| 混凝土裂縫系質(zhì)量通病，嚴(yán)重影響到工程結(jié)構(gòu)的耐久性。各大城市軌道交通、地鐵建設(shè)，對混凝土裂縫修補(bǔ)材料有迫切需求。如上海地鐵1號線，采用環(huán)氧樹脂基料漿材，修補(bǔ)圓形區(qū)間隧道的道床與混凝土襯砌之間裂縫，已有近十年的歷史，應(yīng)用技術(shù)趨于成熟。GB50208—2002《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》，規(guī)定了混凝土襯砌裂縫注漿材料采用環(huán)氧樹脂基料漿材。
[關(guān)鍵詞] 混凝土裂縫 環(huán)氧樹脂漿材 區(qū)間隧道道床 防水堵漏工法
1 化學(xué)灌漿的技術(shù)進(jìn)步
化學(xué)灌漿“ChemicalGrouting”是將一定的化學(xué)材料，無機(jī)或有機(jī)材料，配制成真溶液，用化學(xué)灌漿泵等壓送設(shè)備將其灌入地層或縫隙內(nèi)，使其擴(kuò)散、膠凝或固化，以增加地層強(qiáng)度、降低地層滲透性、防止地層變形和進(jìn)行混凝土建筑物裂縫修補(bǔ)的一項地基處理和混凝土修補(bǔ)技術(shù)。即化學(xué)灌漿是化學(xué)與工程相結(jié)合，應(yīng)用化學(xué)科學(xué)和化學(xué)漿材解決地基和混凝土缺陷處理，加固補(bǔ)強(qiáng)、防滲堵漏，保證工程質(zhì)量的一項特種技術(shù)。
1.1 環(huán)保型漿材開發(fā)
1.1.1 無毒催化劑的研制
環(huán)氧樹脂漿材粘接強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、因此是固結(jié)灌漿常用的漿材。該漿材毒副作用主要來自所采用的固化劑和溶劑。在過去的近20年中，對環(huán)氧漿材胺類固化劑的降低毒性研究已取得一些成果，國內(nèi)生產(chǎn)出的T31，810，X-89，CD等毒副作用較低的一批改性胺類固化劑，對環(huán)氧漿材的推廣應(yīng)用起了較好作用。
1.1.2 無溶劑型漿材的開發(fā)
環(huán)氧樹脂一般粘度較大，制成化灌漿材要添加有機(jī)溶劑，但很多有機(jī)溶劑不但氣味難聞，而且具有毒副作用(如糠醛)，添加后往往會產(chǎn)生環(huán)境問題。因此，人們在研究無毒作用環(huán)氧固化劑的同時，也展開了無溶劑型環(huán)氧漿材的研制。無溶劑型環(huán)氧漿材的研究將得益于環(huán)氧樹脂工業(yè)的發(fā)展，國產(chǎn)的低分子量環(huán)氧樹脂粘度僅(20～25)MPa.s，這對今后無溶劑環(huán)氧化灌漿的發(fā)展開辟了較好的前景。
1.1.3 水做介質(zhì)的化灌漿材的研制
水做介質(zhì)，不用有機(jī)溶劑，對化灌漿材的無公害化是很有益的。過去已開發(fā)的為數(shù)不多的水溶性聚氨酯漿材，今后在水溶性環(huán)氧漿材等的開發(fā)上將會有較為理想的進(jìn)展。
1.2 新型高親潤、高滲透性化灌漿材的研究
目前我們雖然已有了一些高滲性的化灌漿材，解決了不少工程難題，但所用溶劑和固化劑多半都有毒副作用，不符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，對工程地基微細(xì)裂隙、斷層破碎帶和泥化夾層及混凝土微細(xì)裂隙的處理仍有探索新型高親潤、高滲透性、無毒副作用化灌漿材的必要。這很大程度取決于表面活性劑和活性稀釋劑體系的研究進(jìn)展。
1.3 彈性化灌漿材的開發(fā)
在工程的變形縫補(bǔ)強(qiáng)灌漿中需要具有彈性的化灌漿材。應(yīng)加強(qiáng)對彈性環(huán)氧的研究，以適應(yīng)工程建設(shè)之需。
1.4 化學(xué)灌漿的標(biāo)準(zhǔn)化工作
化灌行業(yè)是一個亟待規(guī)范的行業(yè)，多數(shù)企業(yè)沒有制定自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；雖然個別行業(yè)對某種化灌漿材制定過施工規(guī)范，但沒有國家制定的設(shè)計規(guī)范、施工規(guī)范和驗收規(guī)范，設(shè)計單位無規(guī)可依；國家建設(shè)行政主管部門還沒有建立化灌施工企業(yè)和專業(yè)人員的準(zhǔn)入制；國家建設(shè)行政主管部門沒有制定化灌工程的定額標(biāo)準(zhǔn)。
2 化學(xué)灌漿材料的年需求量
