CN119390404A - 一种再生混凝土墙体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土墙体材料技术领域,且公开了一种再生混凝土墙体材料及其制备方法,包含以下重量组分:再生粗骨料:300份至500份、再生细骨料:200份至400份、水泥:150份至300份、粉煤灰:30份至80份、减水剂:3份至8份、增强纤维:5份至15份、改性组合物:20份至30份。包括以下步骤:S1、原料预处理步骤、S2、混合搅拌步骤、S3、成型养护步骤、S4、质量检测步骤。高效利用建筑废弃物,减少天然骨料开采,降低生产过程中的能源消耗和碳排放,减少建筑废弃物填埋量和土地占用,良好的材料强度与耐久性,提高防水性能,增强墙体抗裂和抗震性能。

Description

一种再生混凝土墙体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土墙体材料技术领域,具体为一种再生混凝土墙体材料及其制备方法。
背景技术
随着城市化进程的加速和建筑行业的蓬勃发展,对建筑材料的需求日益增长。然而,传统建筑材料的大量使用不仅消耗了大量的自然资源,如天然砂石、水泥等,还对环境造成了严重的破坏,如矿山开采导致的生态破坏、碳排放增加等。同时,建筑废弃物的大量产生也给城市环境和垃圾处理带来了巨大压力。据统计,全球每年产生的建筑废弃物高达数百亿吨,其中大部分被填埋或随意丢弃,不仅占用土地资源,还可能引发环境污染和安全隐患。因此,寻找可持续的建筑材料替代品和创新的建筑材料制备方法已成为建筑行业实现可持续发展的迫切需求。
再生混凝土作为一种利用建筑废弃物再生骨料制备的新型建筑材料,具有显著的环境效益和经济效益。通过将废弃的混凝土、砖瓦等建筑材料进行回收、破碎、筛分和加工处理,可以得到再生骨料,用于替代部分天然骨料制备混凝土。这样不仅可以减少对天然骨料的开采,降低资源消耗,还可以实现建筑废弃物的循环利用,减少废弃物的排放。然而,目前再生混凝土在应用中仍面临一些挑战。
性能稳定性问题:与天然骨料相比,再生骨料的物理和化学性质存在一定的差异。再生骨料表面通常附着有旧的水泥砂浆,导致其吸水率较高、强度较低,并且可能含有一些杂质和有害物质。这些因素会影响再生混凝土的工作性、强度、耐久性等性能,使其在墙体等建筑结构中的应用受到一定限制。
制备工艺不完善:现有的再生混凝土制备方法大多是在传统混凝土制备工艺的基础上进行简单的改进,缺乏针对再生骨料特性的专门优化。例如,在搅拌过程中难以实现再生骨料与其他原材料的充分均匀混合,导致混凝土内部结构不均匀;在养护过程中,由于再生骨料的高吸水率,容易导致混凝土内部水分分布不均,影响水泥的水化反应和材料的强度发展。此外,现有的制备工艺在提高再生混凝土的性能方面手段有限,难以满足不同建筑结构对墙体材料的多样化需求。
近年来,随着材料科学和建筑技术的不断进步,一些新型材料和技术逐渐涌现,为再生混凝土墙体材料的创新和发展提供了新的机遇。
纳米材料的应用:纳米二氧化硅、石墨烯量子点、碳纳米管等纳米材料具有独特的物理和化学性质,如高比表面积、优异的力学性能和导电性能等。将这些纳米材料应用于再生混凝土中,可以改善混凝土的微观结构,提高其强度、耐久性和其他特殊性能。例如,纳米二氧化硅可以填充混凝土内部的孔隙,减少水分渗透和有害物质的侵入;石墨烯量子点和碳纳米管可以增强混凝土的导电性能,为实现智能建筑提供可能。
先进的搅拌和养护技术:超声波辅助搅拌技术可以利用超声波的特殊效应促进原材料的混合和化学反应,提高混凝土的均匀性和性能;真空脱水技术可以加速混凝土的成型和早期强度发展,提高生产效率;蒸汽养护和热水养护等加速养护方法可以缩短养护时间,提高材料的早期强度,满足快速施工的需求。
