CN114990329B - 一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废弃物综合利用技术领域,公开了一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,包括S1、将固体废弃物进行破碎、细磨处理;S2、将经S1处理后的固体废弃物按一定比例进行配料,并加水混匀,得到混合料;S3、将S2获得的混合料进行造球,得到轻集料生坯,将生坯再进行筛分,筛选出粒径为5~16mm的生坯;S4、在台车上铺底料及边料,将S3中获得的合格粒度生坯进行布料、干燥、焙烧、冷却,得到焙烧球团;S5、对焙烧制得的球团进行筛分,粒径为5~16mm的焙烧球团为轻集料;本发明能够大量消纳固体废弃物,减少固体废弃物的堆存,采用直接焙烧,解决现有制备轻集料的工艺流程长、设备生产能力低和使用成本高的问题,适用于固体废物的回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物综合利用技术领域,具体为一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法。
背景技术
固废利用主要为回收有价元素、制备复合肥料、建筑用砖等方面,目前我国固废利用率仅为52.6%,难以实现固废的大宗消纳,而且在固废利用过程中还会造成二次污染。因此,目前如何对固体废弃物进行“减量化、资源化、无害化”综合利用成为本技术领域亟需解决的问题。
硅铝酸盐基固废的主要化学组成为SiO2和Al2O3,还含有CaO、MgO、K2O、 Na2O等助熔成分,这与轻集料的原料成分契合。因此,利用硅铝酸盐基固废制备轻集料,可使其实现资源化利用,且能够填补高强轻集料5亿m3左右的市场需求。其中,轻集料制备工艺流程及设备对轻集料性能有重要影响;中国专利(专利公开号:CN113105258A)公开了一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法及陶粒,其工艺依次可划分为干燥段、预热段、焙烧段、冷却Ⅰ段和冷却Ⅱ段,其方法所需的工艺流程长,所需的时间较长,而且产量低;中国专利(专利公开号:CN110550878A)公开了一种高掺量高强度污泥陶粒及其制备方法,其工艺包括第一段回转窑中干燥、预热,在第二段回转窑中烧胀、冷却,其方法利用回转窑生产轻集料,存在产量低、耗能高、易结圈的问题,研究调查发现,采用回转窑生产轻集料的方式生产1吨轻集料需要消耗的天然气超过50m3,单条生产线最大日产量约为300吨,难以实现对固废的大宗处理,而且结圈还会导致回转窑的维护成本高。
发明内容
本发明意在提供一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,该方法能够大量消纳固体废弃物,减少固体废弃物的堆存,同时采用直接焙烧,能够解决现有制备轻集料的工艺流程长、设备生产能力低和设备使用成本高的问题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,包括以下步骤:
S1、将固体废弃物进行破碎、细磨处理;
S2、将经S1处理后的固体废弃物按一定比例进行配料,并加水混匀,得到混合料;
S3、将S2获得的混合料进行造球,得到轻集料生坯,将生坯再进行筛分,筛选出粒径为5~16mm的生坯;
S4、在台车上铺底料及边料,将S3中获得的合格粒度生坯进行布料、干燥、焙烧、冷却,得到焙烧球团;
S5、对焙烧制得的球团进行筛分,粒径为5~16mm的焙烧球团即为轻集料,并按照GB/T 17431-2010对其进行性能检测分类,得到不同级的高强轻集料。
进一步地,在S1中,固体废弃物为硅铝酸盐基固废,包括燃煤锅炉类废渣中的粉煤灰、垃圾焚烧渣,矿业尾矿中的煤矸石、珍珠岩尾矿、萤石矿尾矿、磷石灰尾矿、金尾矿、铜尾矿、铁尾矿、钨尾矿、银尾矿,工业废渣中的赤泥、钢渣、铬渣、磷渣、锰铁渣,工程渣土中的建筑挖土、地铁挖土,淤泥污泥中的河道污泥、湖泥、城市污泥中的一种或多种。
