CN110105505A - 一种高分子注浆堵漏材料 - Google Patents

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陶绪泉
王睿
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Abstract

本发明涉及一种高分子注浆堵漏材料，尤其是适于常温下用作建筑物细微裂缝堵水防漏；本发明以N,N'‑二甲基丙烯酰胺、N‑羟甲基丙烯酰胺、N，N'‑亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠的二种或二种以上混合物为主要原料(A料)；过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠的二种或二种以上混合物为固化剂(B料)；AB组分混合后的浆料粘度极低、可灌性能优异、凝胶时间可根据需要调节、固化后形成的高分子凝胶体具有良好的粘附性及抗压强度，起到防渗堵漏的作用，在建筑物的防渗堵漏领域具有广阔的应用前景。

Description

一种高分子注浆堵漏材料
技术领域
本发明属于建筑防渗、堵漏用注浆材料及防水堵漏技术领域，具体涉及一种高分子注浆堵漏材料。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着社会经济和城市化进程的快速发展，城市地上拥堵现象越发严重，开发利用地下空间成为城市可持续发展的必然趋势。如为改善市内交通，各大城市地铁相继修建，截止2019 年1月，已有37座城市开通运行地铁，总里程超过3000公里；未来几年多条越江海大型隧道也将计划进行建设；还有大型停车场、大型超市、休闲娱乐场所以及人防工程等。以上均属地下工程，地下工程建设投资巨大，一般防水施工造价大约是整个工程造价的1％-2％，就造成了很多表面非常亮丽，造价非常高昂的工程，但地下渗漏非常严重。因此，我国地下工程防水质量问题突出，地下结构的施工和运营期的渗水漏水问题成为较为突出的质量通病，工程渗漏率居高不下。地下工程中大体积混凝土易产生裂缝，很难避免，成为渗漏水源头。混凝土结构发生渗漏后，混凝土中的钢筋将浸泡在地下水中，钢筋发生电化学腐蚀，一旦钢筋锈蚀严重，铁锈膨胀就会造成整个混凝土结构的开裂破坏；渗漏水还会加速结构混凝土的碱骨料反应，严重影响混凝土结构的耐久性，缩短建筑工程寿命。因此，开展研发主要针对细微裂缝(0.1mm以下)进行封堵的新型防水材料及应用技术具有十分重要的价值。混凝土微细裂缝是由于混凝土结构内外因素的作用而产生的物理结构变化，是混凝土工程最为普遍、常见的危害之一，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。部分混凝土结构在所处环境中起到挡水作用，当混凝土中裂缝贯通背水面和迎水面时，就会产生严重的渗漏水情况，在一些特殊场所，有可能造成严重的工程事故。
目前对于混凝土细微裂缝渗漏水的修复主要采用注浆修复方法、表面封闭法、柔性密封法等，其中注浆修复方法为最常用方法。目前市面上实际应用的水性注浆堵漏材料多为丙烯酰胺化学灌浆材料，该灌浆材料其水溶液的粘度接近于水，并在整个诱导期间保持不变，胶凝时间可以任意调节，溶液的渗透性好。现场原位聚合后能形成稳定的、不透水的并具有弹性的聚丙烯酰胺凝胶，从而起到堵水防渗和稳定加固地层的作用(张永军等，丙凝化学灌浆技术在坝基防渗处理中的应用，黄河水利职业技术学院学报，2003,15(2)：20-21)。但该灌浆材料中残留有少量未聚合的丙烯酰胺单体对环境有害。在1974年日本福冈应用丙烯酰胺化学灌浆引起环境污染事件。为此，人们聚丙烯酰胺灌浆材料进行改性研究探索，以降低丙烯酰胺的残留。如张亚峰等(张亚峰，宋平安，宾斌，邝健政.新型改性聚丙烯酰胺灌浆材料的制备和性能研究，中国建筑防水，2009，(7)：15-18)报道了一种新型改性聚丙烯酰胺灌浆材料的制备方法，先通过自由基聚合合成了超低分子量的聚丙烯酰胺，利用甲基丙烯酸缩水甘油酯化学改性部分水解聚丙烯酰胺，在其侧基上引入可聚合的双键，再加入水溶性引发体系，即可以形成不溶且富有弹性的水凝胶，它基本上保持了聚丙烯酰胺灌浆材料的优点，又克服了其有毒的缺点。