多功能材料的融合:可再分散乳胶粉可以改善混凝土的柔韧性和粘结性能,提高墙体的抗裂性和防水性;防水剂和阻燃剂的添加可以使墙体材料具有特定的防水和防火功能,满足不同建筑环境的要求;吸音材料的应用可以提高墙体的隔音效果,改善室内环境质量。
综上所述,为了充分发挥再生混凝土的优势,解决其在应用中存在的问题,同时结合创新材料和技术的发展,研发一种高性能的再生混凝土墙体材料及其先进的制备方法具有重要的现实意义和应用价值。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种再生混凝土墙体材料及其制备方法。
(二)技术方案
一种再生混凝土墙体材料,包含以下重量组分:
再生粗骨料:300份至500份,再生粗骨料的粒径为5毫米至30毫米,其来源为建筑废弃物经破碎、筛分和清洗处理后的产物,吸水率不超过8%,压碎指标不超过25%;
再生细骨料:200份至400份,再生细骨料的粒径为0.15毫米至4.75毫米,由建筑废弃物中的废弃混凝土和砖瓦等经特定工艺加工而成,细度模数在2.3至3.0之间;
水泥:150份至300份,采用普通硅酸盐水泥,强度等级不低于42.5,其质量应符合相关国家标准;
粉煤灰:30份至80份,粉煤灰的细度经过45μm方孔筛筛余不超过20%,烧失量不超过8%,其活性指数不低于70%;
减水剂:3份至8份,选用高效聚羧酸减水剂,减水率不低于25%;
增强纤维:5份至15份,增强纤维采用聚丙烯纤维和玄武岩纤维按质量比为1:2组成的混合纤维,纤维长度为6毫米至12毫米;
改性组合物:20份至30份,改性组合物由纳米二氧化硅、硅灰、可再分散乳胶粉、石墨烯量子点和碳纳米管按质量比为3:4:2:0.5:0.5组成;纳米二氧化硅能够填充混凝土内部的孔隙,提高材料的密实度和强度;硅灰具有火山灰活性,能与水泥水化产物反应,增强材料的耐久性;可再分散乳胶粉可改善混凝土的柔韧性和粘结性能;石墨烯量子点具有优异的力学性能和导电性能,可提高墙体材料的强度和抗静电性能;碳纳米管具有极高的强度和韧性,可增强材料的力学性能和抗裂性能。
优选的,配方中还添加有质量占比为5份至12份的矿渣微粉,矿渣微粉的比表面积不小于400m2/kg,其活性指数不低于95%;
根据不同的墙体使用要求和环境条件,适当调整再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、增强纤维以及改性组合物中各组分的质量配比;例如在对保温性能要求较高的墙体中,可适当增加石墨烯量子点和碳纳米管的比例以提高材料的热阻。
优选的,包括以下步骤:
S1、原料预处理步骤:
将再生粗骨料和再生细骨料分别进行清洗和干燥处理,去除杂质和水分,清洗过程采用多级冲洗工艺,确保骨料表面的附着物和粉尘被有效清除,干燥后的骨料含水率不超过2%。
对水泥、粉煤灰和矿渣微粉进行过筛处理,筛网孔径为0.3毫米,去除结块和大颗粒杂质,保证原料的细度和均匀性;
将增强纤维进行分散处理,采用机械搅拌和添加分散剂相结合的方式,使纤维在材料中能够均匀分布,避免出现结团现象,分散剂的用量为纤维质量的1%至2%;
将纳米二氧化硅、硅灰、可再分散乳胶粉、石墨烯量子点和碳纳米管组成的改性组合物进行预混合,确保各组分均匀混合,形成改性组合物备用;
S2、混合搅拌步骤:
将预处理后的再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣微粉加入到强制式搅拌机中,先搅拌1分钟至2分钟,使原料初步混合;
然后加入水和减水剂,水的用量根据材料的工作性要求和减水剂的性能进行调整,一般水胶比控制在0.3至0.5之间,继续搅拌2分钟至3分钟,使材料充分混合均匀;