进一步地,在S1中,细磨处理包括加水湿式球磨后脱水干燥或自然水分下进行高压辊磨或烘干后进行干式球磨中的一种,细磨至固体废弃物的粒度小于 0.074mm占比大于50%,比表面积大于2000cm2/g。
进一步地,在S2中,选择一种或多种固体废弃物进行配料,混合料的化学成分满足Riley三相图的要求,混合料的SiO2、Al2O3和熔剂氧化物含量按质量百分比为:52%~79%、12%~25%和8%~26%,以上数值是换算为三者占比为 100%时的含量,混合料加1%~7%的水,其中,熔剂氧化物包括Fe2O3、FeO、 MgO、CaO、Na2O和K2O中的多种成分。
进一步地,在S2中,选择一种或多种固体废弃物与外加剂进行配料,混合料的化学成分满足Riley三相图的要求,混合料的SiO2、Al2O3和熔剂氧化物含量按质量百分比为:52%~79%、12%~25%和8%~26%,以上数值是换算为三者占比为100%时的含量,混合料加1%~7%的水,其中,熔剂氧化物包括Fe2O3、 FeO、MgO、CaO、Na2O和K2O中的一种或多种。
进一步地,在S3中,采用圆盘造球机或圆筒造球机进行造球,造球时水分增至9~12%,造球时间为6~12min,得到的生坯落下强度大于4次/0.5m,抗压强度大于10N/个,生坯爆裂温度高于300℃为合格的生坯。
在上述方案中,需要注意的是造球时的水分和造球时间:造球水分过低或造球时间过短,生坯难以成型,其落下强度、抗压强度过低;造球水分过高或造球时间过长,生坯过于致密,导致干燥、焙烧时易炸裂。
进一步地,在S4中,对合格粒径生坯进行布料、干燥、焙烧和冷却的设备为带式焙烧机、基于移动床水平移动的链篦机、静态烧结隧道窑和辊道窑中的一种。
在上述方案中,其设备的日产量可达千、万吨级,相较于回转窑,产量更高,且能耗更低。
进一步地,在S4中,布料的高度为50~500mm,干燥的温度为200~400℃,干燥的时间为5~15min,干燥后直接进入焙烧段进行氧化焙烧,焙烧温度 1100~1300℃,焙烧时间10~35min;冷却段分为急冷段和缓冷段,700℃以上为急冷段,急冷时间5~10min,400~700℃为缓冷段,缓冷时间15~20min。
在上述方案中,需要注意布料时的料层厚度,料层过厚,不利于坯体膨胀时料层整体上升,只得向坯体的空隙处膨胀,导致通风不良,料层难以烧透,烧得的轻集料质量不均匀;料层过薄又会导致产量降低。利用余热对生坯进行干燥,本发明省略预热段,将坯体在合适的焙烧温度区间进行焙烧可达到预热同样的目的,即避免陶粒坯体进入高温区后因温度剧烈变化而发生炸裂。
进一步地,在S5中,轻集料的堆积密度为700~900kg/m3,吸水率为3~9%,筒压强度大于等于6MPa;当轻集料的性能满足以下要求时:堆积密度大于 700kg/m3且小于等于800kg/m3时、吸水率小于等于10%、筒压强度大于等于 6MPa的为800级高强轻集料;堆积密度大于800kg/m3且小于等于900kg/m3时、吸水率小于等于10%、筒压强度大于等于6.5MPa的为900级高强轻集料。
本技术方案的有益效果是:
1、本发明以硅铝酸盐基固废作为原料,通过调整混合料的化学成分来制备高强轻集料,原料涉及燃煤锅炉类废渣、矿业尾矿、工业废渣、工程渣土、淤泥污泥等方面,来源极广,拓宽了高强轻集料原料的来源渠道;
2、本发明通过对固废的化学成分进行分析,调整原料的配比,固废的配加比例可达90%以上,可实现固体废弃物的大宗、高效、资源化利用,解决其带来的环境问题;
3、本发明可制备得到800级和900级的高强轻集料,筒压强度大于6MPa,吸水率3~9%。制备的高强轻集料可作为建筑行业的优质原料,尤其应用于装配式建筑领域,制备隔墙板、砌块等预制构件,改善目前高强轻集料供不应求的现状;
