專利名稱::一種海工混凝土抗腐蝕外加劑的制作方法一種海工混凝土抗腐蝕外加劑
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及一種專門(mén)用于海工混凝土的抗腐蝕外加劑,屬于混凝土外加劑
技術(shù)領(lǐng)域:
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背景技術(shù):
:海工混凝土是指在海洋環(huán)境中服役,受海水或海風(fēng)侵?jǐn)_的混凝土。在海洋環(huán)境中,混凝土結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象非常普遍,已建的海工工程多數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命的要求,因此提高混凝土耐久性是擺在海工工程投資者、設(shè)計(jì)者以及施工者面前一個(gè)重要而又迫切的問(wèn)題。引起海工混凝土破壞的主要原因分別是鋼筋銹蝕、寒冷氣候下的凍害、環(huán)境侵蝕的物理化學(xué)作用等等。其中鋼筋銹蝕是造成混凝土破壞的主要原因;當(dāng)海洋環(huán)境中的氯離子擴(kuò)散進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部,并在鋼筋表面積聚到一定的濃度一臨界濃度時(shí),就會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋表面的鈍化膜,致使鋼筋銹蝕;另外寒冷氣候下混凝土的凍害和環(huán)境中硫酸鹽等有害物質(zhì)的侵蝕也是造成混凝土破壞的重要原因,由于干濕交替或凍融循環(huán)會(huì)使混凝土產(chǎn)生結(jié)晶壓力,而硫酸鹽與水化產(chǎn)物生成鈣礬石的反應(yīng)會(huì)使混凝土產(chǎn)生體積膨脹,它們作用的結(jié)果將導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂和剝落,并失去對(duì)鋼筋的保護(hù)能力,加速鋼筋銹蝕的進(jìn)程。研究表明大幅度提高混凝土的抗?jié)B透性,降低收縮開(kāi)裂,減少混凝土內(nèi)部的有害成份,阻止Cl—在混凝土孔相中的遷移,是改善混凝土抗海水和其他有害介質(zhì)的侵蝕,提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的技術(shù)關(guān)鍵。目前提高混凝土耐久性的的主要措施有兩大類一是改善混凝土質(zhì)量,提高混凝土自身的防護(hù)能力,采用高密實(shí)、高抗裂的混凝土;第二類為采用混凝土外涂層、特殊鋼筋(如環(huán)氧涂層鋼筋、不銹鋼筋等)、陰極保護(hù)及鋼筋阻銹劑等附加措施。由于這些附加措施不同程度地存在著使用壽命短、對(duì)混凝土工作性及力學(xué)性能有影響、造價(jià)昂貴等缺點(diǎn),而且所有附加措施,都只有在耐久性良好的密實(shí)混凝土中才能起到應(yīng)有的作用,因此,增加混凝土本身的密實(shí)性、大幅度的提高混凝土的抗裂抗?jié)B能力、防止cr的侵入才是解決海工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的根本途徑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)海洋環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)破壞因素多元化的技術(shù)問(wèn)題,提供了一種抗海水侵蝕的海工混凝土抗腐蝕外加劑。本發(fā)明通過(guò)多種材料的合理匹配、復(fù)合,形成交互疊加的效應(yīng),大幅度的提高混凝土的抗裂抗?jié)B能力,防止cr的侵入,從而達(dá)到防止海水及其含有有害物質(zhì)的侵蝕,達(dá)到提高海工混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。本發(fā)明由下列組分按照重量比例配制而成硫鋁酸鹽微膨脹劑40-80%;合成纖維0.1-2.0%;特種防腐助劑1-10%;粉狀填料10-40%;減水劑0-12%所述硫酸鹽微膨脹劑為滿足JC467-2001標(biāo)準(zhǔn)要求的硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑或明礬石類膨脹劑。上述膨脹劑在與水泥水化產(chǎn)物生成鈣凡石的過(guò)程中可產(chǎn)生0.2-0.7Mpa的自應(yīng)力,從而可補(bǔ)償混凝土的收縮,使混凝土的密實(shí)性顯著提高。所述合成纖維為混凝土用合成纖維,包括單絲聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、合成粗纖維、聚乙烯醇纖維、網(wǎng)狀聚丙烯纖維中的任意一種。