但需要自由基聚合和改性两步反应，工艺过程复杂；聚合后的聚丙烯酰胺浆液粘度(浓度在10％，pH＝7，约30mPa·s)比未聚合的丙烯酰胺浆液粘度要大，不利于小缝灌浆；并且当浆液浓度在12％以下时，改性PA M浆材的凝胶强度(浆液浓度10％,约100KP) 稍小于丙凝(浆液浓度10％,约120KP)。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种高分子注浆堵漏材料，尤其是适于常温下用作建筑物细微裂缝堵水防漏的化学灌浆材料。该注浆堵漏材料保持了聚丙烯酰胺凝胶性能上的优点，但不使用丙烯酰胺单体，避免由此引起环境污染问题；AB二个组分混合后的浆料粘度极低、小于10mPa·s、可灌性能优异、能灌入毛细孔、凝胶时间可根据需要调节、固化后形成的高分子凝胶体具有良好的粘附性及抗压强度，固砂体抗压强度达200kPa以上，所灌裂缝不易产生回渗现象，起到防渗堵漏的作用，本发明操作工艺简易，所使用原料皆为市售品，容易获得，操作简单，在建筑物的防渗堵漏领域具有广阔的应用前景。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高分子注浆堵漏材料，包括主料A和固化剂B，所述主料A为N,N-二甲基丙烯酰胺、 N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少两种、以及促进剂的混合物，所述固化剂B为过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠中的至少两种。
为了满足毛细孔高强度注浆的要求，本申请研究发现：采用N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少两种互混，固化后形成的高分子凝胶体具有良好的粘附性及抗压强度，所灌裂缝不易产生回渗现象，起到防渗堵漏的作用。
与有机促进剂相比，采用亚硫酸盐作为促进剂不仅毒性小、而且能够有效地提高固砂体强度和抗挤出性能，因此，在一些实施例中，所述促进剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的至少一种，提高了操作安全性的同时，注浆材料对附着物的粘度、固砂体强度和抗挤出性能都得到了有效地增强。
在一些实施例中，所述N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的总份数为50～65份、所述促进剂份数为1-1.5份。其中，N,N-二甲基丙烯酰胺为主单体、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，交联剂占主单体质量分数为2.0-6.0％；如交联剂组分用量过多，交联度高、浆液粘度偏大，难于注浆；如交联剂组分用量过低、形成的凝胶交联度低、形成的固砂体抗压强度、不利于封堵漏水。
在一些实施例中，所述N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的总份数为51.8～62份。
在一些实施例中，所述组分A(即：主料A)与组分B(即：固化剂B)的质量比为50～65： 3～5，如组分B用量过少，引发速度慢，凝胶时间长；如组分B用量过多，引发速度慢快，凝胶时间短；两种情况都不能满足实际注浆工况对凝胶时间的要求，因此，需控制组分A与组分B的质量比。
在一些实施例中，所述组分A与组分B的质量比为52.8～63.5：3～3.7。
本发明还提供了一种高分子注浆堵漏材料的制备方法，包括：
1)主料A的制备：
将主料A中的固体原料溶解到水中，混合均匀后，再向其加入主料A中的液体原料，混合均匀，即得主料A溶液；
2)固化剂B的制备
将过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠中的至少两种溶解到水中，混合均匀，即得固化剂B溶液。
在一些实施例中，所述混合方法为机械搅拌，转速为200-1000r/min，搅拌时间为30-60min。