4、本发明中生坯经过干燥、焙烧、冷却可制备高强轻骨料。将坯体彻底干燥后在合适的焙烧温度区间进行焙烧,即可省略预热段;整个过程简单,极大的缩短制备时间,提高产率;冷却段分为急冷段、缓冷段,在具有较高生产效率的同时,有效防止400~700℃时石英晶型转变引起体积剧烈变化、强度降低;
5、将球团法与带式焙烧机、基于移动床水平移动的链篦机、静态烧结隧道窑、辊道窑等设备结合,解决回转窑生产能力低、烧制燃耗高、易结圈等问题;降低制备成本的同时,提高了高强轻集料产率,而且固废的消纳能力也得到提高。
附图说明
图1为本发明一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法的工艺流程图;
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明:
如图1所示,
一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,包括以下步骤:
S1、将固体废弃物进行破碎、细磨处理;其中,固体废弃物为硅铝酸盐基固废,包括燃煤锅炉类废渣中的粉煤灰、垃圾焚烧渣,矿业尾矿中的煤矸石、珍珠岩尾矿、萤石矿尾矿、磷石灰尾矿、金尾矿、铜尾矿、铁尾矿、钨尾矿、银尾矿,工业废渣中的赤泥、钢渣、铬渣、磷渣、锰铁渣,工程渣土中的建筑挖土、地铁挖土,淤泥污泥中的河道污泥、湖泥、城市污泥中的一种或多种;细磨处理包括加水湿式球磨后脱水干燥或自然水分下进行高压辊磨或烘干后进行干式球磨中的一种,细磨至固体废弃物的粒度小于0.074mm占比大于50%,比表面积大于 2000cm2/g;
S2、将经S1处理后的固体废弃物按一定比例进行配料,并加水混匀,得到混合料;其中,选择一种或多种固体废弃物进行配料,或者选择一种或多种固体废弃物与外加剂进行配料,混合料的化学成分满足Riley三相图的要求,混合料的SiO2、Al2O3和熔剂氧化物含量按质量百分比为:52%~79%、12%~25%和 8%~26%,以上数值是换算为三者占比为100%时的含量,混合料加1%~7%的水,其中,熔剂氧化物包括Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O和K2O中的多种成分;
S3、将S2获得的混合料进行造球,得到轻集料生坯,将生坯再进行筛分,筛选出粒径为5~16mm的生坯;其中,采用圆盘造球机或圆筒造球机进行造球,造球时水分增至9~12%,造球时间为6~12min,得到的生坯落下强度大于4次 /0.5m,抗压强度大于10N/个,生坯爆裂温度高于300℃为合格的生坯;
S4、在台车上铺底料及边料,将S3中获得的合格粒度生坯进行布料、干燥、焙烧、冷却,得到焙烧球团;其中,对合格粒径生坯进行布料、干燥、焙烧和冷却的设备为带式焙烧机、基于移动床水平移动的链篦机、静态烧结隧道窑和辊道窑中的一种;布料的高度为50~500mm,干燥的温度为200~400℃,干燥的时间为5~15min,干燥后直接进入焙烧段进行氧化焙烧,焙烧温度1100~1300℃,焙烧时间10~35min;冷却段分为急冷段和缓冷段,700℃以上为急冷段,急冷时间 5~10min,400~700℃为缓冷段,缓冷时间15~20min;
S5、对焙烧制得的球团进行筛分,粒径为5~16mm的焙烧球团即为轻集料,并按照GB/T 17431-2010对其进行性能检测分类,得到不同级的高强轻集料;其中,轻集料的堆积密度为700~900kg/m3,吸水率为3~9%,筒压强度大于等于6 MPa;当轻集料的性能满足以下要求时:堆积密度大于700kg/m3且小于等于800 kg/m3时、吸水率小于等于10%、筒压强度大于等于6MPa的为800级高强轻集料;堆积密度大于800kg/m3且小于等于900kg/m3时、吸水率小于等于10%、筒压强度大于等于6.5MPa的为900级高强轻集料。
具体实施例1:
采用某矿山的铁尾矿,其化学成份如下:SiO2 41.97%,Al2O3 9.98%,Fe2034.63%,FeO 3.18%,CaO 10.90%,MgO 5.31%,Na2O 3.48%,K2O 1.82%,S 5.84%, LOI(烧失量)5.56%;采用某地区的煤矸石,其化学成份如下:SiO2 50.29%, Al2O3 22.86%,Fe203 0.53%,FeO 2.75%,CaO 0.98%,MgO 0.57%,Na2O 0.50%, K2O 1.46%,S0.25%,C6.09%,LOI 17.01%。
将铁尾矿和煤矸石分别加水进行湿式球磨,然后干燥脱水,磨至粒度小于0.074mm占60%。以混合料(干重)为基准,按铁尾矿:煤矸石=44:55的配比进行配料,预加4%水后混匀。利用圆盘造球机造球,造球水分10.4%,造球时间为8min,紧密2min。
采用带式焙烧机烧制轻骨料,生坯料层高度为150mm。干燥温度250℃,干燥时间8min;然后进行氧化焙烧,焙烧温度1175℃,焙烧时间20min。焙烧结束后采用空气进行冷却,急冷段冷却时间为10min,缓冷段冷却时间为20min。
按照GBT17431-2010检验产品性能,该轻集料堆积密度894kg/m3,1h吸水率8.8%,表观密度1756kg/m3,筒压强度7.3MPa,抗压强度1017N/个。根据标准,密度等级为900的高强轻集料,其筒压强度需大于6.5MPa,故符合标准。
具体实施例2:
采用某矿山的铁尾矿,其化学成份如下:SiO2 75.30%,Al2O3 4.80%,Fe2039.34%,FeO0.33%,CaO 3.31%,MgO 4.79%,Na2O 0.93%,K2O 0.74%;采用某地区的粉煤灰,其化学成份如下:SiO2 47.72%,Al2O3 40.91%,Fe203 3.26%, FeO 0.58%,CaO3.99%,MgO 0.54%,Na2O 0.18%,K2O 0.72%。
将铁尾矿和粉煤灰分别在自然水分下进行高压辊磨,至粒度小于0.074mm 占65%。以混合料(干重)为基准,按铁尾矿:粉煤灰=60:40的配比进行配料,预加4%水后混匀。利用圆盘造球机造球,造球水分11%,造球时间为6min,紧密2min。
采用静态烧结隧道窑烧制轻骨料,生坯料层高度为150mm。干燥温度300℃,干燥时间6min;然后进行氧化焙烧,焙烧温度1210℃,焙烧时间30min。焙烧结束后采用空气进行冷却,急冷段冷却时间为10min,缓冷段冷却时间为20min。
按照GBT17431-2010检验产品性能,该轻集料堆积密度888kg/m3,1h吸水率5.0%,表观密度1907kg/m3,筒压强度8.3MPa,抗压强度1108N/个。根据标准,密度等级为900的高强轻集料,其筒压强度需大于6.5MPa,故符合标准。
具体实施例3:
采用某地区的高岭土尾矿,其化学成份如下:SiO2 73.93%,Al2O3 16.05%, Fe2030.08%,CaO 0.01%,MgO 0.08%,Na2O 0.54%,K2O 4.9%,LOI 3.90%。采用某地区的煤矸石,其化学成份如下:SiO2 50.29%,Al2O3 22.86%,Fe203 0.53%,FeO 2.75%,CaO0.98%,MgO 0.57%,Na2O 0.50%,K2O 1.46%,S 0.25%,C 6.09%, LOI 17.01%。
将高岭土尾矿和煤矸石分别烘干进行干式球磨,至粒度小于0.074mm占 60%。以混合料(干重)为基准,按铁尾矿:煤矸石=0.6:1的配比进行配料,氢氧化钾掺量3%,预加4%水后混匀。利用圆筒造球机造球,造球水分11%,造球时间为8min,紧密2min。
采用辊道窑烧制轻骨料,生坯料层高度为100mm。干燥温度250℃,干燥时间6min;然后进行氧化焙烧,焙烧温度1100℃,焙烧时间20min。焙烧结束后采用空气进行冷却,急冷段冷却时间为10min,缓冷段冷却时间为20min。