數(shù)量眾多的合成纖維可在混凝土中產(chǎn)生微細(xì)配筋及網(wǎng)狀承托作用,抑制混凝土的開(kāi)裂過(guò)程。前述合成粗纖維是由聚丙烯與聚乙烯粒子混合熔融拉絲而成的當(dāng)量直徑大于0.5毫米的纖維,有市售。所述防腐助劑為亞鋁酸鈉、亞鋁酸鈣、亞硝酸鉀、亞硝酸鋇等防銹成分,防腐助劑能夠吸納和固化對(duì)鋼筋銹蝕危害較大的cr、S042—等有害物質(zhì),保護(hù)鋼筋免受侵蝕。所述超細(xì)礦物為煉鐵用?;郀t磨細(xì)礦粉、粉煤灰、硅灰中的一種或者一種以上任意比例的混合物,這些礦物的粒徑盡管各不相同但其比表面積均不低于400tnVkg,遠(yuǎn)小于水泥顆粒的平均粒徑,當(dāng)他們加入混凝土中時(shí),可與水泥形成具有良好的微級(jí)配復(fù)合膠凝體系,并在水化過(guò)程中相互填充,使混凝土的孔隙率降低,密實(shí)性大幅度提高,從而提高混凝土抵抗有害物質(zhì)侵入。所述高效減水劑為滿足GB8076-1997標(biāo)準(zhǔn)要求的固體高效減水劑或固體緩凝高效減水劑,優(yōu)選以P-萘磺酸鹽甲醛縮合聚物為主要成份的萘系減水劑或聚羧酸減水劑。本發(fā)明的生產(chǎn)方法是采用二級(jí)干粉混料工藝,即采用無(wú)重力混料機(jī)、螺帶混料機(jī)、雙螺旋混料機(jī)中的任意兩種組合,以提高各組分的混合的均勻性,提高混合效率。本發(fā)明的摻量為混凝土中膠凝材料重量的6-15%(內(nèi)摻),具體摻入量根據(jù)工程的需要確定。抗一般侵蝕工程摻量為6-10%;抗中等侵蝕工程,摻量為8-12%;抗強(qiáng)侵蝕工程,摻量為10-15%,可等量或部分取代水泥使用。本發(fā)明的主要功能1、改善和易性,提高混凝土強(qiáng)度本發(fā)明是一種高活性、高比表面積(不低于400m7kg)的微粉材料,摻入混凝土中可改善混凝土的工作性能,并促進(jìn)水泥水化硬化,提高混凝土的早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度。2、提高混凝土抗裂防滲能力本發(fā)明可有效地保護(hù)鋼筋的混凝土保護(hù)層,防止混凝土開(kāi)裂,同時(shí)可優(yōu)化混凝土的微觀結(jié)構(gòu),提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B能力。3、提高混凝土抗海水,抗硫酸鹽腐蝕能力本發(fā)明可在效地阻止cr、S0/—等有害物質(zhì)的侵入,并消解水泥石中可能與硫酸鹽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的不穩(wěn)定成分,從而可提高混凝土的的抗海水和抗硫酸鹽侵蝕能力。4、提高混凝土抗凍能力寒冷季節(jié)里,由于潮汐作用引起的反復(fù)凍融,是造成海工混凝土破壞的重要原因,本發(fā)明有引氣成分,可在混凝土中引入微小氣泡。因此,可提高混凝土的抗凍能力。5、提高混凝土抗沖擊抗磨損能力本發(fā)明摻入混凝土?xí)r,其纖維組份可形成三維亂向分布的支撐體系,從而保證混凝土泌水均勻,并阻礙骨料的離析,使混凝土擁有更為牢固的表面,因此可大幅度地提高海工建筑物抵御海浪沖擊及磨損的能力。6、抑制堿骨料反應(yīng)本發(fā)明在與水泥水化過(guò)程中能使Na+、K+代替部分0&2+而固結(jié)到C-S-H凝膠中,可降低堿含量,有效防止混凝土堿骨料反應(yīng)。本發(fā)明的作用機(jī)理1.多重措施,防止開(kāi)裂本發(fā)明內(nèi)含合成纖維和微膨脹劑兩種抗裂組份,可從物理、化學(xué)兩方面提高混凝土的抗裂能力,為混凝土提供雙重保護(hù)一方面,數(shù)量眾多的合成纖維產(chǎn)生微細(xì)配筋及網(wǎng)狀承托作用,抑制了混凝土的開(kāi)裂進(jìn)程,另一方面,膨脹組份與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生適度膨脹,可防止混凝土收縮開(kāi)裂。2、多種礦物,高度抗?jié)B本發(fā)明的礦物選自粒化高爐磨細(xì)礦渣、粉煤灰或硅灰或前述物質(zhì)的復(fù)合物,這些礦物的粒徑各不相同,但都遠(yuǎn)小于水泥的平均粒徑,當(dāng)它們加入混凝土中時(shí),可與水泥形成具有良好微級(jí)配的四元復(fù)合膠凝體系,并在水化過(guò)程中相互填充,使得混凝土孔隙率降低,密實(shí)性大幅度提高,從而可提高混凝土抵抗有害介質(zhì)滲透的能力。3、特種助劑,保護(hù)鋼筋本發(fā)明在混凝土中引入能夠吸納和固化對(duì)鋼筋危害較大的cr、so/—等有害介質(zhì)的特殊組分,這些組份的存在,能在減少混凝土內(nèi)液相滲透通道的基礎(chǔ)上,使cr、so廣更加難以通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入到混凝土的內(nèi)部區(qū)域,從而可有效地保護(hù)鋼筋免遭侵蝕。