CN116462448A - 一种抑烟阻燃的沥青混合料及采用该沥青混合料的路面 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及路面施工材料领域，具体公开了一种抑烟阻燃的沥青混合料及采用该沥青混合料的路面，抑烟阻燃的沥青混合料包括以下重量份的原料：矿料450‑550份；阻燃沥青30‑46份；抑烟微胶囊5‑8.4份；所述抑烟微胶囊包括包覆物和改性闭孔珍珠岩，所述包覆物包覆于改性闭孔珍珠岩表面；所述包覆物包括三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石，所述三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石的重量比为（5‑8）：2：1。隧道沥青路面采用上述抑烟阻燃的沥青混合料铺设而成。本申请具有提高隧道沥青路面的阻燃防火性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及路面施工材料的领域，尤其是涉及一种抑烟阻燃的沥青混合料及采用该沥青混合料的路面。
背景技术
沥青路面，是指在矿质材料中掺入路用沥青材料形成沥青混合料，由沥青混合料铺筑的各种类型的路面。相较于水泥混凝土路面，沥青路面具有抗滑性好、平整度高、噪声小等优良性能，主要用于高速公路、桥梁道路和隧道道路。
沥青作为一种有机高分子材料，具有明显的可燃性，在半封闭的隧道内发生火灾时，沥青可溶解于泄露的汽油、煤油和柴油等有机溶剂，并参与燃烧，引起路面着火，并产生大量烟雾，给安全疏散和救援工作带来巨大困难。
发明内容
为了提高隧道沥青路面的阻燃防火性能，本申请提供一种抑烟阻燃的沥青混合料及采用该沥青混合料的路面。
第一方面，本申请提供的一种抑烟阻燃的沥青混合料采用如下的技术方案：
一种抑烟阻燃的沥青混合料包括以下重量份的原料：矿料450-550份；阻燃沥青35-63份；抑烟微胶囊5-8.4份；所述抑烟微胶囊包括包覆物和改性闭孔珍珠岩，所述包覆物包覆于改性闭孔珍珠岩表面；所述包覆物包括三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石，所述三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石的重量比为(5-8)：2：1。
通过采用上述技术方案，三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石配合使用，三聚氰胺甲醛树酯赋予了包覆物自熄性，包覆物不易参与燃烧，减缓了火势的蔓延；沥青混合料燃烧时，包覆物中的海鞘纤维素炭化形成焦炭层，焦炭层与改性闭孔珍珠内的空气配合，降低导热系数，隔绝空气，起到阻燃效果。随着炭化的进行，部分改性闭孔珍珠岩被暴露，改性闭孔珍珠岩吸收沥青燃烧产生的烟气，起到抑烟的作用，减小了烟气携带可燃物颗粒沾附在车辆或人体上的概率，提高了隧道沥青路面的阻燃防火性能。
三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石配合使用，制备得到的包覆物具备弹性和耐磨性，抑烟微胶囊在沥青混合料中起到弹性补偿作用，减小了沥青混合料热涨冷缩开裂的概率。
三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石包裹改性闭孔珍珠岩，沥青混合料制备过程中，改性闭孔珍珠岩不易被损耗。
可选的，所述改性闭孔珍珠岩的制备包括以下步骤：将闭孔珍珠岩放置于稀酸溶液中浸泡10h得到改性闭孔珍珠岩。
