石材蜂窝板在建筑幕墙中的应用与探讨

摘要：随着世界人口增长和经济发展，建筑及其运行的资源消耗和环境效应对全球资源环境的影响日益显著。减少建筑能耗和污染排放，节约资源、保护环境，实现建筑与自然和谐共存，是全球面临的共同课题。在这个大前提下，超薄石材蜂窝板应运而生。它是一种新型建筑材料，具有比普通天然石材更好的抗冲击性每平方米仅为8～11千克，是普通天然石材重量的1/7，抗压强度却是它的3～5倍，完全克服了天然石材重量大、易碎等缺陷，提供了一种性能更为优异和应用领域更为广泛的新一代建筑材料。超薄石材蜂窝板简单的讲就是把石材薄板与铝蜂窝基材通过胶粘剂复合到一起，既节省了石料又减轻了成品的重量，可以较好的将石材效果体现在一些对承重有着较高要求的建筑中。本文主要介绍了石材蜂窝板的应用、结构，并对石材蜂窝板与石材板实际运用做了对比，归纳了各自优劣性，并结合重庆银行项目总结了目前石材蜂窝板使用过程中普遍存在的问题。

关键词：石材蜂窝板石材板胶粘剂

中图分类号：TU74 文献标识码：A

石材蜂窝板的应用

目前天然石材广泛运用于建筑外立面上，为建筑师一种常用的选择，能满足不同建筑风格需要，使用起来比较成熟。但是天然石材/的缺点也很明显，它重量大、强度低、脆性材质等。石材为天然材料，其材质均匀性较差，弯曲强度离散性大，属于脆性材料，在生产、开发、加工过程中难免产生一些轻微的内伤或微小的裂纹，很难被发现；在高层建筑外墙安装后，由于要承受自重、风、地震和温度等荷载和作用对它的影响，内伤会逐渐增大，存在着很大的安全隐患，石材蜂窝复合板便在市场的需求下应运而生。

石材蜂窝板起源于上世纪的欧洲，经过在欧洲和北美的发展，已成为一种重要的复合新型建筑装饰材料。上世纪九十年代传入我国后．经过行业人士的不懈努力，其质量已有极大提高，应用技术也得到飞速发展，不仅用于普通建筑装饰，而且其应用领域已发展到了地面、台面、高层建筑的内外墙面等，呈现出迅猛的发展势头。

石材蜂窝板是在专用蜂窝板的表面复合上石材，既克服了传统石材幕墙的一些缺点，还能起到隔热、降噪、抗震的作用，而且可根据需要取天然石材的外观、花纹、色彩与质感，满足一些建筑外立面需要，目前正逐渐运用在一些大型工程中。

石材蜂窝板结构

石材蜂窝复合板是天然石材与铝蜂窝板、钢蜂窝板或玻纤蜂窝板粘接而成的板材，基本构造见图1。

图1

说明：

1——石材；

2——与石材面板粘接的蜂窝板菌板(铝板、镀铝镑钢板、玻纤板)；

3——铝蜂窝芯；

4一一蜂窝板面板(铝板、镀铝铮钢板、玻纤板)；

5一一胶粘剂层。

2.1 石材

石材一般应采用符合标准要求的天然石材，石材的选择应当符合《天然花岗石建筑板材》优等品的要求，弯曲强度不小于8MPa，吸水率应小于0.8%等；当石材饰面为亚光面或镜面时，其厚度不宜大于5mm，石材饰面为粗面时，其厚度不宜大于8mm，对于外装幕墙，通常推荐石材铝蜂窝板的石材厚度为4-5mm，铝蜂窝板厚度不低于25mm。

石材表面应涂刷防护剂，其耐碱性、耐酸性宜大于80% ，且应符合JC/T 973—2005 规定的一等品及以上要求的饰面型石材防护剂，防水在工程论证及施工过程中尤其重要。同时，石材放射性核素限量应符合GB 6566 的规定。

