本發明屬于建筑材料領域，具體的說，是一種混凝土用染色密封硬化劑的制備方法。
背景技術：
混凝土是人類使用量最大的人造建筑材料，廣泛用于各類結構工程中；但基于混凝土材料本身及施工水平限制，許多基礎設施、工業廠房地坪等早已破損不堪，表面出現坑洞、風化、起塵、起砂、起皮現象，造成耐磨性差，使用壽命短，已經不能適應現代化生產環境的需求，急需改造；為解決這一問題，取而代之的方案通常有鋪設木地板、地磚或者直接涂覆一層環氧類地坪漆等；但上述方案都性價比太低，使用場所受限，如鋪設瓷磚或地板磚，除了人工及材料成本費用較高外，更重要的是使用場所受限，一般只能用在家居地面或者受載荷較輕地面，如遇到工業廠房、機械車間等載荷要求較高場所，則無法壽命大幅縮短，且抗滲防油等性能差；而涂覆環氧類地坪漆一方面使用壽命短，一般使用2年左右后會出現起翹、脫層等現象，性能較好的可延長至5年，但壽命仍然較短；另一方面，環氧類地坪漆不環保，VOC排量較高，對施工人員身體傷害大。
基于上述產品的技術及使用性能上的缺陷，近些年來眾多學者開發出了專門用于混凝土地面的硬化劑，可大幅提高其使用壽命。目前，國內外市場上使用最多的地面硬化劑材料主要有兩類：一類為鋰基鹽類產品，這類硬化劑能大幅提高混凝土的耐磨度、光澤度等性能，且能有限避免前期產品出現的泛白的通病，因而廣受歡迎；如CN101618956A、CN200910055825和CN201110083155.2等公開了皆以鋰基鹽(硅酸鋰)為主要成分，與混凝土發生反應后起增強作用，再添加氟硅酸鎂、硅烷乳液、石蠟等增加混凝土的密實度、光澤度等性能；但其有效成分含量較低，單次施工所帶來的混凝土性能提升少，且所做產品的光澤耐久性及耐候性差，較短時間內光澤減退明顯。另一類為以納米硅溶膠(如CN201010543000.8)或勃姆石溶膠(CN105645835A)為主要成分密封硬化劑，其中，硅溶膠內含大量硅氧鍵，能與混凝土反應生成能提高混凝土耐磨性能的水合硅酸鈣(C-S-H)，而勃姆石溶膠能與鈣離子和水生成提高其強度的鋁酸鈣；上述配方都能有效改善和提升混凝土硬度、耐磨性等性能。隨著人們對地面多樣化的需求增加，開始逐步追求既耐用又美觀的產品，尤其是混凝土表觀顏色，但上述所述專利中，沒有一種技術既能夠提高混凝土基本性能，又能改變其外觀色澤，因而應用選擇余地小。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種集硬化與染色功能為一體的混凝土用染色密封硬化劑的制備方法。
為解決技術問題，本發明的解決方案是：
提供一種混凝土用染色密封硬化劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)按下述質量配比稱取各組分：擬薄水鋁石溶膠25％～65％，丙烯酸樹脂乳液4％～10％，表面活性劑0.1％～1％，硅烷偶聯劑3％～8％，納米剛性顆粒1％～5％，無機色粉1％～6％，乙醇6％～11％，余量為蒸餾水；所述納米剛性顆粒是SiC、BC4、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一種或幾種的組合；
(2)先取一半質量的乙醇和蒸餾水，置于容器中攪拌均勻；隨后加入擬薄水鋁石溶膠和丙烯酸樹脂乳液；加熱至20～50℃，并以150～300rmp的速率攪拌20～60min，然后冷卻至室溫；
(3)取剩余的乙醇和蒸餾水，置于另一容器中攪拌均勻；依次加入無機色粉和表面活性劑，然后在室溫下以150～300rmp的速率攪拌40～80min；
(4)將步驟(2)所得混合物加入至步驟(3)所得混合物中，持續攪拌20～60min，攪拌速率300～800rmp；
(5)向步驟(4)所得混合物中加入硅烷偶聯劑，攪拌后再加入納米剛性顆粒，充分攪拌后超聲處理15min；然后轉移至水浴鍋中，在20～80℃水浴條件下攪拌1～4h，保持150～500rmp的攪拌速率不變；待反應完成后降至室溫，所得產物即為混凝土用染色密封硬化劑。
所述步驟(5)中，在加入硅烷偶聯劑后再繼續攪拌20min；在超聲處理時，控制超聲頻率為2000Hz，超聲功率350W。
本發明中，所述擬薄水鋁石溶膠的固含量為20～50％，平均粒徑為45nm；其分子式為AlOOH·nH2O，n＝0.08～0.62。
本發明中，所述丙烯酸樹脂乳液的固含量為30～50％，其分散介質為蒸餾水、去離子水或乙醇中的一種或幾種的組合。
本發明中，所述表面活性劑是十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚乙二醇2000(PEG2000)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一種或幾種的組合。
本發明中，所述硅烷偶聯劑是3-脲丙基三甲氧基硅烷(KH592)或是經無水乙醇稀釋后的3-脲丙基三甲氧基硅烷稀釋液，無水乙醇與KH592的質量比為0～50∶1。
本發明中，所述納米剛性顆粒的粒徑為30～70nm。
本發明中，所述無機色粉是由無機礦物顏料與滑石粉混合而成，其質量比為2:1。
