也許人類自從有了建造的欲望,就開始和石材有了不解之緣,石材裝飾材料很早就被應用于建筑空間中,因為其容易獲得,堅固耐用、美觀、華麗和高貴,在建筑中應用日趨廣泛。建筑裝飾石材包括天然石材和人工石材兩種。天然石材是一種具有悠久歷史的建筑材料,河北趙州橋和意大利比薩斜塔都是天然石材建造的。天然石材具有較高的強度、硬度、耐磨、耐久等優(yōu)良的物質(zhì)力學性質(zhì);而天然石材經(jīng)表面處理表現(xiàn)出美麗的色彩和紋理,又具有較佳的裝飾性。然而從20年代80起,人造石的出現(xiàn)使裝飾用石材的家族更加的龐大,石材的加工制作的工藝越來越先進,石材在裝飾中應用越來越廣泛。

一、石材類裝飾材料的來源

(一)、天然石材的來源

天然石材來源自巖石,各種造巖礦物在不同的物質(zhì)條件下,形成不同的巖石類型,通常可分為三大類,即火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖。

1.火成巖(巖漿巖)

火成巖是地殼內(nèi)部巖漿冷卻凝固而成的巖石,是組成地殼的主要巖石,按地殼質(zhì)量計量,火成巖占89%。由于巖漿冷卻條件不同,所形成的巖石具有不同的結構性質(zhì),根據(jù)巖漿冷卻條火成巖分為三類:深成巖、噴出巖和火山巖。

2.沉積巖(舊稱水成巖)

沉積巖是露出地表的各種巖石(火成巖、變質(zhì)巖及早期形成的沉積巖),在外力作用下,經(jīng)風化、搬運、沉積、成巖四個階段,在地表及地下不太深的地方形成的巖石。其主要特征是呈層狀,外觀多層理和含有動、植物化石。沉積巖中的所含礦產(chǎn)極為豐富,有煤、石油、錳、鐵、鋁、磷、石灰石和鹽巖等。沉積巖僅占地殼質(zhì)量的5%,但其分布極廣,約占地殼表面積的75%,因此,它是一種重要的巖石。建筑中常用的沉積巖有石灰?guī)r、砂巖和碎屑石等。

3.變質(zhì)巖

變質(zhì)巖是地殼中原有的巖石(包括火成巖、沉積巖和早先生成的變質(zhì)巖),由于巖漿活動和構造運動的影響,原巖變質(zhì)(再結晶,使礦物成分、結構等發(fā)生改變)而形成的新巖石。一般,由火成巖變質(zhì)成的稱為正變質(zhì)巖,由沉積巖變質(zhì)成的稱副變質(zhì)巖。按地殼質(zhì)量計,變質(zhì)巖占65%。

建筑中常用的變質(zhì)巖有大理巖、石英巖和片麻巖等。

二、石質(zhì)類裝飾材料的分類

(一).建筑裝飾石材的分類:

1 . 天然大理石

(1).天然大理石的組成特點:

天然大理石是一種變質(zhì)巖,它是由石灰?guī)r、白云巖、方解石、蛇紋石等在高溫、高壓作用下變質(zhì)而生成,其結晶主要由方解石和白云石組成,主要成分是碳酸鈣,其含量約為50%-75% ,呈弱堿性。有的大理石含有一定量的二氧化硅,有的不含有二氧化硅。顆粒細膩(指碳酸鈣),表面條紋分布一般較不規(guī)則,硬度較低。

(2).天然大理石的結構以及性質(zhì)特點:

①.大理巖多呈細晶粒結構,屬塊狀結構

②.體積密度大

③.抗壓強度高

④.吸水率低

⑤.莫氏硬度3—4級,較易于雕琢、磨光

⑥.雜質(zhì)少,堅固耐久

⑦.紋理細密、豐富,色彩、圖案多樣可開光性強

⑧.抗風化能力差(少數(shù)的大理石抗風化能力強,如:漢白玉、艾葉青等)

(3)天然大理石的具體分類: 

