浅谈砂岩在幕墙上的应用

    砂岩是一种沉积岩，是由千百万年前的岩石经风化剥蚀作用，流水冲蚀解体为砂屑，沉积于石床上，后经地壳运动，山体抬升，受到挤压胶结以及一系列的地质物理作用，加温加压下最终形成现在的砂岩。

    砂岩独有的质感、颜色和风格，使得一些建筑师很喜欢将它用于建筑外立面。于是近年来砂岩越来越多的运用于建筑幕墙。

    目前国内已经建有一些砂岩幕墙的工程。但由于对材料的认识和技术完善程度等方面的原因，大部分工程或多或少有一些缺陷。

    砂岩的品种较多，品种不同的砂岩其物理性能也不一样。在选择砂岩作为外幕墙饰面材料时必须有针对性的选择。

    本文将就砂岩幕墙对建筑装饰效果和结构及使用安全性能等方面的影响进行探讨。

    1、砂岩幕墙与建筑效果

    虽然砂岩具有独特的质感、颜色和风格。但在运用于建筑幕墙时还是要有选择性。砂岩对建筑效果的影响主要表现在如下几个方面。

    (1)材质疏松有粉化、泥化现象;

    (2)潮湿环境中霉变;

    (3)强度过低安装和使用过程中的破损。

    砂岩的吸水率相差很大。有些砂岩较为致密，吸水率可以低于2.5%，而有些砂岩吸水率超过6%因此不同的砂岩，其饱和抗弯强度和冻融系数有较大的差别。

    有些砂岩，如四川、广东的红砂岩，吸水后还会有软化现象，有些红砂岩长期潮湿后甚至变为泥土状，这样的红砂岩用于幕墙就不大合适的(见图1)。

    如果在阴暗潮湿环境下采用砂岩作为幕墙饰面材料，建议采用吸水率较低相对致密且孔洞相对少的砂岩。这样能减少砂岩表面灰尘污染和霉变(见图2)。

    即使在同一个工程在阴暗面与向阳面砂岩表现出来的装饰效果也不一样。

    在人流量较大且人能触及到的位置也要做一些特殊考虑。因为这些位置的幕墙容易被人为损坏，特别是强度较差的砂岩。

    建议在人流量较大且人能触及到的位置的砂岩通过相应措施增加砂岩板块强度，或采用其它措施让人不能轻易接触幕墙。

    (1)砂岩要用在幕墙上必须选择物理性能相对适合的材料。

    (2)砂岩幕墙的使用应根据建筑物所处地理环境有选择的使用。

    (3)在容易受损位置的幕墙应采用相应的保护措施。只有这些因素在建筑上都能被完善的考虑到，砂岩幕墙才能表现出较好的装饰效果和实现结构及使用安全性能。因此，需要建筑师和幕墙设计师在实际工程上全面综合的考虑。

    2、砂岩幕墙与结构及使用安全

    砂岩的力学性能因产地不同有着很大的差别，有些澳大利亚黄砂岩和意大利黄砂岩，抗弯强度可能小于3 Mpa，而四川隆昌的绿砂岩则比较坚硬，抗弯强度可达到10 Mpa以上，接近于花岗岩。

    但整体来讲砂岩的强度还是普遍小于花岗岩。于是对强度较差的砂岩板材自身强度的加强是很有必要的。板块的加强可以通过增加板块的厚度和一些辅助加强措施来实现。增加板块厚度的方法主要就是根据所选用的砂岩的强度和荷载情况，通过计算来确定板块厚度。本文主要对辅助加强措施做进一步探讨。

    目前常规的石材板块加强是采用板块后粘贴玻璃纤维网的方式来实现。毋庸置疑此种做法对石材板块的强度是有一定好处的。但是此种加强措施主要作用还是表现在当石材破碎以后。由于背衬的玻璃纤维网将石材粘结在一起，破碎的石材板块就不易脱落，达到一种安全的目的。此作用主要表现在石材破碎以后属于一种“被动措施”，用于幕墙的砂岩板块采用此措施是有必要的，而且在砂岩幕墙上应全部采用此措施。

    另外也要寻找一些“主动措施”，让砂岩板块在荷载作用下表现出较好的力学性能。

    2.1 在砂岩板块后增加辅助受力的金属副框

    对于一些强度较差和大板块的砂岩在板块后采用能辅助受力的金属副框以增加板块强度。

    金属副框与石材板块通过通长槽或背栓的方式连接在一起，然后再通过副框与幕墙龙骨连接。

    采用金属副框加强的方式可根据砂岩板块的大小灵活增加副框数量以满足石材板块的受力要求。

    2.2 采用砂岩板块与其它材料复合

    目前已经有许多复合面材在幕墙上使用，比如:石材和铝蜂窝板复合、石材和石材复合、石材与其它保温材料复合。砂岩饰面板材也可以考虑此方式复合，以得到饰面效果有保障，力学性能更佳的幕墙板材。

    (1) 砂岩与铝蜂窝板复合，将饰面砂岩通过粘结的方式与蜂窝板复合在一起。砂岩只作为饰面材料，板块的力学性能完全由蜂窝板提供。

    此种复合板材力学性能比较容易控制，板块自重较轻。板块与龙骨连接方式比较容易实现且连接较可靠。石材与铝蜂窝板粘结的可靠性是此复合板材的关键。

    (2) 砂岩与花岗石复合，将饰面砂岩通过粘结的方式与花岗石复合在一起。砂岩只作为饰面材料，板块的力学性能完全由花岗石提供。

    此种复合板材的力学性能和连接方式和花岗石幕墙基本相同。同样，板材之间粘结的可靠性是此复合板材的关键。

    (3) 砂岩与其他保温材料复合，将砂岩通过粘结的方式与保温板材复合在一起，并在保温板材后粘结一层防火板材，以确保板块的防火性能。

    此种复合板材的力学性能主要还是由砂岩提供，其复合的保温材料和防火材料对砂岩的受力情况起到一定的辅助作用。此板块与幕墙龙骨的连接还是由砂岩板块直接通过连接件(建议通长槽托板或背栓)与龙骨相连。

    砂岩作为一种材质比较疏松的石材在使用和选择连接方式上也一定要慎重。目前比较常用于石材幕墙的连接形式有:短槽托板式、通长槽托板式和背栓式。

    如果砂岩板块自身的强度足够而无需辅助加强，建议采用通长槽托板或背栓连接方式。如果砂岩板块后有辅助加强的金属副框，则建议通过副框将砂岩与幕墙龙骨连接。

    3、结束语

    综上所述，将砂岩作为幕墙面板用于建筑外装饰工程在一定条件下是可以的。要使砂岩幕墙表现出良好的装饰效果和安全性能需要进行技术论证、可行性分析和采取相应措施。主要控制要素有:

    (1) 在适合的环境下使用;

    (2) 选用适当种类的砂岩;

    (3) 确定采用合适的加强措施和连接方式。