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文檔簡介
《相變墻體構(gòu)件熱惰性測試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明
一、工作簡況
(一)任務(wù)來源
由中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司提出,經(jīng)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委
員會(簡稱CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會)建筑材料領(lǐng)域委員會審查,CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)
的CSTM標(biāo)準(zhǔn)《相變墻體構(gòu)件熱惰性測試方法》成功立項(xiàng),標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目歸口管理委員
會為CSTM/FCO3/TC17建筑材料領(lǐng)域委員會環(huán)境友好與有益健康建筑材料技術(shù)委員
會,標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃標(biāo)號為CSTMLX031700308-2019,標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位為中國建筑材料
科學(xué)研究總院有限公司(詳見CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會材試標(biāo)字[2019]190號文件)。
(二)目的意義
相變建材在建筑節(jié)能中效果明顯,目前得到廣泛應(yīng)用,諸如北新集團(tuán)的相變
石膏板產(chǎn)品。隨著國家“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)的提出,各類相變節(jié)能產(chǎn)品將大量
涌入市場,目前的狀況是各類相變建材初步進(jìn)入大面積工程示范階段,下一階段
將是相變建材的市場化階段。在相變墻體構(gòu)件的發(fā)展過程中,相變墻體構(gòu)件的產(chǎn)
品標(biāo)準(zhǔn)、性能測試標(biāo)準(zhǔn)是該行業(yè)發(fā)展過程中重要的一環(huán),相變標(biāo)準(zhǔn)的建立可以為
相變產(chǎn)品行業(yè)保駕護(hù)航,同時引領(lǐng)市場向健康的方向發(fā)展,無論是性能測試方法
標(biāo)準(zhǔn),還是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),其目的為了更好地評價分析產(chǎn)品的優(yōu)劣,讓相變產(chǎn)品得到
用戶的認(rèn)可,促進(jìn)行業(yè)的規(guī)范化和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。本標(biāo)準(zhǔn)制定的目的是為相變墻
體構(gòu)件產(chǎn)品的熱惰性提供一個科學(xué)的、可靠的測試評價方法,測試結(jié)果能夠真實(shí)
地、直觀的反映產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來的相變性能和熱惰性,為相變墻
體構(gòu)件的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用提供一個數(shù)據(jù)支持,從而促進(jìn)相變類產(chǎn)品的發(fā)展使用。
(三)起草單位及起草人
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位:中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:李海建
(四)主要工作過程
1.4.1標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查研究工作
在標(biāo)準(zhǔn)制定之前,針對相變墻體構(gòu)件熱惰性方法的測試方法標(biāo)準(zhǔn),查閱了相
關(guān)的國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn),并且閱讀了大量有關(guān)相變墻體構(gòu)件的文獻(xiàn),未查到有關(guān)相變
墻體構(gòu)件熱惰性測試方法方面的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。僅僅查到國內(nèi)
0
有三個相變材料性能方面的標(biāo)準(zhǔn),但也只是局限于材料的相變潛熱、相變溫度、
材料耐久性等基本性能測試,沒有檢索到涉及材料實(shí)際應(yīng)用性能方面測試的標(biāo)準(zhǔn)。
1.4.2成立工作組
CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會材試標(biāo)字[2019]190號文件下達(dá)了《相變墻體構(gòu)件熱惰性測