A類:優(yōu)質(zhì)的大理石,具有相同的、極好的加工品質(zhì),不含雜質(zhì)和氣孔。 

B類:特征接近前一類大理石,但加工品質(zhì)比前者略差;有天然瑕疵;需要進行小量分離、膠粘和填充。 

C類:加工品質(zhì)存在一些差異;瑕疵、氣孔、紋理斷裂較為常見。修補這些差異的難度中等,通過分離、膠粘、填充或者加固這些方法中的一種或者多種即可實現(xiàn)。 

D類:特征與C類大理石的相似,但是它含有的天然瑕疵更多,加工品質(zhì)的差異最大,需要同一種方法進行多次表面處理。這類大理石連累了許多色彩豐富的石材,他們具有很好的裝飾價值。

(4)、主要品種

中國大理石資源廣博、品種豐富,有云南、山東、四川、安徽、福建、廣東、遼寧、湖北、北京等二十多個省市盛產(chǎn)近400個品種的大理石,其中最值得一提的是云南大理石

云南是大理石之鄉(xiāng),其石材以品種多樣、石質(zhì)細膩、光澤柔滑、圖案獨特而聞名,目前主要有云灰、白色和彩花三種大理石

2.花崗石(麻石)

(1).天然花崗的特點:

天然花岡石的主要成分為酸性物質(zhì),質(zhì)地硬,屬硬石材,密度為2500 Kg/m 3～2700 Kg/m 3,常呈現(xiàn)均粒斑紋及發(fā)光云母顆粒,其結構致密,抗壓強度高,吸水率小于0.75%,材質(zhì)堅硬,具有耐磨、耐火、耐大氣及化學介質(zhì)侵蝕、不易風化、耐腐蝕性強的特點。天然花岡石經(jīng)加工磨光后,石材的花紋晶粒細小,云母與石英細晶分散其中,形成亮光閃爍、色澤深淺有變化、斑點花紋美麗的裝飾效果,適合于外墻、柱面等的裝飾。

(2).天然花崗石主要品種:

1) .剁斧板材  石材表面經(jīng)手剁斧加工,表面粗糙,呈有規(guī)則的條狀斧紋。剁斧板材表面的質(zhì)感粗獷大方,多用于建筑外墻、防滑地面等。

2) .機刨板材   石材表面被機械刨成較為平整的表面,有較規(guī)則的刨切紋,用途與剁斧板材一致。

3) .粗磨板材  石材表面經(jīng)過粗磨,表面較光整沒有光澤,多用于裝飾需要柔光效果的墻面、基座和紀念碑等。

4) 磨光板材  石材經(jīng)精細加工,表面光潔,材質(zhì)的晶體紋理清晰,顏色絢麗,多用于室內(nèi)外地面、墻面、立柱等處的裝飾。

(3)、主要品種

我國的花崗巖同樣資源同樣蘊藏豐富,品種繁多。有四川、山東、廣東、河南、江西、山西、湖南等十多個省市盛產(chǎn)100多個優(yōu)秀的花崗巖品種。

如:江西的石棉紅,山東的濟南青,廣東的中山玉,江西的豆綠,河南的菊花青、云里梅,山西的貴妃紅、麻點白等。

世界上有許多國家盛產(chǎn)好的花崗巖品種。如:意大利的石灰華、維羅納紅、卡拉臘白等。

三、建筑石材的應用

 在眾多材料的貢獻中,石材是非常特殊的,無論是在遠古時代還是在當今的文明社會,從數(shù)萬年前的原始人山石洞穴到二十一世紀文明人的生活空間,石材一直是建筑、裝飾中最常用的材料之一,很少有其他材質(zhì)能象石材一樣有著幾萬年甚至幾百萬年的生成史及如此長久的使用史。

石材的應用應該追溯到人類的起源時代,當時的人們就已經(jīng)學會了用石材類作為一個攻擊生存的武器。石材的堅硬、優(yōu)良的性能和豐富的蘊藏,被各個歷史時期的人們所青睞。作為一種建筑材料,石材承受了千百年來風雨的沖洗淋刷,但依然屹立。如今,還保留著許多石材建筑。