中國水利學(xué)會化灌分會曾就某些局部用漿量調(diào)查統(tǒng)計來推測市場規(guī)模。該分會對2004年沿海八城市12家化學(xué)灌漿企業(yè)銷售和使用的水玻璃、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸鹽四種漿材量作了粗略統(tǒng)計，總銷售價超過1億元。若以通常漿材消耗花費(fèi)只占化灌工程總花費(fèi)包括鉆孔、漿材、設(shè)備勞務(wù)、管理及稅費(fèi) 的1／5算一般是1／3～1／10，則推測出化灌市場約有5個億。事實(shí)上，這僅是所了解的少數(shù)城市中僅12家企業(yè)的不完全統(tǒng)計。
3 環(huán)氧樹脂漿材的研發(fā)歷程
我國在化學(xué)灌漿材料方面的研究是從50年代開始的，當(dāng)時針對長江三峽工程基礎(chǔ)加固和混凝土裂縫處理的要求，國家科委立項，由長江科學(xué)院，中科院廣化所等部門對環(huán)氧樹脂和甲基丙烯酸甲酯類材料進(jìn)行了研究，很快取得了成果。這些灌漿材料在我國的水利部門得到了廣泛的應(yīng)用，解決了許多工程中的難題,從而推進(jìn)了化學(xué)灌漿材料的研究。在處理軟弱夾層及斷層破碎帶的化學(xué)灌漿材料方面，廣東化學(xué)研究所、水科院和長江科學(xué)院作了大量的研究工作。在環(huán)氧樹脂方面，選擇了低粘度的環(huán)氧；在稀釋劑方面，對稀釋劑進(jìn)行了預(yù)反應(yīng)和改性，從而改善了漿材的穩(wěn)定性；在固化劑方面，優(yōu)選了目前適合于水中固化的高分子胺類，增加了固化劑的韌性，使固化體系無毒；在表面活性劑方面，選擇了能夠提高漿液滲透性的反應(yīng)表面活性劑，使?jié){液有更好的滲透性。
中國科學(xué)院綿陽化學(xué)所先后成功研制了三代高滲透性的環(huán)氧系列灌漿材料。青海龍羊峽大壩采用中化798環(huán)氧漿材處理G4偉晶巖劈裂帶也堪稱國際上處理低滲透性軟弱巖土地層的先進(jìn)技術(shù)。
近幾年我國科研工作者利用高分子領(lǐng)域中比較先進(jìn)的技術(shù)—互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(簡稱IPN)和高分子合金技術(shù)研究出一些獨(dú)創(chuàng)的新的灌漿材料。如環(huán)氧一聚氨酯互穿網(wǎng)絡(luò)灌漿材料。
目前國內(nèi)常用的化學(xué)灌漿材料按其性能與用途大致分為兩大類，共有六大品種系列和上百種品牌產(chǎn)品。第一類是防滲止水型，包括水玻璃、丙烯酸鹽、聚氨酯和木質(zhì)素漿材四大品種系列。第二類是補(bǔ)強(qiáng)加固型，包括環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸甲酯漿材兩大品種。環(huán)氧樹脂漿材又可分為非活性稀釋劑、活性稀釋劑及蚨喃樹脂三大品種。國內(nèi)主要環(huán)氧樹脂漿材品牌及研發(fā)單位見表5.1，進(jìn)入中國市場的國外環(huán)氧樹脂漿材品牌及代理商見表5.2。
表3.1 國內(nèi)主要環(huán)氧樹脂漿材品牌及研發(fā)單位
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環(huán)氧樹脂漿材品牌 |
研發(fā)單位 |
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SK-1 |
中國水利水電科學(xué)研究院(北京) |
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中化—798 |
中科院綿陽化學(xué)研究所 |
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中化-798-3(KH-3) |
綿陽科化防水防腐補(bǔ)強(qiáng)有限公司 |
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CW系列 |
長江委長江科學(xué)院(武漢) |
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HK-G |
杭州國電水利電力工程有限公司(原華東院科研所) |
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JX |
中國水電基礎(chǔ)局有限公司科研所(天津) |
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801 |
湖南省水電設(shè)計院科研所(長沙) |
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SJK-02 |
綿陽市金科化灌有限公司 |
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廣東灌漿島路橋新技術(shù)發(fā)展有限公司(廣東陽江) |
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TS系列 |