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)本發(fā)明是一種專用于海工混凝土抗海水腐蝕、抗硫酸鹽腐蝕的多功能復(fù)合材料。與目前通常采用的大摻量礦粉、鋼筋阻銹劑等單一功能的海工抗腐蝕產(chǎn)品相比,本產(chǎn)品可在提高混凝土抗腐蝕能力的同時(shí),顯著地改善混凝土的綜合性能,并實(shí)現(xiàn)海工混凝土的高性能化。本發(fā)明的具體特點(diǎn)如下1、更多防護(hù)措施,更多安全保障本發(fā)明內(nèi)含合成纖維,微膨脹劑、防腐助劑、超塑化劑、粉狀填料等多種功能材料,它們?cè)诨炷林锌僧a(chǎn)生不同的作用機(jī)理超塑化劑的減水密實(shí)作用、纖維的物理配筋作用、微膨脹劑的補(bǔ)償收縮作用,防腐助劑對(duì)有害介質(zhì)的吸附作用、引氣組分的防凍作用、超細(xì)礦粉的填充作用及對(duì)膠凝材料潛在活性的激發(fā)作用等等,多種作用機(jī)理為混凝土提供了更多的保護(hù)措施,可為混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性提供更多的安全保障。2、復(fù)合化的疊加效應(yīng),生產(chǎn)高性能海工混凝土本發(fā)明含有多種功能材料,它們通過(guò)合理的匹配,以特殊的生產(chǎn)工藝復(fù)合時(shí),將產(chǎn)生交互疊加效應(yīng),并相互補(bǔ)充,互相加強(qiáng),從不同的層面,以不同的方式,在不同的階段對(duì)海工混凝土的性能作出最有效的改善,同時(shí)超細(xì)微粉技術(shù)和材料復(fù)合技術(shù)的共同作用,可在混凝土中形成良好的微級(jí)配,產(chǎn)生微集料效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、界面效應(yīng)、火山灰效應(yīng),最大程度地發(fā)揮多元膠凝材料的特點(diǎn)。海工混凝土抗腐蝕外加劑可改善混凝土的綜合性能,使混凝土具有耐久性能、施工性能、物理力學(xué)性能及其它相關(guān)性能俱佳的高性能混凝土的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)指標(biāo)本發(fā)明具有高抗裂、高抗?jié)B的性能,與其它抗裂防滲類海工防腐蝕產(chǎn)品相比,可更為有效地阻止cr、so42—的侵入,更顯著地提高混凝土抗海水、抗硫酸鹽腐蝕的能力,其主要技術(shù)指標(biāo)如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于海岸碼頭,跨海大橋,圍海造堤,水庫(kù)大壩,隧道涵道等海事工程,也可以應(yīng)用于有抗腐蝕要求的工程和民用建筑。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。配制下列抗腐蝕、抗硫酸鹽腐蝕的外加劑實(shí)施例h硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑55%,單絲聚丙烯纖維O.1%,亞硝酸鈉10%,?;郀t磨細(xì)礦粉30%,萘系減水劑4.9%實(shí)施例2:硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑40%,網(wǎng)狀聚丙烯纖維2.0%,亞硝酸鈉6.0%,粒化高爐磨細(xì)礦粉40.0%,萘系減水劑12.0%實(shí)施例3:硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑80%,聚丙烯腈纖維O.1%,亞硝酸鈣1.0%,粉煤灰10%,萘系減水劑8.9%實(shí)施例4:明礬石類微膨脹劑55%,聚丙烯纖維1.0%,亞硝酸鈉2.0%,?;郀t磨細(xì)礦粉32%,萘系減水劑12%實(shí)施例5:硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑55%,聚乙烯醇纖維1.0%,亞硝酸鈉1.0%,硅灰33%,萘系減水劑10%實(shí)施例6:硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑55%,聚乙烯醇纖維1.0%,亞硝酸鈉2.0%,硅灰32%,萘系減水劑10%。實(shí)施例7:明礬石類微膨脹劑63%,合成粗纖維1.0%,亞硝酸鈣1.0%,硅灰31%,聚羧酸減水劑4%。實(shí)施例8:明礬石類微膨脹劑68%,聚乙烯醇纖維1.0%,亞硝酸鈣1.0%,硅灰30%,。為評(píng)價(jià)海工混凝土抗腐蝕外加劑的抗海水、抗硫酸鹽的侵蝕能力,參照GB2420-81、GB/T17671-1999等標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)了相關(guān)的配合比,測(cè)定了所制備試件的抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)、抗海水侵蝕系數(shù)來(lái)研究海工混凝土抗腐蝕外加劑的性能。