一种建筑用榫卯砖的制作方法

本发明属于一种建筑用砖块，具体涉及一种建筑用榫卯砖，是相互之间具有双榫卯咬合结构的砖，主要用于需要较高整体机械强度和良好透水性要求的水岸堤、山体坡面等场所的砌筑。

背景技术：

砖是砌筑用的人造小型块材，俗称砖头或砖块。根据建筑工程中使用场所的不同，砖可以分为砌墙砖、拱壳砖、地面砖、下水道砖和烟囱砖等。根据不同的建筑性能分为承重砖、非承重砖、工程砖、保温砖、吸声砖、饰面砖、花板砖、透水砖等。但是专门用于水岸堤、山体坡面等场所的砖，目前尚不具备较高整体机械强度和良好透水性要求。

我国在春秋战国时期陆续创制了方形和长形砖，秦汉时期制砖的技术、生产规模、质量、花式品种都有显著发展，俗称“秦砖汉瓦”。由于技术传承中的思维惯性，砖的几何外形至今大都仍然是长方体的，只不过根据实际应用目的不同，长宽高的尺寸比例有所不同而已。几何外形为长方体的砖块，外形规整统一，便于生产、运输、砌筑，但是由于相邻砖块之间缺乏相互咬合力，砌筑后整体的机械强度不高，通常需要运用水泥砂浆之类的粘合剂将相邻砖块粘合成一体。相邻砖块之间的缝隙添加了粘合剂后，一方面整体透水性受到影响，另一方面整体弹性和变形性受影响，容易在相对薄弱处产生断裂带。因此，几何外形为长方体的砖块不适合用于需要较高机械强度和良好透水性的水岸堤、山体坡面等场所的砌筑。

榫卯结构是中国古代建筑及家具中极为精巧的发明，各个构件之间以榫卯结构相互连接，构成富有弹性的框架，这种构件连接方式，使得中国传统的木结构不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形。其特点是：相邻构件之间通过榫卯结构连接起来构成一个稳定的整体；各个构件之间可以通过榫卯的微小缝隙释放应力而又不发生解体；同种材质的构件由于硬度相同，不容易因相互磨擦而损耗；榫头和卯眼之间不需要钉子或粘合剂连接，拆卸后可以重新组装，不会产生过多的建筑垃圾。木材密度小而韧性好，砖块材料密度大而脆。由于材质的区别，木结构榫卯构件的设计不完全适用于砖结构的构件。

传统的砖块需要人工搬运和砌筑，其尺寸和重量受到工人人体尺寸和力量的限制。机械替代人工是当今发展趋势，由于机械手尺寸和力量不受人体结构限制，适合机械搬运砌筑的砖，其尺寸和重量也不受人体结构的限制。此外，机械砌筑用砖应该充分考虑机器识别精准定位和机械手操作等问题。

技术实现要素：

本发明主要针对目前用于水岸堤、山体坡面等场所的砖块不具备较高整体机械强度和良好透水性的缺陷，发明了一种建筑用榫卯砖，改变砖块的几何外形，在传统砖块的基上增加榫卯结构，砌筑后相邻砖块之间通过榫卯结构相互咬合而提高整体机械强度，相邻砖块之间保留缝隙无需添加粘合剂而保证整体透水性，适合机器识别精准定位和机械手搬运砌筑。

本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种建筑用榫卯砖，包括砖体，其特征在于，所述砖体设置为长方体，每一砖体设置有至少两个并排的榫卯件，每一榫卯件包括位于上端的卯凹、位于下端的榫凸、从卯凹延伸至榫凸的柱状的卯孔。

所述卯凹设置为倒立的圆锥台状的凹陷部，且从砖体的上表面向下凹陷形成，卯凹的下端面(倒立圆锥台的上底面)设置卯凹通孔；所述榫凸设置为倒立的圆锥台状的凸起部，且从砖体的下表面向下凸起形成，榫凸的下端面(倒立圆锥台的下底面)设置榫凸通孔；所述卯凹通孔和榫凸通孔由所述的卯孔连通，所述卯孔贯穿所述砖体。