綿陽市臺實(shí)防水補(bǔ)強(qiáng)有限公司 |
表3.2 進(jìn)入中國市場的國外環(huán)氧樹脂漿材品牌及代理商
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環(huán)氧樹脂漿材品牌 |
代理商 |
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DENEPOX 40(比利時) |
上海遂星工貿(mào)有限公司 |
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MC(德國) |
上海先特涂裝工程有限公司 |
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(德國) |
上海麥斯特建材有限公司 |
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Sikadur 752(瑞士) |
水利部小浪底咨詢有限公司 |
4 環(huán)氧樹脂漿材廠商的牌號及主要物理力學(xué)性能實(shí)例
1、牌號：Denepox40 (環(huán)氧樹脂漿材)
混合比率(A/B)：重量比 100/30
生產(chǎn)廠：比利時de neef conchem 公司
經(jīng)銷商：上海遂星工貿(mào)有限公司
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性能 |
數(shù)據(jù) |
檢測標(biāo)準(zhǔn) |
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干混凝土的粘接強(qiáng)度/N/mm2 |
6.0 |
GB 16777—1997 |
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濕混凝土的粘接強(qiáng)度/N/mm2 |
3.6 |
JC/T 894—2001 |
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抗壓強(qiáng)度/MPa |
90 |
GB 2569—1981 |
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抗拉強(qiáng)度/MPa |
60 |
GB 2568—1981 |
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斷裂延伸率/％ |
< 10 |
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密度/(g/cm3) |
1.1 |
ASTM D-638 |
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粘度/(25℃)/ MPa·s |
75 |
|
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操作時間(100g,25℃)/min |
80 |
|
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使用低溫度/℃ |
10 |
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*固化時間為7d(25℃)
*A組份粘度/(25℃) 125 CPS + 25
*B組份粘度/(25℃) 25 CPS + 5
2、牌號：MC-DUR 1264KF(環(huán)氧樹脂漿材)
混合比率(A/B)：重量比 3/1
生產(chǎn)廠：德國MC-Bauchemie 公司
經(jīng)銷商：上海先特涂裝工程有限公司
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性能 |
數(shù)據(jù) |
檢測標(biāo)準(zhǔn) |
|
干混凝土的粘接強(qiáng)度/N/mm2 |
|
|
|
濕混凝土的粘接強(qiáng)度/N/mm2 |
|
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抗壓強(qiáng)度/N/mm2 |
85 |
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抗拉強(qiáng)度/N/mm2 |
35 |
|
|
斷裂延伸率/％ |
|
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密度/g/cm3 |
1.07 |
|
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粘度/(25℃)/MPa·s |
95 |
