本发明属于建筑材料领域，具体的说，是一种混凝土用染色密封硬化剂。
背景技术：
混凝土是人类使用量最大的人造建筑材料，广泛用于各类结构工程中；但基于混凝土材料本身及施工水平限制，许多基础设施、工业厂房地坪等早已破损不堪，表面出现坑洞、风化、起尘、起砂、起皮现象，造成耐磨性差，使用寿命短，已经不能适应现代化生产环境的需求，急需改造；为解决这一问题，取而代之的方案通常有铺设木地板、地砖或者直接涂覆一层环氧类地坪漆等；但上述方案都性价比太低，使用场所受限，如铺设瓷砖或地板砖，除了人工及材料成本费用较高外，更重要的是使用场所受限，一般只能用在家居地面或者受载荷较轻地面，如遇到工业厂房、机械车间等载荷要求较高场所，则无法寿命大幅缩短，且抗渗防油等性能差；而涂覆环氧类地坪漆一方面使用寿命短，一般使用2年左右后会出现起翘、脱层等现象，性能较好的可延长至5年，但寿命仍然较短；另一方面，环氧类地坪漆不环保，VOC排量较高，对施工人员身体伤害大。
基于上述产品的技术及使用性能上的缺陷，近些年来众多学者开发出了专门用于混凝土地面的硬化剂，可大幅提高其使用寿命。目前，国内外市场上使用最多的地面硬化剂材料主要有两类：一类为锂基盐类产品，这类硬化剂能大幅提高混凝土的耐磨度、光泽度等性能，且能有限避免前期产品出现的泛白的通病，因而广受欢迎；如CN101618956A、CN200910055825和CN201110083155.2等公开了皆以锂基盐(硅酸锂)为主要成分，与混凝土发生反应后起增强作用，再添加氟硅酸镁、硅烷乳液、石蜡等增加混凝土的密实度、光泽度等性能；但其有效成分含量较低，单次施工所带来的混凝土性能提升少，且所做产品的光泽耐久性及耐候性差，较短时间内光泽减退明显。另一类为以纳米硅溶胶(如CN201010543000.8)或勃姆石溶胶(CN105645835A)为主要成分密封硬化剂，其中，硅溶胶内含大量硅氧键，能与混凝土反应生成能提高混凝土耐磨性能的水合硅酸钙(C-S-H)，而勃姆石溶胶能与钙离子和水生成提高其强度的铝酸钙；上述配方都能有效改善和提升混凝土硬度、耐磨性等性能。随着人们对地面多样化的需求增加，开始逐步追求既耐用又美观的产品，尤其是混凝土表观颜色，但上述所述专利中，没有一种技术既能够提高混凝土基本性能，又能改变其外观色泽，因而应用选择余地小。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种集硬化与染色功能为一体的混凝土用染色密封硬化剂。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种混凝土用染色密封硬化剂，是由下述质量百分比的原料组分经混合而成的：拟薄水铝石溶胶25％～65％，丙烯酸树脂乳液4％～10％，表面活性剂0.1％～1％，硅烷偶联剂3％～8％，纳米刚性颗粒1％～5％，无机色粉1％～6％，乙醇6％～11％，余量为蒸馏水；所述纳米刚性颗粒是SiC、BC4、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一种或几种的组合。
本发明中，所述拟薄水铝石溶胶的固含量为20～50％，平均粒径为45nm；其分子式为AlOOH·nH2O，n＝0.08～0.62。
本发明中，所述丙烯酸树脂乳液的固含量为30～50％，其分散介质为蒸馏水、去离子水或乙醇中的一种或几种的组合。
本发明中，所述表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇2000(PEG2000)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或几种的组合。
本发明中，所述硅烷偶联剂是3-脲丙基三甲氧基硅烷(KH592)或是经无水乙醇稀释后的3-脲丙基三甲氧基硅烷稀释液，无水乙醇与KH592的质量比为0～50∶1。
本发明中，所述纳米刚性颗粒的粒径为30～70nm。
本发明中，所述无机色粉是由无机矿物颜料与滑石粉混合而成，其质量比为2:1。
本发明中，所述混凝土用染色密封硬化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述质量配比称取各组分；
先取一半质量的乙醇和蒸馏水，置于容器中搅拌均匀；随后加入拟薄水铝石溶胶和丙烯酸树脂乳液；加热至20～50℃，并以150～300rmp的速率搅拌20～60min，然后冷却至室温；
(2)取剩余的乙醇和蒸馏水，置于另一容器中搅拌均匀；依次加入无机色粉和表面活性剂，然后在室温下以150～300rmp的速率搅拌40～80min；
(3)将步骤(1)所得混合物加入至步骤(2)所得混合物中，持续搅拌20～60min，搅拌速率300～800rmp；