通过采用上述技术方案，稀酸溶液通过芯吸作用进入改性闭孔珍珠岩内部，沥青混合料燃烧时，包覆物软化或炭化，部分改性闭孔珍珠岩暴漏，空气中水分被蒸发，在温度和干燥度作用下，稀酸溶液从改性珍珠岩内部溢出，包覆物中的三聚氰胺甲醛树酯在稀酸溶液作用下软化速率降低，抑制三聚氰胺甲醛树酯熔融，减小熔融物携带热量扩大燃烧范围的概率；软化的三聚氰胺甲醛树酯黏连包覆周围的基质沥青颗粒，减少参与燃烧的基质沥青颗粒数量，提高了隧道沥青路面的阻燃防火性能。
可选的，所述稀酸溶液为磺胺稀盐酸溶液。
通过采用上述技术方案，磺酸稀盐酸溶液与三聚氰胺甲醛树酯反应，加速了三聚氰胺甲醛树酯固化，减缓了三聚氰胺甲醛树酯熔融速率；磺酸稀盐溶液的碱性提高了基质沥青的耐热性；磺胺稀盐酸溶液中的芳伯氨基捕捉烟气中的氧化物，激发烟气中醛和酯的变化，起到抑烟的作用。
可选的，所述改性闭孔珍珠岩与包覆物的重量比为10：(2-11)。
通过采用上述技术方案，包覆物过多，改性闭孔珍珠岩不易暴露，沥青混合料抑烟效果减弱；包覆物过少，沥青混合料制备期间，改性闭孔珍珠岩容易暴露，增加了改性闭孔珍珠岩的损耗，且包覆物阻燃抑烟效果减弱。采用上述比例时，抑烟微胶囊阻燃抑烟效果较好。
可选的，所述抑烟微胶囊的制备包括以下步骤：所述抑烟微胶囊的制备包括以下步骤：将部分三聚氰胺甲醛树酯与改性闭孔珍珠混合，搅拌均匀并升温，得到预包覆颗粒；剩余三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石混合均匀，加入预包覆颗粒，搅拌均匀并升温至三聚氰胺甲醛树酯固化，造粒得到抑烟微胶囊。
通过采用上述技术方案，部分三聚氰胺甲醛树酯对改性闭孔珍珠岩封孔，减小稀酸溶液溢出的概率，同时减小稀酸溶液对海鞘纤维素和钾长石的侵蚀。剩余的三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石包裹在三聚氰胺甲醛树酯外，起到缓冲和保护的作用。
可选的，所述阻燃沥青包括基质沥青、沥青阻燃剂和激发交联剂，所述基质沥青、沥青阻燃剂和激发交联剂的重量比为(10-20)：(3-4.2)：1。
通过采用上述技术方案，沥青阻燃剂提高了基质沥青的阻燃性能，从而提高了隧道沥青路面的阻燃防火性能。
可选的，所述沥青阻燃剂为磷系阻燃剂。
通过采用上述技术方案，磷系阻燃剂与包覆物中的海鞘纤维素配合使用，促进海鞘纤维素炭化形成焦炭层，隔绝内部聚合物与氧的接触，使燃烧窒息，提了高隧道沥青路面的阻燃防火性能。
可选的，所述激发交联剂包括水泥粉和石灰，所述水泥粉和石灰的重量比为4:1。
通过采用上述技术方案，钾长石以及水泥提供硅铝，与水泥和石灰中的氧化钙在高温水热作用下反应生成水化硅酸钙，提高了基质沥青与抑烟微胶囊的粘结强度，便于燃烧时抑烟微胶囊包覆基质沥青颗粒，从而提了高隧道沥青路面的阻燃防火性能。钾长石、石灰和水泥反应生产的水化硅酸钙结晶后形成防火硅酸钙，提高了沥青混合料的阻燃防火性能。
第二方面，本申请提供的一种采用抑烟阻燃的沥青混合料的路面的制备方法采用如下的技术方案：
一种沥青混合料路面由上述抑烟阻燃的沥青混合料铺设而成。
通过采用上述技术方案，较常规沥青路面，由上述抑烟阻燃的沥青混合料铺设而成的路面在遇到隧道起火时，烟气量减少，燃烧扩张速度减缓。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.隧道路面着火时，路面中的沥青混合料温度升高，抑烟微胶囊表面的三聚氰胺甲醛树酯软化，海鞘纤维素与沥青阻燃剂配合使用，加快了海鞘纤维素炭化形成焦炭层，焦炭层隔绝热量和空气，减缓了沥青混合料升温速度；随着火势的增加，沥青混合料中的基质沥青开始燃烧，沥青阻燃剂提高了基质沥青的燃烧难度，抑制了烟气的产生；抑烟微胶囊的改性闭孔珍珠岩暴露，稀酸溶液溢出并作用于三聚氰胺甲醛树酯，使趋于熔融状态的三聚氰胺甲醛树酯包裹基质沥青颗粒并固化，减少了参与燃烧的基质沥青的量；稀酸溶液溢出后，改性闭孔珍珠岩孔隙量增加，便于吸附烟气，减少了沥青混合料的发烟量，从而减小了烟气携带易燃颗粒扩大燃烧范围的概率；燃烧过程中，阻燃沥青中的水泥粉和石灰以及抑烟微胶囊中的钾长石反应，生产防火硅酸钙晶体矿物，进一步提高了沥青混合料的阻燃防火性能；阻燃沥青与抑烟微胶囊协同配合，提高了隧道沥青路面的阻燃防火性能；
