洞石在建筑幕墙上的全过程设计管控

田 楠

(武汉大学城市设计学院，湖北 武汉 430072)

1 工程概况

本项目位于武汉市蔡甸区，地理位置优越，项目定位“汉阳西门户”代表作，以稀缺纯粹引领片区产品价值，售楼部作为蓝光雍锦系的微迭代产品，用现代工艺传承中国府邸文化精髓，演绎传递“以国为潮，当代雍锦”的文化价值体系。售楼部总建筑面积约1 140 m2，首层面积567 m2，三面外廊作为虚体空间围绕着建筑实体，呈现恢弘气势。考虑到目前市面上采用葡萄牙米黄、沉香米黄的大理石幕墙项目比比皆是，早已审美疲劳，因此本项目采用使用较少，材料新颖，纹路清晰优美的洞石，给客户精致的观感体验，洞石幕墙完成高度10.55 m，铝合金SE构件连接35 mm厚洞石和龙骨，再加上高透双层中空玻璃、铝材等立面材质营造明朗中式的空间氛围(见图1)。

2 洞石材料特性及使用标准参考

洞石作为一种用途广泛的石材，从化学本质上来说属于变质成岩不完全的石灰石，是一种多孔性陆相沉积岩，主要成分为碳酸钙，具有以下特点：

1)质地疏松，易于掘采加工和运输，可抛光处理，以颜色纹理多样独特，孔洞结构丰富著名，有温和富厚的质感，装饰性能佳，常用于室内装修。

2)硬度小，具有良好的加工性、隔音性和隔热性，也适合作雕刻使用[1]。

3)易被水解腐蚀，密度低、吸水率高、强度低、耐候性差、抗冻融性差，物理性能指标低于正常的大理石、花岗岩标准，且洞石强度表现为各向异性，弱方向上的石材强度甚至只有强方向的 30%～40%[2]。

建筑幕墙通常要抵抗自重、风和地震荷载，当洞石应用于建筑外立面时，尤其需注意严寒、腐蚀性环境下的材料损耗，因此施工前性能检测及指标安全判定非常重要。而当前国内还未专门制定洞石使用标准和工程技术规范，大多施工方和建筑师对洞石应用甚少，对其独特性能一知半解，设计时大多参考花岗岩、大理石、石灰石等石材标准，故十分容易产生安全隐患，因此在设计时确定洞石的使用标准十分关键。

洞石使用常参照GB/T 21086—2007建筑幕墙[3]和JGJ 133—2001金属与石材幕墙工程技术规范[4]。从规范可知用于外立面幕墙工程的石材性能指标主要包括强度、抗冻融性能、耐腐蚀性能等三个方面，其中强度包括抗剪强度、抗弯强度、石材固定点处的断裂强度等，标准还规定了石材的体积密度、吸水率、放射性核素限量、板材的最小厚度和单块最大面积等要求；此外洞石需通过一系列实验来确定其性能指标是否达到外立面幕墙的使用强度要求，常用的测试标准包括中国标准GB/T 9966.2—2020天然饰面石材试验方法 (第2部分：干燥、水饱和弯曲强度试验方法)、欧洲标准EN13161:2008天然石材试验方法——恒定负荷抗弯强度、美国标准ASTMC880/C880M—09石材弯曲强度测定方法等。

3 洞石的全过程设计管控注意事项

3.1 选样定样

目前常见的国内外洞石种类包括郑州洞石、伊朗洞石、土耳其洞石、罗马洞石(见表1)。项目考虑到实际落地效果，选用国内应用最广、肌理及纹路呈现效果好、供应商较多、可比选性强的罗马洞石，并根据其性能后期做加强处理。

表1 常用洞石类别

3.1.1 洞石选用参数说明

洞石的孔洞不宜过密，直径不宜大于3 mm,更不应有通透孔，吸水率不宜大于6%，加涂防水面层后不宜大于1%，冻融系数不宜小于0.8，不得小于0.6[5]。洞石强度低，板面不宜过大，板面分格尺寸控制在1.0 m×1.0 m以内，考虑到实际施工的材料损耗成本和强度要求，板材单块面积不得超过1 m2，切割成型后洞石最薄厚度不得低于35 mm。在严寒或酸性等恶劣环境地区应选择天然孔洞小且均匀、密实度较高的洞石；在人流量较大项目上使用时，建筑师可斟酌设计方案结构情况，适当增加板材厚度来增加安全系数，减小掉落风险[6]。

3.1.2 洞石作为幕墙面板的挑选要求

洞石板不应夹杂软弱条纹和矿脉，所挑选洞石板不应有裂纹、裂缝，不得存在泥质线和泥质带等天然缺陷，不得是断裂后用胶粘或其他工艺二次拼接成型，选择洞石作为幕墙面板时，一定要经过专家论证，进行抗弯强度试验，其试验值应符合国家行业规范要求：幕墙高度不超过80 m时，试验平均值不低于5 N/mm2,最小值不低于4 N/mm2;幕墙高度超过80 m时，试验平均值不低于6 N/mm2,最小值不低于4.5 N/mm2。此外切割后板材的干挂槽和背栓孔应选在致密部位，若该部位孔洞较大，应避免使用，本项目前期充分按以上参数和要求挑选洞石，因此去除天然缺陷后洞石原板切割出材率为70%(见图2)。