|
|
操作時間(100g 25℃)/min |
57 |
|
|
使用低溫度/℃ |
|
|
|
玻璃化溫度/℃ |
51 |
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儲存期/月 |
>12 |
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3、牌號：中化-798-Ⅲ高滲透改性環(huán)氧化學(xué)灌漿材料(KH-3)
雙組份混合比率(A/B)：重量比
研制生產(chǎn)單位：綿陽科化防水防腐補(bǔ)強(qiáng)有限公司
企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)號：Q/(J)KH 00 -2004
力學(xué)性能及防水能力(膠砂體*)
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項 目 |
單 位 |
指 標(biāo) |
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抗壓強(qiáng)度 |
MPa |
≥60 |
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抗拉強(qiáng)度 |
MPa |
≥7 |
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抗剪強(qiáng)度 |
MPa |
≥20 |
|
粘結(jié)強(qiáng)度 |
MPa |
≥6/≥5 |
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抗壓系數(shù)** |
％ |
≥0.9 |
|
透水壓力比 |
％ |
≥300 |
* 膠砂體是化灌材料和砂按1L ：1.75kg的比例混合而成，砂為120目的石英砂。
** 抗壓系數(shù) = 凍融循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度/凍融循環(huán)前的抗壓強(qiáng)度×100
*** 透水壓力比 = 受壓試件的透水壓強(qiáng)/基準(zhǔn)試件的透水壓強(qiáng)×100
5 隧道及地下工程防水堵漏工法
“土木建筑上海市市級工法”(1990～1996年度)一書中，編有《隧道防水堵漏工法》。
該工法在上海地鐵一號線區(qū)間隧道、延安東路越江隧道、打浦路越江隧道、金山石化總廠進(jìn)排水隧道等大型工程上得到應(yīng)用，達(dá)到了止水、防水的目的，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。其中列有“環(huán)氧樹脂漿料”的工程應(yīng)用方法。該工法的要點(diǎn)如下。
5.1 特點(diǎn)
防水堵漏工法能有效解決地下工程中混凝土結(jié)構(gòu)的接縫、施工縫、變形縫、蜂窩麻面及混凝土收縮裂縫等滲漏水、止水、防水效果顯著。利用特殊的工藝、材料可對混凝土裂縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
5.2 適用范圍
適用于各種地下工程的防水、堵漏施工，如人防地下室、地下通道、地下車庫等工程的防水堵漏。
5.3 工藝原理
防水堵漏工法所采用的基本原理是化學(xué)灌漿。化學(xué)灌漿就是利用手工或機(jī)械手段，在壓力作用下，將特制的化灌材料灌入到建筑物結(jié)構(gòu)裂隙中，使灌漿材料在裂隙中凝固，以達(dá)到充填裂隙和止水的目的。
5.4 施工工藝
5.4.1 柔剛結(jié)合防水堵漏工藝
防水堵漏工藝程序為：打毛、切割、剔槽；抽管、嵌縫、抹面、注漿。
5.4.1.1 割縫、剔槽：用金剛石鋸片混凝土切割機(jī)切割，切割寬度(4～5)cm，溝深(5～6)cm，然后用沖擊電鉆剔槽，后用電鏟和人工精修成(5～6)cm深的溝槽。
5.4.1.2 抽管、嵌縫：采用φ14mmPVC膠管作模，雙快水泥或其他快凝水泥壓管封縫，進(jìn)行抽管作業(yè)，后留出引水注漿管。
5.4.2.3 抹面
抹面防水可按五層抹面防水做法實(shí)施。也可采用氯丁膠聚合物砂漿抹面。抹面完成后要澆水養(yǎng)護(hù)3～4天。
5.4.2.4 注漿
首先用手掀式注漿泵向引水管壓水，然后再壓注化學(xué)灌漿材料。待漿液固化后，用小刀割掉預(yù)埋引水管，再用雙快水泥封閉。
5.5 防水堵漏材料
5.5.1 封縫材料
5.5.2 嵌縫材料
5.5.3 化學(xué)灌漿材料
化學(xué)灌漿材料種類繁多，常有的為水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、環(huán)氧樹脂灌漿材料； 化學(xué)灌漿材料固結(jié)體要有一定抗壓抗拉強(qiáng)度，耐久性、穩(wěn)定性好。