2.三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石包裹改性闭孔珍珠岩，沥青混合料制备过程中，改性闭孔珍珠岩不易被损耗；
3.路面铺设碾压和养护过程中，钾长石以及水泥提供硅铝，与水泥和石灰中的氧化钙反应生成水化硅酸钙，提高了基质沥青与抑烟微胶囊的粘结强度，便于燃烧时抑烟微胶囊包覆基质沥青颗粒，从而提了高隧道沥青路面的阻燃防火性能。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
矿料各组分采用AC-13级配；沥青阻燃剂为磷系阻燃剂；水泥粉为氯酸盐水泥粉，粒度为400目；石灰粒径为400目的粉体；闭孔珍珠岩粒径为2cm，导热系数0.0124；三聚氰胺甲醛树酯为无色透明粘稠液体，粘度100cps；钾长石为粉体，粒度325目，密度2.605g/cm 3。
制备例
制备例1
取5kg海鞘背囊，用5wt％氢氧化钾溶液浸泡12h，用去离子水洗至中性，干燥、粉碎、过筛后得到海鞘纤维素。
制备例2
S1、将4kg闭孔珍珠岩放置于磺胺稀盐酸溶液中浸泡10h，得到改性闭孔珍珠岩；
S2、将0.2kg三聚氰胺甲醛树酯与上述改性闭孔珍珠岩混合，搅拌均匀并迅速升温，升温速度为30℃/min，直至三聚氰胺甲醛树酯固化，得到预包覆颗粒；
S3、将0.3kg三聚氰胺甲醛树酯、0.2kg海鞘纤维素和0.1kg钾长石混合均匀，加入上述预包覆颗粒，混合搅拌并升温至三聚氰胺甲醛树酯固化，升温速度为30℃/min，磨圆造粒得到粒径为2-2.5cm的抑烟微胶囊。
制备例3-制备例17
与制备例2的区别在于：各物料添加量不同，S2中添加的三聚氰胺甲醛树酯与S3中添加三聚氰胺甲醛树酯的重量比为2：3，其它物料添加量详见表1。
制备例18
本制备例与制备例3的区别在于：闭孔珍珠岩未浸泡磺胺稀盐酸溶液，在同质量的水溶液中浸泡12h，干燥、粉碎、过筛后得到海鞘纤维素。
表1制备例的原料表(kg)
实施例
实施例1
S1、将25kg基质沥青加热至熔融状态，采用油浴控温，然后加入7.5kg沥青阻燃剂、2kg水泥粉和0.5kg石灰，采用高速剪切仪，以3000rpm/min的转速搅拌1h，剪切完成后，置于180℃烘箱中热涨10h，最后冷却至室温，制得阻燃沥青；
S2、将450kg矿料预加热，S1制备的阻燃沥青加热至170℃，放入预加热的矿料，搅拌均匀得到混合料；
S3、取5kg制备例2制备的抑烟微胶囊，放入混合料中，搅拌均匀，搅拌过程中降温至140℃，得到抑烟阻燃的沥青混合料。
实施例2-实施例21
与实施例1的区别在于：各物料添加量不同，详见表2。
实施例22
S1、摊铺面预处理，摊铺机施工前的0.5-1h，使熨平板熨烫摊铺面，温度不低于100℃，同时使用振捣法开展振动幅度与频率的调节，保证压实度达标；
S2、摊铺机内灌装上述沥青混合料，两台摊铺机前后交错形成10-20m成梯队开展同时作业，两个幅面的差距设定为30-60mm，上下层交错施工间隔超过200min，摊铺机运行速度为5m/min；
S3、碾压，采用钢筒压路机开展静压施工；
S4、道路养护7天形成沥青混合料路面。
对比例
对比例1
将500kg矿料预加热，40kg基质沥青加热至170℃，放入预加热的矿料，搅拌均匀得到沥青混合料。
对比例2