3.2 深化加工

选定荒料确认切割大板后，需对洞石进行防水背胶处理及补强措施，首先厂家会使用砂石砾和胶粘剂对较大孔洞进行修补，尤其注意板材背栓孔和干挂槽等后期构件固定部位邻近处不可存在较大孔洞,其次背面采用黏结网，起到补强背面孔洞的作用，同时具有一定防水效果，最后对整个板材使用石材专用防护剂作密封防护处理，过程中会保留正面和侧面小孔洞来展现材料美感，处理后需随机取样3块二次处理后的洞石进行性能检测，结果达标后方可出厂使用，二次处理的详细流程如下：

1)洞石原板外饰面处理：a.清洁处理：板面需用干净棉纱擦拭干净或用高压气泵吹净其表面黏着的石粉灰尘；洞石背面有油污或其他有机物污染时,应用丙烷将污染部位反复清洗至无污染物再进行表面清洁处理。b.涂界面处理剂：均匀涂刷专用界面处理剂1道，充分自然挥发晾干，保证外饰面所有位置均应涂刷到位。c.做密封防护处理：待专用界面处理剂干透后,用毛刷或滚刷在板材外饰面纵横交错涂刷1层厚度为0.3 mm～0.4 mm的石材专用防护剂，自然风干[7]。

2)背面补洞处理：选择与洞石同色的石材专用补洞胶处理背面孔洞，至少静置1 d待胶完全干透后再进入下道程序。

3)背面涂界面剂处理：均匀涂刷1道专用界面处理剂在已完成补洞处理的洞石背面，自然挥发晾干即可。

4)背面涂基层胶处理：待专用界面处理剂干透后，用毛刷或滚刷在石材背面均匀涂刷1层厚度为0.3 mm～0.4 mm的硅酮环氧树脂找平加固层作为基层胶。

5)背面补强处理：铺粘增强纤维网格布,并补刷硅酮环氧树脂：基层胶涂刷完后，立即铺粘第1层无碱玻璃纤维布,铺粘时应拉好四个角将布平整粘合在石材背面的胶层上，在纤维布上涂刷1层厚度为0.3 mm～0.4 mm的硅酮环氧树脂黏结层铺粘第2层玻璃纤维布。

6)固化、修整、检验：若石材胶质量或品种不对或固化剂、促进剂配比不合理等会出现复合层黏手，胶不固化的现象，应由厂家技术人员另行采取措施对复合层不平整处使用刮刀或角磨机修整；有白斑、气泡达不到要求标准的，则应采取补救措施直至达到质量标准为止(见图3)。

为保证效果，需在荒料加工前对洞石按追纹进行整体排版，保留其纹理特征，同时也确保各段洞石板面之间有自然的花纹颜色衔接，排版效果需经业主、监理、设计共同确认，再对板材进行逐一编号，根据需求计划分批进场。

3.3 运输存放

经过二次加强处理的洞石应避免运输存放时碰撞产生裂纹，造成浪费，其运输需注意以下几点：

1)洞石成品用不透水塑料包裹后，应光面对光面，糙面对糙面，软垫材料衬在光面间，侧向立放入木箱，用新鲜木方钉固定规格板材，且不可用易留印记的草绳等工具打捆,木箱应紧密堆放于车厢，避免紧急刹车等情况造成板材破碎。

2)运输工具应保持清洁，需用苫布遮盖石材，避免暴晒、风吹、雨淋。

存放使用需注意以下几点：

a.宜存放于干燥室内，若实际情况须存放在室外，需整齐码放后用塑料布盖严，防止雨雪淋湿，且存放地面需平整坚固，防止地面坑洼或架子倾斜导致其倒塌断裂。

b.分品种规格标签朝上最多堆放两层，侧向竖直码放，光面相对，下垫木方。

c.成品洞石阳角处需防止磕坏，应用竹板、木板或软性减震材料进行保护。

d.材料吊装搬运需做好临时包装，绑扎结实牢固、安全可靠，防止其变形、划伤或破裂。

e.施工时应注意清理脚手架上杂物，保证工作界面干净，以防掉落杂物损坏材料。

f.根据场地条件，洞石一般需二次搬运才能到作业面上，应水平运输，搬运、储存、临时防护及安装过程中需做好防护措施，可用垫木板、木方、胶皮垫的普通手推车或专用推车，防止材料磕碰破损。

3.4 主要施工方案及工艺要点

项目使用洞石需经胶黏剂补洞后经检测单位检测合格，满足石材干挂标准后上墙使用。

3.4.1 施工方案

1)施工步骤。墙面分格放线→后补埋板安装→龙骨加工→龙骨安装校正固定→保温防锈防火处理→隐蔽验收→洞石加工进场→洞石干挂→填嵌密封条→打胶密封→墙面清理→验收。

2)基层处理。对照龙骨的设计分割尺寸，检查主体结构的质量是否符合要求，是否满足后补埋件安装要求[8]。

3)墙面分格放线安装骨架。将龙骨按照总包移交的基准控制线分解弹到主体结构上，通常先弹出竖龙骨的位置，确定竖龙骨的锚固点，待竖龙骨通长布置完后，再在竖龙骨或墙体上弹好横龙骨位置，其中骨架的施工要点如下：

