本发明涉及一种低碳胶凝材料及其制备方法，属于建筑用低碳胶凝材料，该材料以及制备方法可解决氯氧镁胶凝材料耐水性差以及废旧橡胶难以回收利用的问题。
背景技术：
1、国际能源机构提出了2050年世界水泥工业co2排放总量降低24%的目标，其中37%来自替代胶凝材料的使用。替代胶凝材料一般指的是可以部分或全部代替传统硅酸盐水泥的新型胶凝材料，其减碳核心思路为减少cao的比例、降低烧成温度或直接吸收co2。氯氧镁水泥（moc）是一种气硬性胶凝材料，此种水泥较硅酸盐水泥具有凝结硬化快，容重轻，导热系数低和耐高低温等明显优势，但因其耐水性能过差，易吸潮反卤和变形，与水作用后其硬化体强度大幅度下降，极大地限制了氯氧镁水泥的应用。为提高氯氧镁水泥的耐水性，广泛使用了改性剂，如cn116396049a公开了一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，其采用如下原料：轻烧氧化镁，六水氯化镁和缓凝剂，通过调整轻烧氧化镁，六水氯化镁与水的比例，仅使用一种缓凝剂改性氯氧镁水泥，利用缓凝剂中的酸根离子与mg2+配位，增强水化产物在水中的稳定性，使其拥有较好的耐水性。cn1070627a公开了一种改性氯氧镁水泥及其制品，其选用硅溶胶和针状硅灰石粉作为改性剂，并将一部分硅溶胶稀释液涂刷在氯氧镁水泥制品表面。该材料固化过程中无需加温，工艺简单，其产品耐水性好，不易反卤。cn115677252b公开了一种提升氯氧镁水泥再生骨料混凝土耐水性的方法，以预吸掺入的改性剂不断地由再生骨料向外释放，使得氯氧镁水泥再生骨料混凝土中有效的改性剂成分得到补充并与水化产物、水解产物反应生成难溶物质抑制水分传输，一定程度上增大氯氧镁水泥再生骨料混凝土水分传输的难度，降低水化产物溶蚀速率。cn112794662b公开了一种高强度和高软化系数的疏水氯氧镁水泥的制备方法，首先将氯化镁、水按摩尔比混合均匀后加入一定量的磷酸，十六烷基三甲氧基硅烷，非离子表面活性剂p123后搅拌反应得到氯化镁混合溶液，然后将活性氧化镁、氯化镁溶液按摩尔比混合搅拌均匀制成氯氧镁水泥浆体，注入模具，放置于空气中养护。其通过加入低表面能的硅烷得到整体疏水氯氧镁水泥。cn109160767a公开了一种氯氧镁胶凝材料改性剂，其采用如下重量百分比计的组分制成：硅丙乳液：20％-22％，丁苯乳液：34％-40％，三聚磷酸钠：20％-22％，十二烷基硫酸钠：20％-22％。该氯氧镁胶凝材料改性剂可对氯氧镁胶凝材料改性剂进行改性，而能够使的得制备的氯氧镁胶凝材料具有力学强度高、耐水性好等优点。
2、上述无机改性剂的引入会改变氯氧镁胶凝材料内部的孔隙结构，产生较多有害孔隙，反而不利于氯氧镁胶凝材料的长期使用性能保持。有机改性剂成本较高，且需要大量引入，这也将一定程度上抑制氯氧镁胶凝材料自身的水化过程，从而使该材料的抗压强度等性能下降，上述问题都限制了氯氧镁材料在各个领域的发展。
3、橡胶广泛用于汽车轮胎中，其在使用过程中需要进行硫化处理，硫化以后是一种热固性聚合物，由于它在硫化成型过程中，分子链间形成交联键，使整个分子呈空间网络状结构。受到分子链间交联键的作用，分子链无法移动，使其在使用过后难以进行回收成型利用。常规对废旧轮胎的处理是掩埋、焚烧、堆放，但由于橡胶不会自然分解，大量回收橡胶的堆积和不适当处理，在造成资源浪费的同时，还严重的污染环境。目前研究发现以废轮胎橡胶制取的胶粉或橡胶微粒，可取代部分生胶掺用在生胶料中，可以降低橡胶制品的成本。