S1、将40kg基质沥青加热至熔融状态，采用油浴控温，然后加入85kg沥青阻燃剂，采用高速剪切仪，以3000rpm/min的转速搅拌1h，剪切完成后，置于180℃烘箱中热涨10h，最后冷却至室温，制得阻燃沥青；
S2、将500kg矿料预加热，S1制备的阻燃沥青加热至170℃，放入预加热的矿料，搅拌均匀得到沥青混合料。
对比例3
S1、将450kg矿料预加热，40kg基质沥青加热至170℃，放入预加热的矿料，搅拌均匀得到混合料；
S2、取6kg制备例2制备的抑烟微胶囊，放入混合料中，搅拌均匀，搅拌过程中降温至140℃，得到抑烟阻燃的沥青混合料。
对比例4
S1、将40kg基质沥青加热至熔融状态，采用油浴控温，然后加入8kg沥青阻燃剂、2kg水泥粉和0.5kg石灰，采用高速剪切仪，以3000rpm/min的转速搅拌1h，剪切完成后，置于180℃烘箱中热涨10h，最后冷却至室温，制得阻燃沥青；
S2、将500kg矿料预加热，S1制备的阻燃沥青加热至170℃，放入预加热的矿料，搅拌均匀得到沥青混合料。
对比例5-对比例10
与实施例2的区别在于：依次添加6kg制备例12-制备例16制备的抑烟微胶囊，以取代制备例2制备的抑烟微胶囊。
表2实施例与对比例的原料表(kg)
性能检测试验
试验方法
1.采用《NB/SH/T 0815-2010沥青燃烧性能测定——氧指数法》中的方法对沥青混合料的极限氧指数(％)进行测定，试验结果详见表3。
2.采用《GBT8627-2007建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》中的方法对沥青混合料的烟密度等级(％)进行测定，试验结果详见表3。
表3各实施例与对比例的试验结果数据表
| 极限氧指数/％ | 烟密度等级/％ | 极限氧指数/％ | 烟密度等级/％ | ||
| 实施例1 | 26.3 | 55.1 | 实施例17 | 26.1 | 57.3 |
| 实施例2 | 27.4 | 53.2 | 实施例18 | 23.0 | 58.4 |
| 实施例3 | 26.7 | 54.6 | 实施例19 | 24.7 | 56.1 |
| 实施例4 | 20.7 | 55.6 | 实施例20 | 25.2 | 57.6 |
| 实施例5 | 27.8 | 64.0 | 实施例21 | 25.9 | 57.9 |
| 实施例6 | 20.2 | 76.5 | 对比例1 | 15.4 | 94.7 |
| 实施例7 | 23.1 | 52.4 | 对比例2 | 19.4 | 89.5 |
| 实施例8 | 25.5 | 60.1 | 对比例3 | 19.6 | 86.7 |
| 实施例9 | 21.5 | 64.9 | 对比例4 | 16.3 | 79.4 |
| 实施例10 | 22.7 | 77.1 | 对比例5 | 20.6 | 68.3 |
| 实施例11 | 21.4 | 80.3 | 对比例6 | 22.8 | 72.4 |
| 实施例12 | 25.3 | 56.4 | 对比例7 | 21.3 | 67.2 |
| 实施例13 | 26.1 | 55.7 | 对比例8 | 24.1 | 70.2 |
| 实施例14 | 25.1 | 62.5 | 对比例9 | 23.3 | 79.8 |
| 实施例15 | 26.4 | 63.0 | 对比例10 | 21.7 | 59.9 |
| 实施例16 | 25.8 | 56.7 | / | / | / |
结合实施例1、实施例2和实施例3并结合表3，通过调整矿料、阻燃沥青和抑烟微胶囊的添加量和添加类型，提高沥青混合料的阻燃抑烟性能，从而提高隧道沥青路面的阻燃防火性能。
结合实施例2、实施例4和实施例5并结合表3，通过调整阻燃沥青中基质沥青、沥青阻燃剂和激发交联剂的比例，提高沥青混合料的极限氧指数，降低沥青混合料的烟密度等级。