現(xiàn)如今,石材不僅僅運用于建筑之中,還作為一種裝飾裝扮著我們的生活空間。石材應用于我們生活的方方面面,像石材類地板、衛(wèi)生間防滑地磚、漢白玉的浴缸、大理石修砌的建筑外立面等。

(一) 、石材在古代的應用

世界很多歷史時期中,石材作為一種常見的裝飾材料卻給人類帶來了非同一般的裝飾與建筑藝術。各個歷史時期中的石雕、玉雕、石器以及各種建筑用石材,由此可見石材扮演著非比尋常的作用。

西方歷史中,運用石材作為基礎材料是西方古建筑的主流。并且石不但是重要的建筑語言,更是藝術表達的重要載體。藝術家依據(jù)主題及表現(xiàn)手法的需要選擇不同的石料。傳統(tǒng)建筑中大量出現(xiàn)的石雕塑像、石鑲嵌壁畫以及豐富的窗飾、柱飾更使石的使用呈現(xiàn)多彩的面貌。

中國的古代建筑中木材是一種主流的建筑基礎材料,石材多作為橋梁、裝飾性形象、雕塑、以及作為一種地面的基石。還有一個重要的應用是宗教中的應用,例如敦煌石窟等。

中國古代運用石材建造的趙州橋,建造在隋朝大業(yè)年間,由著名匠師李春設計和建造。雖然經(jīng)歷了這么多年風雨的腐蝕沖刷,但是趙州橋依然是保存完善。

(二)、石材在現(xiàn)代空間的應用

現(xiàn)代建筑中石改變著形態(tài)卻更具豐富面貌。認識到石材的合理開發(fā)利用和不可再生性,人類開始開發(fā)利用各種加工石材的技術以達到預期目的。瓷磚、陶磚、人造石、石粉、馬賽克……這些新型建材都以石為母體,又在各自的分支中不斷推陳出圖為人民大會堂湖北廳,地面和墻面都鋪滿了石材,使這個空間顯得富麗堂皇。

北京西苑飯店餐廳背景墻的石材很有特色,古韻十足。西苑飯店所用的石材有碧桂園、綠玉石、白玉石、海紋玉等。

北京廣西大廈的大堂地面用的是石材水刀拼花來裝飾,組成的圖案多變化,富有動感。

廣西大廈的衛(wèi)生間地面使用的是黃底金線石材,進口大理石。此外,天然石材做衛(wèi)生間的地面、墻面以及臺面板。整天色調(diào)黃色為主,臺面板使用的是黑底金線,與墻面的黑色石材正好相呼應,整天效果統(tǒng)一而又富有變化,不過與非常的死板。

廣州國際信托大廈用的雪花白對花,所謂雪花白對花就是同一塊石板對剖之后往兩邊展開,所得兩片薄板能夠鏡像般地相似,它給人一種的不同凡響的鏡像視覺沖擊力,彰顯石之高貴、優(yōu)雅。廣州國際信托大廈大面積在墻面運用雪花白對花,大氣凝重。

四、石材幕墻的構造原理

(一)、石材幕墻材料

1)石材:設計要求,確定石材的品種、顏色、花紋和尺寸規(guī)格 

2)骨架及連接材料:

石材幕墻的骨架形式目前廣泛采用的是鋁合金型材型 ,層高較大的樓層常常采用鋼型材。 

鋼龍骨、連接件(角碼)等鋼材必須做防腐處理(鍍鋅或防銹漆); 

3)輔助材料

合成樹脂膠粘劑:用于粘貼石材要求具有防水和耐老化性能。

防水膠泥:用于密封連接件。

嵌縫膏:用于嵌填石材接縫。

(二)石材幕墻的連接形式

1、綁扎固定灌漿法(傳統(tǒng)) 

