CN108609927A - 轻质保温复合泡沫混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土及其制备技术领域，具体涉及轻质保温复合泡沫混凝土，所述轻质保温复合泡沫混凝土，由如下重量份数的原料制成：轻骨料30～60重量份、粉煤灰10～25重量份、水泥15～35重量份、细砂15～30重量份、硅藻土5～12重量份、蒙脱土3～15重量份、废旧橡胶粒3～8重量份、氧化石墨烯3～8重量份、硅酸铝纤维2～10重量份、硅烷偶联剂1～8重量份、马来酸酐1～5重量份、表面活性剂0.5～2重量份、发泡剂1～3重量份、减水剂0.5～1.5重量份、其它助剂0～5重量份。本发明的轻质保温复合泡沫混凝土具有重量轻、强度高特点，而且该复合泡沫混凝土具有保温防火的效果，能够满足建筑业对轻质保温复合泡沫混凝土性能指标要求，具有良好的应用前景。

Description

轻质保温复合泡沫混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土及其制备技术领域，具体涉及轻质保温复合泡沫混凝土。
背景技术
目前在工业和民用建筑中使用最多的普通轻质保温复合泡沫混凝土，虽然强度(一般为20-30MPa)能够基本满足建筑结构的要求，但是比较笨重。然而，目前普通轻质保温复合泡沫混凝土和加气轻质保温复合泡沫混凝土都属于脆性材料，很容易因收缩而产生微裂缝，甚至完全破坏。市场上的轻质轻质保温复合泡沫混凝土的强度很低(一般＜5MPa)，无法满足建筑结构的要求，只能做非承重的隔墙或保温材料。此外，加气轻质保温复合泡沫混凝土非常脆，很容易在运输和施工过程中破碎。因此，制备具有轻质高强、防水防开裂功能的泡沫轻质保温复合泡沫混凝土是紧迫需要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种轻质保温复合泡沫混凝土，它具有重量轻、强度高特点，而且该复合泡沫混凝土具有保温防火的效果，能够满足建筑业对轻质保温复合泡沫混凝土性能指标要求，具有良好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明提供一种轻质保温复合泡沫混凝土，由如下重量份数的原料制成：轻骨料30～60重量份、粉煤灰10～25重量份、水泥15～35重量份、细砂15～30重量份、硅藻土5～12重量份、蒙脱土3～15重量份、废旧橡胶粒3～8重量份、氧化石墨烯3～8重量份、硅酸铝纤维2～10重量份、硅烷偶联剂1～8重量份、马来酸酐1～5重量份、表面活性剂0.5～2重量份、发泡剂1～3重量份、减水剂0.5～1.5重量份、其它助剂0～5重量份。
通过上述技术方案，本发明采用粉煤灰、水泥、细砂、蒙脱土、硅藻土和轻质骨料复合作为骨料，提高轻质保温复合泡沫混凝土的内部孔隙率，显著降低轻质保温复合泡沫混凝土的弹性模量，同时降低轻质保温复合泡沫混凝土的堆积密度和质量密度，具有轻质化的特点。硅酸铝纤维和氧化石墨烯的加入能够显著提高轻质保温复合泡沫混凝土的抗裂性能和强度，同时降低混凝土材料的导热系数，达到保温、隔热的效果；且本发明的原料组份多为工业废料，能够减少工业废弃物对环境的污染。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种轻质保温复合泡沫混凝土，由如下重量份数的原料制成：轻骨料30～60重量份、粉煤灰10～25重量份、水泥15～35重量份、细砂15～30重量份、硅藻土5～12重量份、蒙脱土3～15重量份、废旧橡胶粒3～8重量份、氧化石墨烯3～8重量份、硅酸铝纤维2～10重量份、硅烷偶联剂1～8重量份、马来酸酐1～5重量份、表面活性剂0.5～2重量份、发泡剂1～3重量份、减水剂0.5～1.5重量份、其它助剂0～5重量份。
为了进一步提高所述轻质轻质保温复合泡沫混凝土的强度，优选条件下，所述轻质保温复合泡沫混凝土，由如下重量份数的原料制成：轻骨料40～50重量份、粉煤灰15～20重量份、水泥20～30重量份、细砂20～25重量份、硅藻土8～10重量份、蒙脱土5～12重量份、废旧橡胶粒3～8重量份、氧化石墨烯3～8重量份、硅酸铝纤维3～8重量份、硅烷偶联剂2～5重量份、马来酸酐1～5重量份、表面活性剂0.5～2重量份、发泡剂1～3重量份、减水剂0.5～1.5重量份、其它助剂0～5重量份。更优选的，所述轻质保温复合泡沫混凝土，由如下重量份数的原料制成：轻骨料42重量份、粉煤灰18重量份、水泥23重量份、细砂22重量份、硅藻土9重量份、蒙脱土8重量份、废旧橡胶粒5重量份、氧化石墨烯5重量份、硅酸铝纤维6重量份、硅烷偶联剂3重量份、马来酸酐2重量份、表面活性剂1重量份、发泡剂2重量份、减水剂1重量份、其它助剂3重量份。
本发明采用粉煤灰、水泥、细砂、蒙脱土、硅藻土和轻质骨料复合作为骨料，提高轻质保温复合泡沫混凝土的内部孔隙率，显著降低轻质保温复合泡沫混凝土的弹性模量，同时降低轻质保温复合泡沫混凝土的堆积密度和质量密度，具有轻质化的特点。
通过加入轻质骨料能够在不影响轻质保温复合泡沫混凝土强度的条件下降低轻质保温复合泡沫混凝土的质量，优选条件下，所述轻骨料选自黏土陶粒、浮石、聚乙烯泡沫塑料、膨胀蛭石中的至少一种；所述轻骨料的粒径为1～5mm。
优选条件下，所述橡胶粒的粒径为1～5mm。
通过加入发泡剂能够在轻质保温复合泡沫混凝土内部性能气孔，从而进一步降低轻质保温复合泡沫混凝土的重量，优选条件下，所述发泡剂为铝粉、镁粉、锌粉、双氧水和松香皂中的至少一种。
优选条件下，所述表面活性剂选自十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸、仲烷基磺酸钠、脂肪醇羟乙基磺酸钠、N-月桂酰肌胺酸钠、椰子酰甲基牛磺酸钠、α-烯基磺酸钠、十二烷基磷酯酯三乙醇胺中的至少一种。
