從專利申請(qǐng)看建筑墻磚在原料與結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展綜述

武鑫奇 陳紅奎 孫瑞峰

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002；2.北京國(guó)知專利預(yù)警咨詢有限公司項(xiàng)目管理部，北京 100081）

從專利申請(qǐng)看建筑墻磚在原料與結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展綜述

武鑫奇1陳紅奎1孫瑞峰2

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002；2.北京國(guó)知專利預(yù)警咨詢有限公司項(xiàng)目管理部，北京 100081）

本文從建筑墻磚的材料與結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面闡述了建筑墻磚的發(fā)展趨勢(shì)。在材料方面，建筑墻磚正在從傳統(tǒng)的耗能大、毀田多、運(yùn)輸量大的粘土類磚體向著充分利用工業(yè)廢料和地方性材料的能夠可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的方向發(fā)展；在結(jié)構(gòu)方面，發(fā)展高孔洞率、高強(qiáng)度、抗震、輕質(zhì)的空心塊體是建筑墻磚未來(lái)的發(fā)展方向。

建筑墻磚；原料；結(jié)構(gòu)；發(fā)展方向

建筑墻磚是由粘土、混凝土、工業(yè)廢渣廢料等為主要原料制成的小型建筑砌塊，從生產(chǎn)方法上可以劃分為兩類：燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚，其中燒結(jié)磚是以粘土、頁(yè)巖、煤矸石或粉煤灰等為原料，經(jīng)成型和高溫焙燒而制得，它的歷史比較悠久，燒結(jié)磚中最常見(jiàn)的實(shí)心粘土磚是世界上最古老的建筑材料之一，從秦始皇陵到明清長(zhǎng)城，傳承了中華民族幾千年的建筑文明史。非燒結(jié)磚是建筑工業(yè)化發(fā)展中出現(xiàn)的新型墻體材料，它是由混凝土、海涂泥、天然砂、工業(yè)廢料等為主要原材料，不經(jīng)過(guò)高溫煅燒，通過(guò)自然養(yǎng)護(hù)或蒸養(yǎng)成型的建筑塊材。由于非燒結(jié)磚強(qiáng)度高、耐久性好、外形完整、色澤均勻，成為了極具有發(fā)展前景的墻體材料。

1 建筑墻磚在原料方面的發(fā)展變化過(guò)程

1.1 燒結(jié)磚

燒結(jié)磚最早用的原材料為粘土，粘土磚以粘土（包括頁(yè)巖、煤矸石等粉料）為主要原料，經(jīng)泥料處理、成型、干燥和焙燒而成，由于其就地取材，價(jià)格便宜，經(jīng)久耐用，還有防火、隔熱、隔聲、吸潮等優(yōu)點(diǎn)，在土木建筑工程中使用廣泛。在我國(guó)，墻體材料約占整個(gè)房屋建筑材料的70%，但由于生產(chǎn)實(shí)心粘土磚所需的粘土資源屬于可耕地中較優(yōu)質(zhì)的粘土，每年因城鄉(xiāng)建房燒制粘土磚損毀的良田達(dá)到70萬(wàn)畝，為轉(zhuǎn)變這一嚴(yán)重浪費(fèi)土地資源的傳統(tǒng)燒制方式，一些新的原材料正在被運(yùn)用到燒結(jié)磚上，如專利文獻(xiàn)（CN1325831A，公開(kāi)日2001.12.12）公開(kāi)了一種粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)工藝，它以粉煤灰為主要原料，不但可以解決粉煤灰的污染問(wèn)題，還可以通過(guò)高摻量的粉煤灰使生產(chǎn)的磚不易風(fēng)化，滿足高層建筑施工要求。專利文獻(xiàn)（CN1467172A，公開(kāi)日2004.1.14）公開(kāi)了一種礦渣磚的制造方法，為了克服粘土磚浪費(fèi)土地資源，且石棉礦渣中的石棉粉塵對(duì)周圍空氣、水源的污染，對(duì)人體健康不利，它提出了一種以石棉礦渣為主要原料的燒結(jié)磚，可有效防治石棉粉塵污染。以工業(yè)廢渣為主要原料的燒結(jié)磚變廢為寶，給建筑用磚增添不少色彩，但是，這些產(chǎn)品易產(chǎn)生熱、裂、漏，磚體不牢固，為了解決這一問(wèn)題，一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，性能好的廢物利用類磚體開(kāi)始問(wèn)世，如專利文獻(xiàn)（CN1629093A，公開(kāi)日2005.6.22）公開(kāi)了一種頁(yè)巖空心磚及其生產(chǎn)方法，以燕山產(chǎn)的天然頁(yè)巖為原料，變廢為寶，不但節(jié)約大量的粘土資源，而且通過(guò)合理調(diào)節(jié)配比，使生產(chǎn)的頁(yè)巖磚堅(jiān)固耐用，抗壓力強(qiáng)，且生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，便于操作。專利文獻(xiàn)（CN103373838A，公開(kāi)日2013.10.30）公開(kāi)了一種建筑垃圾生產(chǎn)建筑磚的方法，它以建筑垃圾為原材料，通過(guò)添加粘結(jié)料、穩(wěn)塑劑，并經(jīng)高溫處理后擠壓成型，這樣制得的建筑磚穩(wěn)固性強(qiáng)，輕度高，便于推廣，且建筑垃圾利用率高，生產(chǎn)周期短，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)技術(shù)要求。燒結(jié)磚采用的主要原材料見(jiàn)圖1：