發明原理描述：
本發明混凝土染色密封硬化劑的主要原料成分是納米級擬薄水鋁石(AlOOH·nH2O，n＝0.08～0.62)溶膠，擬薄水鋁石溶膠通常用作陶瓷、耐火纖維材料的催化劑、粘結劑等，但在本發明中，能在表面活性劑及硅烷偶聯劑共同的作用下，滲入到混凝土毛細孔內部與混凝土中的水化產物氫氧化鈣及未水化的水泥發生反應，生成網絡狀交聯結構的大分子凝膠，填充混凝土孔隙使其密實，再者，擬薄水鋁石溶膠還與混凝土中的鈣離子反應生成高鋁水泥的主要成分鋁酸鈣，從而進一步增強混凝土，同時又減少混凝土中金屬離子含量，有利于降低原混凝土中因堿骨料反應造成的損害；此外，本發明中無機色粉中的無機礦物顆粒通過與擬薄水鋁石溶膠均勻混合，并一同滲入到混凝土中與之發生離子交換，從而改變混凝土顏色。本發明產品中的納米剛性顆粒能提高混凝土硬度及耐磨性；另外，本發明中的丙烯酸樹脂乳液的添加提高了混凝土的表面光澤度和疏水性能；本發明利用了各添加成分的上述特性，從而開發出一種集硬化與染色一體的新型混凝土用密封硬化劑。
與現有技術相比，本發明的優點在于：
(1)本發明中添加的納米顆粒無機色粉在表面活性劑和硅烷偶聯劑的作用下，較好地分散于整個網絡狀溶膠體系中，并一同滲透至混凝土毛細孔中，從而改變混凝土表觀色澤，達到視覺上的美感，解決了不同人群對地坪多樣性要求的問題；
(2)本發明為水性材料，施工簡便，可直接大面積滾涂或噴涂至混凝土表面進行施工，經處理后的混凝土地面具有高硬度、高耐磨性、高光澤等特性，且光澤越用約持久，表面呈現出打蠟般光澤；
(3)本發明是集混凝土硬化與染色一體的新型產品，其制備工藝簡單，反應過程容易控制、反應條件溫和、反應中亦無揮發性有毒氣體，對環境無污染，且原料簡單，成本低，特別適合大規模工業化生產。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明作進一步詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限定本發明的范圍。
本發明中所述混凝土用染色密封硬化劑，是由下述質量百分比的原料組分經混合而成的：擬薄水鋁石溶膠25％～65％，丙烯酸樹脂乳液4％～10％，表面活性劑0.1％～1％，硅烷偶聯劑3％～8％，納米剛性顆粒1％～5％，無機色粉1％～6％，乙醇6％～11％，余量為蒸餾水；所述納米剛性顆粒是SiC、BC4、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一種或幾種的組合。
該混凝土用染色密封硬化劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)按下述質量配比稱取各組分：擬薄水鋁石溶膠25％～65％，丙烯酸樹脂乳液4％～10％，表面活性劑0.1％～1％，硅烷偶聯劑3％～8％，納米剛性顆粒1％～5％，無機色粉1％～6％，乙醇6％～11％，余量為蒸餾水；所述納米剛性顆粒是SiC、BC4、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一種或幾種的組合；
(2)先取一半質量的乙醇和蒸餾水，置于容器中攪拌均勻；隨后加入擬薄水鋁石溶膠和丙烯酸樹脂乳液；加熱至20～50℃，并以150～300rmp的速率攪拌20～60min，然后冷卻至室溫；
(3)取剩余的乙醇和蒸餾水，置于另一容器中攪拌均勻；依次加入無機色粉和表面活性劑，然后在室溫下以150～300rmp的速率攪拌40～80min；
(4)將步驟(2)所得混合物加入至步驟(3)所得混合物中，持續攪拌20～60min，攪拌速率300～800rmp；
(5)向步驟(4)所得混合物中加入硅烷偶聯劑，攪拌后再加入納米剛性顆粒，充分攪拌后超聲處理15min；然后轉移至水浴鍋中，在20～80℃水浴條件下攪拌1～4h，保持150～500rmp的攪拌速率不變；待反應完成后降至室溫，所得產物即為混凝土用染色密封硬化劑。
作為進一步的優化操作，所述步驟(5)中，在加入硅烷偶聯劑后再繼續攪拌20min；在超聲處理時，控制超聲頻率為2000Hz，超聲功率350W。
各實施例中的試驗數據見下表：
注：表格中的擬薄水鋁石溶膠、表面活性劑、丙烯酸樹脂乳液、硅烷偶聯劑、納米剛性顆粒、無機色粉、乙醇和蒸餾水的百分含量(％數值)，是指在該步驟中該組分占全部原料組分質量總和的百分比。
本發明所得混凝土染色密封硬化劑的使用方法為：
先用各種不同型號的研磨片依次研磨混凝土地面，隨后將本發明產品(即混凝土染色密封硬化劑)直接滾涂或噴灑至經研磨后的地面上(可根據要求調整不同顏色的無機色粉)，在1h內保持地表被硬化劑產品浸潤，隨后進行研磨。其中，本產品用量約為0.1～0.5kg/㎡。
經處理后的混凝土硬度、光澤度、抗滲、防滑等性能大幅提高，且多種色澤可供調整和選擇。經本發明施工處理后，地面的莫氏硬度比原地面可提高1～3個等級，耐磨度提高200％以上，光澤度提高50％以上，60°角入射光的光澤度最高可達到85°。此外，干摩擦系數可達0.85，同時滲透深度在2～8mm。