作为优选，所述卯凹，其倾斜的锥面与砖体上表面的夹角为30°～60°。

作为优选，所述两个榫卯件的中心距离＝砖体宽度+砖体之间留缝宽度；砖体长度＝砖体宽度×2+砖体之间留缝宽度。

所述榫卯砖的长、宽、高尺寸关系如下：

砖长＝2×砖宽+留缝宽；

砖高尺寸范围在(1/4)×砖宽至(1/2)×砖宽之间，可以根据具体情况取多个不同高度；

留缝宽的尺寸可以根据砖块材料、砖长尺寸、热胀冷缩系数、加工精度、缝隙透水要求等因素，选择不同数值，如2-20mm范围内均可；

以标准红砖的长、宽、高尺寸为借鉴，砖长240mm，砖宽115mm，留缝宽10mm，砖高30-60mm。

卯凹的上底面直径、卯凹的下底面直径、榫凸的上底面直径、榫凸的下底面直径、卯凹的高度等尺寸与砖宽的尺寸之间的关系是：

卯凹的下底面直径＝榫凸的下底面直径＝(1/2)×砖宽；

卯凹的上底面直径＝榫凸的上底面直径＝(1/3)×卯凹的下底面直径＝(1/6)×砖宽；

卯凹的高度＝榫凸的高度＝卯凹的上底面直径＝(1/6)×砖宽；

卯孔直径＝卯凹的上底面直径＝榫凸的上底面直径＝(1/6)×砖宽。

作为优选，所述卯孔内设置榫棒，榫棒包括长度为砖体高度一半的第一榫棒、长度与砖体高度相等的第二榫棒。铺设码放榫卯砖时，第一榫棒和第二榫棒一般为上下叠加使用。榫棒为圆柱形，榫棒的直径≤卯孔直径，使得榫棒可以插入卯孔且不容易晃动。榫棒的材质相比砖体的材质，硬度更小，其有一定的韧性。

上述的榫卯砖为预制实心材料的榫卯砖，可采用常用砖体材料，按照上述榫卯砖结构预先制作。铺设码放榫卯砖时，上层砖向下凸出的榫凸正好嵌入下层砖向下凹陷的卯凹中，则上下两层砖之间，倒立圆锥台状的榫凸和卯凹结构相互咬合。进一步的，将榫棒从上到下竖直插入榫卯件的卯孔中，将上下两层砖连成一体，不容易因震动而错位；按照上述方法铺设榫卯砖，不用粘合剂就可以将上下左右相邻的砖连成一个整体结构。

作为优选，所述砖体的内部为空腔，砖体由位于上方的砖体上盖、位于下方的砖体下盒、位于砖体上盖和砖体下盒之间的双卯连拼合构成。

作为优选，所述双卯连包括两个并排的单卯件、连接在两个单卯件之间的联板；所述单卯件由位于上方的单卯凹、位于下方的单卯柱连接构成；所述单卯凹设置为倒立圆锥台状的凹件，单卯凹的下端面设置通孔，所述单卯柱的内部设置成竖直贯通的柱孔，单卯柱的上端与单卯凹的下端面连通。

作为优选，所述砖体上盖设置有两个通孔，构成所述双卯连的两个单卯凹分别连接于上述的两个通孔。

作为优选，所述砖体下盒由下盒底板和四周的下盒侧板连接构成；所述下盒底板上设置有两个单榫凸，每一单榫凸设置为倒立的圆锥台状的凸起，单榫凸的下端面设置通孔，构成所述双卯连的单卯柱的下端连接于上述的通孔，单卯柱的下端与单榫凸的下端面连通；则所述砖体上盖的通孔、双卯连中的单卯件、下盒底板上的单榫凸共同构成所述的榫卯件。

作为优选，所述单榫凸的通孔处设置一圈轴套，同时所述单卯柱的下端连接于轴套，或者所述砖体上盖的通孔处设置有一圈向下延伸的定位套，同时所述单卯凹连接于定位套内；所述双卯连中间的联板，其上边缘能够与砖体上盖抵触，其下边缘能够与下盒底板抵触。

作为优选，所述砖体上盖的四周边缘设置有竖直向下延伸的折边，折边的内侧面设置有内凹或者外凸的卡合件，同时，所述下盒侧板的靠近上边缘的外侧面设置有外凸或者内凹的卡合件，则砖体上盖与下盒侧板之间形成可拆卸卡合连接。

上述的榫卯砖为就地取材的填充箱式榫卯砖。采用较轻质的防水材料，按照上述榫卯砖结构预先制作砖体上盖、砖体下盒、双卯连。现场铺设砌筑时，可就地取材，将建筑工地的沙子、碎石、泥土、盐等材料填充到填充箱式的榫卯砖内，得到外形一致的榫卯砖，填充箱式的榫卯砖整体外观与预制实心材料的榫卯砖一致。铺设码放榫卯砖时，上层砖向下凸出的榫凸正好嵌入下层砖向下凹陷的卯凹中，则上下两层砖之间，倒立的圆台状的榫凸和卯凹结构相互咬合。进一步的，将榫棒从上到下竖直插入榫卯件的卯孔中，将上下两层砖连成一体，不容易因震动而错位；按照上述方法铺设榫卯砖，不用粘合剂就可以将上下左右相邻的砖连成一个整体结构。