在搅拌过程中,分阶段加入增强纤维和改性组合物,确保纤维和改性组合物能够均匀分散在混凝土中,同时避免纤维的损伤;
S3、成型养护步骤:
将搅拌好的混凝土拌合物倒入预先准备好的模具中,采用振动成型或挤压成型等方式,使材料密实成型,振动频率为30Hz至50Hz,振动时间为10秒至30秒,确保材料内部无气孔和空隙;
成型后的墙体材料在常温下进行保湿养护,养护时间不少于7天,养护过程中采用覆盖塑料薄膜或喷洒养护剂方式,保持材料表面的湿度,促进水泥的水化反应和材料强度的发展;
S4、质量检测和包装步骤:
对养护完成的墙体材料进行质量检测,检测项目包括抗压强度、抗拉强度、吸水率、导热系数,确保材料的性能符合设计要求和相关标准,其中抗压强度不低于20MPa,抗拉强度不低于2MPa,吸水率不超过8%,导热系数根据不同的保温要求进行设定;
检测合格的墙体材料进行包装储存,包装材料采用防潮、防震的材料,如塑料薄膜和木质托盘等,包装规格根据产品的尺寸和运输要求进行设计,包装上应标注产品的名称、规格、生产日期等信息,以便用户了解产品的性能和质量。
优选的,所述步骤S1中,可以对再生骨料进行表面改性处理,采用硅烷偶联剂或聚合物乳液等对骨料表面进行喷涂或浸泡处理,提高骨料与水泥基体的粘结性能,处理后的骨料表面吸水率降低,与水泥的粘结强度提高;
所述步骤S2中,可以根据需要添加适量的引气剂或消泡剂,以调整混凝土的含气量和工作性,引气剂的用量为水泥质量的0.01%至0.05%,消泡剂的用量根据混凝土中的气泡含量进行适当调整;
所述步骤S3中,可以采用蒸汽养护或热水养护等加速养护方式,缩短养护时间,提高生产效率,蒸汽养护的温度为60℃至90℃,养护时间为8小时至24小时;热水养护的水温为40℃至60℃,养护时间不少于48小时;
所述步骤S4中,建立严格的质量追溯体系,对每一批次的产品生产过程和质量检测数据进行记录和存档,以便在出现质量问题时能够及时追溯和解决,同时,根据产品的特点和运输要求,优化包装设计,提高包装的防护性能和运输效率。
优选的,在配方中添加一种特殊的防水剂,防水剂采用有机硅防水剂和聚合物水泥基防水涂料按质量比为1:2组成的混合防水剂,添加量为材料总质量的2%至5%,能够在墙体材料内部形成一层致密的防水膜,有效阻止水分的渗透,提高墙体的防水性能;
根据墙体的防火要求,可以添加适量的阻燃剂,采用氢氧化铝和氢氧化镁按质量比为1:1组成的复合阻燃剂,添加量为材料总质量的5%至10%,阻燃剂能够在火灾发生时起到隔热、阻燃的作用,提高墙体的防火安全性。
优选的,所述步骤S2中,可以采用超声波辅助搅拌技术,利用超声波的空化效应和机械效应,促进各组分之间的混合和化学反应,提高材料的均匀性和性能,超声波的频率为20kHz至40kHz,功率为500W至1000W,搅拌时间为5分钟至10分钟;
所述步骤S3中,可以采用真空脱水技术,将成型后的墙体材料置于真空环境中,通过降低气压加速水分的排出,提高材料的密实度和早期强度,真空度控制在-0.06MPa至-0.08MPa,脱水时间为10分钟至20分钟。
优选的,对墙体材料的隔音性能进行优化,在配方中添加吸音材料,如珍珠岩、岩棉等,吸音材料的添加量为材料总质量的10%至20%,根据不同的隔音要求进行调整,吸音材料能够吸收声波能量,降低墙体的传声系数,提高墙体的隔音效果;
根据墙体的装饰要求,可以在材料表面添加一层彩色涂层或装饰材料,彩色涂层可以采用环保型的水性涂料,具有良好的附着力和耐久性,装饰材料可以选择瓷砖、石材等,通过特殊的粘结剂与墙体材料牢固结合,提高墙体的美观性。
优选的,所述步骤S4中,除了常规的物理性能检测外,还可以进行耐久性测试,耐久性测试包括抗冻融循环试验、抗氯离子渗透试验等,以评估墙体材料在长期使用过程中的性能稳定性,根据不同的使用环境和要求,制定相应的耐久性指标和测试方法;
