完美石材幕墙的产生

苗 蕾

（河南天工建设集团有限公司，河南 南阳 473005）

幕墙(CURTAIN WALL)：由金属构件与各种板材组成的悬挂在主体结构上、不承担主体结构荷载与作用的建筑物外围护结构。按建筑幕墙的面板材料分类可将其分为玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、混凝土幕墙及组合幕墙。近些年，幕墙在欧美、日本、东南亚、中国的香港、台湾获得广泛的应用与发展，随着人们审美观的不断提高，现代人开始重视如何在新的建筑物上突出建筑的艺术效果、自然美的效果，天然石材也就逐步被广大建筑师所认识和采用，它的耐久性、庄重华贵、多彩性使这一切得以完美的体现，使建筑显得庄重大方、富丽堂皇，耐久年限达50～100年左右；从而让人们有回归自然的感觉。

材料：材料是保证幕墙质量安全的物质基础。幕墙材料按结构可分为：骨架材料、面板材料、密封填缝材料、结构粘结材料。早些年粘结材料只有靠进口来满足施工要求，现在中国这些材料都可以生产，并且都有国家标准或行业标准。幕墙作为外围护结构，处于建筑物外表面，需承受风荷载、地震作用、温度变化、自然腐蚀(日晒、雨淋、冰冻、风沙等)，因此，为确保幕墙安全可靠，就要求（1）所用材料必须符合国家和行业标准规定的质量指标，具有出厂合格证、检验报告；（2）所用材料要有足够的耐侯性和耐久性，同时具备防风雨、防日晒、防盗、防撞击、保温隔热、隔音等功能；（3）所用金属材料除不锈钢和轻金属以外，都应进行防腐处理，石材面层的防水处理应采用专用涂料；（4）各种材料均需有相应的跟踪记录。

好的材料可以保证幕墙具有安全性、功能性、艺术性，使其外观具有层次感、立体感和美感。

金属材料（不锈钢为奥氏体不锈钢材）：主要有骨架与挂件。薄石板由锚杆支撑并将重量及横向荷载传递给石墙面板的支撑系统。石材工业的标准是采用不锈钢锚杆，不锈钢锚杆应具有长期证明良好的追踪记录。一般情况下，不锈钢锚杆的替代品是铝制锚杆，铝锚杆价格较低并且可以拉压制成适合各种锚固条件所需要的型材，铝制品容易被拉长，并有足够的强度支撑石材面板，但铝材不具有抗腐蚀的能力，在与其他金属接触时属于相对活泼的金属材料，特别是有些材料：石灰石、大理石等，含有碳酸钙，属于碱性材料，被水分溶解后成为碱性溶液，与铝发生作用。不锈钢是一种稳定的抗腐蚀材料，具有较好的长期性能，这种锚杆不易腐蚀。石板同桁架系统的另一种腐蚀形式是在不同金属的绝缘区发生的腐蚀，如锚杆、固定件、支撑架、排水槽、气挡板等用的金属构件使用不同的金属制品时，必须用绝缘材料将这些构件进行防止电化学腐蚀处理。桁架支撑结构的构件是对有关部件组成整体时要着重考虑的对象，支撑结构的部件对石板同桁架墙其他部件的整体会产生一定的影响，如：挡热隔板、挡风隔板、挡雨隔板、防火隔板、防蒸气隔板等，都要求高度的连续性和精度。所以桁架支撑结构的设计和制造必须与整个系统其他部件一起综合加以考虑。石材同桁架墙面系统中的热围护层一般方法是将墙面板组合件内部布置防水塑料膜，既确保了原有的功能，又起到了绝缘效果。绝缘保温层不宜布置在石板背面，当水留滞时，会与石板有一个相当长的接触时间，在潮湿环境中，受载时强度变低，因此建议在石板背面留出空隙，便于排水。

