一种经济低碳受压建筑构件及其制备方法与流程

本发明涉及建筑工程，尤其涉及一种经济低碳受压建筑构件及其制备方法。

背景技术：

1、各类土木建筑结构一般由多种具有不同功能或满足不同受力要求的构件组成。其中，从受力性质来看，主要有以受剪为主的抗剪构件、以受拉为主的受拉构件、以受压为主的受压构件、以受弯为主的抗弯构件、同时以弯拉为主的弯拉构件、同时以弯剪为主的弯剪构件等，土木工程中受压构件在各类建筑结构中的应用较为普遍，如房屋的各类受压立柱、桩基础，各类桥梁的墩柱、拱桥的主拱、各类桁架的受压构件等。根据制备受压构件的材料来看，应用比较广泛的有混凝土构件、钢筋混凝土构件、钢构件、钢管混凝土构件等。因具有较好的力学性能，水泥混凝土及钢筋水泥混凝土等材料广泛应用于各类建筑的受压建筑构件。因此水泥、钢材也就成为建筑行业最为广泛采用的建筑基材。然而，由于生产水泥、钢材不仅工序多、工艺复杂、成本高，且生产过程中需要排放大量二氧化碳，故水泥、钢材是建筑行业名副其实的高碳建材。我国各类土建基础设施的大体量建设势必导致对钢材、水泥等材料的需求量持续增加，由此带来建筑行业大量碳排放，这给我国双碳战略的实施带来极大挑战。在双碳战略背景下，研发新的经济低碳建材或建筑构件已成为建筑行业节能减排的重要方向和研究课题。经济低碳型建材或建筑构件可有效降低建筑行业对水泥、钢材等高碳建材过度依赖。另外，我国经过多年基础设施大力发展后，水泥混凝土及钢筋混凝土结构体量极其巨大，相应制备水泥混凝土所需的天然建筑材料（如河砂等）消耗量也极其巨大，由此带来了对河砂等天然建筑材料的过度开采，也在一定程度上加剧了生态环境破坏。在此背景下，研发新的经济低碳绿色建材或建筑构件亦可一定程度上缓解天然建筑材料开采带来的生态环境影响。另外，在满足建筑构件受压功能时，本发明这种以泥土、砂石（或沙）、连砂石等常见物质为主要基材经简单工艺处理制备的受压建筑构件与以钢材、水泥等为主要基材制备的传统受压建筑构件相比，造价明显降低，工程经济性较好。鉴于我国仍将进行大量交通、房屋、水利等土建基础设施建设和双碳战略实施的背景，建筑领域迫切需要一些可替代的绿色低碳建筑材料或低碳建筑材料或构件，由此助力我国建筑行业持续健康发展、助力我国双碳战略目标的顺利达成。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种经济低碳受压建筑构件及其制备方法，通过以日常生产生活中比较常见的物质（如土、沙或砂砾石、连砂石、碎石、工业废渣、工业废料、矿渣、软塑材料（如塑性泥土）、垃圾等中的一种或几种）为一种主要成分进行制备受压建筑构件，降低建筑行业对高碳建材（钢材、水泥）的过度依赖，降低制备受压建筑构件的生产成本和碳排放量。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、第一方面：一种经济低碳受压建筑构件，其包括：

4、构件外壳和外壳内填充物两部分。构件外壳一般为封闭壳体，根据受压建筑构件制备工艺的不同，构件外壳一般拆分为外壳壳身和外壳盖子两部分，待壳体内部物质填充完成后再将外壳壳身和外壳盖子连接固定形成构件外壳整体。构件外壳主要作用是对置于其内部的物质或材料进行约束，即当受压建筑构件在受压时，壳体可使内部物质处于三向受压状态，构件外壳对其内部的物质起到约束变形的作用。构件外壳具有一定的抗拉承载能力，一般由抗拉性能较好的材料或构件制备。必要时，亦可在构件外壳内壁或外壁上增设一薄层具有防潮功能或装饰功能或防锈功能或防冲击功能的其他材料。外壳内填充物一般是日常生产生活中比较常见、廉价且资源丰富的物质，如泥土、沙或砂砾石、连砂石、碎石、工业废渣、工业废料、矿渣、软塑材料（如塑性泥土）、垃圾等中的一种或几种，外壳内填充物中也可增加至少一种具有膨胀功能或防腐蚀功能或防渗功能或固化凝结功能的外加剂，并将该外加剂与外壳内填充物进行充分拌和，使得外加剂均匀分布于外壳内填充物中。外壳内填充物也可包含块状物与泥土、沙或砂砾石、连砂石、碎石、工业废渣、工业废料、矿渣、垃圾、塑材料、木材中的一种或几种物质的组合体，块状物可以是块石、鹅卵石等。

