随着建筑技术的发展，建筑师设计理念的提升，越来越多的新材料应用到建筑外表皮装饰上。其中在石材幕墙领域，除传统范围的花岗石外，洞石、砂岩也逐渐大面积的应用到建筑幕墙上。
洞石和砂岩都是沉积岩，强度低，吸水率高，耐候性差，本不是石材幕墙面板的理想用材，但是因为洞石和砂岩独有的质感、颜色和风格而越来越受到人们的青睐。因此，如何选用这些洞石和砂岩面板，最大限度地保证安全，是一个必须慎重对待的问题。
一、洞石和砂岩
1、洞石
洞石是商品名称，学名叫做石灰华，英文名Travertine，属于陆相沉积岩，是一种碳酸钙的沉积物。因为碳酸盐矿物在沉积过程中有气体存在，形成很多孔洞，所以通常人们也叫它洞石。
天然洞石因为是石灰石构成的，所以其色彩品种和石灰石差不多，不过因为构成条件的不同，洞石会比石灰石色彩更丰厚一些，色泽上也更艳丽一点。洞石一般有白洞石和米黄洞石之分，通常主要有灰白、米白、米黄、黄色、金黄、褐色、咖啡、浅红、褐红色等种色彩；孔洞直径和分布密度与石材种类和产地有关，其共同特点是强度低、质地疏松、孔洞内容易积水、抗冻融性能和耐候性都较差。有些强度很低的洞石，加工好的石板甚至在运输过程中就断裂、破碎。
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本身体积密度偏低、吸水率升高、强度下降，因此洞石的物理性能指标低于正常的大理石标准。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，导致这种材料的性能均匀性很差。
建筑上采用洞石的色调以米黄居多，使用过程中让人感到温和，质感丰富，条纹清晰，源自天然，却超越天然，使得装饰的建筑物常有强烈的文化和历史韵味，因而被世界上多处建筑使用。建筑上常用的一般有意大利罗马洞石、伊朗洞石和土耳其等地的洞石。罗马洞石颜色较深，纹理较明显，材质较好。由著名建筑大师贝律铭担任设计顾问，美国贝氏建筑师事务所(PPA)主持设计，曾被贝聿铭自称“收山之作”的位于北京西单路口的中国银行大厦，其内外装修均选择的意大利罗马洞石。
北京中国银行
土耳其洞石颜色较浅，质地酥松，强度较差。
洞石可以被抛光，具有明显的纹理特征，弯曲强度呈各向异性，垂直纹理方向（强向）的弯曲强度在6MPa左右，部分超过7MPa；平行纹理方向（弱向）的弯曲强度为4MPa左右。
不论哪种洞石，其物理性能指标均低于正常的大理石标准。我国对这类石材的试验最初是依照GB/T9966《天然石材试验方法》给出试验数据，供设计、施工、生产和开发商参考。2005年我国实施了强制性的JC 830《干挂饰面石材及其金属挂件》标准，在其中规定了干挂石灰石的物理性能技术指标，洞石一般是采用其中的石灰石的物理性能技术指标进行判定的。
罗马洞石
土耳其洞石
伊朗白洞石 伊朗黄洞石
2、砂岩
砂岩属于沉积岩，外文名sandstone。砂岩是由石粒经过水冲蚀沉淀于河床上，经千百年的堆积变得坚固而成，后因地球地壳运动而形成今日的矿山。颗粒直径在0.05-2mm，其中砂粒含量大于50%，结构稳定，表面是粗糙的细颗粒状；绝大部分砂岩是由石英或长石组成的，成分含硅、钙、黏土和氧化铁，颜色通常呈淡褐色或红色。
天然砂岩分海砂岩和泥砂岩两种，海砂岩的颗粒比较粗，硬度比泥砂岩硬，空隙率比较大，较脆硬，主要代表品种有澳大利亚砂岩、西班牙砂岩；而泥砂岩比较细腻，硬度稍软于海砂岩。中国的砂岩品种非常多，主要集中在四川、云南和山东，这是中国砂岩的三大产区，同时河北，河南，山西，陕西等也有，但是产品知名度不高，影响力较小。另外，还有一种以天然砂岩的材质为母本，以无机物粉料铸制而成的人造合成砂岩，如陶立克砂岩、奥博雅砂岩等。
砂岩的物理力学性能因产地不同有很大的差别，有些澳大利亚黄砂岩和意大利黄砂岩抗弯强度可能小于3MPa，而四川隆昌的绿砂岩硬如磨刀石，抗弯强度可达到10MPa以上，接近于花岗岩。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是不大合适的，不得不用时，应采取有效的措施。