4、可见目前对氯氧镁胶凝材料的处理方法均存在一定的问题，由此可见，开发一种低成本、环境友好的低碳胶凝材料及制备方法对于扩展氯氧镁胶凝材料的应用及节能减排实现碳中和目标都具有重要意义。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种低碳胶凝材料及其制备方法，该方法通过调整氯氧镁胶凝材料的组成，引入pvdf纤维以及多孔橡胶微球，在氯氧镁胶凝材料内部凝结硬化产生的5相和3相表面形成疏水性保护膜包裹，避免其与水接触溶解，同时pvdf以及内部少量碳纳米管也能连通氯氧镁胶凝材料内部的多相颗粒，中空的碳纳米管也能在一定程度成为内部水的逸出通道，进一步提高材料的耐水性。此外多孔橡胶微球的加入成为氧化镁、氯化镁反应的位点，使得各晶体颗粒均匀生长，减少氯氧镁胶凝材料内部的有害大孔产生，橡胶颗粒具有一定的弹性，也能一定程度上减缓内部物质吸水形成mg(oh)2后体积膨胀产生的影响。同时也给了废旧轮胎回收利提供了一个方向。
2、本发明的目的在于提供一种低碳胶凝材料，更具体的是提供一种具有良好耐水性的氯氧镁胶凝材料，其由以下原料制备而成：mgo、六水氯化镁、水、多孔橡胶微球、碳纳米管、pvdf纤维，所述mgo、六水氯化镁、水的摩尔比为5~10：1：10~15，所述多孔橡胶微球的质量为mgo质量的0.5%~10%，所述碳纳米管的质量为mgo质量的0.01%~2%，所述pvdf纤维质量为mgo质量的1%~3%。通过在常规氯氧镁胶凝材料中引入多孔橡胶微球、碳纳米管、pvdf纤维共同作用，使得材料内部多相颗粒表面形成疏水保护膜包覆，减少了浸水后内部结晶相的水解反应，同时多孔橡胶微球也能减缓内部产生的松散堆积状mg(oh)2导致的材料内部有害大孔的增加，pvdf、碳纳米管与内部结晶相颗粒连接，形成连通氯氧镁胶凝材料内部多相颗粒的骨架，一定程度上也会提升胶凝材料的机械性能，进一步扩展材料应用场景。橡胶微球多孔状的表面形态更有利于提高橡胶微球与其他物质的接触面以及附着性，使之成为胶凝材料水化产生多相颗粒的锚点，提高胶凝材料体系的机械稳定性。
3、作为优选方案，所述氧化镁为轻烧氧化镁，所述轻烧氧化镁的活性指数为60～70％。所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，所述碳纳米管的管外径尺寸为1.0nm～20.0nm，平均长度为10.0nm～5.0μm。所述多孔橡胶微球粒径d50为0.5～200μm。所述pvdf纤维长度为0.05~50μm。
4、进一步优选，所述mgo、六水氯化镁、水的摩尔比为7：1：10，所述多孔橡胶微球的质量为mgo质量的1%，所述碳纳米管的质量为mgo质量的2%，所述pvdf纤维质量为mgo质量的2%。
5、本发明的另一个目的在于提供一种低碳胶凝材料的制备方法，所述低碳胶凝材料由以下原料制备而成：mgo、六水氯化镁、水、多孔橡胶微球、碳纳米管、pvdf纤维，所述mgo、六水氯化镁、水的摩尔比为5~10：1：10~15，所述多孔橡胶微球的质量为mgo质量的0.5%~10%，所述碳纳米管的质量为mgo质量的0.01%~2%，所述pvdf纤维质量为mgo质量的1%~3%，包括如下步骤：（1）按比例称取mgo、六水氯化镁、多孔橡胶微球、碳纳米管、pvdf纤维、水；（2）在搅拌条件下依次将水、碳纳米管、pvdf纤维和多孔橡胶微球加入到水中，持续搅拌5min，之后加入六水氯化镁，持续搅拌至溶解，获得混合液；（3）将步骤（1）中称取的mgo少量多次加入到步骤（2）获得的混合液中，mgo两次加入的间隔至少为10min，持续搅拌使mgo分散均匀获得混合料浆；（4）将步骤（3）得到的混合料浆浇筑在不锈钢模具中，震动抹平后进行养护获得氯氧镁低碳胶凝材料。
