武鑫奇 陈红奎 孙瑞峰

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450002；2.北京国知专利预警咨询有限公司项目管理部，北京 100081）

从专利申请看建筑墙砖在原料与结构方面的发展综述

武鑫奇1陈红奎1孙瑞峰2

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450002；2.北京国知专利预警咨询有限公司项目管理部，北京 100081）

本文从建筑墙砖的材料与结构两个方面阐述了建筑墙砖的发展趋势。在材料方面，建筑墙砖正在从传统的耗能大、毁田多、运输量大的粘土类砖体向着充分利用工业废料和地方性材料的能够可持续发展和保护环境的方向发展；在结构方面，发展高孔洞率、高强度、抗震、轻质的空心块体是建筑墙砖未来的发展方向。

建筑墙砖；原料；结构；发展方向

建筑墙砖是由粘土、混凝土、工业废渣废料等为主要原料制成的小型建筑砌块，从生产方法上可以划分为两类：烧结砖和非烧结砖，其中烧结砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰等为原料，经成型和高温焙烧而制得，它的历史比较悠久，烧结砖中最常见的实心粘土砖是世界上最古老的建筑材料之一，从秦始皇陵到明清长城，传承了中华民族几千年的建筑文明史。非烧结砖是建筑工业化发展中出现的新型墙体材料，它是由混凝土、海涂泥、天然砂、工业废料等为主要原材料，不经过高温煅烧，通过自然养护或蒸养成型的建筑块材。由于非烧结砖强度高、耐久性好、外形完整、色泽均匀，成为了极具有发展前景的墙体材料。

1 建筑墙砖在原料方面的发展变化过程

1.1 烧结砖

烧结砖最早用的原材料为粘土，粘土砖以粘土（包括页岩、煤矸石等粉料）为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而成，由于其就地取材，价格便宜，经久耐用，还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点，在土木建筑工程中使用广泛。在我国，墙体材料约占整个房屋建筑材料的70%，但由于生产实心粘土砖所需的粘土资源属于可耕地中较优质的粘土，每年因城乡建房烧制粘土砖损毁的良田达到70万亩，为转变这一严重浪费土地资源的传统烧制方式，一些新的原材料正在被运用到烧结砖上，如专利文献（CN1325831A，公开日2001.12.12）公开了一种粉煤灰烧结砖的生产工艺，它以粉煤灰为主要原料，不但可以解决粉煤灰的污染问题，还可以通过高掺量的粉煤灰使生产的砖不易风化，满足高层建筑施工要求。专利文献（CN1467172A，公开日2004.1.14）公开了一种矿渣砖的制造方法，为了克服粘土砖浪费土地资源，且石棉矿渣中的石棉粉尘对周围空气、水源的污染，对人体健康不利，它提出了一种以石棉矿渣为主要原料的烧结砖，可有效防治石棉粉尘污染。以工业废渣为主要原料的烧结砖变废为宝，给建筑用砖增添不少色彩，但是，这些产品易产生热、裂、漏，砖体不牢固，为了解决这一问题，一些结构设计合理，性能好的废物利用类砖体开始问世，如专利文献（CN1629093A，公开日2005.6.22）公开了一种页岩空心砖及其生产方法，以燕山产的天然页岩为原料，变废为宝，不但节约大量的粘土资源，而且通过合理调节配比，使生产的页岩砖坚固耐用，抗压力强，且生产方法简单，便于操作。专利文献（CN103373838A，公开日2013.10.30）公开了一种建筑垃圾生产建筑砖的方法，它以建筑垃圾为原材料，通过添加粘结料、稳塑剂，并经高温处理后挤压成型，这样制得的建筑砖稳固性强，轻度高，便于推广，且建筑垃圾利用率高，生产周期短，符合国家标准的各项技术要求。烧结砖采用的主要原材料见图1：

图1 烧结砖主要原材料

分析图1可知，在烧结砖常见的5种主原料中，由于粘土砖出现最早、发展最成熟，以粘土为主要原料的烧结砖仍然占比较多，但随着我国建筑行业的发展，以粉煤灰、页岩、煤矸石等为主要原料的环保、高强、生产简单的烧结砖正在占领越来越多的市场。