优选条件下，所述减水剂为NF型或FDN型或UNF-2型或AF型或S型或MF型高效减水剂。
优选条件下，所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
为了进一步优化轻质轻质保温复合泡沫混凝土的综合性能以及施工性能，所述其它助剂选自稳泡剂、憎水剂、保水剂、早强剂和缓凝剂中的至少一种。其中，所述稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、硬脂酸钠中的至少一种；所述憎水剂为有机硅憎水剂、硅烷基憎水剂、硬脂酸钙中的至少一种；所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基增强纤维素醚；所述早强剂为铝酸钠、碳酸锂、无水硫酸钠中的至少一种；所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠中的至少一种。
本发明还提供一种所述轻质保温复合泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将硅酸铝纤维、硅烷偶联剂和马来酸酐在水中混合均匀后，在80～120℃下保温1～5h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、氧化石墨烯与表面活性剂在水中，在150～200℃下保温5～8h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
(2)将轻骨料、粉煤灰、水泥、细砂、硅藻土、蒙脱土、废旧橡胶粒、和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将减水剂和其它助剂在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将发泡剂加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
本发明通过硅烷偶联剂和马来酸酐对硅酸铝纤维进行改性，在硅酸铝纤维表面引入高反应活性的官能团，提高了硅酸铝纤维的反应活性，然后再与石墨烯进行复合，能够进一步提高混凝土的强度和保温性能。
通过对废旧橡胶进行改性，能够在橡胶粒的表面引入带电官能团，与其它原料混合后通过电荷间相互作用，提高其结合力，从而提高混凝土的强度，优选条件下，所述废旧橡胶的改性工艺为：将废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡3～5h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与PEG 400在水中混合均匀后，在80～120℃下搅拌反应1～2h，得到改性橡胶。
实施例1
(1)将6g硅酸铝纤维、3gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和2g马来酸酐在水中混合均匀后，在100℃下保温2h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、5g氧化石墨烯与1g N-月桂酰肌胺酸钠在水中，在180℃下保温6h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
将5g废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡4h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与10g PEG400在水中混合均匀后，在100℃下搅拌反应1h，得到改性橡胶粒；
(2)将22g黏土陶粒、20g浮石、18g粉煤灰、23g水泥、22g细砂、9g硅藻土、8g蒙脱土、上述改性橡胶粒和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将1g聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、0.5g硬脂酸钙、0.5g羟乙基甲基增强纤维素醚、0.5g铝酸钠和0.5g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将2g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
实施例2
(1)将3g硅酸铝纤维、2g乙烯基三甲氧基硅烷和5g马来酸酐在水中混合均匀后，在100℃下保温3h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、3g氧化石墨烯与1g椰子酰甲基牛磺酸钠在水中，在160℃下保温8h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
将8g废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡4h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与10g PEG400在水中混合均匀后，在100℃下搅拌反应1h，得到改性橡胶；
(2)将40g浮石、20g聚乙烯泡沫塑料、15g粉煤灰、30g水泥、30g细砂、12g硅藻土、15g蒙脱土、8g改性橡胶粒和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将1.5g将聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、1g硬脂酸钙、1g羟乙基甲基增强纤维素醚、1g铝酸钠和1g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将1g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