在包装储存过程中,可以采用智能化的包装技术,例如,在包装材料中嵌入传感器,用于监测墙体材料的湿度、温度等参数,确保材料在储存和运输过程中的质量稳定,同时,利用物联网技术实现对包装和产品的全程跟踪和管理。
(三)有益的技术效果
与现有的技术相比,本发明的有益效果是:
高效利用建筑废弃物,减少天然骨料开采,降低因矿山开采造成的生态破坏,每使用一吨再生骨料可减少约0.8吨天然骨料开采。
降低生产过程中的能源消耗和碳排放,相比传统墙体材料生产可降低碳排放约30%至40%。
减少建筑废弃物填埋量和土地占用,有效缓解废弃物处理压力。
创新改性组合物增强材料强度与耐久性,抗压强度不低于20MPa,抗拉强度不低于2MPa,硅灰的火山灰活性还提升了耐久性。
特殊防水剂形成防水膜,吸水率不超过8%,提高防水性能;复合阻燃剂赋予良好防火安全性。
添加吸音材料改善隔音效果,降低噪音传递约30%至40%,石墨烯量子点和碳纳米管改善保温性能,降低建筑能耗。
可再分散乳胶粉提高柔韧性和粘结性能,增强墙体抗裂和抗震性能。
原材料预处理优化,去除再生骨料杂质和水分,降低吸水率,提高与水泥基体粘结性能,使墙体材料结构更均匀密实。
采用先进搅拌技术确保各组分均匀混合,提高材料性能一致性。
成型与养护效率提升,缩短时间约50%至70%,满足快速施工需求。
完善质量检测与追溯体系,保障产品质量稳定可靠,智能化包装技术便于储存、运输和管理。
附图说明
图1是再生混凝土墙体材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
一种再生混凝土墙体材料,包含以下重量组分:
再生粗骨料:300份至500份,再生粗骨料的粒径为5毫米至30毫米,其来源为建筑废弃物经破碎、筛分和清洗处理后的产物,吸水率不超过8%,压碎指标不超过25%;
再生细骨料:200份至400份,再生细骨料的粒径为0.15毫米至4.75毫米,由建筑废弃物中的废弃混凝土和砖瓦等经特定工艺加工而成,细度模数在2.3至3.0之间;
水泥:150份至300份,采用普通硅酸盐水泥,强度等级不低于42.5,其质量应符合相关国家标准;
粉煤灰:30份至80份,粉煤灰的细度经过45μm方孔筛筛余不超过20%,烧失量不超过8%,其活性指数不低于70%;
减水剂:3份至8份,选用高效聚羧酸减水剂,减水率不低于25%;
增强纤维:5份至15份,增强纤维采用聚丙烯纤维和玄武岩纤维按质量比为1:2组成的混合纤维,纤维长度为6毫米至12毫米;
改性组合物:20份至30份,改性组合物由纳米二氧化硅、硅灰、可再分散乳胶粉、石墨烯量子点和碳纳米管按质量比为3:4:2:0.5:0.5组成。
实施例1
S1、原料预处理步骤:
将500kg再生粗骨料和400kg再生细骨料分别进行清洗和干燥处理,去除杂质和水分,清洗过程采用多级冲洗工艺,确保骨料表面的附着物和粉尘被有效清除,干燥后的骨料含水率不超过2%,再进行表面改性处理,采用硅烷偶联剂对骨料表面进行喷涂或浸泡处理。
对300kg水泥、80kg粉煤灰和12kg矿渣微粉进行过筛处理,筛网孔径为0.3毫米,去除结块和大颗粒杂质,保证原料的细度和均匀性;
将15kg增强纤维进行分散处理,采用机械搅拌和添加分散剂相结合的方式,使纤维在材料中能够均匀分布,避免出现结团现象,分散剂水玻璃的用量为0.15kg;
将9kg纳米二氧化硅、12kg硅灰、6kg可再分散乳胶粉、1.5kg石墨烯量子点和1.5kg碳纳米管组成的改性组合物进行预混合,确保各组分均匀混合,形成改性组合物备用。
S2、混合搅拌步骤:
将预处理后的400kg再生粗骨料、300kg再生细骨料、250kg水泥、60kg粉煤灰、10kg矿渣微粉加入到强制式搅拌机中,先搅拌1分钟至2分钟,加入0.1kg十二烷基苯磺酸钠,使原料初步混合;