1.2 非烧结砖

为了解决烧结砖费煤费电、不环保以及成本高的问题，非烧结砖开始慢慢在国内得到大力发展，我国现代非烧结砖的发展始于蒸压灰砂砖的生产和使用，随后在蒸汽养护粉煤灰中型密实砌块基础上发展了蒸汽养护炉渣砖、蒸压矿渣砖等。非烧结砖最初也是以粘土为主要原料，如专利文献（CN85205588U，公开日1987.2.4日）公开了一种非烧结粘土空心砖，它以山土为主要原料，掺入适量的水泥和石灰，用带芯的钢模压制成型，经自然养护而得，它利用了山土，可保护农田，同时节约能源消耗。后来，由于在工农业生产和城市建设中经常产生大量的固体废物，如发电产生的粉煤灰、锅炉产生的炉渣、采煤产生的煤矸石、金属冶炼产生的高炉矿渣以及城市建筑垃圾等，我国已堆存80亿t各类工业固体废弃物，占用土地250万亩，不仅占用宝贵土地，还不断污染大气、水源、土壤，然而这些固体废弃物大部分都为硅铝酸盐质材料，经过适当加工可以生产多种能满足墙体各种性能要求的建筑用砖，于是各种利用固体废弃物为原料的建筑用砖开始大力发展。专利文献（CN1180054A，公开日1998.4.29）公开了一种免烧结承重砖，它的原材料包括石灰石、废钢渣、浮石等，采用先粉碎后混合，最后在挤压机中进行模压成型，这样制得的砖不仅强度高，砖的性能好，也可以节约能源。专利文献（CN1648096A，公开日2005.8.3）公开了一种利用铅矿废渣加工建筑材料的方法，它以铅矿冶炼废渣、铅矿烟道气除硫石膏灰渣等为原料，加工生产的砖，不但使建厂投资小、几乎无须消耗能源，而且对利用铅矿废物、消除污染和保护环境具有重要意义。专利文献（CN1830873A，公开日2006.9.13）公开了一种镁渣砖及其制备方法，它以镁还原渣、碎石、石膏、石灰为原材料，通过配料、加水混合、自然堆放、压制成型，由于该方法采用炼镁过程中产生的镁还原渣为主要原料，制得的建筑用砖不但减轻了工业废渣对环境的污染，也为建筑工程增加了新材料，且配方合理，制出的砖强度高，可达到国家建筑用砖的标准。专利文献（CN102452823A，公开日2012.5.16）公开了一种炼锌尾渣新型墙体材料，它以炼锌尾渣、水泥为原材料，通过破碎筛分、成型、养护既得，这种方法制得的轻集料普通砖、空心砌块等不但在强度上能达到国家和地方标准，而且可提高砌体的抗渗、抗剪、抗震和热工等性能，降低生产成本，达到了节能、节土、环保的作用。

综上所述，烧结砖和非烧结砖原料的发展方向大体一致，都是朝着节能、环保、且成本低、制得的砖块强度高、承重能力强、热工性能好的方向发展。

2 建筑墙砖在结构方面的发展变化过程

图2 实心砖

建筑墙砖从结构方面可以划分为两类：实心砖（见图2）和空心砖（见图3），长期以来，在我国占主导地位的粘土砖就是典型的实心砖，实心砖虽然工艺简单、设计和施工技术成熟，但存在诸多不足，例如重量大、废材料、强度低、保温性能不好等，正在被各类空心砖所替代。为了解决实心砖的这些问题，有许多单位及个人对其进行改进，例如在砖块内部加筋、采用轻集料、及保温材料、在砖块表面成型装饰层等，例如专利文献（CN2214465Y，公开日1995.12.6）公开了一种不锈钢墙砖（见图4），它采用不锈钢薄板作壳体，将该板每边均制成带直角内折边，在每边的角上均有与边连成一体的内扣片，再将填料浇铸于制成的壳体内，这种结构的砖可用普通水泥直接粘贴在墙上，所装饰的墙面华丽、光滑平整，且不易扭曲变形、抗折强度大、耐腐蚀。专利文献（CN2782809Y，公开日2006.5.24）公开了一种保温节能砖板（见图5），该保温节能砖板设有保温芯板，保温芯板前壁面通过胶粘剂层粘合有装饰面砖，保温芯板的背面附着带网格布的水泥砂浆层，这种砖可以使传统现场粘贴的面砖改为工厂机械自动化粘贴，提高了生产效率不但可以保温，产生模似砌砖墙面的效果，还可以克服面层与基层材料引起的开裂、起皮、鼓包和面层脱落的现象。