砂岩是一种无光污染，无辐射的优质天然石材，对人体无放射性伤害。优点是防潮、防滑、吸音、吸光、无味、无辐射、不褪色、抗破损，户外不风化，水中不溶化、不长青苔、易清理。
砂岩是一种暖色调的装饰用材，素雅而温馨，协调而不失华贵；具有石的质地，木的纹理，还有壮观的山水画面，色彩丰富，贴近自然，古朴典雅，在众多的石材中独具一格。砂岩是使用最为广泛的建筑石材，其高贵典雅的气质，天然环保的特性成就建筑史上的朵朵奇葩。数百年前用砂岩装饰而成的罗浮宫，英伦皇宫、美国国会大厦、哈佛大学、巴黎圣母院等至今仍风韵犹存，精典永在。近年来，随着建筑装饰追求环保健康、纹理绚丽、崇尚自然的新消费理念的发展，既健康环保又极富装饰性的砂岩在装饰石材中一枝独俏，备受追随时尚和自然的建筑设计师推崇，越来越广泛地应用于内外墙装饰。例如4166am金沙信心之选作为幕墙顾问的苏州九龙仓国宾壹号项目，其外立面就是采用了德国砂岩作为幕墙面材。
九龙仓金鸡湖国宾壹号
从装饰性来讲，砂岩朴素大方、粗犷、自然；花纹变化奇特，如同自然界里的树木年轮、山水画；十分素雅、温馨，又不失华贵大气，能给人以返璞归真、接近山野的感觉，加之具有良好的抗压、耐磨特性，是上好的墙面装饰品种。
从环保性来讲，砂岩是一种亚光石材，不会产生因光反射而形成的光污染，又是一种天然的防滑材料。而大理石、花岗石是光面石材，容易产生光亏染。
砂岩是零放射性石材，对人体无伤害。大理石、花岗石都存在微量放射性，长期生活在其中对人身会有潜移默化的伤害。我国《建筑材料放射性核素限量》(GB6165—2001)中明确规定，砂岩的放射性不列入放射性检验范围，这是基于常年的监测，以及编制标准时所作的大量抽查得出的结论。
二、洞石和砂岩用于建筑幕墙的基本条件
建筑幕墙采用洞石和砂岩做面板时，应满足《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1~830.2-2005、《天然砂岩建筑板材》GBT 23452-2009和《干挂饰面石材》GB／T 32834-2016中关于干挂石材物理性能技术指标的要求：
表1-干挂石材物理性能技术要求（GB／T32834-2016）
表2-天然砂岩建筑板材的物理性能指标（GBT23452-2009）
由表中可见，洞石和砂岩自身性能比较差，并不是建筑幕墙的理想材料。但是，由于其独特的质感和颜色等效果，使得建筑师很喜欢将它们用于石材幕墙。如果选用洞石和砂岩用于幕墙工程，最大限度地保证安全和质量是一个必须慎重对待的问题，决策之前要慎重考虑。首先要进行技术论证和可行性分析，要充分了解所选用石材的材性。对于一定要采用洞石或砂岩的建筑，必须要满足以下要求：
1、用于幕墙的石板，每批都应进行抗弯强度试验，其试验值应符合以下要求: 幕墙高度不超过80m时，试验平均值不低于5N/mm2，试验最小值不低于4 N/mm2；幕墙高度超过80m时，试验平均值不低于6 N/mm2，试验最小值不低于4.5 N/mm2。单向受力的石板，在主要受力方向应满足以上要求；双向受力的石板，在两个受力方向上都应符合以上要求。
2、石板不应夹杂软弱的条纹和软弱的矿脉。洞石的孔隙不宜过密，直径不宜大于3mm，更不应有通透的孔洞。
3、吸水率不宜大于6%，加涂防水面层后不宜大于1%。
4、冻融系数不宜小于0.8，不得小于0.6。
5、石板不应有裂缝，也不能折断，不得将断裂的石板胶粘后上墙。
（其中1、2、5项主要针对洞石）
三、基本材性试验
由于不同产地的洞石和砂岩材料的性质差别很大，在确定采用该类石材前，应进行基本的材性试验。
1、抗弯强度试验。洞石和砂岩做抗弯试验的抗弯试件要能够代表所选定矿场的不同开采点，试件数目一般不少于20个，各开采点的石材每一批都应有抗弯检测报告，一般不少于10个试件，分别进行干燥抗弯强度试验和饱和抗弯强度试验。干燥抗弯强度是材性的基本指标，试验时应采用净石材试件，不宜覆加增强层和复合层。