2.2 胶粘剂

石材蜂窝板使用的粘合剂要求较高，其强度高、韧性好，适用于粘结金属、陶瓷、玻璃、橡胶、硬塑料以及大多数常用材料，是一种用途广泛的胶黏剂，既能为手工艺匠所使用，亦适合大多数工业应用。

胶粘剂宜采用改性环氧树脂类或改性聚氨醋类。主要技术指标应符合下表1的要求。

在蜂窝板加工过程中，粘接面的处理直接影响到石材蜂窝板的强度。粘接面至少应该用去油污的清洗剂，如丙酮或三氯乙烯清洗，以除去所有的油渍、污渍和灰尘。不能使用酒精、汽油或油漆稀释剂。通过机械打磨或化学腐蚀已清洗的表面，可以获得强度最高、耐久性最好的粘接件。打磨后应进行第二次清洗处理。树脂/固化剂混合料用抹刀涂到预处理的干洁的被粘接表面。通常，一层0.05到0.10mm厚的胶粘层即可赋予粘接处以最大的搭接剪切强度。粘接部分在用胶粘剂涂抹后应立即拼合并夹住。使用均匀接触压力将保证粘接部位的最佳固化。

2.3 铝板、钢板、玻纤板

目前，石材蜂窝板基本可分为石材铝蜂窝板、石材钢蜂窝板、石材玻纤蜂窝板等。

铝板宜选3XXX 、5XXX 系列的铝合金板材，力学性能应符合GB/T 3880.2 的要求。室外板的铝蜂窝板面板厚度不宜小于0.7mm ，室内板的铝蜂窝板面板厚度不宜小于0.5 mm。背板暴露于空气中的一面应涂装保护涂层，涂层材料可为聚酯、环氧、丙烯酸等材料，以防长期在空气中暴露而造成铝板的锈蚀。

钢板应采用结构类别的镀铝钵铜板且应符合GB/T 14978 的要求，板材厚度不应小于0.35mm ，镀层重量(ZA) 宜大于80g/m2 。

若选用玻纤板，玻纤板宜选用符合GB/T 8237 或GB/T 13657 规定的树脂与元碱玻璃纤维布复合制成。制作玻纤板的无碱玻璃纤维布厚度不宜小于0.4 mm ，单位面积质量不应小于320g/ m2，经向和纬向的拉伸断裂强力不应小于1.9 kN/25 mm。

2.4 铝蜂窝

铝蜂窝芯应符合HB 5443的要求，铝箔宜选用3003、5A02 或耐候性、耐腐蚀性及力学性能不低于上述牌号的铝合金材料，铝蜂窝芯壁宜留有透气微孔。室外板的铝蜂窝芯，厚度不宜小于14mm ，芯格边长不宜大于6mm ，壁厚不宜小于0.07mm；室内板的铝蜂窝芯，芯格边长不宜大于10mm ，壁厚不宜小于0.05mm。

铝蜂窝芯材是由铝箔和专用蜂窝节点胶在铝蜂窝芯生产线上加工制造的，影响蜂窝芯材性能的因素主要包括铝箔、节点胶以及蜂窝芯规格等参数。

铝箔加工过程应进行严格的表面处理，在对于强度或耐久性要求较高的产品中，应慎用采用1100纯铝箔加工制造的蜂窝芯材。节点胶应选用环氧改性高温固化胶，它不仅能提供足够的粘接强度而且具有优良的耐环境及耐高低温性能，普遍胶粘剂因强度较低往往容易使蜂窝芯脱胶，造成整体破坏失稳。 蜂窝芯的节点强度是评价其性能的主要依据，其节点强度数据应≥2.0N/mm。 铝蜂窝芯规格是由铝箔厚度以及蜂窝孔格尺寸来确定，不同规格的铝蜂窝具有不同的密度以及不同的力学性能，其造价也存在着较大的差异。