按照GBT17431-2010检验产品性能,该轻集料堆积密度718kg/m3,1h吸水率3.0%,表观密度1447kg/m3,筒压强度8.1MPa,抗压强度863N/个。根据标准,密度等级为900的高强轻集料,其筒压强度需大于6.5MPa,故符合标准。
对比实施例1:
采用某矿山的铁尾矿,其化学成份如下:SiO2 41.97%,Al2O3 9.98%,Fe2034.63%,FeO 3.18%,CaO 10.90%,MgO 5.31%,Na2O 3.48%,K2O 1.82%,S 5.84%, LOI(烧失量)5.56%;采用某地区的煤矸石,其化学成份如下:SiO2 50.29%, Al2O3 22.86%,Fe203 0.53%,FeO 2.75%,CaO 0.98%,MgO 0.57%,Na2O 0.50%, K2O 1.46%,S0.25%,C6.09%,LOI 17.01%。
将铁尾矿和煤矸石分别在自然水分下进行高压辊磨,至粒度小于0.074mm 占30%。以混合料(干重)为基准,按铁尾矿:煤矸石=44:55的配比进行配料,预加4%水后混匀。利用圆盘造球机造球,造球水分10.4%,造球时间为8min,紧密2min。
采用带式焙烧机烧制轻骨料,生坯料层高度为150mm。干燥温度250℃,干燥时间8min;然后进行氧化焙烧,焙烧温度1175℃,焙烧时间20min。焙烧结束后采用空气进行冷却,急冷段冷却时间为10min,缓冷段冷却时间为20min。
按照GBT17431-2010检验产品性能,该轻集料堆积密度859kg/m3,1h吸水率8.4%,表观密度1713kg/m3,筒压强度3.9MPa,抗压强度692N/个,故不符合标准。
对比实施例2:
采用某矿山的铁尾矿,其化学成份如下:SiO2 41.97%,Al2O3 9.98%,Fe2034.63%,FeO 3.18%,CaO 10.90%,MgO 5.31%,Na2O 3.48%,K2O 1.82%,S 5.84%, LOI(烧失量)5.56%;采用某地区的煤矸石,其化学成份如下:SiO2 50.29%, Al2O3 22.86%,Fe203 0.53%,FeO 2.75%,CaO 0.98%,MgO 0.57%,Na2O 0.50%, K2O 1.46%,S0.25%,C6.09%,LOI 17.01%。
将铁尾矿和煤矸石分别在自然水分下进行高压辊磨,至粒度小于0.074mm 占60%。以混合料(干重)为基准,按铁尾矿:煤矸石=44:55的配比进行配料,预加4%水后混匀。利用圆盘造球机造球,造球水分10.4%,造球时间为8min,紧密2min。
采用带式焙烧机烧制轻骨料,生坯料层高度为150mm。干燥温度250℃,干燥时间8min;然后进行氧化焙烧,焙烧温度1175℃,焙烧时间20min。焙烧结束后不进行分段冷却,而是采用快速冷却的方式,冷却时间15min。
按照GBT17431-2010检验产品性能,该轻集料堆积密度856kg/m3,1h吸水率8.7%,表观密度1710kg/m3,筒压强度4.3MPa,抗压强度798N/个,故不符合标准。
由具体实施例1、2、3和对实施例1、2可知,以硅铝酸盐基固废作为原料,调整固体废弃物的比例,配合适宜的工艺参数,可制备性能优良的高强轻集料产品。而对比实施例1,原料粒度较粗,对比实施例2中,未进行分段冷却,制备的轻集料的性能较差,不符合标准要求。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、将固体废弃物进行破碎、细磨处理;细磨至固体废弃物的粒度小于0.074mm占比大于50%,比表面积大于2000cm2/g;
S2、将经S1处理后的固体废弃物按一定比例进行配料,并加水混匀,得到混合料;混合料的化学成分满足Riley三相图的要求;
S3、将S2获得的混合料进行造球,得到轻集料生坯,将生坯再进行筛分,筛选出粒径为5~16mm的生坯;