試方法》立項(xiàng)任務(wù),由中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司牽頭。
中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司對此標(biāo)準(zhǔn)高度重視,成立了專門的《相
變墻體構(gòu)件熱惰性測試方法》標(biāo)準(zhǔn)起草小組,其中還包括了與相變墻體構(gòu)件研究
相關(guān)的大學(xué)、科研院所、上市企業(yè)、高新企業(yè)、測試機(jī)構(gòu)、最終用戶等,各參與
單位選出有經(jīng)驗(yàn)的科研人員組成團(tuán)隊(duì),來收集樣品、試驗(yàn)測試和起草標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容等。
經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)起草小組近兩年的辛苦工作,樣品的制備、測試方法的反復(fù)嘗試、改進(jìn)
和優(yōu)化,試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)分析,評價方法確立,遇到困難時常咨詢相關(guān)行業(yè)專家、
草稿經(jīng)多次的討論修改,最終形成了標(biāo)準(zhǔn)的初稿。
1.4.3樣品征集和驗(yàn)證試驗(yàn)
標(biāo)準(zhǔn)的測試方法初步確定后,工作組開始征集相變墻體構(gòu)件的試驗(yàn)樣品。雖
然目前國內(nèi)清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中科院等幾個大的科研機(jī)構(gòu)有相變材料的研究,
但僅僅局限于相變材料的理論研究,相變材料及其應(yīng)用產(chǎn)品很少;國內(nèi)從事相變
建材生產(chǎn)的企業(yè)有幾家,但最終能提供產(chǎn)品的企業(yè)極少,而相變墻體構(gòu)件更是少
之又少,因此,試驗(yàn)樣品主要來之幾家研究相變墻體構(gòu)件的高新企業(yè)。主要是包
括相變砂漿、相變保溫一體板、相變石膏板等產(chǎn)品。
根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)測試方法得到的結(jié)果可以清楚看出,本標(biāo)準(zhǔn)具有較強(qiáng)科學(xué)性和應(yīng)
用可行性,可從定性和定量兩方面來真實(shí)表征相變墻體構(gòu)件的熱惰性性能。
1.4.4撰寫征求意見稿和編制說明
經(jīng)過前期試驗(yàn)驗(yàn)證和各參與單位的多次討論,最終確定了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿,
并完成標(biāo)準(zhǔn)編制說明的編制。標(biāo)準(zhǔn)編制工作組于2022年7月把征求意見稿發(fā)給相
變墻體構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)委員會、科研單位等相關(guān)部門和專家公開征求意
見。
二、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則
此標(biāo)準(zhǔn)為方法標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)方法的水平及使用情況,試驗(yàn)設(shè)備及儀器情況等。
本標(biāo)準(zhǔn)屬于試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn),針對的是相變墻體構(gòu)件熱惰性的測試,目前國內(nèi)
外還沒有類似的測試方法出現(xiàn)。測試的具體對象包括具有相變儲能和調(diào)溫性能的
1
相變保溫板、相變石膏板、相變地板、相變混凝土、相變磚等相變墻體構(gòu)件,也
包含相變涂料、相變砂漿等相變墻體材料。
本標(biāo)準(zhǔn)制定的測試方法是目前唯一評價相變墻體構(gòu)件熱惰性性能的方法,通
過測試相變墻體構(gòu)件如何抵抗外界溫變的能力來定性定量地測試構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用的
效果,測試結(jié)果可以為相變墻體構(gòu)件類產(chǎn)品的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù),為制訂相變墻
體構(gòu)件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
試驗(yàn)方法采用的是自主設(shè)計(jì)的整套測試系統(tǒng),包括環(huán)境試驗(yàn)箱、溫度記錄儀、
樣品箱、溫控儀、結(jié)果處理方法等。測試設(shè)備穩(wěn)定度高、數(shù)據(jù)精確、試驗(yàn)操作簡
單、節(jié)省人力、基本實(shí)現(xiàn)自動化。
三、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目
