CN110862252B - 一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒及其制备方法和应用 - Google Patents

一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒及其制备方法和应用,该河湖淤泥基免烧超轻陶粒,由以下重量百分比的原料所制成:湿河湖淤泥:60~80%、建筑石膏:1~10%、水泥:15~30%、废弃泡沫:1~10%、聚乙烯醇:1~5%。本发明将河湖淤泥类固体废弃物进行变废为宝的资源化利用,并克服现有的免烧超轻陶粒强度低、吸水率高等缺点,提供了一种低能耗、无需烧制、性能优良的河湖淤泥基免烧超轻陶粒。本发明无需对河湖淤泥进行干化脱水处理,降低成本,同时能够消耗大量高含水率河湖淤泥和少量废弃泡沫,实现废物利用且高比例替代天然传统陶粒原料,且生产能耗低,生产的河湖淤泥基免烧超轻陶粒可满足工业滤料、建材市场的需求。

Description

一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种利用高含水率河湖淤泥制备的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的方法及其制备方法和应用。
背景技术
目前国际上高强度的经济活动以及不断发展的工农业造成了大规模的水域污染,河湖淤泥等沉积物是水域污染的重要载体,河湖淤泥成分复杂且含有大量有机物、重金属等有毒有害物质,这些物质在水流环境中不断向上层水转移扩散,不仅造成水体富营养化、黑臭等一系列生态破坏,还可经食物链逐级在生物体内富集,进而影响人类人体健康。河湖淤泥因其高含水率而储运困难,传统处置即为干化脱水处理,此法耗能耗时且效果不明显。目前国内外利用河湖淤泥制备陶粒的主要技术是高温烧结法,烧结法需要对河湖淤泥先进行干化脱水处理,有些研究甚至需要河湖淤泥预焚烧成河湖淤泥灰从而配合其他辅料添加剂来制备陶粒。这种方法操作复杂,能耗大且污染严重。
免烧法制备陶粒可克服上述缺点,而目前利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法尚未见报道。传统发泡法制得的陶粒性能不佳,主要表现在生产过程中泡体破裂,制备的陶粒强度低。
发明内容
发明目的:针对现有技术存在的问题,本发明提供一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒,本发明将河湖淤泥类固体废弃物进行变废为宝的资源化利用,并且克服现有的免烧超轻陶粒强度低、吸水率高等缺点,提供了一种低能耗、无需烧制、性能优良的河湖淤泥基免烧超轻陶粒。
本发明旨在用河湖淤泥替代粘土制备陶粒,以充分利用河湖淤泥原有水分及其中大量氧化物(如SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO等),同时固化河湖淤泥中重金属。本发明通过河湖淤泥与胶凝材料及其他添加剂的物理化学作用,完成陶粒内部组成的一系列硬化反应,通过废弃泡沫的熔融造孔,形成高性能免烧超轻陶粒。
本发明还提供河湖淤泥基免烧超轻陶粒及其制备方法及其应用。
技术方案:为了实现上述目的,如本发明所述一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒,主要由以下重量百分比的原料所制成:湿河湖淤泥:60~80%、建筑石膏:1~10%、水泥(干料):15~30%、废弃泡沫:1~10%、聚乙烯醇:1~5%。
作为优选,主要由以下重量百分比的原料所制成:湿河湖淤泥:65~80%、建筑石膏:3~10%、水泥:15~25%、废弃泡沫:1~6%、聚乙烯醇:1~3%。
其中,所述湿河湖淤泥含水率为>50%。
其中,所述建筑石膏、水泥干料的粒径均大于60目;废弃泡沫为经过破碎机破碎处理后形成的粒径0.5~3mm的细碎颗粒。
其中,所述水泥使用市售42.5R级硅酸盐水泥;所述石膏为普通市售建筑石膏。
本发明所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的制备方法,包括如下步骤:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇等干料混合搅拌均匀,掺入步骤(1)预处理的湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压制成厚度为10~25mm厚度的饼状;制成的饼状切割成宽度为10~25mm的长条状;长条状物料制成直径为10~25mm的颗粒状陶粒初坯;初坯滚至圆球状物料;
(4)蒸养造孔:将滚至圆球状物料经过12~48h室温静置干燥后得到的陶粒样品置于150~200℃的烘箱中蒸养20~40min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒薄层水泥;厚度1-2mm即可。
(6)保水自然养护:将经过造孔后陶粒放入养护箱中保水自然养护,在室温条件下养护20d~30d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
其中,步骤(1)中除杂主要去除河湖淤泥中的石块、垃圾、水草等杂质;步骤(1)中均质后湿河湖淤泥成分均匀化;
作为优选,步骤(3)所述坯料经压饼槽压制成厚度为15~20mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15~20mm的长条状;长条状物料经过制丸槽制成直径为15~20mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状。
作为优选,步骤(4)所述陶粒室温静置干燥15~25h得到陶粒样品置于烘箱中,温度设定为180~200℃,蒸养时间为20~30min。
作为优选,步骤(6)所述养护时间为21d~28d。
