)指經(jīng)過(guò)一定次數(shù)凍融循環(huán)后的抗彎強(qiáng)度與未經(jīng)凍融循環(huán)的抗彎強(qiáng)度的比值。它決定了該種石材能否在寒冷地區(qū)應(yīng)用。在有可能出現(xiàn)負(fù)溫度的地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行這項(xiàng)試驗(yàn)。

　　四、對(duì)板材的基本要求只有通過(guò)基本材性試驗(yàn)，確認(rèn)能符合本文第二節(jié)的基本條件后，這種砂巖或洞石才可以加工為面板板材，用于幕墻工程。

　　加工完成的石材面板，還應(yīng)符合以下的基本要求：

　　(一)板材厚度抗彎試驗(yàn)表明：厚度大的石板，其抗彎強(qiáng)度低于厚度小的石板。但是由于板的承載能力和厚度的平方成正比，厚的石板承載能力還是比薄的石板要大一些。

　　砂巖和洞石板材的最小厚度可由抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fk來(lái)決定：fk≥8.0MPa時(shí)，最小厚度35mm. 4.0≤fk<8.0MPa時(shí)，最小厚度40mm.抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fk是其試驗(yàn)平均值減去1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差。

　　(二)板材的尺寸砂巖和洞石強(qiáng)度低，因此板材的尺寸不宜過(guò)大，一般應(yīng)控制在1.0m2以?xún)?nèi)。不宜采用細(xì)長(zhǎng)的條狀石板，這種石板在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中很容易折斷。石板的邊長(zhǎng)比最好在1∶2以?xún)?nèi)，不宜超過(guò)1∶3.

　　(三)表面處理砂巖和洞石吸水性很高，應(yīng)采用防水涂料使其吸水率降至1%以下。

　　防水劑可采用有機(jī)氟或有機(jī)硅涂料，一般情況下要求涂料應(yīng)透氣，不形成膜，涂料也不應(yīng)改變石板的光澤和顏色。由于防水涂料壽命通常不超過(guò)5年，涂料要能多次涂刷。

　　采用注膠板縫的石材幕墻，石板可以只做外表面大面防水;采用開(kāi)放式板縫時(shí)，石板應(yīng)進(jìn)行六面防水。

　　孔洞較大、孔洞數(shù)量太多的洞石，宜進(jìn)行封孔處理。

　　防水處理要在全部槽、孔機(jī)械加工完畢、清潔和干燥后再進(jìn)行。

　　(四)背面復(fù)合層砂巖和洞石是強(qiáng)度低、容易破碎、耐候性差的石材，為防止萬(wàn)一破碎后墜落傷人，應(yīng)在板材背面粘貼玻璃纖維布或者其它復(fù)合材料。

　　五、特殊情況處理不合要求的石材不能使用，這是常理。

　　但是目前個(gè)別工程，由于多方因素和不得已的原因，未經(jīng)技術(shù)論證和可行性分析就已將砂巖和洞石采購(gòu)、加工完畢。有些工程石板已運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，甚至安裝上墻，事后才發(fā)現(xiàn)所選石材不符合本文第二節(jié)中所描述的基本條件，因而面臨上下兩難的境地。這些不符合條件的石板，無(wú)論上墻還是不上墻，都要面臨很大的風(fēng)險(xiǎn)。

　　按常理，不符合基本要求的石板是不能上墻的，更換板材無(wú)疑是最穩(wěn)妥的決策，也是最佳的選擇。但是事實(shí)既成，換板會(huì)面對(duì)各方面的巨大壓力，業(yè)主和相關(guān)人員都難以承受。在這種不得已的情況下，只能退而求其次，進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)論證，采取特殊的安全措施。即使為此要增加工程費(fèi)用也要在所不惜，因?yàn)榘踩菬o(wú)價(jià)的。

　　某石材幕墻高40m，面積7000m2.未經(jīng)充分技術(shù)論證就決定購(gòu)進(jìn)一種澳大利亞黃砂巖，而且已大量加工，不少還是長(zhǎng)條板。在運(yùn)輸過(guò)程中許多板材斷裂、破碎，但仍將一些斷裂板材用環(huán)氧膠粘結(jié)后勉強(qiáng)安裝上墻。安裝后的板材有些還繼續(xù)開(kāi)裂。不得不補(bǔ)行材性試驗(yàn)，最低抗彎強(qiáng)度僅2 N/mm2;澆水時(shí)吸水如同紅磚。這種石材不符合幕墻使用要求，但由于多方原因已無(wú)退路，只能采取一些補(bǔ)救措施來(lái)提高使用的安全性：全部拆除已經(jīng)上墻的數(shù)千平方米石板;重新嚴(yán)格挑選石板，開(kāi)裂、崩邊、掉渣、松散石板全部剔除;已斷裂又用環(huán)氧膠粘結(jié)的石板全部清出場(chǎng)外;所有上墻石板用優(yōu)質(zhì)防水涂料進(jìn)行六面防水;石板背面粘結(jié)1mm厚的玻璃纖維布樹(shù)脂復(fù)合層;所有石板附加鋁型材框，框由各邊邊框和背面加強(qiáng)肋構(gòu)成整體，用螺釘與石板固定;所有長(zhǎng)條板改為沿長(zhǎng)邊支承，相應(yīng)增加鋁支柱。今后，還要隨時(shí)檢查、觀(guān)察。如果有較多石板開(kāi)裂、損壞時(shí)，則將幕墻拆除重建。這些措施無(wú)疑大大增加幕墻造價(jià)和今后維護(hù)、重建費(fèi)用，但事已至此，只能這樣辦，寧愿付出高昂代價(jià)而留下一個(gè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

　　六、小結(jié)

　　將砂巖和洞石用于幕墻工程，安全問(wèn)題是頭等大事。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;進(jìn)而要慎重進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能減小面板尺寸，盡可能避免采用長(zhǎng)條板;最后實(shí)施時(shí)要采用機(jī)械進(jìn)行板材孔、槽加工;避免運(yùn)輸安裝時(shí)撞擊石板;精心進(jìn)行面板安裝。總之，要采取多種綜合措施，防止安全隱患，以防事后付出高昂的代價(jià)。

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