(4)向步骤(3)所得混合物中加入硅烷偶联剂，搅拌后再加入纳米刚性颗粒，充分搅拌后超声处理15min；然后转移至水浴锅中，在20～80℃水浴条件下搅拌1～4h，保持150～500rmp的搅拌速率不变；待反应完成后降至室温，所得产物即为混凝土用染色密封硬化剂。
所述步骤(4)中，在加入硅烷偶联剂后再继续搅拌20min；在超声处理时，控制超声频率为2000Hz，超声功率350W。
发明原理描述：
本发明混凝土染色密封硬化剂的主要原料成分是纳米级拟薄水铝石(AlOOH·nH2O，n＝0.08～0.62)溶胶，拟薄水铝石溶胶通常用作陶瓷、耐火纤维材料的催化剂、粘结剂等，但在本发明中，能在表面活性剂及硅烷偶联剂共同的作用下，渗入到混凝土毛细孔内部与混凝土中的水化产物氢氧化钙及未水化的水泥发生反应，生成网络状交联结构的大分子凝胶，填充混凝土孔隙使其密实，再者，拟薄水铝石溶胶还与混凝土中的钙离子反应生成高铝水泥的主要成分铝酸钙，从而进一步增强混凝土，同时又减少混凝土中金属离子含量，有利于降低原混凝土中因碱骨料反应造成的损害；此外，本发明中无机色粉中的无机矿物颗粒通过与拟薄水铝石溶胶均匀混合，并一同渗入到混凝土中与之发生离子交换，从而改变混凝土颜色。本发明产品中的纳米刚性颗粒能提高混凝土硬度及耐磨性；另外，本发明中的丙烯酸树脂乳液的添加提高了混凝土的表面光泽度和疏水性能；本发明利用了各添加成分的上述特性，从而开发出一种集硬化与染色一体的新型混凝土用密封硬化剂。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明中添加的纳米颗粒无机色粉在表面活性剂和硅烷偶联剂的作用下，较好地分散于整个网络状溶胶体系中，并一同渗透至混凝土毛细孔中，从而改变混凝土表观色泽，达到视觉上的美感，解决了不同人群对地坪多样性要求的问题；
(2)本发明为水性材料，施工简便，可直接大面积滚涂或喷涂至混凝土表面进行施工，经处理后的混凝土地面具有高硬度、高耐磨性、高光泽等特性，且光泽越用约持久，表面呈现出打蜡般光泽；
(3)本发明是集混凝土硬化与染色一体的新型产品，其制备工艺简单，反应过程容易控制、反应条件温和、反应中亦无挥发性有毒气体，对环境无污染，且原料简单，成本低，特别适合大规模工业化生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
本发明中所述混凝土用染色密封硬化剂，是由下述质量百分比的原料组分经混合而成的：拟薄水铝石溶胶25％～65％，丙烯酸树脂乳液4％～10％，表面活性剂0.1％～1％，硅烷偶联剂3％～8％，纳米刚性颗粒1％～5％，无机色粉1％～6％，乙醇6％～11％，余量为蒸馏水；所述纳米刚性颗粒是SiC、BC4、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一种或几种的组合。
该混凝土用染色密封硬化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述质量配比称取各组分；
先取一半质量的乙醇和蒸馏水，置于容器中搅拌均匀；随后加入拟薄水铝石溶胶和丙烯酸树脂乳液；加热至20～50℃，并以150～300rmp的速率搅拌20～60min，然后冷却至室温；
(2)取剩余的乙醇和蒸馏水，置于另一容器中搅拌均匀；依次加入无机色粉和表面活性剂，然后在室温下以150～300rmp的速率搅拌40～80min；
(3)将步骤(1)所得混合物加入至步骤(2)所得混合物中，持续搅拌20～60min，搅拌速率300～800rmp；
(4)向步骤(3)所得混合物中加入硅烷偶联剂，搅拌后再加入纳米刚性颗粒，充分搅拌后超声处理15min；然后转移至水浴锅中，在20～80℃水浴条件下搅拌1～4h，保持150～500rmp的搅拌速率不变；待反应完成后降至室温，所得产物即为混凝土用染色密封硬化剂。
作为进一步的优化操作，在步骤(4)加入硅烷偶联剂后，再继续搅拌20min；在超声处理时，控制超声频率为2000Hz，超声功率350W。
各实施例中的试验数据见下表：
注：表格中的拟薄水铝石溶胶、表面活性剂、丙烯酸树脂乳液、硅烷偶联剂、纳米刚性颗粒、无机色粉、乙醇和蒸馏水的百分含量(％数值)，是指在该步骤中该组分占全部原料组分质量总和的百分比。
本发明所得混凝土染色密封硬化剂的使用方法为：
先用各种不同型号的研磨片依次研磨混凝土地面，随后将本发明产品(即混凝土染色密封硬化剂)直接滚涂或喷洒至经研磨后的地面上(可根据要求调整不同颜色的无机色粉)，在1h内保持地表被硬化剂产品浸润，随后进行研磨。其中，本产品用量约为0.1～0.5kg/㎡。
经处理后的混凝土硬度、光泽度、抗渗、防滑等性能大幅提高，且多种色泽可供调整和选择。经本发明施工处理后，地面的莫氏硬度比原地面可提高1～3个等级，耐磨度提高200％以上，光泽度提高50％以上，60°角入射光的光泽度最高可达到85°。此外，干摩擦系数可达0.85，同时渗透深度在2～8mm。