实施例3
将8g硅酸铝纤维、5gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和1g马来酸酐在水中混合均匀后，在120℃下保温1h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、8g氧化石墨烯与2g椰子酰甲基牛磺酸钠在水中，在200℃下保温5h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
将3g废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡4h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与10g PEG400在水中混合均匀后，在100℃下搅拌反应1h，得到改性橡胶；
(2)将30g膨胀蛭石、20g浮石、25g粉煤灰、20g水泥、15g细砂、8g硅藻土、5g蒙脱土、改性橡胶粒和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将0.5g将聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、0.5g硬脂酸钙、1g羟乙基甲基增强纤维素醚、0.5g铝酸钠和1g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将3g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
实施例4
(1)将2g硅酸铝纤维、1g N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和1g马来酸酐在水中混合均匀后，在80℃下保温5h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、3g氧化石墨烯与0.5g十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠在水中，在150℃下保温8h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
将3g废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡4h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与10g PEG400在水中混合均匀后，在100℃下搅拌反应1h，得到改性橡胶；
(2)将20g黏土陶粒、20g浮石、20g聚乙烯泡沫塑料、20g粉煤灰、15g水泥、20g细砂、10g硅藻土、12g蒙脱土、改性橡胶粒和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将0.8g将聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、1g铝酸钠和1g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将3g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
实施例5
(1)将10g硅酸铝纤维、8g乙烯基三甲氧基硅烷和5g马来酸酐在水中混合均匀后，在100℃下保温1h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、8g氧化石墨烯与2g十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠在水中，在200℃下保温6h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
将8g废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡4h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与10gPEG400在水中混合均匀后，在100℃下搅拌反应1h，得到改性橡胶；
(2)将30g膨胀蛭石、10g粉煤灰、35g水泥、25g细砂、5g硅藻土、3g蒙脱土、改性橡胶粒和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将2g将聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将1.5g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
对比例1
(1)将22g黏土陶粒、20g浮石、18g粉煤灰、23g水泥、22g细砂、9g硅藻土、8g蒙脱土、5g废旧橡胶粒和6g硅酸铝纤维在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(2)将1g聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、0.5g硬脂酸钙、0.5g羟乙基甲基增强纤维素醚、0.5g铝酸钠和0.5g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将2g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
对比例2