2.5 安装连接件

安装连接件宜采用材质为Q235 的冷辙工艺成型的异形螺母，如图2 。其表面镀辞钝化处理应满足GB/T 5267.1 的规定，机械性能等级应达到GB/T 3098.2 中规定的5 级。

图2

异形螺母螺纹直径M 不应小于8mm ，螺柱直径d 不应小于12mm ，底座直径D 不应小于22mm ，高度L可根据板厚进行调整。异形螺母采用胶粘剂进行埋设处理时，所用胶粘剂应符合规定。

单个异形螺母抗拉极限承载能力应有有效的检测证明，单个异形螺母的抗拉极限承载能力不应小于3.2 kN；异形螺母的预埋需在工厂严格按照工艺要求和质量控制完成，一般要求在出厂前对拉拔力进行检测，以保证螺母预埋精度和质量。

石材蜂窝板与石材板实际运用对比

石材蜂窝板与石材板相比优势较多，比如重量轻、强度高、刚度好、节能环保等，这里就在实际工程实施中经常遇到的一些问题做简单对比。

3.1 消除安全隐患

目前，幕墙发展正处于在一个高峰期，超过150m甚至200m的高楼也有很多，在选择外装饰材料的过程中，虽然通过使用背栓等连接方式在一些高楼上也有不少成功运用，但天然石材板的安全隐患还是成为大多数业主或建筑师的顾忌之一。

拿光面板石材做个对比，按《金属与石材幕墙工程技术规范》有关规定，石材板厚度最薄不得小于25mm，每平方米石材重量均在70kg以上，这对幕墙抗震是尤为不利的；石材蜂窝板光面石材厚度一般不大于5mm，重量基本接近为整个石材板的1/5，可以极大的减少建筑物的重量荷载，满足一些外立面装饰效果的同时，也解除了安全隐患。

3.2 容易控制色差

在天然石材做装饰材料的实施过程中，石材表面的色差不一致往往困扰着很多业主及石材加工单位，虽然采取分面、分部统一加工等方式稍有缓解，但总的来说，对于色差的控制还不是很理想。拿加工25mm光面石材的荒料板来说，先前用来切板的1片荒料石材板又被切成3-4片薄板，花纹与颜色几乎相同，因而更易保证大面积使用时，其颜色与花纹的一致性，更容易控制色差。

3.3 板块尺寸更大

按《金属与石材幕墙工程技术规范》有关规定，石材立面划分时，单块板面积不宜大于1.5m2，因石材是天然性材料，对于内伤或微小的裂纹有时用肉眼很难看清，在使用时会埋下安全隐患。如果只注意强度计算，没有考虑到天然石材的不可预见性，单块板越大出现问题的概率越高。

但在工程实施中，有很多建筑师或业主为了追求外立面效果，往往加大石材版面面积，更是增加了安全隐患。鉴于石材蜂窝板的为工艺性加工，板面最大规格可达2400mmX1200mm，完全满足了外立面效果。

3.4 节能环保

石材蜂窝板为一种复合型材料，其用等边六边型做成的中空铝蜂芯拥有隔音、防潮、隔热、防寒的性能，这些特点就远远超越了通体板所不具备的性能特点。其导热系数为（0.104～0.130）w/mok，而普通实心石材导热系数为（3.5～1.3）w/mok，其数值已在热绝缘材料的范围中。由此可见，石材铝蜂窝板是一种隔热节能的材料，同时还具有隔音降噪的性能，在建筑物上使用非常合理、实惠，符合幕墙趋向于节能、绿色、智能化方向发展的大方向。

工程中需要注意的几个问题

重庆银行大厦项目主楼及塔楼外立面均大量使用蜂窝石材板，以此项目为例，在前期方案确定及施工过程中有几个问题需要注意。

4.1胶粘剂的耐久性

通过前面的介绍知道，石材蜂窝板的构造中有三道胶粘剂层，整个板块的复合完全靠粘接，胶粘剂的作用就不言而喻了。通常来讲，为了满足石材蜂窝板夹层结构中不同部位的胶结要求，应配套解决四种胶粘剂:夹芯胶粘剂、表板胶粘剂、封边胶粘剂、接头胶粘剂。正确地选择胶粘剂，尤其是表板的胶粘剂是石材蜂窝板的质量关键。