本发明还提供了一种高分子注浆堵漏材料的使用方法，将主料A和固化剂B的溶液混合后，注入建筑物细微裂缝处，常温下固化，即可。
本发明还提供了任一上述的高分子注浆堵漏材料在建筑物、道路、桥梁、或地下工程防渗堵漏中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)该注浆堵漏材料不使用丙烯酰胺单体，既保持了聚丙烯酰胺凝胶具有的低表面张力、低粘度、可灌性好、抗渗性好等优良性能，又避免了由于使用丙烯酰胺单体所引发的环保问题；该浆料凝胶时间短，且可以控制、拥有非常好的施工性能，固化后形成的高分子凝胶体具有良好的粘附性、弹性、抗压强度以及耐化学性能。
(2)本申请的配制方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
正如背景技术所介绍的，针对丙烯酸盐灌浆材料粘度较高，难以满足毛细孔高强度灌浆的要求的问题。因此，本发明提出一种新型高分子注浆堵漏材料，尤其是适于常温下用作建筑物细微裂缝堵水防漏的化学灌浆材料,包括主料A和固化剂B，所述主料A为N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠二种或二种以上混合物；所述固化剂B为过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠的二种或二种以上混合物。
该注浆堵漏材料保持了聚丙烯酰胺凝胶性能上的优点，但不使用丙烯酰胺单体，避免由此引起环境污染问题；AB二个组分混合后的浆料粘度极低、小于10mPa·s、可灌性能优异、能灌入毛细孔、凝胶时间可根据需要调节、固化后形成的高分子凝胶体具有良好的粘附性及抗压强度，固砂体抗压强度达200kPa以上，所灌裂缝不易产生回渗现象，起到防渗堵漏的作用，本发明操作工艺简易，所使用原料皆为市售品，容易获得，操作简单，在建筑物的防渗堵漏领域具有广阔的应用前景。
本发明产品除用于混凝土结构裂缝、伸缩缝、沉降缝渗漏水止水灌浆外，也可用于水库大坝地基基础堵漏灌浆、土层固结和地基基础防渗的灌浆堵漏。
主料A组成为：N,N-二甲基丙烯酰胺30-60份，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺0-10份，聚乙二醇(200)二丙烯酸酯组成0-10份，聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯0-5份，亚硫酸氢钠0-3份，亚硫酸钠0-4份，连二亚硫酸钠0-5份，硫代硫酸钠0-5份。
在一些实施例中，主料A的制备方法包括如下步骤：
先向搪瓷搅拌釜中加入一定份数的水，再加入固体原料如N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠，室温条件下以200- 1000r/min的转速搅拌30-60min至所述固体原料完全溶解，之后加入液体原料如N,N-二甲基丙烯酰胺、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯继续搅拌15-30 分钟至混合均匀得到主料A溶液。
在一些实施例中，所述固化剂B组成为：过硫酸铵0-8份，过硫酸钾0-8份，三羟甲基氨基甲烷0-5份，乙二胺四乙酸二钠0-5份。
在一些实施例中，固化剂B的制备方法包括如下步骤：先向搪瓷搅拌釜中加入一定份数的水，再加入过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷0-5份，乙二胺四乙酸二钠，室温条件下以200-1000r/min的转速搅拌30-60min至完全溶解，得到固化剂B溶液。
本发明还提供了一种新型高分子注浆堵漏材料的制备方法，将上述配好的A料溶液和B 料溶液用分别用注浆泵合一出料口混合通过止水针头注入建筑物细微裂缝处，常温下经2-15 分钟即可固化凝胶，达到封堵漏水的作用。
以下通过具体的实施例对本申请的方案进行描述。
实施例1
(1)配制原料
a.配制A组分