本发明所述河湖淤泥基免烧超轻陶粒在制备和生产绿色生态环保建筑材料中的应用。
尤其是能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。
本发明中的原料和试剂均市售可得。42.5R水泥和建筑石膏购于无锡金鹰建筑材料有限公司,聚乙烯醇购于上海美梦佳化工科技有限公司。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、本发明将河湖淤泥类固体废弃物进行变废为宝的资源化利用,并且克服现有的免烧超轻陶粒强度低、吸水率高等缺点,提供了一种低能耗、无需烧制、性能优良的河湖淤泥基免烧超轻陶粒。本发明据河湖淤泥构成成分属性选择建筑石膏促使其发生钙化作用。聚乙烯醇由于具有超高粘度以及其特殊分子结构,主要起增强、粘合和造粒等作用。胶凝材料在本发明中选用42.5R硅酸盐水泥,水泥能够调节壳层的凝结时间,水泥水化保证了壳层的早期强度,由于水泥生成氢氧化钙,与河湖淤泥和建筑石膏中激发出的SiO2和活性Al2O3反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,进而形成钙矾石,另外水泥作为胶凝材料,将各原料充分胶结混合;轻质材料在本发明中选择废弃泡沫,泡沫作为一种轻质材料,可置换陶粒内部部分高密度物料,大大降低坯料密度。废弃泡沫经过熔融后产生具有一定胶连作用的物质,保证陶粒表面和内部多孔、质轻的同时,强度满足标准;制成的陶粒因表面分布了大量孔隙,势必会提高吸水率,因此对陶粒表面喷洒水泥进行裹壳,利用水泥的胶凝作用实现陶粒表面致密化,降低吸水率。
2、本发明通过控制各物料(湿河湖淤泥、水泥、建筑石膏、废弃泡沫)的配比,充分发挥各物料的作用,使生产得到的河湖淤泥基免烧超轻陶粒质量优良,由于各种原料的作用,结合该方法的工艺步骤和参数的合理设计,使得该方法不需要对河湖淤泥进行传统的脱水干燥处理,并且陶粒成型过程中不需要高温焙烧,大大降低了生产能耗和简化了生产步骤,直接制得免烧超轻陶粒,而且制得的产品强度较传统免烧超轻陶粒得到了大幅提高;传统免烧轻质陶粒需经过发泡作用使内部多孔,常常面临产生泡体不稳定、易破裂等问题而无法工业化生产,本发明利用废弃泡沫密度小、韧性高等优点,实现超轻陶粒批量生产;同时,该方法的养护步骤简便,降低了生产成本,能够消耗大量河湖淤泥,并且生产能耗低、强度高,生产的河湖淤泥免烧超轻陶粒满足建筑市场的需求。
3、本发明制备方法中采用压饼、搓条、制丸、滚球法造粒,克服了传统成球盘粉尘大的缺点,此方法使造出的河湖淤泥免烧陶粒致密均匀,强度高。
4、利用本发明生产的河湖淤泥基免烧超轻陶粒满足GB17431.1-2010中超轻集料的要求。也可达到如下技术指标:粒径范围:5~20mm;堆积密度:400~500kg/m3;筒压强度:≥1.5MPa(一等品);1h吸水率:≤15%;可以有效应用在制备和生产绿色生态环保建筑材料中,能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实例进一步阐明本发明的内容,但本发明内容不仅仅局限于下面的实例。
本发明实施例中的湿河湖淤泥含水率约55%;水泥使用市售42.5R级硅酸盐水泥;石膏为普通市售建筑石膏;建筑石膏、水泥干料的粒径约80目;聚乙烯醇[C2H4O]n为聚乙烯醇2488,平均分子量为117000-122000;废弃泡沫为经过破碎机破碎处理后形成的粒径0.5~3mm的细碎颗粒废弃泡沫。
实施例1
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:65%;建筑石膏:10%;水泥:23%;2mm废弃泡沫:1%;聚乙烯醇:1%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为15mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为15mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过24h室温静置干燥后陶粒,置于200℃的烘箱中蒸养30min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约1mm;
(6)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护28d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。。
本实例所得的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的筒压强度值为2.67MPa,堆积密度为494kg/m3,1h吸水率为3.74%,测试方法符合GB17431.2-2010轻集料及其试验方法的标准要求,性能符合GB17431.1-2010中超轻集料的要求。
实施例2
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、加入聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:60%;建筑石膏:10%;水泥:24%;2mm废弃泡沫:5%;聚乙烯醇:1%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为15mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为15mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过24h室温静置干燥后陶粒,置于200℃的烘箱中蒸养30min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约2mm;