然后加入120kg水和8kg减水剂及45kg防水剂和80kg阻燃剂,继续搅拌2分钟至3分钟,使材料充分混合均匀;
在搅拌过程中,分阶段加入15kg增强纤维和30kg改性组合物及100kg岩棉,确保纤维和改性组合物能够均匀分散在混凝土中,同时避免纤维的损伤。
采用超声波辅助搅拌技术,利用超声波的空化效应和机械效应,促进各组分之间的混合和化学反应,提高材料的均匀性和性能,超声波的频率为30kHz,功率为1000W。
S3、成型养护步骤:
将搅拌好的混凝土拌合物倒入预先准备好的模具中,采用振动成型方式,使材料密实成型,振动频率为50Hz,振动时间为30秒,确保材料内部无气孔和空隙;
成型后的墙体材料采用真空脱水技术,将成型后的墙体材料置于真空环境中,通过降低气压加速水分的排出,提高材料的密实度和早期强度,真空度控制在-0.08MPa,脱水时间为20分钟;在常温下进行保湿养护,养护时间7天,养护过程中采用覆盖塑料薄膜方式,保持材料表面的湿度,促进水泥的水化反应和材料强度的发展。
S4、质量检测步骤:
对养护完成的墙体材料进行质量检测,检测项目包括抗压强度、抗拉强度、吸水率、导热系数,确保材料的性能符合设计要求和相关标准,其中抗压强度不低于20MPa,抗拉强度不低于2MPa,吸水率不超过8%。
对比例1:不添加改性组合物,其余工艺同实施例1。
对比例2:不添加防水剂,其余工艺同实施例1。
性能测试:根据GB/T 50081-2019对实施例1和对比例1进行测试。
表1
组别 抗压强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 吸水率(%)
实施例1 23 2.2 7.5
对比例1 18 1.9 -
对比例2 - - 12.5
由表1可知,实施例1的抗压强度和抗拉强度都高于对比例1,添加了改性组合物的材料的强度更高,实施例1的吸水率低于对比例2,添加防水剂的材料具有更好的防水性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种再生混凝土墙体材料,其特征在于,包含以下重量组分:
再生粗骨料:300份至500份,再生粗骨料的粒径为5毫米至30毫米,其来源为建筑废弃物经破碎、筛分和清洗处理后的产物,吸水率不超过8%,压碎指标不超过25%;
再生细骨料:200份至400份,再生细骨料的粒径为0.15毫米至4.75毫米,由建筑废弃物中的废弃混凝土和砖瓦等经特定工艺加工而成,细度模数在2.3至3.0之间;
水泥:150份至300份,采用普通硅酸盐水泥,强度等级不低于42.5,其质量应符合相关国家标准;
粉煤灰:30份至80份,粉煤灰的细度经过45μm方孔筛筛余不超过20%,烧失量不超过8%,其活性指数不低于70%;
减水剂:3份至8份,选用高效聚羧酸减水剂,减水率不低于25%;
增强纤维:5份至15份,增强纤维采用聚丙烯纤维和玄武岩纤维按质量比为1:2组成的混合纤维,纤维长度为6毫米至12毫米;
改性组合物:20份至30份,改性组合物由纳米二氧化硅、硅灰、可再分散乳胶粉、石墨烯量子点和碳纳米管按质量比为3:4:2:0.5:0.5组成。
2.根据权利要求1所述的一种再生混凝土墙体材料,其特征在于:配方中还添加有质量占比为5份至12份的矿渣微粉,矿渣微粉的比表面积不小于400m2/kg,其活性指数不低于95%。
3.根据权利要求1所述的一种再生混凝土墙体材料,其特征在于:包括以下步骤:
S1、原料预处理步骤:
将再生粗骨料和再生细骨料分别进行清洗和干燥处理,去除杂质和水分,清洗过程采用多级冲洗工艺,确保骨料表面的附着物和粉尘被有效清除,干燥后的骨料含水率不超过2%;
对水泥、粉煤灰和矿渣微粉进行过筛处理,筛网孔径为0.3毫米,去除结块和大颗粒杂质,保证原料的细度和均匀性;