砖块和木材的性状不同：砖块材料是脆性的，木材是韧性的；砖块材料的密度大，木材的密度小。砖块之间的榫卯结构如果像木材构件一样采用前后等宽的榫头和卯孔，即使安装成一体，受到外力作用时榫头十分容易折断。如果砖块之间采用水平方向的榫卯结构连接，砖块的自身重量就容易折断榫头而使榫卯连接处解体。从上下叠放的两只碗(脆性材料)可以通过重力达到最稳定的结构得到启发，将榫凸和卯凹设计成倒立的圆锥台状并上下叠放，上层砖块底部的榫凸正好安放在下层砖块顶部的卯凹内，通过上层砖块的重力作用就可以形成稳定的榫卯结构。破拆这种榫卯连接的砖块整体结构的唯一办法是克服重力将上层的砖块向上提升。

综上所述，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明，砖体上表面有倒立圆锥台状(漏斗状)的卯凹，砖体下底面有倒立的圆锥台状的榫凸，上层砖下底面的榫凸正好嵌在下层砖上表面的卯凹中，通过上层砖自身的重力使相互之间构成相对稳定的榫卯卡合结构，就像上下叠放的两只碗一样可以自行达到最稳定的位置，解决了脆性材料之间榫卯结构的问题；本发明，每块砖至少有两个榫卯件，上下之间交错连接相邻的砖块，把上下左右相邻砖块连成一体，达到较高的整体机械强度，再将长度不同的榫棒从上到下插入搭建好的多层榫卯砖的卯孔中，进一步达到更高的整体机械强度；本发明，相邻砖块之间不需要粘合剂，节省建筑材料、节省施工工时、降低建筑成本；本发明，相邻砖块之间留有缝隙，砌筑水岸堤、山体护坡时，既有效阻挡土石的滑落，又保留了水的自由扩散通道，使堤岸和斜坡与周围自然水土环境更加协调；本发明，只要取出榫棒、垂直向上提拉榫卯砖，就可以完成榫卯砖构筑物整体结构的破拆，破拆后的榫卯砖可以继续使用，不产生建筑垃圾；本发明，每块榫卯砖上的卯凹和卯孔可以作为人工智能设备的定位点和机械手抓握砖块的着力点，适合机械化铺设砌筑，提高工作效率；本发明，除了标准的双眼标准砖以外，还配备单眼小方砖、三眼长方砖、四眼大方砖等，除了标准高度砖块以外，还有0.5倍高度至1.5倍高度不等的砖，以便于弥补非平直地段标准砖交叉叠放产生的边角缺位和坡度，使榫卯砖构筑物整体性更加完善；本发明，除了实心材料砖以外，还可以通过砖体上盖、砖体下盒、双卯连等构件，就地取材填充后，制成填充的榫卯砖，降低运输成本和建筑材料成本，适应不同地区水岸堤和山体护坡的实际情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的局部剖图；

图3是本发明的砌筑结构示意图；

图4是本发明的第二种实施方式示意图；

图5是本发明的第三种实施方式；

图6是本发明的第四种实施方式；

图7是本发明的第五种实施方式；

图8是本发明的铺设砌筑方式示意图。

图中标号为：1、砖体；11、第一榫棒；12、第二榫棒；2、榫卯件；21、卯凹；22、榫凸；23、卯孔；24、卯凹通孔；25、榫凸通孔；3、砖体上盖；4、砖体下盖；41、单榫凸；42、轴套；43、定位套；5、双卯连；51、单卯件；52、联板；53、单卯凹；54、单卯柱；。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1、2、3所示，一种建筑用榫卯砖，包括砖体1和榫棒，砖体设置为长方体，每一砖体设置有两个并排的榫卯件2，每一榫卯件2由位于上端的卯凹21、位于中间的卯孔23、位于下端的榫凸22构成，卯孔23为圆柱孔，且从卯凹21延伸至榫凸22使两者连通。

所述卯凹21为倒立的圆锥状的凹陷部、漏斗状，且从砖体1的上表面向下凹陷形成，卯凹21的下端开设一个卯凹通孔24；所述榫凸22为倒立的圆锥状的凸起部、漏斗状，且从砖体1的下表面向下凸起形成，榫凸22的下端开设一个榫凸通孔25；上述卯凹通孔24和榫凸通孔25由卯孔23连通，即所述卯孔23贯穿砖体1。