抗硫酸鹽侵蝕性的侵蝕性介質(zhì)為3%的硫酸鈉(Na2S04)溶液,抗海水腐蝕系數(shù)的侵蝕性介質(zhì)采用人工海水。實(shí)施例性能研究<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>為全面研究本發(fā)明的海工抗腐蝕劑的性能,參照J(rèn)C476-2001的標(biāo)準(zhǔn),使用中國(guó)水泥廠產(chǎn)金寧羊PII42.5R水泥、ISO中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)砂,選擇實(shí)施例3按內(nèi)摻12%的比例,測(cè)試了該海工抗腐蝕劑的物理力學(xué)性能,所測(cè)性能指標(biāo)如表l所示。一、海工抗腐蝕劑的物理力學(xué)性能表l物理力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表中可以看出,摻入海工抗腐蝕劑后,不僅不會(huì)影響膠砂的抗折抗壓強(qiáng)度,甚至能較大幅度地提高膠砂試件的抗折和抗壓強(qiáng)度。二、海工抗腐蝕劑的抗鹽類侵蝕性考慮到海工工程對(duì)抗腐蝕性的特殊要求,參照GB2420-81、GB/T17671-1999等標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)了相關(guān)的配合比,測(cè)定了所制備試件的抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)、抗海水侵蝕系數(shù)、C廠擴(kuò)散系數(shù)來(lái)研究海工抗腐蝕劑的抗侵蝕性。(一)試驗(yàn)方法使用中國(guó)水泥廠產(chǎn)金寧羊PII42.5R水泥,參照GB2420—81,采用水灰比0.50,灰砂比1:2.5,本發(fā)明海工抗腐蝕劑內(nèi)摻12%來(lái)制備膠砂試件若千組,抗腐蝕性試驗(yàn)所用膠砂配合比如表2所示,TM表示摻海工抗腐蝕劑的試件??沽蛩猁}侵蝕性的侵蝕性介質(zhì)為3%的硫酸鈉(Na2S04)溶液,抗海水腐蝕系數(shù)的侵蝕性介質(zhì)采用人工海水,其離子含量如表3所示。表2試驗(yàn)所用配合比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3人工海水中離子含量(克/升)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>試件脫模后,在5(TC水中養(yǎng)護(hù)7天后,將試件分為三組,第一組,在20'C水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天;第二組在20°。3%Na2S04溶液中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天,第三組在2(TC人工海水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天。(二)試驗(yàn)結(jié)果及討論依據(jù)上述試驗(yàn)方法,所得試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。_表4抗侵蝕性試驗(yàn)結(jié)果_抗折侵蝕系編號(hào)抗折強(qiáng)度(MPa)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折侵蝕系數(shù)數(shù)第一組20。C水中4.6615.0--第二組3%Na2S045.2216.41.121.09第三組人工海水5.2016.01.121.07從表4可以看出,摻入本發(fā)明海工抗腐蝕劑后,經(jīng)3^Na2S0,溶液和二倍人工海水腐蝕后,其抗折抗壓強(qiáng)度不但沒(méi)有降低,反而有所提高,該抗折和抗壓強(qiáng)度的抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)分別達(dá)到l.12和1.09,抗折和抗壓強(qiáng)度的抗海水侵蝕系數(shù)分別達(dá)到l.12和1.07。由于海洋環(huán)境中的C廠含量較高,故經(jīng)常采用抗C1—侵入性的指標(biāo)作為混凝土耐久性質(zhì)量的一種控制指標(biāo)。本試驗(yàn)中按表3中實(shí)施例3配合比制備膠砂試件,將試件置于NEL型混凝土快速真空保鹽裝置中按要求進(jìn)行真空保鹽,采用NEL法測(cè)試摻海工抗腐蝕劑的C廠擴(kuò)散系數(shù),對(duì)該膠砂試件的C廠滲透性進(jìn)行快速的評(píng)價(jià),為配合比設(shè)計(jì)和質(zhì)量檢驗(yàn)提供依據(jù)。所得試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。