圖1 燒結(jié)磚主要原材料

分析圖1可知，在燒結(jié)磚常見(jiàn)的5種主原料中，由于粘土磚出現(xiàn)最早、發(fā)展最成熟，以粘土為主要原料的燒結(jié)磚仍然占比較多，但隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，以粉煤灰、頁(yè)巖、煤矸石等為主要原料的環(huán)保、高強(qiáng)、生產(chǎn)簡(jiǎn)單的燒結(jié)磚正在占領(lǐng)越來(lái)越多的市場(chǎng)。

1.2 非燒結(jié)磚

為了解決燒結(jié)磚費(fèi)煤費(fèi)電、不環(huán)保以及成本高的問(wèn)題，非燒結(jié)磚開(kāi)始慢慢在國(guó)內(nèi)得到大力發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代非燒結(jié)磚的發(fā)展始于蒸壓灰砂磚的生產(chǎn)和使用，隨后在蒸汽養(yǎng)護(hù)粉煤灰中型密實(shí)砌塊基礎(chǔ)上發(fā)展了蒸汽養(yǎng)護(hù)爐渣磚、蒸壓礦渣磚等。非燒結(jié)磚最初也是以粘土為主要原料，如專利文獻(xiàn)（CN85205588U，公開(kāi)日1987.2.4日）公開(kāi)了一種非燒結(jié)粘土空心磚，它以山土為主要原料，摻入適量的水泥和石灰，用帶芯的鋼模壓制成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)而得，它利用了山土，可保護(hù)農(nóng)田，同時(shí)節(jié)約能源消耗。后來(lái)，由于在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)中經(jīng)常產(chǎn)生大量的固體廢物，如發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰、鍋爐產(chǎn)生的爐渣、采煤產(chǎn)生的煤矸石、金屬冶煉產(chǎn)生的高爐礦渣以及城市建筑垃圾等，我國(guó)已堆存80億t各類工業(yè)固體廢棄物，占用土地250萬(wàn)畝，不僅占用寶貴土地，還不斷污染大氣、水源、土壤，然而這些固體廢棄物大部分都為硅鋁酸鹽質(zhì)材料，經(jīng)過(guò)適當(dāng)加工可以生產(chǎn)多種能滿足墻體各種性能要求的建筑用磚，于是各種利用固體廢棄物為原料的建筑用磚開(kāi)始大力發(fā)展。專利文獻(xiàn)（CN1180054A，公開(kāi)日1998.4.29）公開(kāi)了一種免燒結(jié)承重磚，它的原材料包括石灰石、廢鋼渣、浮石等，采用先粉碎后混合，最后在擠壓機(jī)中進(jìn)行模壓成型，這樣制得的磚不僅強(qiáng)度高，磚的性能好，也可以節(jié)約能源。專利文獻(xiàn)（CN1648096A，公開(kāi)日2005.8.3）公開(kāi)了一種利用鉛礦廢渣加工建筑材料的方法，它以鉛礦冶煉廢渣、鉛礦煙道氣除硫石膏灰渣等為原料，加工生產(chǎn)的磚，不但使建廠投資小、幾乎無(wú)須消耗能源，而且對(duì)利用鉛礦廢物、消除污染和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。專利文獻(xiàn)（CN1830873A，公開(kāi)日2006.9.13）公開(kāi)了一種鎂渣磚及其制備方法，它以鎂還原渣、碎石、石膏、石灰為原材料，通過(guò)配料、加水混合、自然堆放、壓制成型，由于該方法采用煉鎂過(guò)程中產(chǎn)生的鎂還原渣為主要原料，制得的建筑用磚不但減輕了工業(yè)廢渣對(duì)環(huán)境的污染，也為建筑工程增加了新材料，且配方合理，制出的磚強(qiáng)度高，可達(dá)到國(guó)家建筑用磚的標(biāo)準(zhǔn)。專利文獻(xiàn)（CN102452823A，公開(kāi)日2012.5.16）公開(kāi)了一種煉鋅尾渣新型墻體材料，它以煉鋅尾渣、水泥為原材料，通過(guò)破碎篩分、成型、養(yǎng)護(hù)既得，這種方法制得的輕集料普通磚、空心砌塊等不但在強(qiáng)度上能達(dá)到國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)，而且可提高砌體的抗?jié)B、抗剪、抗震和熱工等性能，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到了節(jié)能、節(jié)土、環(huán)保的作用。