5、构件外壳内部的填充物是按照特定的工艺或流程置于壳体内部的，其目的是使壳体内物质处于密实或受压状态。受压建筑构件制备完成后，外壳内填充物处于密实、受压状态，相应构件外壳处于受拉状态。受力状态下，构件外壳对外壳内填充物起到约束作用，外壳内填充物对构件外壳起到支撑作用，两者相互取长补短、彼此赋能形成整体，从而形成满足建筑结构需要的传力的受压建筑构件。初始压力的大小与受压建筑构件的承载力、构件外壳的抗拉强度、制备工艺等参数有关。

6、优选的，构件外壳制备材料主要包括：混凝土、钢材、铁、铝、合金、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的至少一种。

7、优选的，构件外壳形状主要包括：圆柱体、长方体。

8、第二方面：一种经济低碳受压建筑构件的制备方法，相应的制备工艺及步骤如下：

9、a1：参数确定

10、根据受压建筑构件的应用场景及已知参数，如受压构件拟承受的最大目标荷载大小、拟用外壳材质、外壳内填充物具体类型等参数，相应计算确定受压建筑构件制备参数，如外壳盖子和外壳壳身的形状、壁厚、尺寸、外壳壳身内分层压实或夯实的高度、各层的压实度或压力大小等参数；

11、a2: 制备或准备受压建筑构件组分

12、根据a1确定的参数，制备受压建筑构件的外壳壳身、外壳盖子，同时准备充足的制备受压建筑构件所需的外壳内填充物；

13、a3：壳体内首层物质装入并使其密实

14、根据a1确定的参数，将首批适量的物质装填进外壳壳身内，并将外壳壳身置于压力设备台座上，用压力机压头对外壳壳身内松散的物质施加一定压力，压力大小、压实程度根据a1的参数进行控制。压力机压头的横截面尺寸略小于外壳壳身内径尺寸，由此使得外壳内填充物均得到很好压实效果，当压力机压头的横截面尺寸远远小于外壳壳身内径尺寸时，可在压头与被压实物质顶面之间放置垫板，垫板平面尺寸应略小于外壳壳身内径尺寸，由此，垫板可将压力机压头的压力均匀传递给被压物质。当压实程度等参数满足相关要求后，将压力机压头从外壳壳身内移除，开始准备下一层物质的装填和压实；

15、a4：壳体内第二层-倒数第二层装填及压实

16、按照类似a3的方式开展第二层-倒数第二层装填及压实，倒数第二层固体物质装填及压实后，外壳壳身未填装压实的剩余部分高度应适当，以便于最后一次性进行外壳内部物质的封装、压实及外壳壳身与外壳盖子的连接固定；

17、a5：壳体内最后一层装填及压实、固定连接外壳壳身与外壳盖子

18、将适量的物质装填进外壳壳身，最后一层放入固体物质的量应适宜，最后一层可以先预压，可根据预压后情况进一步确定是否添加或减少填装物质。当确定好最后一层物质量后，将外壳盖子放置在填充物的最上层，压力机压头对准外壳盖子施压，由于外壳盖子直径略小于外壳壳身直径，压力机压头的压力通过外壳盖子即可传递至下层外壳内填充物。当压力机压头最后的压力达到所需要求时，将外壳盖子和外壳壳身进行连接固定，并用水泥浆或其他凝胶材料或其他方式填满外壳壳身和外壳盖子的缝隙，进一步达到密封的状态。至此本发明提供的一种经济低碳受压建筑构件制备完成。

19、另外，在上述步骤a3-步骤a5步骤中，除了通过压力机压头对外壳内填充物施压来使内部物质更密实的方法外，也可采用其他方法使外壳内填充物更密实，其他方法有：在对壳体内部物进行压实的同时增加对外壳壳身实施振动、对外壳内填充物进行分层夯实、每层初步夯实后再用压力机施压的操作步骤。因使内部物质达到密实的方法或工艺不同，在步骤a1中也需相应增加或减少所需确定的参数。

20、此外，在上述步骤a3-步骤a5中，可以进一步增加对构件外壳进行应力应变监测、对压力机压头在施压过程中的压力大小进行监测。相应地，在步骤a1参数确定中增加的参数包括：各层压实过程中构件外壳的应力应变限值。