先向搪瓷搅拌釜中加入300份水，加入亚硫酸氢钠1.5份，室温下以300r/min的转速搅拌30min至完全溶解后，再依次加入N,N-二甲基丙烯酰胺50份,聚乙二醇(200)二丙烯酸酯1.8份,继续搅拌15分钟至混合均匀得A组分。
b.配制B组分
先向搪瓷搅拌釜中加入130份水，再加入2.5份过硫酸铵，乙二胺四乙酸二钠0.5份，室温条件下以300r/min的转速搅拌30min进行溶解得B组分。
(2)注浆
在渗漏部位钻孔每隔一米打3个，在钻孔部位安装上止水针头；全部装好后，通过双液灌浆泵进行灌浆；启动注浆设备，将A、B组分合一出料口混合接到止水针头上，开动手控开头，进行注浆。根据实际结构情况可适当增减注浆压力，保证浆液渗透到结构细微的缝隙中，常温下即可固化形成一种弹性凝胶体，达到封堵漏水的作用。
(3)由于聚丙烯酰胺系灌浆材料性能尚无统一测试标准，参照JC/T 2037-2010丙烯酸盐灌浆材料标准测得材料性能如下：浆液呈无色或茶色透明均相液体；浆液固化后呈透明凝胶或白色凝胶固体；粘度为4mmPa·s；凝结时间3min；固砂体抗压强度203kPa。
实施例2
(1)配制原料
a.配制A组分
先向搪瓷搅拌釜中加入300份水，加入亚硫酸钠1份，室温下以300r/min的转速搅拌30min 至完全溶解后，再依次加入N,N-二甲基丙烯酰胺52份,N，N'-亚甲基双丙烯酰胺1.8份,继续搅拌15分钟至混合均匀得A组分。
b.配制B组分
先向搪瓷搅拌釜中加入130份水，再加入2.5份过硫酸铵，乙二胺四乙酸二钠0.5份，室温条件下以300r/min的转速搅拌30min进行溶解得B组分。
(2)注浆
在渗漏部位钻孔每隔一米打3个，在钻孔部位安装上止水针头；全部装好后，通过双液灌浆泵进行灌浆；启动注浆设备，将A、B组分合一出料口混合接到止水针头上，开动手控开头，进行注浆。根据实际结构情况可适当增减注浆压力，保证浆液渗透到结构细微的缝隙中，常温下即可固化形成一种弹性凝胶体，达到封堵漏水的作用。
(3)参照JC/T 2037-2010丙烯酸盐灌浆材料标准测得材料性能如下：浆液呈无色或茶色透明均相液体；浆液固化后呈透明凝胶或白色凝胶固体；粘度为5mPa·s；凝结时间4min；固砂体抗压强度210kPa。
实施例3
(1)配制原料
a.配制A组分
先向搪瓷搅拌釜中加入300份水，加入N-羟甲基丙烯酰胺0.8份、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺1.6份、保险粉1.2份、室温下以300r/min的转速搅拌40min至完全溶解后，再依次加入 N,N-二甲基丙烯酰胺50份,继续搅拌15分钟至混合均匀得A组分。
b.配制B组分
先向搪瓷搅拌釜中加入130份水，再加入2.5份过硫酸钾，乙二胺四乙酸二钠0.8份，室温条件下以300r/min的转速搅拌30min进行溶解得B组分。
(2)注浆
在渗漏部位钻孔每隔一米打3个，在钻孔部位安装上止水针头；全部装好后，通过双液灌浆泵进行灌浆；启动注浆设备，将A、B组分合一出料口混合接到止水针头上，开动手控开头，进行注浆。根据实际结构情况可适当增减注浆压力，保证浆液渗透到结构细微的缝隙中，常温下即可固化形成一种弹性凝胶体，达到封堵漏水的作用。
(3)参照JC/T 2037-2010丙烯酸盐灌浆材料标准测得材料性能如下：浆液呈无色或茶色透明均相液体；浆液固化后呈透明凝胶或白色凝胶固体；粘度为5.6mPa·s；凝结时间4.5min；固砂体抗压强度215kPa。
实施例4
(1)配制原料
a.配制A组分
先向搪瓷搅拌釜中加入300份水，加入硫代硫酸钠1.5份、室温下以300r/min的转速搅拌30min至完全溶解后，再依次加入N,N-二甲基丙烯酰胺60份,聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯2份，继续搅拌15分钟至混合均匀得A组分。
b.配制B组分
先向搪瓷搅拌釜中加入130份水，再加入2.8份过硫酸铵，三羟甲基氨基甲烷0.3份，乙二胺四乙酸二钠0.6份，室温条件下以300r/min的转速搅拌30min进行溶解得B组分。
(2)注浆