重庆银行大厦项目单元部分蜂窝石材板块，先前方案采用开敞式做法，考虑到重庆湿热高温，且多酸雨，在长期紫外线照射下，胶粘剂会加速老化，从而使石材蜂窝板产生开裂或脱落，存在安全隐患，我公司建议采用密封打胶做法并被甲方采纳实施。

实际上从国内外众多的试验和研究结果表明，粘接剂都有大致相同的性能老化过程，并在老化衰减到一定程度后稳定下来，且保持相对稳定的粘接承载能力。为此，只要我们选择合适的、经过耐湿热老化性检测的胶粘剂，并控制板平面拉应力处于胶粘剂老化衰减后的稳定状态范围内且小于其抗拉承载力，就可解决产品的长期使用而不致产品产生剥离的问题。在产品的使用中，要防止外部雨水直接浸泡胶粘剂而加速胶粘剂的性能老化。因此，采用石材蜂窝板的建筑幕墙宜采用封闭式系统。

重庆银行大厦业主通过咨询、考察、论证等工作，接受了我公司建议，消除了安全隐患。

4.2 接口的封闭处理

由于封闭式系统打胶在侧边进行，所以石材蜂窝板一般需要在侧面做石材折边，同时，侧面复合板结构也应完整，这样才能保证密封，防止水的渗入。水的渗入点往往出现阴、阳角角交接处。以重庆银行大厦项目蜂窝石材阳角处理为例，按建筑设计要求，石材阳角为海棠角处理方式，切角3mm,石材厚度为8mm，阳角两侧石材结合处必须保证接触紧密，且打胶密封严实。另外，如果蜂窝石材需要有缺口出现，则缺口处必须石材封闭且打密封胶密封严实，单纯用胶密封处理，容易产生渗水隐患。

4.3 板面的变形

蜂窝石材的板面问题大致归纳一般主要有：

板面弯曲：板面过大，整板抗弯强度不够；

表板起皱：胶粘剂平面拉伸强度不够而产生表板向外凸出，铝蜂窝压缩强度不够而产生表板向内凹陷；

表板破裂：整个板件厚度不够，面板厚度不够，表板强度不够；

表板与蜂窝分离：表板与蜂窝剥离强度不够；

在蜂窝石材使用过程中，在满足外立面效果的基础上需要尽量减少板面尺寸，通过计算选择合适的厚度，同时按工艺要求进行胶的粘接，才能减少板面出问题的几率。

结束语：

通过上面的介绍我们知道石材蜂窝板构造简单、造价低，其成品具有保温、隔热、防水、防震等性能好，施工效率高等显著优点，具有较大的应用推广价值，符合目前建筑向节能、绿色、智能化发展的大方向。石材蜂窝板作为一种新型的建筑材料，其在应用中仍有很多问题需要去探究。

参考文献

杜继予，包毅，窦铁波， 周萱，新型复合材料研究项目石材蜂窝板及其应用，2011年全国铝门窗幕墙行业年会论文。

王文军，李红旭，张首文，建筑结构胶的耐湿热老化性能研究，粘接，2006.27（1）。

致谢

此次通过重庆银行大厦这个项目，对蜂窝石材板进行了深入的认识和探究，为今后此材料在后续工程中的应用奠定了基础。在此作者谨感谢公司领导对重庆银行大厦幕墙项目的重视与支持，在工作上提供了便利条件；感谢重庆银行及重庆渝高集团对我公司的倾力支持与合作，给予了我们工作的热忱与动力；感谢重庆银行大厦项目部对设计工作的积极配合与良好沟通，使项目能按计划实施；感谢重庆银行幕墙设计团队的努力工作与舍己付出！