面板材料：从建筑学和经济学的角度考虑，主要是选择建筑用天然石材的种类及其表面加工的要求。多采用火成岩即花岗岩。这主要由其属性所决定。火成岩由含有硅酸盐熔融物的岩浆结晶而成。岩浆在地下深处冷却固结为深成岩，深成岩为完全结晶化物质，其构成的矿物大小颗粒（粒度）可用肉眼判别，而花岗岩是深成岩（如：闪长岩、闪绿岩、斑粝岩等）中最具有代表性的一种。火成岩是由溢出地表的熔岩急剧凝结而成的火山岩，质地细密，由于熔岩中的大量气体逸散，使得岩中生成气孔。孔的量和形状是影响材料吸水、传导、吸声、尺寸、稳定性等基本性质的重要因素。板材的强度特性、安全系数、设计公差、工艺质量对保证整个系统的寿命具有重要影响。一般来说，花岗岩中硅酸盐的风化速度比石灰石和大理石中的碳酸盐要慢的多。长时间暴露在大气污染和酸雨中会使表面受到损伤，花岗岩板更能很好的抵抗大气侵蚀，特别是表面抛光后能减少石板表面的空隙而使其寿命延长（抵抗风化）。

花岗岩表面进行火焰处理时，会使其抗弯强度削弱。在光滑的花岗岩板表面进行火焰处理时，石类晶粒比它周围的矿物质膨胀的快就会凸出来，使其表面不平，并显示其实际的颜色。经过火焰处理过的表面其峰谷的尺寸受花岗岩所含矿物质颗粒大小影响。

火焰处理在表面产生的水气会渗入细微裂缝中，从而损失石板的实际厚度，微观裂缝使抗弯强度降低，而且由于削弱了对风化及反复冻融的抵抗力而减少了使用寿命。火焰处理对弯曲强度的损失程度视石材的粘结力以及有无微观或宏观裂纹而定，基本在5%～25%之间。当需要进行火焰处理时，要考虑加厚石板。使用薄花岗岩板做外墙装饰，当受热膨胀和受潮时，再次冷却后就不能完全恢复原状态，出现鼓包现象，故薄板只能用于室内。

近年来，由于切割和制作技术的发展、高分子材料垫片的使用、先进的加工设备使得面板材的厚度可以达到10～37mm。考虑到石板上需要切槽、钻孔、安装卡子或连接件，故将面板的最薄处定为25mm左右（并没有寿命长短可靠性的充分证据和弯曲强度、破坏模量的标准试验程序，这一点在国内外尚是空白）。石材的天然性决定面板的的单块面积不宜大于1.5m2。

硅酮结构密封胶、硅酮耐侯密封胶：这些工程专用胶是幕墙施工中用于结构粘结和填缝的材料。由于石材的多孔性就要求这一类胶均需是石材专用的，使用前必须有与接触材料相容性试验报告，以保证幕墙的结构牢固度。幕墙采用的橡胶制品宜采用三元乙丙橡胶；密封胶条应为挤出成型，橡胶块应为压模成型。

试验程序：进行破坏模量和弯曲强度的试验时，应该用反复冻融试验进行修正，因为火焰处理过程中，使表面存在张应力，会时弯曲强度降低。对石材进行表面加工及锚固时应该做相关的试验，将湿度、反复冻溶以及表面温度的剧烈变化考虑进去，尽量模仿自然界的恶劣环境。破坏模量和吸水率是重要参数：采用不同地点的石材进行相同方法的试验，对破坏模量和弯曲强度按两个方面——平行及垂直于断层线用干湿两种样品分别进行试验，计算横向锚固要求的石板厚度时，应当用试验结果取平均值。

安全系数：天然石材的属性是符合材料的弹性理论的，当按风荷载或锚固力计算石板厚度时必须使用安全系数来补偿强度的不均匀性。如果试验结果的数据在一狭窄的范围中说明该石材物理性质较为一致，当数据所在范围较宽时说明该石材物理性质比较不稳定。

石材本身的化学与物理性质是其强度和寿命的决定性因素，所以在按风荷载、搬动、运输、安装以及横向锚固来计算石板厚度时，对不同岩石应采用不同的安全系数，从而使安全系数既能反映出试验结果的分散性，又可以和石材总的化学、物理性质取得一致。作为一般规律，天然石材在与褶曲平面垂直的方向强度最大，因为晶粒和纹理的特性与石材开采时的方向有关，故石方开采时应按与褶曲平面成相同角度的方向开采。

施工中：石板面墙与洞口作业应一起生产，形成一个完整的外墙。当石板用来装饰现浇钢筋混凝土结构时，必须在混凝土浇注好并且强度达到可以承受附加载荷时才可以开始安装围护结构。基于以上原因，发包商将工程委托给一家承包商施工，对改进整个围护结构的质量会起到积极的作用。

总之，需要从可行性研究、设计、选材、制作、施工、监理、检测、验收、使用、维护等各个环节进行最优化筛选、论证，从而生产出完美的石材幕墙。