对比例1为常规基质沥青制备的沥青混合料，对比例2为常规阻燃沥青混合料，结合实施例2、对比例1和对比例2并结合表3可以看出，本申请制备的沥青混合料提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了烟密度等级，即提高沥青混合料的阻燃抑烟性能，从而提高隧道沥青路面的阻燃防火性能。
结合实施例2和实施例6并结合表3可以看出，沥青阻燃剂的添加，提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了沥青混合料的烟密度等级。
结合实施例2、实施例7和实施例8并结合表3可以看出，随着沥青阻燃剂添加量的增加，沥青混合料的极限氧指数先增加后减小，沥青混合料的烟密度等级提高。随着燃烧的进行，沥青阻燃剂热稳定性降低，沥青混合料中的沥青阻燃剂添加量增加，部分未参加阻燃的沥青阻燃剂聚集并在热作用下分解，阻燃效果降低。
结合对比例2和对比例3并结合表3可以看出，在未添加抑烟微胶囊时，激发交联剂的添加，对沥青混合料的极限氧指数和烟密度等级影响不大。
结合实施例2、实施例9和对比例3并结合表3，相较于激发交联剂和抑烟微胶囊共同添加，单独添加抑烟微胶囊的阻燃抑烟效果减弱，说明激发交联剂与抑烟微胶囊有协同作用。
结合实施例2、实施例10和实施例11并结合表3可以看出，激发交联剂由水泥粉和石灰混合而成，单独的水泥粉和石灰的添加，均降低了沥青混合料的阻燃抑烟性能。
结合对比例1和对比例4并结合表3可以看出，抑烟微胶囊的添加，有效地降低了沥青混合料的烟密度等级。
结合实施例12和实施例13并结合表3可以看出，随着抑烟微胶囊添加量的增加，沥青混合料的极限氧指数先提高后降低，沥青混合料的烟密度等级先减小后增加。抑烟微胶囊包括改性闭孔珍珠岩和包覆物，其中包覆物包括三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石，四者配合使用，降低了沥青混合料的烟密度等级。
结合实施例2、对比例5并结合表3可以看出，包覆物的添加，提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了沥青混合料的烟密度等级。包覆物包覆改性闭孔珍珠岩，减小了沥青混合料制备过程中改性闭孔珍珠岩被损耗的概率。
结合实施例2、实施例14和实施例15并结合表3可以看出，随着包覆物添加量的增加，沥青混合料的烟密度等级先减小后增加。包覆物包括三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石，三者配合使用，提高了抑烟微胶囊的抑烟和阻燃效果。
结合实施例2和对比例6并结合表3可以看出，三聚氰胺甲醛树酯的添加，提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了沥青混合料的烟密度等级。
结合实施例2、实施例16和实施例17并结合表3可以看出，随着三聚氰胺甲醛树酯添加量的增加，沥青混合料的烟密度等级先减小后增加。三聚氰胺甲醛树酯熔融后包覆部分沥青阻燃剂、改性闭孔珍珠岩、海鞘纤维素和钾长石，阻碍了沥青阻燃剂、改性闭孔珍珠岩、海鞘纤维素和钾长石发挥作用，沥青混合料的烟密度等级增加。
结合实施例2和对比例7并结合表3可以看出，海鞘纤维素的添加，提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了沥青混合料的烟密度等级。
结合实施例2、实施例18和实施例19并结合表3可以看出，随着海鞘纤维素添加量的增加，沥青混合料的极限氧指数先增加后减小，沥青混合料的烟密度等级先减小后增加。部分海鞘纤维素炭化，阻塞改性闭孔珍珠岩表面微孔，减弱了闭孔珍珠岩吸烟能力。