2、冻融系数决定了该种石材能否在寒冷地区应用，因此在北方有负温度的地区应对采用的石材进行冻融试验。
洞石和砂岩的板材只有通过基本的材性试验，确认其符合使用基本条件后，才能应用于石材幕墙工程。
四、石材的加工、防护
石材是天然产品，其内部含有各种天然化学物质。这些天然化学物质只要在一定的条件下化学性质就可能被激活、分解，或发生化学变化而使石材的表面受到破坏，影响石材的装饰效果。此外，石材也极容易受外界物质污染，如果不对其表面进行适合的防护，外界的脏物是极容易侵入到石材的外表面及内部而使石材变得丑陋不堪，从而降低石材的观赏价值及装饰效果。
石材加工、防护措施：
1、洞石面板应采取双面二道补洞处理。
2、石材背面应敷贴玻璃纤维网格布；
3、在与洞石面板纹理垂直方向的两边粘贴不锈钢角钢。下面是某项目洞石风压试验数据。
表-3 洞石未粘不锈钢角钢加强前的实验数据
表-4 洞石粘贴不锈钢角钢后的实验数据
由以上试验数据可以看出，采取强度增加方案，在石材面板两边粘贴不锈钢角钢后，提高了石材面板的抗风压强度和安全系数。
4、石材做六面浸泡防水处理，防水涂料应采用有机氟或者有机硅涂料。采用浸泡的方式使（砂岩）石材的内外都能得到充分的防护，不会像其它方式那样出现渗透不够的毛病。在所有施工方式中，只有浸泡能够达到最佳的防护效果，即使砂岩表面局部磨损，内部仍然有优秀的防水性。
防水应在所有的槽、孔加工完毕，清洁和干燥之后进行。具有超级防水功能的纳米石材防护剂相比其它石材防护产品对砂岩防水的作用更好，施工后荷叶水珠效果更明显，干透时间更快，水珠在石材表面就像在荷叶上滚动，使石材具有非常好的自清洁功能（如下图）。
湿板水性防护效果
洞石、砂岩材料经过防水处理后，防水性能得到了提高，但是无论采用哪种防水材料，其耐久性都不高，一般仅为3～5年，因此在建筑使用过程中必须进行定期维护，重新做防水处理。
5、整面排版。洞石吸引建筑师和开发商的地方除了其颜色和孔隙特征外，更大程度是其纹理特征。洞石若整面墙进行追纹排版，使其整体颜色调和、花纹过渡自然，并且安装时保证按排版顺序安装，则会有一种活动画的艺术装饰效果，引人入胜，这也是洞石独特的迷人之处。因此，在洞石幕墙工程中保证装饰效果最基本的一点就是整面排版，若面积过大则会采用分段排版，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版图纸和编号对号入座，保证按照排版顺序安装在建筑物上。
6、选择合适的连接构造。洞石连接构造的选用应依据所选定洞石的材料特性来设计，无论采用短槽还是背栓连接方式，都应在确定了洞石的产地、品种后，根据选定洞石的材料特性来选择合适的连接构造，这样可有效避免因连接构造与洞石的材料特性不匹配造成的现场施工破损与后期维护困难。
7、现场修补。由于在安装搬运过程中，洞石面板经常有崩边、掉角的现象，需要石材供应商专门派驻场人员现场修补。
8、运输过程软包装。洞石和砂岩易破损，在运输开箱和搬运过程中，要采用泡沫垫板或者橡胶垫，避免石材板受力破损。
经防护处理后，防护剂渗入石材内部，形成深层保护层，使石材免受污染，防止产生石材病变。防护剂在石材表面会起到防污、防水的作用，即使被污染，污物也只是浮在表面，便于清洗，石材表面不发生任何色差变化，不会出现脱落现象。同时，能防止石材的天然风化、盐水蚀化等现象的发生，降低了气候对石材造成的影响。和一般石材相比，经防护处理后的石材使用寿命成倍延长，而且防护剂使石材有很好的透气性，不会风化、氧化，并增加光泽度。利用特殊的防护剂，还可达到增强或加深石材颜色的效果。
五、结语
砂岩和洞石用于建筑幕墙工程，安全问题是至关重要的，要充分了解所选用石材的材性；慎重进行设计，尽可能减小面板尺寸，避免采用细长条的面板。避免运输安装时撞击石板；精心进行面板安装；要严格做好面板背部粘玻璃纤维网格布等补强措施，做到无缺角、崩边现象。只有这些因素都在建筑幕墙上考虑到了，洞石、砂岩幕墙才能表现出较好的装饰效果，实现结构性能和使用的安全性。