(6)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护28d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
本实例所得的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的筒压强度值为3.7MPa,堆积密度为419kg/m3,1h吸水率为3.43%,测试方法符合GB17431.2-2010轻集料及其试验方法的标准要求,性能符合GB17431.1-2010中超轻集料的要求。
实施例3
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:65%;建筑石膏:10%;水泥:20%;3mm废弃泡沫:4%;聚乙烯醇:1%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为15mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为15mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过24h室温静置干燥后陶粒,置于200℃的烘箱中蒸养30min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约1mm;
(6)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护28d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
本实例所得的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的筒压强度值为3.58MPa,堆积密度为460kg/m3,1h吸水率为2.58%,测试方法符合GB17431.2-2010轻集料及其试验方法的标准要求,性能符合GB17431.1-2010中超轻集料的要求。
实施例4
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:60%;建筑石膏:4%;水泥:30%;3mm废弃泡沫:1%;聚乙烯醇:5%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为10mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为10mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为10mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过12h室温静置干燥后陶粒,置于150℃的烘箱中蒸养40min,聚苯颗粒熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约2mm;
(6)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护20d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
实施例5
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:80%;建筑石膏:1%;水泥:15%;2mm废弃泡沫:2%;聚乙烯醇:2%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为25mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为25mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为25mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过48h室温静置干燥后陶粒,置于180℃的烘箱中蒸养30min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约2mm;
(6)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护30d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
实施例6
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:65%;建筑石膏:3%;水泥:25%;0.5mm废弃泡沫:6%;聚乙烯醇:1%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为20mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为20mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为20mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过25h室温静置干燥后陶粒,置于180℃的烘箱中蒸养30min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约2mm;
(5)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护21d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
实施例7
利用高含水率河湖淤泥制备免烧超轻陶粒的方法,步骤如下:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