本工程竖框采用□80×60×4、□160×80×4钢矩管作为竖向主龙骨，主龙骨与墙体后补埋件通过转接件连接，L50×4角钢作为横龙骨传力于竖龙骨，骨架安装顺序如下：a.先安装竖龙骨，竖龙骨与主体结构相连，待竖龙骨就位后再安装横龙骨；b.采用转接件连接竖龙骨，将其分别穿进上下杆件的端部后再用螺栓拧紧，横龙骨与竖龙骨采用一边焊接一边螺接的方式进行连接[9]。

骨架质量控制应注意：a.严格按照基准控制线进行测量放线；b.施工竖龙骨前在首尾位置吊通长垂直线，并用经纬仪校核，以确保竖龙骨垂直度；c.拉通长水平线，检验竖龙骨及横龙骨是否分别在同一平面上。

3.4.2 本项目干挂洞石施工要点

1)洞石经前序工艺处理合格后进场。因洞石天然物理特性原因，为保证施工中石材的正常有序安装，项目石材损耗率控制在10%，按照10%的余量进行切割及二次处理。

2)由于石材现场切割后无法进行二次处理，为保证收边收口位置材料的正常有序安装，本项目收边收口位置洞石全部前置备货，根据现场最终实际尺寸进行切割下料，备货面积50 m2。

3)为确保施工安全，控制施工精度，本项目空出最下面1道分格最后安装洞石，石材按自下而上的干挂顺序，避免上下层交叉作业。

4)按基线确定首块石材高度后，在石材底部插入SE铝合金挂件，同时为避免移位，用相同挂件固定上口，确认洞石垂直度和位置无误后，为保证其安装后不偏位松动，需先用云石胶在挂件与干挂孔间做短暂固定，后用AB胶永久固定，其他排洞石按此循环干挂，此过程需严格按照基准线安装，注意控制板面垂直度、平整度。

5)板缝控制：安装前预先制作8 mm×8 mm×10 mm的塑料垫块，第一排安装后，在每块石板上口放4块塑料垫块，然后安装第二排石板，这样做既能保证缝宽一致，又能保证第二排石材与第一排石材不碰撞，石板边角不受损坏。

6)清理、填缝密封：在清理干净分格缝中填入泡沫棒，并粘贴美纹纸在缝两侧，用硅酮结构胶密封分格缝，胶缝饱满。为保证幕墙整面纹理效果，分格缝所用密封胶颜色应尽量与洞石颜色相近，现场打样确认后方可上墙。

3.5 质量保证措施

3.5.1 施工技术交底

在工序施工前进行图纸会审和技术交底，每班上工前有口头交底，目的是使操作人员、质量检查人员知晓各工序、各节点安装的详细要求和质量标准。技术交底应涉及主要施工工艺。

3.5.2 施工过程控制

1)对进场洞石、构配件等进行检查验收，进场主材应有产品合格证和性能检测报告；对重要部位的操作，项目管理人员及技术人员要旁站监督。

2)严格进行工序检查，评定验收每道工序质量，合格后方能操作下道工序。

3.5.3 检查与试验

1)洞石、钢龙骨及挂件、锚栓等检验和试验。需按照国家要求及规定对以上需要复检的材料进行抽样试检，严查检测报告，禁止不合格产品安装上墙，工程施工时应具备如下资料和文件：原材料、成品出厂质量证明书、专业检测报告、施工记录、工程质量检查及验收记录等。

2)不合格品的控制措施。现场巡查上墙洞石，有裂缝、干挂孔处有大孔洞的洞石须立马拆除返修或退货处理，并在排版图上进行标记，及时对备料进行纹理效果比对和质量检查[10-11]。

3.6 后期维护

潮湿环境下洞石易产生霉变、粉化，虽经二次处理后，防水性能提高，但防水材料耐久性不高，仍需定期维护，重做防水，后期需针对防水、清洁、安全等方面制订洞石外立面幕墙维护措施，按此对其进行日常维护和清洗，并定期检查龙骨等金属挂件的使用状况，避免出现掉落等风险。

4 结语

虽然目前我国未制定相关的洞石外立面幕墙施工规范，但纹理丰富的洞石已然成为建筑外立面装饰不可忽视的材料，本项目通过对洞石进行二次加工处理，解决了洞石疏松多孔、抗弯强度低等问题，达到石材幕墙施工规范要求，再从运输存放、施工工艺和施工质量管控, 到后期维护建议，成功地实现洞石板材在外墙干挂中的应用，整体效果完美，希望完整项目总结为设计师后期使用洞石幕墙提供借鉴和帮助，相信随着施工技术和工艺的不断创新完善，相关部门会尽快形成可供设计施工参考的科学合理的官方规范标准，洞石也可运用到更多建筑中，充分发挥其材料魅力。