本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种低碳环保型高延性水泥基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、高延性水泥基复合材料(engineered cementitious composite，ecc)由于其优异的裂缝控制能力和高延性等特点备受关注。经微观断裂力学设计，ecc的单轴拉伸应变可达3％以上，是普通混凝土的300倍以上，可满足大部分工程对建筑材料诸如高延性、高韧性、高耐久性等新的要求。根据这一设计原理，针对不同工程的规模、结构部位等，目前已有许多研究提出了可满足不同工程应用的ecc。如中国专利cn104211358a公开了一种快硬早强高延性水泥基复合材料，适用于混凝土结构的抢修；中国专利cn104211344a公开了一种低热高延性水泥基复合材料及其制备方法，可减少大体积构件内外温差大导致的温度裂缝；中国专利cn106478024a公开了一种高延性、高粘性水泥基加固修补材料及其制备方法，解决了因粉煤灰导致的ecc与既有结构粘结降低的问题；中国专利cn107445545a的专利公开了一种水工混凝土结构修补用高延性水泥基复合材料，解决了水工混凝土修补后耐久性不足的问题；中国专利cn111003980a公开了一种高延性防水抗裂复合砂浆及其拌和方法和施工工艺，适用于建筑外墙、屋顶、码头等防水抗裂工程；中国专利cn112551988a公开了一种用于抗震工程的超高延性混凝土及其制备方法，解决了材料动态拉伸荷载作用下的率敏感性问题，适用于抗震工程。
2、上述ecc均解决了相应工程中的实际问题，但生产ecc的原材料中均采用了传统ecc中的水泥、细石英砂或聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，pva)纤维，而这些原材料的成本、碳排放量和能耗过高，并不利于ecc在未来推广使用。并且对传统ecc来说，pva纤维和细石英砂所需成本分别占总成本近60％和20～30％，pva纤维所需的能耗占总体的30～40％，普通硅酸盐水泥产生的碳排放占总体碳排放近80％，能耗占50～60％。因此，ecc与普通混凝土相比，其生产会消耗更多的能源和成本，并产生更高的二氧化碳排放量。
3、近年来，为解决水泥碳排放量高、能耗高的问题，对低碳石灰石煅烧粘土水泥(limestone calcined clay cement，lc3)的研究数量显著增加，lc3采用石灰石和煅烧粘土(limestone calcined clay，lcc)按合理比例等量代替水泥，降低对环境影响的同时，还可保证强度不出现大幅降低。目前已有部分研究采用lc3制备低碳高延性水泥基复合材料作为先例，但这些研究成果中，如中国专利cn116903334a和cn117105595a的原材料仍采用传统的细石英砂和pva纤维，并且28天时的抗拉强度仅为2.0～5.0mpa，拉伸应变仅为1.0～4.0％，尚未解决lc3的掺入带来的拉伸性能降低的问题以及骨料和纤维带来的高碳排放和高能耗的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低碳环保型高延性水泥基复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的水泥基复合材料是一种低碳环保型材料，且具有高延性，拉伸强度高。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了一种低碳环保型高延性水泥基复合材料，包括以下质量份数的组分：水泥180～320份，偏高岭土120～240份，碳酸钙60～160份，粉煤灰160～370份，矿粉450～650份，硅灰50～110份，骨料360～540份，水230～330份，减水剂5～35份，低碳纤维15～30份，所述骨料包括河砂、海砂和废弃轮胎橡胶粉中的一种或多种。
4、优选地，所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的组分：水泥200.7～306.1份，偏高岭土133.9～204.2份，碳酸钙66.8～152.8份，粉煤灰163～361.2份，矿粉488.9～602份，硅灰60.2～91.8份，骨料459.5～517.9份，水255.3～258.9份，减水剂25～28.5份，低碳纤维17.5～19.4份。
5、优选地，所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的组分：水泥271.6～305.7份，偏高岭土152.8～181.2份，碳酸钙90.5～101.9份，粉煤灰183.4～183.7份，矿粉550.2～551份，硅灰81.5～91.7份，骨料512.9～517.2份，水256.5～258.6份，减水剂25～28.5份，低碳纤维17.5～19.4份。
6、优选地，所述水泥为复合硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，所述水泥的28天抗压强度≥52.5mpa，28天抗折强度≥7.0mpa。
7、优选地，所述偏高岭土为高岭土经过600～800℃煅烧而得，所述偏高岭土的最大粒径＜10μm。
8、优选地，所述碳酸钙以碳酸钙矿粉的形式加入，所述碳酸矿粉包括方解石粉末、大理石粉末和石灰石粉末中的一种或多种，所述碳酸矿粉的碳酸钙含量独立地＞98wt％，最大粒径独立地＜20μm。
9、优选地，所述河砂和海砂的粒径独立地＜2.36mm，细度模数独立地为1.6～2.2，所述废弃轮胎橡胶粉的最大粒径＜0.6mm。
10、优选地，所述低碳纤维的直径为12～40μm，长度为6～18mm，断后伸长率＞2％，抗拉强度＞800mpa，弹性模量＞5gpa，材质包括超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。
11、本发明还提供了上述技术方案所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
12、将水泥、偏高岭土、碳酸钙、粉煤灰、矿粉、硅灰和骨料混合，得到混合料；
13、将所述混合料、水、减水剂和低碳纤维混合，得到混合浆料；
14、将所述混合浆料养护，得到所述低碳环保型高延性水泥基复合材料。