S4、在台车上铺底料及边料,将S3中获得的合格粒度生坯进行布料、干燥、焙烧、冷却,得到焙烧球团;其中,冷却段分为急冷段和缓冷段,700℃以上为急冷段,急冷时间5~10min,400~700℃为缓冷段,缓冷时间15~20min;
S5、对焙烧制得的球团进行筛分,轻集料的堆积密度为700~900 kg/m3,吸水率为3~9%,筒压强度大于等于6 MPa;粒径为5~16mm的焙烧球团即为轻集料,并按照GB/T 17431-2010对其进行性能检测分类,得到不同级的高强轻集料。
2.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S1中,固体废弃物为硅铝酸盐基固废,包括燃煤锅炉类废渣中的粉煤灰、垃圾焚烧渣,矿业尾矿中的煤矸石、珍珠岩尾矿、萤石矿尾矿、磷石灰尾矿、金尾矿、铜尾矿、铁尾矿、钨尾矿、银尾矿,工业废渣中的赤泥、钢渣、铬渣、磷渣、锰铁渣,工程渣土中的建筑挖土、地铁挖土,淤泥污泥中的河道污泥、湖泥、城市污泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S1中,细磨处理包括加水湿式球磨后脱水干燥或自然水分下进行高压辊磨或烘干后进行干式球磨中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S2中,选择一种或多种固体废弃物进行配料,混合料的SiO2、Al2O3和熔剂氧化物含量按质量百分比为:52%~79%、12%~25%和8%~26%,以上数值是换算为三者占比为100%时的含量,混合料加1%~7%的水,其中,熔剂氧化物包括Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O和K2O中的多种成分。
5.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S2中,选择一种或多种固体废弃物与外加剂进行配料,混合料的SiO2、Al2O3和熔剂氧化物含量按质量百分比为:52%~79%、12%~25%和8%~26%,以上数值是换算为三者占比为100%时的含量,混合料加1%~7%的水,其中,熔剂氧化物包括Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O和K2O中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S3中,采用圆盘造球机或圆筒造球机进行造球,造球时水分增至9~12%,造球时间为6~12min,得到的生坯落下强度大于4次/0.5m,抗压强度大于10N/个,生坯爆裂温度高于300℃为合格的生坯。
7.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S4中,对合格粒径生坯进行布料、干燥、焙烧和冷却的设备为带式焙烧机、基于移动床水平移动的链篦机、静态烧结隧道窑和辊道窑中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S4中,布料的高度为50~500mm,干燥的温度为200~400℃,干燥的时间为5~15min,干燥后直接进入焙烧段进行氧化焙烧,焙烧温度1100~1300℃,焙烧时间10~35min。
9.根据权利要求1所述的一种球团焙烧法制备高强轻集料的方法,其特征在于:在S5中,当轻集料的性能满足以下要求时:堆积密度大于700kg/m3且小于等于800 kg/m3时、吸水率小于等于10%、筒压强度大于等于6MPa的800级高强轻集料;堆积密度大于800kg/m3且小于等于900 kg/m3时、吸水率小于等于10%、筒压强度大于等于6.5MPa的为900级高强轻集料。
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