表5氯離子擴(kuò)散系數(shù)(X10-12m7s)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表5的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,雖然本次測(cè)試試件的水灰比較高(W/C=0.5),但摻入海工抗腐蝕劑后,其抗C廠滲透等級(jí)為III級(jí),C1—滲透性評(píng)價(jià)為低;表明海工抗腐蝕劑具有良好的抗C廠滲透性能。三、結(jié)論通過(guò)空白試件和摻海工抗腐蝕劑的膠砂試件的對(duì)比,綜合上述分析和討論,可以得出以下結(jié)論1、本發(fā)明抗腐蝕劑能較大幅度地提高膠砂試件的抗折抗壓強(qiáng)度,其膠砂試件具有較好的物理力學(xué)性能。2、摻入本發(fā)明海工抗腐蝕劑后,經(jīng)3XNa2S04溶液和二倍人工海水中腐蝕后,其抗折抗壓強(qiáng)度不但沒(méi)有降低,反而有所提高;抗折強(qiáng)度的抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)和抗海水侵蝕系數(shù)分別為l.12和1.12,抗壓強(qiáng)度的抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)和抗海水侵蝕系數(shù)分別為1.09和1.07。3、摻入本發(fā)明海工抗腐蝕劑的膠砂試件具有良好的抗C廠滲透性。權(quán)利要求1、一種海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于由下列組分按重量比例配制而成硫鋁酸鹽微膨脹劑40-80%;合成纖維0.1-2.0%;防腐蝕劑1-10%;粉狀填料10-40%;減水劑0-12%。2、如權(quán)利要求l所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于硫酸鹽微膨脹劑為硫鋁酸鈣類混凝土膨脹劑或明礬石類膨脹劑。3、如權(quán)利要求1所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于合成纖維為單絲聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、合成粗纖維、聚乙烯醇纖維、網(wǎng)狀聚丙烯纖維中的任意一種。4、如權(quán)利要求1所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于防腐蝕助劑為亞硝酸鈣、亞硝酸鉀、亞硝酸鈉、亞硝酸鋇中的任意一種。5、如權(quán)利要求1所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于所用粉狀填料為?;郀t磨細(xì)礦粉、粉煤灰、硅灰中的任意一種。6、、如權(quán)利要求1或5所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于所用粉狀填料的比表面積不低于400m7kg。7、如權(quán)利要求1所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于減水劑為符合GB8076-1997標(biāo)準(zhǔn)的固體高效減水劑或者固體緩凝高效減水劑。8、如權(quán)利要求7所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于所述減水劑選自以P-萘磺酸鹽甲醛縮合聚物為主要成份的萘系減水劑或聚羧酸減水劑。9、權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于其應(yīng)用時(shí)的摻量為混凝土中膠凝材料重量的6-15%。全文摘要本發(fā)明涉及一種海工混凝土抗腐蝕外加劑,其特征在于由下列組分按重量比例配制而成硫鋁酸鹽微膨脹劑40-80%;合成纖維0.1-2.0%;防腐蝕劑1-10%;粉狀填料10-40%;減水劑0-12%。本發(fā)明通過(guò)硫鋁酸鹽膨脹劑、合成纖維、防腐蝕劑、粉狀填料、減水劑等多種材料的合理匹配、復(fù)合,形成交互疊加的效應(yīng),可大幅度的提高混凝土的抗裂抗?jié)B能力,可以有效防止氯離子,硫酸鹽及其它有害物質(zhì)的侵入,從而達(dá)到防止海水及其所含有害物質(zhì)的侵蝕,保護(hù)鋼筋免受侵蝕,達(dá)到提高海工混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。文檔編號(hào)C04B22/14GK101337787SQ200810124628公開(kāi)日2009年1月7日申請(qǐng)日期2008年8月27日優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日發(fā)明者葉德平,瑾朱申請(qǐng)人:南京派尼爾科技實(shí)業(yè)有限公司