透水块材专利技术分析

米婵娟，王 涛

（国家知识产权局专利局，北京 100088）

近些年，由于采用传统不透水路面而导致的城市内涝现象引发了人们的关注，越来越多的城市道路、公共广场工程都选择使用具有透水性能、能够快速消除积水现象的透水块材进行铺装。透水块材是铺设于市政人行道、园林景观小径、非重载路面广场等场合，透水性能满足要求的透水路面砖和透水路面板的简称[1]。作为一种绿色环保的新型建材产品，透水块材不仅具有良好的透水性和保湿性，而且可以调节城市小气候，缓解城市热岛效应，对创建资源节约型建筑产业具有重要的意义[2]。文章针对国内外透水块材领域的专利申请进行专题检索，对相关专利技术进行整理归纳分析，并选取各时期具有代表性的专利技术进行简单介绍。

1 数据采集

文章以中国专利数据库以及外文专利数据库为采集源（截至检索日期2022年5月14日），以E01C5为IPC分类号，“渗水”“透水”“砖”“面板”“块材”“permeable”“paver”“brick”“flag”“block”“slab”等为关键词进行检索，对获取结果进行筛选整理，共得到中文专利文献（含发明和实用新型）3 086篇，外文专利文献647篇。

2 结果分析

2.1 国内专利申请

2.1.1 申请量

检索结果显示，在20世纪90年代，中国透水块材相关专利仅有零星申请，绝大部分申请都集中在2000年以后。图1显示2000—2021年的申请量变化趋势，需要说明的是，由于2021年的部分专利申请处于未公布阶段，因此，2021年的数据存在偏差。

图1 2000—2021年申请量趋势

从图1中的申请量趋势可以看出，中国在透水块材方面的研发生产从2000年开始起步，但在2010年以前基本处于萌芽阶段，申请量很低。2010年以后申请量呈现增长趋势，在2015年、2016年有大幅上升，并在之后的几年一直延续高量申请。这种趋势分布与中国透水块材应用研发历史也是相符合的。随着不透水路面弊端的不断显露，人们对“城市热岛”、城区地下水“漏斗”现象的重新认识，透水铺装作为一种解决问题的手段在2000年之后开始得到发展和应用。2010年，由中国建筑材料联合会提出，中国建材西安墙体材料研究设计院、路桥集团国际建设股份有限公司、中国建筑砌块协会、中国建材咸阳陶瓷研究设计院共同起草了中华人民共和国国家标准《透水路面砖和透水路面板》（GB/T 25993—2010）。2015年10月，国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发〔2015〕75号），提出了通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。这些国家标准、方针政策的颁布和实施有力地促进了透水块材技术的发展，由此在2015年后关于透水块材的申请量大幅增长。

2.1.2 专利类型及法律状态

在3 086件中国专利申请中，发明专利申请1 500件，占比49%，实用新型专利申请1 586件，占比51%。由于实用新型专利是未经实质审查而授予的专利权，授权率高但法律稳定性较差，而发明专利权相对而言有着更高的稳定性，也更能体现技术价值。经统计，在上述发明专利申请中，除去处于公布状态仍未审结的申请，处于专利权维持状态的案件率约为百分之三十。这也从一个角度说明，在透水块材领域还存在技术含量偏低的问题，在技术研发方面还有很大提升空间。

2.1.3 重点申请人及专利技术分析

除去失效、驳回以及撤回的申请，在剩余的申请中，申请量排名靠前的申请人包括厦门美益绿科技有限公司、玉溪硕龙科技发展有限公司、福州大学、北京仁创科技集团有限公司、广西四通建材股份有限公司、昆山通海建材科技有限公司、阜阳市鑫源建材有限公司、浙江大学等。可以看出，主要申请人集中在建材科技公司和高校，也是创新研发的主力。

透水块材相关专利申请的技术方案主要集中在2个技术分支，一是透水块材结构，二是透水块材材料。表1示出了透水块材结构技术分支各时间段的代表性专利。

表1 结构技术分支代表性专利

纵观透水块材结构方面的相关专利可以看出，对于结构上的创新和改进，基本都是通过在基层内部设置排水通道，从表层渗透下来的雨水顺着排水通道进行排水，从而使雨水不会积于道路表面而是渗入基层。之后，为了解决灰尘、路面污染物等堵塞透水空隙，使透水铺装透水性能下降的问题，出现了在排水通道内设置对雨水起过滤作用的过滤装置从而使透水块材具备截污和自洁功能的技术方案。随着技术的发展，又出现了同时具备蓄水-透水功能的蓄透水砖，即先将雨水截留以备热天降低地面温度、减少热岛效应，再将多余的雨水排走以避免地面积水的先蓄水后透水的路面块材。另外，在排水通道的结构、布置上也都有了更多形式、更多功能的改进。