本標(biāo)準(zhǔn)采用了國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T50176-2016民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中的部
分術(shù)語和部分計(jì)算方法。
具體采用的術(shù)語包括:熱惰性、蓄熱系數(shù)、衰減倍數(shù)、延遲時間,但根據(jù)本
標(biāo)準(zhǔn)的情況針對定義進(jìn)行了部分修改,更加準(zhǔn)確地表述了定義的實(shí)際內(nèi)容。
采用了部分計(jì)算公式,如熱惰性指標(biāo)、蓄熱系數(shù)、衰減倍數(shù)、延遲時間等的
計(jì)算方法。
四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容
(一)標(biāo)準(zhǔn)使用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)的使用范圍是測試相變墻體構(gòu)件產(chǎn)品的熱惰性指標(biāo),測試對象包括具
有相變儲能和調(diào)溫性能的相變保溫板、相變石膏板、相變地板、相變混凝土、相
變磚等相變墻體構(gòu)件,也包含相變涂料、相變砂漿等相變墻材。
(二)術(shù)語和定義
本標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語和符號的規(guī)定,是為了讓標(biāo)準(zhǔn)使用者更加清楚地理解和使用
標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和計(jì)算公式。標(biāo)準(zhǔn)中針對涉及到相變墻體構(gòu)件熱惰性的術(shù)語進(jìn)行了定
義,部分采標(biāo)于國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T50176-2016民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中熱惰性、
蓄熱系數(shù)、衰減倍數(shù)、延遲時間等,定義中的內(nèi)容根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的測試過程的實(shí)際
情況進(jìn)行了修改。
4.2.1、熱惰性指標(biāo)當(dāng)量thermalinertiaindexequivalent
國標(biāo)中定義:受到波動熱作用時,材料層抵抗溫度波動的能力,用熱惰性指
標(biāo)(D)來表示。
2
本標(biāo)準(zhǔn)定義:受到波動熱作用時,材料層抵抗溫度波動的能力,用熱惰性指
標(biāo)當(dāng)量(D)來表示。
本標(biāo)準(zhǔn)中的熱惰性是直接根據(jù)衰減倍數(shù)和延遲時間與參比標(biāo)樣的對比計(jì)算出
來的,并且計(jì)算的數(shù)據(jù)與導(dǎo)熱系數(shù)或者熱阻的穩(wěn)態(tài)(或靜態(tài))測試方法不同,本
標(biāo)準(zhǔn)采用的是動態(tài)法測試法,表現(xiàn)出來的性能不同,所以本標(biāo)準(zhǔn)的熱惰性的名稱
采用熱惰性指標(biāo)當(dāng)量,以與國標(biāo)中的定義進(jìn)行區(qū)別。
4.2.2溫度波幅temperatureamplitude
國標(biāo)中定義:當(dāng)溫度呈周期性波動時,溫度最高值與平均值的差值。
本標(biāo)準(zhǔn)中定義:當(dāng)溫度呈周期性波動時,溫度最高值與最低值的差值。
理由:本編制測試的是材料的相變性帶來的室內(nèi)溫度變化的性能,相變溫度
平臺不可能正好處于溫度評價值的中心線上,因此把最高溫和最低溫整個溫度區(qū)
間變化值作為波幅參數(shù)來對比才能真實(shí)反映溫度的變化規(guī)律。
4.2.3衰減倍數(shù)dampingfactor
本標(biāo)準(zhǔn)定義:房間外側(cè)受室外空氣溫度周期性變化的作用,環(huán)境箱(或參比
箱)空氣溫度波幅與試樣箱內(nèi)部空氣溫度波幅的比值。
國標(biāo)中定義:圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)空氣溫度穩(wěn)定,外側(cè)受室外綜合溫度或室外空氣
溫度周期性變化的作用,室外綜合溫度或室外空氣溫度波幅與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫
度波幅的比值。
理由:本標(biāo)準(zhǔn)是測試室內(nèi)空氣溫度的變化量,測試的是墻體構(gòu)件的傳熱性質(zhì)
和對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)作用整體性能;國標(biāo)測試的是內(nèi)表面的溫度變化,表征的是
熱傳遞過程墻體構(gòu)件的傳熱性質(zhì)。
4.2.4延遲時間timelag
本標(biāo)準(zhǔn)中定義:房間外側(cè)受室外空氣溫度周期性變化的作用,試樣箱(或參
比箱)內(nèi)部空氣溫度最高值(或最低值)出現(xiàn)時間與基準(zhǔn)箱內(nèi)部空氣溫度最高值(或