将增强纤维进行分散处理,采用机械搅拌和添加分散剂相结合的方式,使纤维在材料中能够均匀分布,避免出现结团现象,分散剂的用量为纤维质量的1%至2%;
将纳米二氧化硅、硅灰、可再分散乳胶粉、石墨烯量子点和碳纳米管组成的改性组合物进行预混合,确保各组分均匀混合,形成改性组合物备用;
S2、混合搅拌步骤:
将预处理后的再生粗骨料、再生细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣微粉加入到强制式搅拌机中,先搅拌1分钟至2分钟,使原料初步混合;
然后加入水和减水剂,水的用量为水胶比在0.3至0.5之间,继续搅拌2分钟至3分钟,使材料充分混合均匀;
在搅拌过程中,分阶段加入增强纤维和改性组合物,确保纤维和改性组合物能够均匀分散在混凝土中,同时避免纤维的损伤;
S3、成型养护步骤:
将搅拌好的混凝土拌合物倒入预先准备好的模具中,采用振动成型或挤压成型方式,使材料密实成型,振动频率为30Hz至50Hz,振动时间为10秒至30秒,确保材料内部无气孔和空隙;
成型后的墙体材料在常温下进行保湿养护,养护时间不少于7天,养护过程中采用覆盖塑料薄膜或喷洒养护剂方式,保持材料表面的湿度,促进水泥的水化反应和材料强度的发展;
S4、质量检测步骤:
对养护完成的墙体材料进行质量检测,检测项目包括抗压强度、抗拉强度、吸水率、导热系数,确保材料的性能符合设计要求和相关标准,其中抗压强度不低于20MPa,抗拉强度不低于2MPa,吸水率不超过8%。
4.根据权利要求3所述的一种再生混凝土墙体材料,其特征在于:所述步骤S1中,可以对再生骨料进行表面改性处理,采用硅烷偶联剂或聚合物乳液对骨料表面进行喷涂或浸泡处理,提高骨料与水泥基体的粘结性能,处理后的骨料表面吸水率降低,与水泥的粘结强度提高;
所述步骤S2中,根据需要添加引气剂或消泡剂,以调整混凝土的含气量和工作性,引气剂的用量为水泥质量的0.01%至0.05%,消泡剂的用量为水泥质量的0.01%至0.03%;
所述步骤S3中,可以采用蒸汽养护或热水养护加速养护方式,缩短养护时间,提高生产效率,蒸汽养护的温度为60℃至90℃,养护时间为8小时至24小时;热水养护的水温为40℃至60℃,养护时间不少于48小时。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种再生混凝土墙体材料,其特征在于:
在配方中添加一种特殊的防水剂,防水剂采用有机硅防水剂和聚合物水泥基防水涂料按质量比为1:2组成的混合防水剂,添加量为材料总质量的2%至5%;
根据墙体的防火要求,可以添加阻燃剂,采用氢氧化铝和氢氧化镁按质量比为1:1组成的复合阻燃剂,添加量为材料总质量的5%至10%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种再生混凝土墙体材料,其特征在于:
所述步骤S2中,可以采用超声波辅助搅拌技术,超声波的频率为20kHz至40kHz,功率为500W至1000W,搅拌时间为5分钟至10分钟;
所述步骤S3中,可以采用真空脱水技术,将成型后的墙体材料置于真空环境中,通过降低气压加速水分的排出,提高材料的密实度和早期强度,真空度控制在-0.06MPa至-0.08MPa,脱水时间为10分钟至20分钟。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种再生混凝土墙体材料,其特征在于:
对墙体材料的隔音性能进行优化,在配方中添加吸音材料,如珍珠岩、岩棉,吸音材料的添加量为材料总质量的10%至20%。
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