表2为透水块材材料技术分支各时间段的代表性专利。

从相关专利可以看出，透水块材的制备材料一般选用废瓷片、钢渣、工业冶炼废渣、建筑固废、尾矿渣、硅砂等为主要原料经各类成型工艺制成。各技术方案围绕如何进一步优化透水块材性能做了一系列改进，比如采用对砂基透水砖进行微波固化、对硅钙渣进行热活化处理、在骨料中引入可溶性盐等技术手段提高透水块材的透水性能、抗压强度、耐久性等。除了透水性、强度等基本性能，在其他性能方面也有相应的创新和发展，比如采用铁铝酸盐水泥混凝土并加入沸石以提高透水砖吸附重金属污染物性能，使用含有疏油疏水性能的黏结剂以将油污经透水砖内部通路快速排走，通过原位负载的方法使纳米光催化剂直接生长，在透水砖的孔隙内以自动降解空气中的有害气体，增加一层特殊工艺制备的面料层从而提高透水砖的耐污和易清洁性，选用彩色陶砂或陶瓷粉作为面层骨料提高面层着色效果，在面层上涂敷高反射涂料层以改善室外热环境等。另外，还开发了一些具有地域特色的原材料，例如河道淤泥、油页岩半焦等。

2.2 国外专利申请

2.2.1 申请量

图2为国外申请1980—2020年的申请量变化趋势图。在20世纪80年代，国外便开始了透水块材相关技术的研发与应用，1990年之后进入了稳步发展阶段，在2000年前后申请量达到高峰，之后持续相对稳定但整体处于下降的状态。可见，国外透水块材技术的起步和应用都早于中国，在2000年之后技术已经趋于成熟。

2.2.2 专利国别

图3示出了按专利国别统计排名比较靠前的国别分布及数量百分比。可见，日本申请的数量最多，约占到了总量的一半。众所周知，日本常年夏季多雨，由于独特的地形条件以及人均水资源的匮乏，日本对水资源的再利用、城市防洪抗灾和城市排水系统等方面从很早就开始进行技术研究及发展[3]。韩国和美国也是申请量相对较多的国家。“低影响开发”理念就是在1990年由美国马里兰州乔治王子郡环境资源署提出的，而韩国的首尔为改变区域性水循环恶化，提出的解决方案之一就是分阶段将路边人行道和停车场的不透水地砖更换为透水地砖。这些国家在透水块材领域技术的先进性也体现在了专利申请量上。

2.2.3 重点申请人及专利技术分析

经统计，国外专利申请人排在前列的绝大部分为日本企业，如太平洋水泥株式会社、东丽株式会社、住友大阪水泥株式会社、伊奈株式会社、佐藤道路株式会社等。下面仍从2个技术分支展示透水块材领域相关的代表性专利。

表3为结构技术分支各时间段的代表性专利。表4为材料技术分支各时间段的代表性专利。从相关专利技术也可以看出，国外的相关技术方案更注重在细节上的改进，比如调整排水通道的形状、布置方式以及布置位置从而使雨水更加迅速持续导出，通过调整骨料配合比或者骨料形状使透水块材达到最优的骨料空隙率、空隙形状以及空隙形态从而提高透水块材各项性能。还提出了很多具备除基本功能外其他功能的技术方案，比如在块材表面形成以氧化钛为主成分的覆膜减少道路上存在的氮氧化物，在下层部形成混合手工矿渣和木炭的环境层，从而有助于土壤的中和微生物的生长发育，并且能够实现雨水的净化，在顶部形成夜光透水性层，从而可以美学地呈现夜间的外观等。从原材料方面，也提出了诸如铸件废砂、牡蛎壳等废弃物再利用的方案。

表3 结构技术分支代表性专利

表4 材料技术分支代表性专利

3 结语

透水块材作为一种绿色环保建材已经得到广泛应用，国内外对透水块材相关技术也都进行了相当深入的研究。目前，透水块材在中国还保持着良好的发展势头，技术研发日趋活跃，实践应用日益广泛，在结构和材料技术改进等方面均有较大进展。而在优化透水性能的同时，如何进一步提高其力学性能或其他功能方面成为研发热点，这些新技术的发展将使透水块材在海绵城市建设中发挥更大作用。