最低值)出現(xiàn)時間的差值。
國標(biāo)中定義:圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)空氣溫度穩(wěn)定,外側(cè)受室外綜合溫度或室外空氣
溫度周期性變化的作用,其內(nèi)表面溫度最高值(或最低值)出現(xiàn)時間與室外綜合
溫度或室外空氣溫度最高值(或最低值)出現(xiàn)時間的差值。
理由:本標(biāo)準(zhǔn)中考慮到相變材料的存在,是對室內(nèi)溫度的影響和調(diào)節(jié)作用,
因此采用室內(nèi)整體溫度來計(jì)算。
3
4.2.5衰減系數(shù)dampingcoefficient
試樣箱與參比箱之間衰減倍數(shù)的比值。
4.2.6延遲系數(shù)timelagcoefficient
試樣箱與參比箱延遲時間的比值。
4.2.7熱惰性指標(biāo)系數(shù)
試樣箱衰減系數(shù)和延遲系數(shù)和的平均數(shù)。
(三)測試方法制定的依據(jù)說明
4.3.1環(huán)境溫度模擬箱
由保溫腔體、加熱制冷裝置、程序控溫儀、循環(huán)風(fēng)扇等組成的環(huán)境溫度模擬
系統(tǒng)。環(huán)境模擬箱可以模擬溫度范圍從低溫-10℃到高溫60℃的之間任意兩個溫
度點(diǎn)的諧頻變化,力爭模擬自然界環(huán)境溫度的真實(shí)變化,溫度穩(wěn)定性高,誤差小于
0.5攝氏度。
4.3.2基準(zhǔn)箱
基準(zhǔn)箱的內(nèi)部體積為要求40cm40cm40cm,材質(zhì)選用保溫材料,材料導(dǎo)熱
系數(shù)要求為0.03~0.045W/(m﹒K),厚度規(guī)定為5cm?;鶞?zhǔn)箱的存在是為了模擬真
實(shí)建筑的墻體結(jié)構(gòu),采用外保溫的形式,內(nèi)部墻體設(shè)計(jì)相變墻體。從試樣的測試
結(jié)果可以知道,這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較合理。
4.3.3參比樣
參比樣的材質(zhì)選用普通石膏板,石膏板的物理參數(shù)要求為密度(0.95±0.05)
g/cm3、比熱容(1.05±0.05)kJ/(kg℃)、導(dǎo)熱系數(shù)(0.35±0.02)W/(m℃)、
厚度(1.2±0.1)cm。參比樣選用石膏板,主要原因是石膏板是常見的建筑墻體
構(gòu)件,性能比較穩(wěn)定,物理參數(shù)變化不大。
4.3.4試樣
測試試樣需要6塊,要求為正方形的板狀,邊長等于30cm(±0.5cm),把六
塊試驗(yàn)拼接成密封的盒狀,試樣房正好可以放進(jìn)基準(zhǔn)房中。
4.3.5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)溫度范圍
利用程序控溫儀模擬環(huán)境溫度從10℃到40℃的諧頻變化,一個諧頻變化周
期為24小時,進(jìn)行三個循環(huán)周期后查看各個箱體內(nèi)的溫度變化。標(biāo)準(zhǔn)把測試溫度
定為10℃到40℃的動態(tài)模擬循環(huán),一方面考慮到相變材料發(fā)揮效果的最佳溫度范
4
圍通常為15℃到30℃;另一方面是因?yàn)榄h(huán)境每天的溫度波動大小在15~25℃之間,
因此本標(biāo)準(zhǔn)把試驗(yàn)溫度范圍設(shè)定到上述溫度。
(四)測試方法和步驟
具體測試方法和步驟見標(biāo)準(zhǔn)文本。
(五)試驗(yàn)驗(yàn)證
本標(biāo)準(zhǔn)的測試方法的可行性、可靠性和準(zhǔn)確性是通過測試不同的樣品和同種
樣品的不同循環(huán)次數(shù)來驗(yàn)證。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值基本上是由溫度的變化曲線中直接看出,
因此,結(jié)果具有直觀性。
試驗(yàn)驗(yàn)證的樣品來之于不同類型的產(chǎn)品或者不同的廠家,從普通石膏板、普
通保溫砂漿、各種保溫板到相變石膏板、相變砂漿、相變保溫一體板等,進(jìn)行了
系統(tǒng)性的試驗(yàn)對比。
為了讓樣品的測試結(jié)果具有對比性,驗(yàn)證的試驗(yàn)條件溫度都設(shè)定為10~40℃
的諧頻變化,每次循環(huán)的時間為24個小時,同批次試驗(yàn)周期為三個循環(huán),共三天。
以下結(jié)果是具體的試驗(yàn)驗(yàn)證過程和結(jié)果對比。
4.5.1基準(zhǔn)箱
本標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)箱材料采用擠塑聚苯乙烯板,尺寸為40cm40cm40cm,材質(zhì)材
料導(dǎo)熱系數(shù)為0.035W/(m﹒K),厚度為5cm。
按照標(biāo)準(zhǔn)測試步驟,把基準(zhǔn)箱放入環(huán)境試驗(yàn)箱,進(jìn)行10~40℃溫度諧頻變化,
一個循環(huán)周期為24小時,共進(jìn)行三個循環(huán)周期。
圖是基準(zhǔn)箱的升降溫曲線。
5
圖1基準(zhǔn)箱溫度變化曲線圖
4.5.2參比箱