21、本发明的有益效果如下：

22、与传统的混凝土受压建筑构件、钢筋混凝土受压建筑构件、钢管受压柱等受压建筑构件相比，由于本发明所提供的一种受压建筑构件是以日常生产生活中比较常见的、廉价的且资源丰富的物质（泥土、沙或砂砾石、连砂石、碎石、工业废渣、工业废料、矿渣、软塑材料（如塑性泥土）、垃圾中的一种或几种物质等）作为一种主要材料进行制备的，故本发明的受压建筑构件在钢材、水泥的用量方面较传统受压建筑构件将显著降低，本发明的受压建筑构件在建筑行业的大量使用，相应也就会降低建筑行业对钢材、水泥的需求量，进一步也就会降低建筑行业对钢材、水泥等高碳建材的过度依赖。由此，本发明有利于降低建筑行业的碳排放，进一步有利于我国双碳战略目标的顺利达成。另外，由于本发明所提供的一种受压建筑构件可以以日常生产生活中比较常见的、廉价的且资源丰富的物质（泥土、沙或砂砾石、连砂石、碎石、工业废渣、工业废料、矿渣、软塑材料（如塑性泥土）、垃圾中的一种或几种物质等）经过简单工艺或流程即可制备，相较于现有技术中主要以水泥混凝土、钢材制备的受压建筑构件而言，工程经济性得到较大改善。除了上述有益效果外，由于本发明可使建筑行业对水泥用量的减少，相应也将减少水泥混凝土、钢筋水泥混凝土的用量，而作为生产水泥混凝土、钢筋水泥混凝土的主要组成成分如河砂等的使用量也将相应减少，这也进一步有利于减少因对河砂的过度开采带来的生态环境破坏。另外，由于本发明受压建筑构件亦可用工业废料、垃圾作为壳体内部填充材料进行制备，可实现变废为宝，进一步促进我国建筑行业绿色化进程。

技术特征：

1.一种经济低碳受压建筑构件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种经济低碳受压建筑构件，其特征在于，所述外壳内填充物进一步包括至少一种具有膨胀功能或防腐蚀功能或防渗功能或固化凝结功能的外加剂，所述的外加剂与所述的外壳内填充物充分拌合，使所述的外加剂均匀分布在所述的外壳内填充物中。

3.根据权利要求1所述的一种经济低碳受压建筑构件，其特征在于，所述的外壳内填充物进一步包括块状物、软塑材料、木材中的至少一种，所述块状物的尺寸小于所述构件外壳所围成的内部空间，所述块状物体包括块石、片石、鹅卵石。

4.根据权利要求1所述的一种经济低碳受压建筑构件，其特征在于，所述的构件外壳的制备材料进一步包括至少一种具有防潮功能或装饰功能或防锈功能或防冲击功能的其他材料。

5.制备如权利要求1～权利要求4所述的一种经济低碳受压建筑构件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种经济低碳受压建筑构件的其制备方法，其特征在于，在步骤s3-步骤s5步骤中，除了通过压力机对外壳内填充物施压来使内部物质更密实的方法外，也进一步包括其他方法使所述外壳内填充物更密实，所述其他方法包括：在步骤s3所述压实方法基础上同步增加对外壳壳身实施振动、对所述外壳内填充物进行分层夯实、对每层初步夯实后再用压力机施压的操作步骤。

技术总结
本发明公开了一种经济低碳受压建筑构件及其制备方法，属于建筑工程领域，该受压建筑构件包括：构件外壳和外壳内填充物。构件外壳一般由抗拉性能好的材料或构件制备，壳内填充物一般为泥、沙、连砂石、废料等常见物质，该类物质经过特定工艺置入壳内并使其处于密实或受压状态。外壳对填充物起约束作用，壳内填充物对外壳起支撑作用，两者相互作用、彼此赋能形成具有一定抗压承载力的受压构件。通过特定工艺及构造，本构件可巧妙地使壳内填充物作为一种传力介质参与构件整体受力，进而可使上述常见物质广泛应用于建筑领域。这不仅可极大降低建筑行业对高碳建材（如水泥、钢材）的过度依赖，有利于降低建筑行业碳排放，亦可体现出较好的工程经济性。

技术研发人员：邢兵,蒋永林,唐钒,陈四来,龙皓,杨普新,许衎捷,李佳宝
受保护的技术使用者：邢兵
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23