綜上所述，燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚原料的發(fā)展方向大體一致，都是朝著節(jié)能、環(huán)保、且成本低、制得的磚塊強(qiáng)度高、承重能力強(qiáng)、熱工性能好的方向發(fā)展。

2 建筑墻磚在結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展變化過(guò)程

圖2 實(shí)心磚

建筑墻磚從結(jié)構(gòu)方面可以劃分為兩類：實(shí)心磚（見(jiàn)圖2）和空心磚（見(jiàn)圖3），長(zhǎng)期以來(lái)，在我國(guó)占主導(dǎo)地位的粘土磚就是典型的實(shí)心磚，實(shí)心磚雖然工藝簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)成熟，但存在諸多不足，例如重量大、廢材料、強(qiáng)度低、保溫性能不好等，正在被各類空心磚所替代。為了解決實(shí)心磚的這些問(wèn)題，有許多單位及個(gè)人對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，例如在磚塊內(nèi)部加筋、采用輕集料、及保溫材料、在磚塊表面成型裝飾層等，例如專利文獻(xiàn)（CN2214465Y，公開(kāi)日1995.12.6）公開(kāi)了一種不銹鋼墻磚（見(jiàn)圖4），它采用不銹鋼薄板作殼體，將該板每邊均制成帶直角內(nèi)折邊，在每邊的角上均有與邊連成一體的內(nèi)扣片，再將填料澆鑄于制成的殼體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的磚可用普通水泥直接粘貼在墻上，所裝飾的墻面華麗、光滑平整，且不易扭曲變形、抗折強(qiáng)度大、耐腐蝕。專利文獻(xiàn)（CN2782809Y，公開(kāi)日2006.5.24）公開(kāi)了一種保溫節(jié)能磚板（見(jiàn)圖5），該保溫節(jié)能磚板設(shè)有保溫芯板，保溫芯板前壁面通過(guò)膠粘劑層粘合有裝飾面磚，保溫芯板的背面附著帶網(wǎng)格布的水泥砂漿層，這種磚可以使傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)粘貼的面磚改為工廠機(jī)械自動(dòng)化粘貼，提高了生產(chǎn)效率不但可以保溫，產(chǎn)生模似砌磚墻面的效果，還可以克服面層與基層材料引起的開(kāi)裂、起皮、鼓包和面層脫落的現(xiàn)象。