结合实施例2和对比例8并结合表3可以看出，钾长石的添加，提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了沥青混合料的烟密度等级。
结合实施例2、实施例20和实施例21并结合表3可以看出，随着钾长石添加量的增加，沥青混合料的极限氧指数先增加后减小，沥青混合料的烟密度等级先减小后增加。
结合实施例2和对比例9并结合表3可以看出，改性闭孔珍珠岩的添加，提高了沥青混合料的极限氧指数，降低了沥青混合料的烟密度等级。
对比例10采用的是未在磺胺稀盐酸溶液中浸泡的闭孔珍珠岩，结合实施例2和对比例10并结合3可以看出，对闭孔珍珠岩进行浸泡磺胺稀盐酸溶液处理改性后，沥青混合料的极限氧指数提高，烟密度等级降低。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份的原料：矿料450-550份；阻燃沥青35-63份；抑烟微胶囊5-8.4份；所述抑烟微胶囊包括包覆物和改性闭孔珍珠岩，所述包覆物包覆于改性闭孔珍珠岩表面；所述包覆物包括三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石，所述三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石的重量比为（5-8）：2：1。
2.根据权利要求1所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述改性闭孔珍珠岩的制备包括以下步骤：将闭孔珍珠岩放置于稀酸溶液中浸泡10h得到改性闭孔珍珠岩。
3.根据权利要求2所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述稀酸溶液为磺胺稀盐酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述改性闭孔珍珠岩与包覆物的重量比为10：（2-11）。
5.根据权利要求1所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述抑烟微胶囊的制备包括以下步骤：将部分三聚氰胺甲醛树酯与改性闭孔珍珠混合，搅拌均匀并升温，得到预包覆颗粒；剩余三聚氰胺甲醛树酯、海鞘纤维素和钾长石混合均匀，加入预包覆颗粒，搅拌均匀并升温至三聚氰胺甲醛树酯固化，造粒得到抑烟微胶囊。
6.根据权利要求1所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述阻燃沥青包括基质沥青、沥青阻燃剂和激发交联剂，所述基质沥青、沥青阻燃剂和激发交联剂的重量比为（10-20）：（3-4.2）：1。
7.根据权利要求6所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述沥青阻燃剂为磷系阻燃剂。
8.根据权利要求6所述的一种抑烟阻燃的沥青混合料，其特征在于，所述激发交联剂包括水泥粉和石灰，所述水泥粉和石灰的重量比为4:1。
9.一种沥青混合料路面，其特征在于，由权利要求1-8任一所述的抑烟阻燃的沥青混合料铺设而成。
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| CN117326814B (zh) * | 2023-09-28 | 2024-06-21 | 北京工业大学 | 一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊、沥青混合料及制备方法 |
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