5.6 質(zhì)量要求
防水堵漏質(zhì)量首先要滿足委托方要求，大型的隧道、地下車站、泵站等防水堵漏經(jīng)施工后的滲漏量應(yīng)符合國家規(guī)范所規(guī)定的滲漏量。施工中要及時做好隱蔽工程驗收工作。
5.7 機(jī)械設(shè)備：沖擊電錘、沖擊電鉆、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)鎬、齒輪注漿泵等
5.8 施工安全
5.9 勞動組織：以小型施工隊為好，通常由5～8名施工人員組成。其中需配備1名中等專業(yè)技術(shù)人員，進(jìn)行灌漿材料的配制。施工小隊中還應(yīng)配有電工、機(jī)修工各1名。
6 《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》的襯砌裂縫注漿條文
6.1 注漿工程章節(jié)中襯砌裂縫注漿的基本內(nèi)容釋義
本規(guī)范“襯砌裂縫注漿”專指采用化學(xué)注漿的方法，對鋼筋混凝土襯砌裂縫進(jìn)行滲漏水治理的施工質(zhì)量控制。
防水混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)寬度小于2mm的裂縫應(yīng)選用化學(xué)注漿，注漿材料宜采用環(huán)氧樹脂、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯等漿液；寬度大于2mm的混凝土裂縫要考慮注漿的補(bǔ)強(qiáng)效果，注漿材料宜采用超細(xì)水泥、改性水泥漿液或特殊化學(xué)注漿。
6.2 襯砌裂縫注漿的技術(shù)立法著眼點(diǎn)
6.2.1 明確了適用的工程對象
·鋼筋混凝土襯砌裂縫的滲漏水治理
6.2.2 按防水混凝土裂縫寬度選用漿材
防水混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)寬度小于2mm的裂縫應(yīng)選用化學(xué)注漿，注漿材料宜采用環(huán)氧樹脂、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯等漿液；寬度大于2mm的混凝土裂縫要考慮注漿的補(bǔ)強(qiáng)效果，注漿材料宜采用超細(xì)水泥、改性水泥漿液或特殊化學(xué)注漿。
6.2.3 對裂縫注漿所選用水泥的細(xì)度作了規(guī)定
6.2.4 規(guī)定了5條襯砌裂縫注漿過程質(zhì)量控制具體內(nèi)容
規(guī)范第7.2.4條規(guī)定了襯砌裂縫注漿過程質(zhì)量控制的要求。
·淺裂縫應(yīng)騎槽粘埋注漿嘴，必要時沿縫開鑿“V”槽并用水泥砂漿封縫；
·深裂縫應(yīng)騎縫鉆孔或斜向鉆孔至裂縫深部，孔內(nèi)埋設(shè)注漿管，間距應(yīng)根據(jù)裂縫寬度而定，但每條裂縫至少有一個進(jìn)漿孔和一個排氣孔；
·注漿嘴及注漿管應(yīng)設(shè)于裂縫的交叉處、較寬處及貫穿處等部位；對封縫的密封效果應(yīng)進(jìn)行檢查；
·采用低壓低速注漿，化學(xué)注漿壓力宜為(0.2～0.4)Mpa, 水泥漿灌漿壓力宜為(0.4～0.8)Mpa；
·注漿后待縫內(nèi)漿液初凝而不外流時，方可拆下注漿嘴并進(jìn)行封口抹平。
6.3 襯砌裂縫注漿質(zhì)量驗收的主控項目和一般項目
主控項目
·注漿材料及其配合比必須符合設(shè)計要求。
檢驗方法：檢查出廠合格證、質(zhì)量檢驗報告、計量措施和試驗報告。
·注漿效果必須符合設(shè)計要求。
檢驗方法：滲漏水量測，必要時采用鉆孔取芯、壓水(或空氣)等方法檢查。
一般項目
·鉆孔埋管的孔徑和孔距應(yīng)符合設(shè)計要求。
檢驗方法：檢查隱蔽工程驗收記錄。
·注漿的控制壓力和進(jìn)漿量應(yīng)符合設(shè)計要求。
檢驗方法：檢查隱蔽工程驗收記錄。
7 結(jié)語
7.1 國外同類產(chǎn)品進(jìn)入中國市場的有比利時的De Neef 公司牌號Denepox40(上海遂星工貿(mào)有限公司代理)、德國MC-Bauchemie公司牌號MC-DUR1264KF(上海先特涂裝工程有限公司代理)、德國Degussa公司牌號INLECTIONRESIN LPL(上海麥斯特建材有限公司)等近十家公司產(chǎn)品。因環(huán)保性能好，占有一定市場份額。工程應(yīng)用范圍不斷增加。
7.2 國內(nèi)環(huán)氧樹脂漿材的基礎(chǔ)化工原材料與國外有一定的差距。因此，終產(chǎn)品的色澤、氣味明顯不同。這一差距，就使市場上國內(nèi)外產(chǎn)品的價格差增大。國內(nèi)生產(chǎn)廠，有待技術(shù)創(chuàng)新，改善自己產(chǎn)品的環(huán)保性能。
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