图3 空心砖

空心砖是建筑行业常用的墙体主材，由于质轻、消耗原材少等优势，已经成为国家建筑部门首先推荐的产品，空心砖是框架结构建筑物的理想填充材料，大部分空心砖还具有保温、隔音降噪等性能，随着社会对高强度、易安装、热工性能好的建筑墙砖的高需求发展，一批经过改进的整体性能更好的空心砖开始大量涌现：专利文献（CN2431334Y，公开日2001.5.23）公开了一种砌梗预制空心砖（见图6），由砖体、连接凹槽、连接凸楔和空心组成，连接凹槽和连接凸楔能够相互嵌合，这种空心砖省工、省时，不但减低劳动强度，还可以提高工作效率。专利文献（CN201593263U，公开日2010.09.29）公开了一种轻质蜂巢墙体砌块（见图7），该砌块是一种六边形方体，其前后两个六边形的周边之间设置有凹槽，砌块内设置有夹层，砌筑时，将两块或多块砌块排在一起，然后在砌块的凹槽内灌入砂浆，砂浆在重力作用下沿凹槽或斜下方流动，将所有凹槽封满，从而在墙体内形成蜂巢结构形状的固定骨架，由此重复操作直至垒成整个墙体。这样的墙体砌块解决传统砌墙时每块砖都要抹上粘合砂浆然后再砌入的技术流程，很大程度地降低加固墙体的人工成本。

图4 不锈钢墙砖

图5 保温节能砖板

空心砖体功能多样、轻度高、施工效果好，但是空心砖有个很大的缺点：抗震性能差，水泥空心砖在震中导致房屋倒塌造成人员伤亡的事件使许多地震多发地区开始禁用部分空心砖。为了解决这一问题，一些新型的抗震空心砖开始出现：专利文献（CN103422605A，公开日2013.12.04）公开了一种用于砌筑中空墙体的主体砖（见图8），该砖体包括第一长条边和第二长条边，左肋筋和右肋筋，通过在肋筋下端设置限位凸台和与之匹配的限位槽，以及上下贯通的通孔，使该砖在砌筑时无需拉线或其它办法就可使建成的墙体又直又平，并使建成的墙体抗风、抗震能力强，并可以在限位凸台的横向槽内放置拉接筋，加强墙体的横向坚固度，大量提高建墙速度的同时，还可以减少人工。综上所述，空心砖由于其质轻、性能好、轻度高、热工性好等优点而成为大力发展的对象。

图6 预制空心砖

图7 蜂窝墙体砌块

图8 中空墙体主体砖

3 结语

通过上面对烧结砖、非烧结砖和实心砖、空心砖的原材料或结构分析，我们可以发现：建筑墙砖在材料方面正在从传统的耗能大、毁田多、运输量大的粘土类砖体向着充分利用工业废料和地方性材料，例如粉煤灰、炉渣、矿渣等垃圾或废料的能够可持续发展和保护环境的方向发展，而在结构方面把实心砖改成空心砖，特别发展高孔洞率、高强度、抗震、轻质的空气块体，使墙体重量减轻，生产效率提高，保温性能良好，且受力更加良好的建筑墙砖将会是建筑墙砖在结构方面的发展方向。

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，研究实习员，研究方向：道路修建及其机械、建筑辅助设备领域发明专利审查；陈红奎（1985-），男，助理研究员，研究方向：发明专利实质审查，等同于第一作者。