(1)将6g硅酸铝纤维、3gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和2g马来酸酐在水中混合均匀后，在100℃下保温2h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；
将5g废旧橡胶粒在pH为6～6.5的酸性溶液中浸泡4h，得到酸化橡胶，将酸化橡胶与10g PEG400在水中混合均匀后，在100℃下搅拌反应1h，得到改性橡胶粒；
(2)将22g黏土陶粒、20g浮石、18g粉煤灰、23g水泥、22g细砂、9g硅藻土、8g蒙脱土、上述改性橡胶粒和上述改性硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将1g聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、0.5g硬脂酸钙、0.5g羟乙基甲基增强纤维素醚、0.5g铝酸钠和0.5g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将2g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
对比例3
(1)将6g硅酸铝纤维、3gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和2g马来酸酐在水中混合均匀后，在100℃下保温2h，然后离心洗涤干燥后得到改性硅酸铝纤维；接着将改性硅酸铝纤维、5g氧化石墨烯与1g N-月桂酰肌胺酸钠在水中，在180℃下保温6h，离心洗涤干燥后，得到氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)；
(2)将22g黏土陶粒、20g浮石、18g粉煤灰、23g水泥、22g细砂、9g硅藻土、8g蒙脱土、5g废旧橡胶粒和上述氧化石墨烯/硅酸铝纤维复合物(rGo-ASF)在机械搅拌条件下混合均匀得粉料混合物；
(3)将1g聚羧酸减水剂(型号PASP-Ca，购自山东远联化工有限公司)、1g十二烷基苯磺酸钠、0.5g硬脂酸钙、0.5g羟乙基甲基增强纤维素醚、0.5g铝酸钠和0.5g葡萄糖酸钠在水中分散均匀后加入上述粉料混合物中，继续搅拌60～150s得到混合浆料；最后将2g双氧水(5wt％)加入到混合浆体中，搅拌均匀得轻质保温复合泡沫混凝土。
实验例1：对实施例1-5所制备的轻质保温复合泡沫混凝土的使用性能进行测试，实验结果如表1所示。
表1实施例1-5和对比例1-3中各轻质保温复合泡沫混凝土的性能表
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：轻骨料30～60重量份、粉煤灰10～25重量份、水泥15～35重量份、细砂15～30重量份、硅藻土5～12重量份、蒙脱土3～15重量份、废旧橡胶粒3～8重量份、氧化石墨烯3～8重量份、硅酸铝纤维2～10重量份、硅烷偶联剂1～8重量份、马来酸酐1～5重量份、表面活性剂0.5～2重量份、发泡剂1～3重量份、减水剂0.5～1.5重量份、其它助剂0～5重量份。
2.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：轻骨料40～50重量份、粉煤灰15～20重量份、水泥20～30重量份、细砂20～25重量份、硅藻土8～10重量份、蒙脱土5～12重量份、废旧橡胶粒3～8重量份、氧化石墨烯3～8重量份、硅酸铝纤维3～8重量份、硅烷偶联剂2～5重量份、马来酸酐1～5重量份、表面活性剂0.5～2重量份、发泡剂1～3重量份、减水剂0.5～1.5重量份、其它助剂0～5重量份。
3.根据权利要求2所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：轻骨料42重量份、粉煤灰18重量份、水泥23重量份、细砂22重量份、硅藻土9重量份、蒙脱土8重量份、废旧橡胶粒5重量份、氧化石墨烯5重量份、硅酸铝纤维6重量份、硅烷偶联剂3重量份、马来酸酐2重量份、表面活性剂1重量份、发泡剂2重量份、减水剂1重量份、其它助剂3重量份。
4.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，所述轻骨料选自黏土陶粒、浮石、聚乙烯泡沫塑料、膨胀蛭石中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，所述发泡剂为铝粉、镁粉、锌粉、双氧水和松香皂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂选自NF型减水剂、FDN型减水剂、UNF-2型减水剂、AF型减水剂、S型减水剂和MF型减水剂中的一种。
8.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，所述其它助剂选自稳泡剂、憎水剂、保水剂、早强剂和缓凝剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的轻质保温复合泡沫混凝土，其特征在于，所述稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、硬脂酸钠中的至少一种；
所述憎水剂为有机硅憎水剂、硅烷基憎水剂、硬脂酸钙中的至少一种；
所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基增强纤维素醚；
所述早强剂为铝酸钠、碳酸锂、无水硫酸钠中的至少一种；
所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠中的至少一种。
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