從專利申請看建筑墻磚在原料與結構方面的發展綜述

武鑫奇 陳紅奎 孫瑞峰

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002；2.北京國知專利預警咨詢有限公司項目管理部，北京 100081）

從專利申請看建筑墻磚在原料與結構方面的發展綜述

武鑫奇1陳紅奎1孫瑞峰2

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002；2.北京國知專利預警咨詢有限公司項目管理部，北京 100081）

本文從建筑墻磚的材料與結構兩個方面闡述了建筑墻磚的發展趨勢。在材料方面，建筑墻磚正在從傳統的耗能大、毀田多、運輸量大的粘土類磚體向著充分利用工業廢料和地方性材料的能夠可持續發展和保護環境的方向發展；在結構方面，發展高孔洞率、高強度、抗震、輕質的空心塊體是建筑墻磚未來的發展方向。

建筑墻磚；原料；結構；發展方向

建筑墻磚是由粘土、混凝土、工業廢渣廢料等為主要原料制成的小型建筑砌塊，從生產方法上可以劃分為兩類：燒結磚和非燒結磚，其中燒結磚是以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰等為原料，經成型和高溫焙燒而制得，它的歷史比較悠久，燒結磚中最常見的實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城，傳承了中華民族幾千年的建筑文明史。非燒結磚是建筑工業化發展中出現的新型墻體材料，它是由混凝土、海涂泥、天然砂、工業廢料等為主要原材料，不經過高溫煅燒，通過自然養護或蒸養成型的建筑塊材。由于非燒結磚強度高、耐久性好、外形完整、色澤均勻，成為了極具有發展前景的墻體材料。

1 建筑墻磚在原料方面的發展變化過程

1.1 燒結磚

燒結磚最早用的原材料為粘土，粘土磚以粘土（包括頁巖、煤矸石等粉料）為主要原料，經泥料處理、成型、干燥和焙燒而成，由于其就地取材，價格便宜，經久耐用，還有防火、隔熱、隔聲、吸潮等優點，在土木建筑工程中使用廣泛。在我國，墻體材料約占整個房屋建筑材料的70%，但由于生產實心粘土磚所需的粘土資源屬于可耕地中較優質的粘土，每年因城鄉建房燒制粘土磚損毀的良田達到70萬畝，為轉變這一嚴重浪費土地資源的傳統燒制方式，一些新的原材料正在被運用到燒結磚上，如專利文獻（CN1325831A，公開日2001.12.12）公開了一種粉煤灰燒結磚的生產工藝，它以粉煤灰為主要原料，不但可以解決粉煤灰的污染問題，還可以通過高摻量的粉煤灰使生產的磚不易風化，滿足高層建筑施工要求。專利文獻（CN1467172A，公開日2004.1.14）公開了一種礦渣磚的制造方法，為了克服粘土磚浪費土地資源，且石棉礦渣中的石棉粉塵對周圍空氣、水源的污染，對人體健康不利，它提出了一種以石棉礦渣為主要原料的燒結磚，可有效防治石棉粉塵污染。以工業廢渣為主要原料的燒結磚變廢為寶，給建筑用磚增添不少色彩，但是，這些產品易產生熱、裂、漏，磚體不牢固，為了解決這一問題，一些結構設計合理，性能好的廢物利用類磚體開始問世，如專利文獻（CN1629093A，公開日2005.6.22）公開了一種頁巖空心磚及其生產方法，以燕山產的天然頁巖為原料，變廢為寶，不但節約大量的粘土資源，而且通過合理調節配比，使生產的頁巖磚堅固耐用，抗壓力強，且生產方法簡單，便于操作。專利文獻（CN103373838A，公開日2013.10.30）公開了一種建筑垃圾生產建筑磚的方法，它以建筑垃圾為原材料，通過添加粘結料、穩塑劑，并經高溫處理后擠壓成型，這樣制得的建筑磚穩固性強，輕度高，便于推廣，且建筑垃圾利用率高，生產周期短，符合國家標準的各項技術要求。燒結磚采用的主要原材料見圖1：

圖1 燒結磚主要原材料

分析圖1可知，在燒結磚常見的5種主原料中，由于粘土磚出現最早、發展最成熟，以粘土為主要原料的燒結磚仍然占比較多，但隨著我國建筑行業的發展，以粉煤灰、頁巖、煤矸石等為主要原料的環保、高強、生產簡單的燒結磚正在占領越來越多的市場。

1.2 非燒結磚

為了解決燒結磚費煤費電、不環保以及成本高的問題，非燒結磚開始慢慢在國內得到大力發展，我國現代非燒結磚的發展始于蒸壓灰砂磚的生產和使用，隨后在蒸汽養護粉煤灰中型密實砌塊基礎上發展了蒸汽養護爐渣磚、蒸壓礦渣磚等。非燒結磚最初也是以粘土為主要原料，如專利文獻（CN85205588U，公開日1987.2.4日）公開了一種非燒結粘土空心磚，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，經自然養護而得，它利用了山土，可保護農田，同時節約能源消耗。后來，由于在工農業生產和城市建設中經常產生大量的固體廢物，如發電產生的粉煤灰、鍋爐產生的爐渣、采煤產生的煤矸石、金屬冶煉產生的高爐礦渣以及城市建筑垃圾等，我國已堆存80億t各類工業固體廢棄物，占用土地250萬畝，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材料，經過適當加工可以生產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始大力發展。專利文獻（CN1180054A，公開日1998.4.29）公開了一種免燒結承重磚，它的原材料包括石灰石、廢鋼渣、浮石等，采用先粉碎后混合，最后在擠壓機中進行模壓成型，這樣制得的磚不僅強度高，磚的性能好，也可以節約能源。專利文獻（CN1648096A，公開日2005.8.3）公開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，加工生產的磚，不但使建廠投資小、幾乎無須消耗能源，而且對利用鉛礦廢物、消除污染和保護環境具有重要意義。專利文獻（CN1830873A，公開日2006.9.13）公開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，通過配料、加水混合、自然堆放、壓制成型，由于該方法采用煉鎂過程中產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廢渣對環境的污染，也為建筑工程增加了新材料，且配方合理，制出的磚強度高，可達到國家建筑用磚的標準。專利文獻（CN102452823A，公開日2012.5.16）公開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，通過破碎篩分、成型、養護既得，這種方法制得的輕集料普通磚、空心砌塊等不但在強度上能達到國家和地方標準，而且可提高砌體的抗滲、抗剪、抗震和熱工等性能，降低生產成本，達到了節能、節土、環保的作用。