其中,各物料所占质量百分比分别是:湿河湖淤泥:65%;建筑石膏:10%;水泥:16%;3mm废弃泡沫:6%;聚乙烯醇:3%;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压饼槽压制成厚度为20mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为20mm的长条状;条状物料经过制丸槽制成直径为20mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状;
(4)陶粒样品蒸养造孔:将经过15h室温静置干燥后陶粒,置于200℃的烘箱中蒸养30min,废弃泡沫熔融,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒一薄层水泥;厚度约2mm;
(6)保水自然养护:将经过初级水养的陶粒放入养护箱中覆膜保水自然养护,在室温条件下养护21d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
实施例1-7制备的河湖淤泥基免烧超轻陶粒均可达到如下技术指标:粒径范围:5~20mm;堆积密度:400~500kg/m3;筒压强度:≥1.5MPa(一等品);1h吸水率:≤15%;可以有效应用在制备和生产绿色生态环保建筑材料中,能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。

Claims (10)

1.一种河湖淤泥基免烧超轻陶粒,其特征在于,由以下重量百分比的原料所制成:湿河湖淤泥:60~80%、建筑石膏:1~10%、水泥:15~30%、废弃泡沫:1~10%、聚乙烯醇:1~5%;
所述河湖淤泥基免烧超轻陶粒的制备方法为:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入步骤(1)预处理的湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压制成厚度为10~25mm厚度的饼状;制成的饼状切割成宽度为10~25mm的长条状;长条状物料制成直径为10~25mm的颗粒状陶粒初坯;初坯滚至圆球状物料;
(4)蒸养造孔:将滚至圆球状物料经过12~48h室温静置干燥后得到的陶粒样品置于150~200℃的烘箱中蒸养20~40min,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒薄层水泥;
(6)保水自然养护:将经过造孔后陶粒放入养护箱中保水自然养护,在室温条件下养护20d~30d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
2.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒,其特征在于,由以下重量百分比的原料所制成:湿河湖淤泥:65~80%、建筑石膏:3~10%、水泥:15~25%、废弃泡沫:1~6%、聚乙烯醇:1~3%。
3.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒,其特征在于,所述湿河湖淤泥含水率为>50%。
4.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒,其特征在于,所述建筑石膏、水泥干料的粒径均大于60目;废弃泡沫为经过破碎机破碎处理后形成的粒径0.5~3mm的细碎颗粒。
5.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒,其特征在于,所述水泥使用市售42.5R级硅酸盐水泥;所述石膏为普通市售建筑石膏。
6.一种权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)原料的预处理:将湿河湖淤泥除杂、均质化处理;
(2)配料:将建筑石膏、水泥、废弃泡沫、聚乙烯醇干料混合搅拌均匀,掺入步骤(1)预处理的湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料;
(3)压饼搓条制丸滚球:坯料经压制成厚度为10~25mm厚度的饼状;制成的饼状切割成宽度为10~25mm的长条状;长条状物料制成直径为10~25mm的颗粒状陶粒初坯;初坯滚至圆球状物料;
(4)蒸养造孔:将滚至圆球状物料经过12~48h室温静置干燥后得到的陶粒样品置于150~200℃的烘箱中蒸养20~40min,陶粒内部孔隙形成;
(5)裹壳:在形成孔隙的陶粒外部均匀喷洒薄层水泥;
(6)保水自然养护:将经过造孔后陶粒放入养护箱中保水自然养护,在室温条件下养护20d~30d,得到河湖淤泥基免烧超轻陶粒成品。
7.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述坯料经压饼槽压制成厚度为15~20mm厚度的饼状;制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15~20mm的长条状;长条状物料经过制丸槽制成直径为15~20mm的颗粒状陶粒初坯;初坯置于滚筒中滚至圆球状。
8.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述陶粒室温静置干燥15~25h得到陶粒样品置于烘箱中,温度设定为180~200℃,蒸养时间为20~30min。
9.根据权利要求1所述的河湖淤泥基免烧超轻陶粒的制备方法,其特征在于,步骤(6)所述养护时间为21d~28d。
10.一种权利要求1所述河湖淤泥基免烧超轻陶粒在制备和生产绿色生态环保建筑材料中的应用。
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