2、鋼銷式連接

鋼銷式連接是最早采用的連接方式,它通常在石板上下邊鉆直徑7-8mm的圓孔,插入直徑5-6mm的不銹鋼銷,鋼銷孔內(nèi)注入大理石膠,鋼銷連接不銹鋼板,不銹鋼板用螺栓與橫梁連接。 

3、短槽式連接(托板式)

短槽式連接是將鋼銷式連接的圓孔改為有效長度為100mm的溝槽,將鋼銷改為80mm寬的掛鉤板。

4、通槽式連接

是在石板上下邊開有通長的槽口,由通長的掛板拉結。槽口深17-22 mm,寬6-7 mm,掛板深入槽15mm。

5、干掛件連接

6、背栓式連接

背栓式連接是在石材背面開背栓孔,將背栓植入背栓孔后在背栓上安裝連接件,用連接件將石材與幕墻結構體系連接。 

五、天然石材的實例應用

1、日本青年建筑師隈巖吾(KengoKuma)在其一系列的作品中,不斷嘗試對于木材、紙、竹子、石材甚至塑料的創(chuàng)新運用,通過對這些并不多見的技術的不斷實驗和嘗試,建筑師成功地塑造了其在建筑材料使用上的國際聲譽,技術服務于藝術并且表達著藝術。在其石材美術館作品中,通過和白井石材這一石材業(yè)主的溝通,得知了石材可以比較輕松地加工成格柵,建筑最后采用組長1500 mm,截面是40 mm×150 mm的蘆野石做格柵,并通過間距1500mm的帶鋸齒形溝槽的石柱固定,形成了獨特的外墻肌理和遮陽效果.而且,該建筑還采用了厚度僅6 mm的透光大理石,產(chǎn)生了獨特的光影和空間效果。

2、在瑞士St pius(1996)教堂設計中,建筑師Franz Fueg就嘗試著用透明石材創(chuàng)造教堂內(nèi)部神秘的空間效果,教堂外墻由灰色的尺寸1. 5 m和1 m,厚度是28 mm的大理石板構成,板材自身由鋼柱支撐,光線可以穿過大理石落到室內(nèi),形成朦朧而又有石材紋理的特殊光影效果,同時反映著四季和周邊景色的不斷變化。

3、建筑師倫佐?皮亞諾和工程師彼得?懷斯合作設計的意大利教士朝圣教堂(Padre Pio Pilgrim-age),利用了當?shù)氐氖牟⒉捎昧撕髲埑兄剡@一石材運用的新技術,形成了45m跨度的石拱結構,創(chuàng)造了石材跨度的歷史之最.而整個建造過程也是石材開采、工廠加工、施工過程一系列的高新技術的運用成果,將石材的性能發(fā)揮到了極致。

六、結語

就像阿特金斯(Atkins)和巴格納爾(Bage-nal)指出的那樣:偉大的建筑流派總是與精良的材料一起誕生,而每一棟較重要的建筑都對應著一采石場(制磚廠)或一片缺失的森林.經(jīng)典的石材建筑也有這種唇齒相依的依賴關系,帕提儂對應的是潘泰列孔山,而故宮中大量的優(yōu)質(zhì)漢白玉來源于西郊房山的大石窩和門頭溝的清白口。

隨著全球?qū)τ谏鷳B(tài)和可持續(xù)發(fā)展的追求,倡導綠色建材成為大勢所趨,在盛產(chǎn)石材的地域大力推廣石材建筑,正符合這一要求.從石材開采、加工運用中的材料消耗、到減少放射污染、再到如何實現(xiàn)石材的有機更新都成為新的研究課題,對石材的可持續(xù)利用必將成為未來建筑藝術的創(chuàng)新點。

而中國建筑要想實現(xiàn)從數(shù)量到質(zhì)量的根本轉變,必須在提高建筑技術整體水平的同時,提高建筑師創(chuàng)造性運用技術的能力,二者缺一不可。相信隨著石材加工工藝的變化和建筑觀念的更新,中國建筑一定會有更多的石材建筑精品出現(xiàn)。