所述卯凹21，其倾斜的锥面与砖体1上表面的夹角根据倒立圆锥台的上底面直径、下底面直径、高度等数值而决定，一般可设置为30°左右，或者45°左右，或者60°左右。

所述榫卯砖的长、宽、高尺寸关系如下：

砖长＝2×砖宽+留缝宽；

砖高尺寸范围在(1/4)×砖宽至(1/2)×砖宽之间，可以根据具体情况取多个不同高度；

留缝宽的尺寸可以根据砖块材料、砖长尺寸、热胀冷缩系数、加工精度、缝隙透水要求等因素，选择不同数值，如2-20mm范围内均可；

以标准红砖的长、宽、高尺寸为借鉴，砖长240mm，砖宽115mm，留缝宽10mm，砖高30-60mm。

卯凹的上底面直径、卯凹的下底面直径、榫凸的上底面直径、榫凸的下底面直径、卯凹的高度等尺寸与砖宽的尺寸之间的关系是：

卯凹的下底面直径＝榫凸的下底面直径＝(1/2)×砖宽；

卯凹的上底面直径＝榫凸的上底面直径＝(1/3)×卯凹的下底面直径＝(1/6)×砖宽；

卯凹的高度＝榫凸的高度＝卯凹的上底面直径＝(1/6)×砖宽；

卯孔直径＝卯凹的上底面直径＝榫凸的上底面直径＝(1/6)×砖宽。

所述卯孔23内插入榫棒，榫棒的直径≤卯孔直径，榫棒包括长度为砖体1高度一半的第一榫棒11、长度与砖体高度相等的第二榫棒12。铺设砌筑时，为了保证第二榫棒12的上半部和下半部分别处于上下两层砖体中，第一榫棒11和第二榫棒必须配合使用，在竖向对齐的卯孔23中，第一榫棒11、第二榫棒12通常为间隔竖直向叠加。

如图8所示为砖体的砌筑方式，上层砖体和下层砖体为横纵交错的铺设方式，同一层的砖体也是通向交错的，而上层砖体和下层砖体的卯孔在竖直方向对齐后，通过榫棒的插接形成连接和限位。

实施例2：

如图4所示，所述砖体1的内部为空腔，砖体1由位于上方的砖体上盖3、位于下方的砖体下盒4、位于砖体上盖3和砖体下盒4之间的双卯连5拼合构成。

所述双卯连5由两个并排的单卯件51和联板52构成，联板52连接在两个单卯件51之间；所述单卯件51由位于上方的单卯凹53、位于下方的单卯柱54连接构成；具体的，所述单卯凹53设置为倒立的圆锥台状的凹件，单卯凹53的下端面开设一个通孔，所述单卯柱54为圆柱状且内部为竖直贯通的圆柱孔，单卯柱54的上端与单卯凹53的下端面连通，即单卯凹53与单卯柱54连通。

所述砖体上盖3有两个通孔，构成双卯连5的两个单卯凹53分别连接于两个通孔，通孔的大小与单卯凹53的上端圆周大小相同，装配后，单卯凹53的上端圆周的边缘与通孔的边缘相互抵触。

所述砖体下盒4由下盒底板和四周的下盒侧板连接构成；下盒底板上有两个单榫凸41，每一单榫凸41设置为倒立的圆锥台状的凸起，单榫凸41的下端面开设一个通孔，构成双卯连5的单卯柱54的下端连接于上述的通孔，单卯柱54的下端与单榫凸41的下端面通孔连通；则所述砖体上盖3的通孔、双卯连5中的单卯件51、下盒底板上的单榫凸41共同构成榫卯件2。

为了装配稳定，在所述单榫凸41的通孔处有一圈向上延伸的轴套42，同时所述单卯柱54的下端连接于轴套；或者也可采用另一种结构达到稳定的目的，在所述砖体上盖3的通孔处有一圈向下延伸的定位套，同时所述单卯凹53连接于定位套内；并且，装配时，所述双卯连5中间的联板52，其上边缘能够与砖体上盖3抵触，其下边缘能够与下盒底板抵触，进一步提高榫卯砖装配的稳定性；所述砖体上盖3的四周边缘有竖直向下延伸的折边，折边的内侧面设置有外凸的卡合件，同时，所述下盒侧板的靠近上边缘的外侧面设置有内凹的卡合件，则砖体上盖3与下盒侧板之间形成可拆卸卡合连接。

实施例3：

如图5所示，与实施例1、2相比，本实施例的区别点在于，砖体1的上表面和下表面为正方形，砖体1内只有一个榫卯件2，铺设砌筑时放置在边角位置，以补偿榫卯砖交错叠放时形成的空缺位置。

实施例4：

如图6所示，与实施例1、2相比，本实施例的区别点在于，砖体1内设置有三个榫卯件2，三个榫卯件2间隔排成一列，铺设砌筑时放置在边角位置以补偿榫卯砖交错叠放时形成的空缺位置，或者横向多排铺设时放置在边角位置。

实施例5：

如图7所示，与实施例1、2相比，本实施例的区别点在于，砖体1的上表面和下表面为正方形，砖体1内设置有四个榫卯件2，四个榫卯件两两并排呈四方排列，铺设砌筑时放置在边角位置以补偿榫卯砖交错叠放时形成的空缺位置，或者横向多排铺设时放置在边角位置。

文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。