在渗漏部位钻孔每隔一米打3个，在钻孔部位安装上止水针头；全部装好后，通过双液灌浆泵进行灌浆；启动注浆设备，将A、B组分合一出料口混合接到止水针头上，开动手控开头，进行注浆。根据实际结构情况可适当增减注浆压力，保证浆液渗透到结构细微的缝隙中，常温下即可固化形成一种弹性凝胶体，达到封堵漏水的作用。
(3)参照JC/T 2037-2010丙烯酸盐灌浆材料标准测得材料性能如下：浆液呈无色或茶色透明均相液体；浆液固化后呈透明凝胶或白色凝胶固体；粘度为6mPa·s；凝结时间3.5min；固砂体抗压强度220kPa。
实施例5
(1)配制原料
a.配制A组分
先向搪瓷搅拌釜中加入300份水，加入N-羟甲基丙烯酰胺1份、亚硫酸氢钠1.5份、室温下以300r/min的转速搅拌30min至完全溶解后，再依次加入N,N-二甲基丙烯酰胺55份,聚乙二醇(200)二丙烯酸酯2份，继续搅拌15分钟至混合均匀得A组分。
b.配制B组分
先向搪瓷搅拌釜中加入130份水，再加入2份过硫酸铵，乙二胺四乙酸二钠0.5份，室温条件下以300r/min的转速搅拌30min进行溶解得B组分。
(2)注浆
在渗漏部位钻孔每隔一米打3个，在钻孔部位安装上止水针头；全部装好后，通过双液灌浆泵进行灌浆；启动注浆设备，将A、B组分合一出料口混合接到止水针头上，开动手控开头，进行注浆。根据实际结构情况可适当增减注浆压力，保证浆液渗透到结构细微的缝隙中，常温下即可固化形成一种弹性凝胶体，达到封堵漏水的作用。
(3)参照JC/T 2037-2010丙烯酸盐灌浆材料标准测得材料性能如下：浆液呈无色或茶色透明均相液体；浆液固化后呈透明凝胶或白色凝胶固体；粘度为5.5mPa·s；凝结时间5min；固砂体抗压强度208kPa。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高分子注浆堵漏材料，其特征在于，包括主料A和固化剂B，所述主料A为N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少两种、以及促进剂的混合物，所述固化剂B为过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠中的至少两种。
2.如权利要求1所述的高分子注浆堵漏材料，其特征在于，所述促进剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高分子注浆堵漏材料，其特征在于，所述N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的总份数为50～65份、所述促进剂份数为1-1.5份。
4.如权利要求3所述的高分子注浆堵漏材料，其特征在于，所述N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的总份数为51.8～62份。
5.如权利要求1所述的高分子注浆堵漏材料，其特征在于，所述主料A与固化剂B的质量比为50～65：3～5。
6.如权利要求5所述的高分子注浆堵漏材料，其特征在于，所述主料A与固化剂B的质量比为52.8～63.5：3～3.7。
7.一种高分子注浆堵漏材料的制备方法，其特征在于，包括：
1)主料A的制备：
将主料A中的固体原料溶解到水中，混合均匀后，再向其加入主料A中的液体原料，混合均匀，即得主料A溶液；
2)固化剂B的制备
将过硫酸铵、过硫酸钾、三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠中的至少两种溶解到水中，混合均匀，即得固化剂B溶液。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述混合方法为机械搅拌，转速为200-1000r/min，搅拌时间为30-60min。
9.一种高分子注浆堵漏材料的使用方法，其特征在于，将主料A和固化剂B的溶液混合后，注入建筑物细微裂缝处，常温下固化，即可。
10.权利要求1-6任一项所述的高分子注浆堵漏材料在建筑物、道路、桥梁、或地下工程防渗堵漏中的应用。
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