圖3 空心磚

空心磚是建筑行業(yè)常用的墻體主材，由于質(zhì)輕、消耗原材少等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為國(guó)家建筑部門首先推薦的產(chǎn)品，空心磚是框架結(jié)構(gòu)建筑物的理想填充材料，大部分空心磚還具有保溫、隔音降噪等性能，隨著社會(huì)對(duì)高強(qiáng)度、易安裝、熱工性能好的建筑墻磚的高需求發(fā)展，一批經(jīng)過(guò)改進(jìn)的整體性能更好的空心磚開(kāi)始大量涌現(xiàn)：專利文獻(xiàn)（CN2431334Y，公開(kāi)日2001.5.23）公開(kāi)了一種砌梗預(yù)制空心磚（見(jiàn)圖6），由磚體、連接凹槽、連接凸楔和空心組成，連接凹槽和連接凸楔能夠相互嵌合，這種空心磚省工、省時(shí)，不但減低勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以提高工作效率。專利文獻(xiàn)（CN201593263U，公開(kāi)日2010.09.29）公開(kāi)了一種輕質(zhì)蜂巢墻體砌塊（見(jiàn)圖7），該砌塊是一種六邊形方體，其前后兩個(gè)六邊形的周邊之間設(shè)置有凹槽，砌塊內(nèi)設(shè)置有夾層，砌筑時(shí)，將兩塊或多塊砌塊排在一起，然后在砌塊的凹槽內(nèi)灌入砂漿，砂漿在重力作用下沿凹槽或斜下方流動(dòng)，將所有凹槽封滿，從而在墻體內(nèi)形成蜂巢結(jié)構(gòu)形狀的固定骨架，由此重復(fù)操作直至壘成整個(gè)墻體。這樣的墻體砌塊解決傳統(tǒng)砌墻時(shí)每塊磚都要抹上粘合砂漿然后再砌入的技術(shù)流程，很大程度地降低加固墻體的人工成本。

圖4 不銹鋼墻磚

圖5 保溫節(jié)能磚板

空心磚體功能多樣、輕度高、施工效果好，但是空心磚有個(gè)很大的缺點(diǎn)：抗震性能差，水泥空心磚在震中導(dǎo)致房屋倒塌造成人員傷亡的事件使許多地震多發(fā)地區(qū)開(kāi)始禁用部分空心磚。為了解決這一問(wèn)題，一些新型的抗震空心磚開(kāi)始出現(xiàn)：專利文獻(xiàn)（CN103422605A，公開(kāi)日2013.12.04）公開(kāi)了一種用于砌筑中空墻體的主體磚（見(jiàn)圖8），該磚體包括第一長(zhǎng)條邊和第二長(zhǎng)條邊，左肋筋和右肋筋，通過(guò)在肋筋下端設(shè)置限位凸臺(tái)和與之匹配的限位槽，以及上下貫通的通孔，使該磚在砌筑時(shí)無(wú)需拉線或其它辦法就可使建成的墻體又直又平，并使建成的墻體抗風(fēng)、抗震能力強(qiáng)，并可以在限位凸臺(tái)的橫向槽內(nèi)放置拉接筋，加強(qiáng)墻體的橫向堅(jiān)固度，大量提高建墻速度的同時(shí)，還可以減少人工。綜上所述，空心磚由于其質(zhì)輕、性能好、輕度高、熱工性好等優(yōu)點(diǎn)而成為大力發(fā)展的對(duì)象。

圖6 預(yù)制空心磚

圖7 蜂窩墻體砌塊

圖8 中空墻體主體磚

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面對(duì)燒結(jié)磚、非燒結(jié)磚和實(shí)心磚、空心磚的原材料或結(jié)構(gòu)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)：建筑墻磚在材料方面正在從傳統(tǒng)的耗能大、毀田多、運(yùn)輸量大的粘土類磚體向著充分利用工業(yè)廢料和地方性材料，例如粉煤灰、爐渣、礦渣等垃圾或廢料的能夠可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的方向發(fā)展，而在結(jié)構(gòu)方面把實(shí)心磚改成空心磚，特別發(fā)展高孔洞率、高強(qiáng)度、抗震、輕質(zhì)的空氣塊體，使墻體重量減輕，生產(chǎn)效率提高，保溫性能良好，且受力更加良好的建筑墻磚將會(huì)是建筑墻磚在結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展方向。

The Development Review of The Wall Brick in the Aspect of Material and Structure From Patent Application

Wu XinqiChen HongkuiSun Ruifeng
（1.Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002；2.Project Management of Beijing Guozhi Patent Warning Consulting Co.Ltd，Beijing 100081）

The development trend of wall brick is expounded from the aspects of material and structure.In terms of materials，wall brick is in the direction of development from the traditional large energy consumption，destruction of land，large transport clay bricktoward the full use of industrial waste and local materials，sustainable development，protection of the environment；in terms of structure，the development of high porosity，high strength，aseismatic，lightweight hollow block is the future development direction of the wallbrick.

wallbrick；materials；structure；development trend

TU522.1

A

1003-5168（2016）07-0071-03

2016-7-1

武鑫奇（1989-），女，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：道路修建及其機(jī)械、建筑輔助設(shè)備領(lǐng)域發(fā)明專利審查；陳紅奎（1985-），男，助理研究員，研究方向：發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查，等同于第一作者。