綜上所述，燒結磚和非燒結磚原料的發展方向大體一致，都是朝著節能、環保、且成本低、制得的磚塊強度高、承重能力強、熱工性能好的方向發展。

2 建筑墻磚在結構方面的發展變化過程

圖2 實心磚

建筑墻磚從結構方面可以劃分為兩類：實心磚（見圖2）和空心磚（見圖3），長期以來，在我國占主導地位的粘土磚就是典型的實心磚，實心磚雖然工藝簡單、設計和施工技術成熟，但存在諸多不足，例如重量大、廢材料、強度低、保溫性能不好等，正在被各類空心磚所替代。為了解決實心磚的這些問題，有許多單位及個人對其進行改進，例如在磚塊內部加筋、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（CN2214465Y，公開日1995.12.6）公開了一種不銹鋼墻磚（見圖4），它采用不銹鋼薄板作殼體，將該板每邊均制成帶直角內折邊，在每邊的角上均有與邊連成一體的內扣片，再將填料澆鑄于制成的殼體內，這種結構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、抗折強度大、耐腐蝕。專利文獻（CN2782809Y，公開日2006.5.24）公開了一種保溫節能磚板（見圖5），該保溫節能磚板設有保溫芯板，保溫芯板前壁面通過膠粘劑層粘合有裝飾面磚，保溫芯板的背面附著帶網格布的水泥砂漿層，這種磚可以使傳統現場粘貼的面磚改為工廠機械自動化粘貼，提高了生產效率不但可以保溫，產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裂、起皮、鼓包和面層脫落的現象。

圖3 空心磚

空心磚是建筑行業常用的墻體主材，由于質輕、消耗原材少等優勢，已經成為國家建筑部門首先推薦的產品，空心磚是框架結構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，隨著社會對高強度、易安裝、熱工性能好的建筑墻磚的高需求發展，一批經過改進的整體性能更好的空心磚開始大量涌現：專利文獻（CN2431334Y，公開日2001.5.23）公開了一種砌梗預制空心磚（見圖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，不但減低勞動強度，還可以提高工作效率。專利文獻（CN201593263U，公開日2010.09.29）公開了一種輕質蜂巢墻體砌塊（見圖7），該砌塊是一種六邊形方體，其前后兩個六邊形的周邊之間設置有凹槽，砌塊內設置有夾層，砌筑時，將兩塊或多塊砌塊排在一起，然后在砌塊的凹槽內灌入砂漿，砂漿在重力作用下沿凹槽或斜下方流動，將所有凹槽封滿，從而在墻體內形成蜂巢結構形狀的固定骨架，由此重復操作直至壘成整個墻體。這樣的墻體砌塊解決傳統砌墻時每塊磚都要抹上粘合砂漿然后再砌入的技術流程，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，但是空心磚有個很大的缺點：抗震性能差，水泥空心磚在震中導致房屋倒塌造成人員傷亡的事件使許多地震多發地區開始禁用部分空心磚。為了解決這一問題，一些新型的抗震空心磚開始出現：專利文獻（CN103422605A，公開日2013.12.04）公開了一種用于砌筑中空墻體的主體磚（見圖8），該磚體包括第一長條邊和第二長條邊，左肋筋和右肋筋，通過在肋筋下端設置限位凸臺和與之匹配的限位槽，以及上下貫通的通孔，使該磚在砌筑時無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、抗震能力強，并可以在限位凸臺的橫向槽內放置拉接筋，加強墻體的橫向堅固度，大量提高建墻速度的同時，還可以減少人工。綜上所述，空心磚由于其質輕、性能好、輕度高、熱工性好等優點而成為大力發展的對象。

圖6 預制空心磚

圖7 蜂窩墻體砌塊

圖8 中空墻體主體磚

3 結語

通過上面對燒結磚、非燒結磚和實心磚、空心磚的原材料或結構分析，我們可以發現：建筑墻磚在材料方面正在從傳統的耗能大、毀田多、運輸量大的粘土類磚體向著充分利用工業廢料和地方性材料，例如粉煤灰、爐渣、礦渣等垃圾或廢料的能夠可持續發展和保護環境的方向發展，而在結構方面把實心磚改成空心磚，特別發展高孔洞率、高強度、抗震、輕質的空氣塊體，使墻體重量減輕，生產效率提高，保溫性能良好，且受力更加良好的建筑墻磚將會是建筑墻磚在結構方面的發展方向。

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，研究實習員，研究方向：道路修建及其機械、建筑輔助設備領域發明專利審查；陳紅奎（1985-），男，助理研究員，研究方向：發明專利實質審查，等同于第一作者。