15、本发明还提供了上述技术方案所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的低碳环保型高延性水泥基复合材料作为建筑材料的应用。
16、本发明提供了一种低碳环保型高延性水泥基复合材料，包括以下质量份数的组分：水泥180～320份，偏高岭土120～240份，碳酸钙60～160份，粉煤灰160～370份，矿粉450～650份，硅灰50～110份，骨料360～540份，水230～330份，减水剂5～35份，低碳纤维15～30份，所述骨料包括河砂、海砂和废弃轮胎橡胶粉中的一种或多种。
17、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
18、在降低水泥基复合材料的碳排放和能耗的同时，提高了抗裂强度、抗拉强度和拉伸延性，龄期达28天时，抗拉强度为6.1～10.0mpa，拉伸应变为7％～9.0％，具有饱和多缝开裂行为和良好的耗能能力，可满足大多数实际工程的施工要求；
19、原材料可因地制宜，节省运输成本，进一步降低碳排放和能耗，拓宽应用场景；
20、可充分利用富余的海洋资源，为废弃橡胶的处置提供了新的思路，为内陆、沿海地区和岛屿的基础建设提供了性能更高，价格更低，更节能环保的材料选择；
21、水泥、偏高岭土和碳酸钙的按合理比例组成lc3，lc3可降低碳排放30～40％，降低能耗20～30％，节约成本20～30％。并且偏高岭土中的活性铝酸盐与碳酸钙中的碳酸钙和氢氧化钙(水泥水化产物)发生铝酸盐反应生成碳铝酸盐，从而提高抗压强度；进一步的，偏高岭土与碳酸钙的细度高，不仅可细化孔结构，两者结合具有协同效应，可提高水泥水化速度，从而提高早期强度。因此，偏高岭土、石灰石粉和水泥的合理搭配不仅可降低碳排放、能耗和成本，还可有效提高水泥基复合材料的强度；与传统的rec-15型pva纤维相比，采用低碳纤维可降低碳排放40～50％，降低能耗20～30％，节约成本50～60％。此外，pva纤维的亲水性，决定了pva纤维与基体间的强化学粘结，这会导致pva纤维在完全发挥其桥接作用前发生断裂，低碳纤维的疏水性则可解决这一问题，低碳纤维/基体间的粘结主要为摩擦粘结，这更有利于纤维在桥接过程中的滑移-硬化，从而提高延性和抗拉强度；
22、河砂、海砂属于天然砂，其生产和运输产生的碳排放和能耗与细石英砂相比非常低。与细石英砂相比，天然砂的碳排放可降低90～100％，能耗可降低80～90％，成本可降低近90％，此外，由于天然砂具有较高的圆度和球度，采用适宜粒径的天然砂(粒径＜2.36mm，细度模数为1.6～2.2)可提高水泥基复合材料的强度，并且天然砂中的粗颗粒可产生缺陷效应，级配合适的天然砂有利于提高水泥基复合材料的延性；废弃轮胎橡胶粉作为机制细骨料，虽然其生产的能耗与碳排放与天然砂相比较高，但本发明通过合理调整配合比，将废弃橡胶颗粒和海砂复掺，降低了整体的能耗和碳排放，此外，废弃轮胎橡胶粉在水泥基复合材料受拉过程中具有一定的桥接能力，可在一定程度上提高延性。
1.一种低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：水泥180～320份，偏高岭土120～240份，碳酸钙60～160份，粉煤灰160～370份，矿粉450～650份，硅灰50～110份，骨料360～540份，水230～330份，减水剂5～35份，低碳纤维15～30份，所述骨料包括河砂、海砂和废弃轮胎橡胶粉中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：水泥200.7～306.1份，偏高岭土133.9～204.2份，碳酸钙66.8～152.8份，粉煤灰163～361.2份，矿粉488.9～602份，硅灰60.2～91.8份，骨料459.5～517.9份，水255.3～258.9份，减水剂25～28.5份，低碳纤维17.5～19.4份。
3.根据权利要求2所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：水泥271.6～305.7份，偏高岭土152.8～181.2份，碳酸钙90.5～101.9份，粉煤灰183.4～183.7份，矿粉550.2～551份，硅灰81.5～91.7份，骨料512.9～517.2份，水256.5～258.6份，减水剂25～28.5份，低碳纤维17.5～19.4份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为复合硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，所述水泥的28天抗压强度≥52.5mpa，28天抗折强度≥7.0mpa。
5.根据权利要求1～3任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述偏高岭土为高岭土经过600～800℃煅烧而得，所述偏高岭土的最大粒径＜10μm。
6.根据权利要求1～3任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述碳酸钙以碳酸钙矿粉的形式加入，所述碳酸矿粉包括方解石粉末、大理石粉末和石灰石粉末中的一种或多种，所述碳酸矿粉的碳酸钙含量独立地＞98wt％，最大粒径独立地＜20μm。
7.根据权利要求1～3任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述河砂和海砂的粒径独立地＜2.36mm，细度模数独立地为1.6～2.2，所述废弃轮胎橡胶粉的最大粒径＜0.6mm。
8.根据权利要求1～3任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料，其特征在于，所述低碳纤维的直径为12～40μm，长度为6～18mm，断后伸长率＞2％，抗拉强度＞800mpa，弹性模量＞5gpa，材质包括超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。
9.权利要求1～8任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1～8任一项所述的低碳环保型高延性水泥基复合材料或权利要求9所述的制备方法制备得到的低碳环保型高延性水泥基复合材料作为建筑材料的应用。