參比箱由石膏板(厚度1.2cm)做成的參比箱放入基準(zhǔn)箱中,進(jìn)行冷熱循環(huán)
測試。環(huán)境溫度10~40℃諧頻變化,24小時為一個循環(huán),共進(jìn)行3個循環(huán)。
圖為參比箱溫度變化曲線圖
圖2參比箱溫度變化曲線圖
4.5.3試樣箱
試樣箱測試和參比箱相同,使用試樣做成試樣箱,放入基準(zhǔn)箱中進(jìn)行冷熱溫
度循環(huán)試驗(yàn)。環(huán)境溫度10~40℃諧頻變化,24小時為一個循環(huán),共進(jìn)行3個循環(huán)。
為了觀察試驗(yàn)的測試效果,用相同的試樣基礎(chǔ)材料(不含有相變材料)進(jìn)行冷熱
循環(huán)試驗(yàn),與含有相變材料的試樣進(jìn)行對比。
4.5.3.1相變石膏板
測試了兩種相變石膏板,一種是北新集團(tuán)生產(chǎn)的相變石膏板,另一種是南寧
亞西亞公司的相變石膏板。
6
4.5.3.1.1北新相變石膏板北新相變石膏板厚度為1.2cm,用六塊相同的相
變石膏板做成試樣房進(jìn)行測試。同時利用北新提供的普通石膏板進(jìn)行對比測試。
圖3北新普通石膏板溫度變化曲線圖
圖4北新石膏板溫度變化曲線圖
4.5.3.1.2南寧相變石膏板
南寧相變石膏板厚度為1.0cm,用六塊相同的相變石膏板做成試樣房進(jìn)行測
試。同時利用南寧普通石膏板進(jìn)行對比測試。
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圖5南寧普通石膏板溫度變化曲線圖
圖6南寧相變石膏板溫度變化曲線圖
4.5.3.2酚醛樹脂相變板
把酚醛樹脂相變板(厚度2.3cm)做成的試樣房放入基準(zhǔn)箱中,進(jìn)行循環(huán)測
試。環(huán)境溫度10~40℃諧頻變化,24小時為一個循環(huán),共進(jìn)行2個循環(huán)。用普通
酚醛樹脂板進(jìn)行冷熱循環(huán)試驗(yàn)進(jìn)行對比。
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圖7酚醛樹脂相變板溫度變化曲線圖
圖8普通酚醛樹脂板溫度變化曲線圖
4.5.3.3相變砂漿
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相變砂漿做成厚30030030mm的砂漿塊,然后組裝成試驗(yàn)箱放入基準(zhǔn)箱
中進(jìn)行冷熱溫度循環(huán)測試,高溫40℃、低溫10℃。同樣,普通砂漿做成砂漿塊做
冷熱溫度循環(huán)試驗(yàn)。結(jié)果如下。
圖9普通砂漿溫度變化曲線圖
圖10相變砂漿溫度變化曲線圖
4.5.4熱惰性指標(biāo)當(dāng)量
首先計(jì)算出參比樣的熱惰性指標(biāo)(計(jì)算方法參照標(biāo)準(zhǔn)文本)
10
由下列公式計(jì)算得到。
2?????2????
式?中?=:?Dr??—=參??比樣3.6的?熱=惰??性指3.6標(biāo)?,無量綱;
R—參比樣的熱阻(m2﹒K/W),;
S—參比樣的蓄熱系數(shù)[W/(m2﹒K)];
π—圓周率,取π=3.14;
δ—參與樣的厚度,m;
λ—參比樣的導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m﹒K)];
c—參比樣的比熱容[kJ/(kg﹒K)];
ρ—參比樣的密度(kg/m3);
T—溫度波動周期(h),一般選取周期為24h,計(jì)算時取值T=24。
(h是小時,公式中已經(jīng)換算成秒)
經(jīng)過計(jì)算得出,參比樣的蓄熱系數(shù)S=4.82[W/(m2﹒K)],熱惰性指標(biāo)為
0.176。
通過本標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算方法,對結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算,得到各種相變構(gòu)件的延遲
時間、衰減倍數(shù)、延遲系數(shù)、衰減系數(shù)等,最后得到試驗(yàn)樣品的熱惰性指標(biāo)當(dāng)量。
表1熱惰性指標(biāo)當(dāng)量詳表
熱惰性
溫度衰減衰減延遲延遲熱惰性指標(biāo)
序號樣品名稱指標(biāo)系
波幅倍數(shù)系數(shù)時間系數(shù)當(dāng)量
數(shù)
1基準(zhǔn)箱2923
普通石膏板
221.71.336152.50.176
(參比樣)
相變石膏板
3-118.71.5511.161821.1931.1760.207
(北新)
普通石膏板
3-221.71.3361152.5110.176
(北新)
4-1相變石膏板19.71.4721.101931.2661.1830.208
11
(南寧)
普通石膏板
4-221.51.3491.011350.8850.9470.167
(南寧)
相變砂漿(齊
5-115.31.8951.418222.51.4591.4750.253
齊哈爾)
普通砂漿
5-219.51.4871.1131751.1481.3180.214
(齊齊哈爾)
酚醛樹脂相變
6-17.33.3922.542781.8232.1820.384
板(南寧)
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