6、作为优选方案，所述步骤（3）中混合液加入mgo的次数为n，n为2~10之间的正整数，每次加入mgo的质量为步骤（1）中称取总重量的1/n。如mgo可分2次加入混合液，每次加入mgo总量的1/2；mgo可分3次加入混合液，每次加入mgo总量的1/3；mgo可分4次加入混合液，每次加入mgo总量的1/4；mgo可分5次加入混合液，每次加入mgo总量的1/5；mgo可分6次加入混合液，每次加入mgo总量的1/6等。由于在制备氯氧镁水泥的过程中配比不合适或原料中活性氧化镁含量过高会造成反应过程加速过快，反应放热比较集中，不仅影响生产操作，而且还容易导致产品形成翘曲变形，影响产品的一些性能，申请人经过大量实验发现控制mgo加入量可有效解决上述问题，体系产热可控且制备的产品平整，无任何翘曲变形。
7、作为优选方案，养护处理的具体步骤为：将震动抹平后的模具置于温度为25℃，湿度为50±5%的环境中进行养护，养护至24h后脱模，之后室内自然养护28天。对胶凝材料养护处理是为了氯氧镁胶凝材料充分吸收co2,进行碳化，碳化处理可以将大量的co2封存在混凝土内部，减少建筑行业的碳排放，同时碳化产物覆盖在水泥表面，阻碍外界水分进入的同时还会减弱水分对混凝土内部界面过渡区的破坏，增强氯氧镁胶凝材料的耐水性。此外常规的氯氧镁体系中碳化过程中部分mgcl2会溶解和流失，导致水化体系的孔洞变多，引起初裂强度下降，但在本技术特定的胶凝体系中，pvdf纤维、多孔橡胶微球的引入可有效抑制水化体系的孔洞变多的影响，维持材料性能的稳定。
8、本发明的另一个目的在于提供一种低碳胶凝材料在海岸护堤消浪块、道路混凝土或非结构混凝土中的应用，该低碳胶凝材料具有优良的耐水性，克服了常规氯氧镁体系耐水性差的缺点，具有广泛的应用场景及较高的经济效益。
9、与现有技术相比，本技术技术方案的有益效果如下：
10、1、本发明采用特定的材料体系制备氯氧镁胶凝材料，与常规采用水泥作为胶凝材料的混凝土相比，碳含量少，绿色环保，在生产中不仅工艺简便，而目无需窑炉、干燥器等热工设备，能耗可大大降低，且大大降低co2的产出及排放。本发明的氯氧镁胶凝材料耐水性好、强度高，提高其综合使用性能，有利于扩大氯氧镁材料的应用范围。
11、2、在常规氯氧镁胶凝材料中引入多孔橡胶微球、碳纳米管、pvdf纤维共同作用，使得材料内部多相颗粒表面形成疏水保护膜包覆，减少了浸水后内部结晶相的水解反应，同时多孔橡胶微球也能减缓内部产生的松散堆积状mg(oh)2导致的材料内部有害大孔的增加，pvdf、碳纳米管与内部结晶相颗粒连接，形成连通氯氧镁胶凝材料内部多相颗粒的骨架，一定程度上也会提升胶凝材料的机械性能，同时也能减少胶凝材料水化过程中的结晶接触点，提高了氯氧镁胶凝材料在水中浸泡的稳定性，同时增强了水泥制品的密实度，提高了产品的强度。橡胶微球多孔状的表面形态更有利于提高橡胶微球与其他物质的接触面以及附着性，使之成为胶凝材料水化产生多相颗粒的锚点，提高胶凝材料体系的机械稳定性。
12、3.本发明使用的多孔橡胶微球是通过废弃轮胎回收再利用获得，取材方便，绿色环保，可一定程度上解决橡胶垃圾无法降解，大量占用土地的问题，防止环境污染。