CN111157402A - 测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法及装置,属于公路沥青路面再生技术领域。本发明的测定装置由搅拌模块、称重模块、注水模块、沥青喷射模块、加热模块和控制模块组成。测定方法利用上述测定装置以沥青为介质,通过加热、搅拌和静置使沥青充分浸入混合料,填充空隙,进而通过测定热再生沥青混合料的质量与体积得出其最大理论相对密度,测定过程中的搅拌、称重、注水、沥青喷射、加热和计算等操作均通过控制模块自动完成,测定结果稳定、准确、可靠,能够有效的提高热再生沥青混合料的路用性能,促进沥青路面热再生技术的推广和应用。
Description
技术领域
本发明属于公路沥青路面再生技术领域,具体涉及到一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法及装置。
背景技术
沥青路面再生技术尤其是厂拌或就地热再生技术得到越多的应用,热再生沥青混合料的理论最大相对密度是指该混合料在压实成型至无空隙理想状态下单位体积的试样质量与同温度下水的密度比。理论最大相对密度是计算空隙率等体积指标的基础,也是路面压实度计算的重要参数,其偏差会造成路面实际空隙率与设计空隙率不一致,影响配合比设计的准确度,因此现已成为热再生沥青混合料配合比设计、施工和质量评价中的一个极为关键的技术指标。
按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的规定,现行沥青混合料理论最大相对密度的测定方法包括计算法和实测法,实测法包括真空法和溶剂法,具体试验方法见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011),申请人在大量试验的基础上,分析利用上述方法测定热再生沥青混合料的最大理论密度存在以下问题:(1)若回收沥青路面材料中含有改性沥青,或采用改性沥青拌制热再生沥青混合料,则由于改性沥青黏度较大,利用真空法测定时,混合料中的空隙难以被水完全填充,使得测试结果不准确;(2)采用溶剂法则需要消耗较多的三氯乙烯溶剂,而三氯乙烯对环境和人体都有影响,该方法产生的废液通常难以处理;(3)计算法可以通过测定各种矿料、沥青及其他添加剂的密度,并根据配比计算得到最大理论密度,但是经抽提或燃烧法回收后得到的旧集料、矿粉的密度难以准确测定,而纤维材料的回收和测定更加无法实现。因此,目前还缺乏快速、准确测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法。
发明内容
针对上述测定方法存在的问题,本发明的目的在于提供一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法及装置,该方法和装置以沥青作为介质,通过加热、搅拌和浸润,能够使沥青充分填充热再生沥青混合料的开口空隙,同时准确测定混合料的质量和实体体积(无开口空隙),进而计算得出热再生沥青混合料的理论最大相对密度。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,是以沥青为介质,将其加入到热再生沥青混合料中,使得沥青充分浸入到热再生沥青混合料的各个空隙中,并排出气泡,再测定的热再生沥青混合料体积,计算热再生沥青混合料理论最大相对密度。
在上述方案的基础上,所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,是将质量为M热热再生沥青混合料加入体积为V的容器中,以相对密度为γ沥的沥青为介质,分别将沥青和容器中的热再生沥青混合料加热至拌和温度,然后向盛有热再生沥青混合料的容器中加入加热的沥青,使加入的沥青将热再生沥青混合料全部覆盖,测定加入的沥青的质量为M沥,搅拌、静置,使得沥青充分浸入到热再生沥青混合料的各个空隙中,并排出气泡;然后向容器中加入水直至加满,测定加入水的体积为V水;由以上已知量,计算热再生沥青混合料理论最大相对密度γ热。
测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,包含搅拌模块1、称重模块2、注水模块3、沥青喷射模块4、加热模块5和控制模块6;
所述搅拌模块1包含桶101和搅拌装置;所述搅拌装置设置于桶101的内部底侧,与桶101连为一体,用于桶内试样的搅拌;
所述称重模块2采用电子称重系统,用于对搅拌模块1及其装盛的试样进行称重;
所述注水模块3包括溢水传感器301、溢水孔302、水槽303、水泵304和水管305,水泵304将水槽303中的水经水管305抽出并注入桶101中,溢水孔302位于桶101桶壁固定高度处;溢水传感器301设置于溢水孔上,可以检测到溢水孔302是否有水溢出,当桶101中的水达到溢水孔高度时,溢水传感器301采集的信号发送给控制模块6,用于停止注水;
所述沥青喷射模块4包括沥青管401、沥青泵402和沥青槽403,待沥青槽403内的沥青加热呈流动状态时,沥青泵402将沥青抽出,顺着沥青管401喷射进入桶101;
所述的加热模块5由桶加热层501、桶温度传感器502、沥青槽加热层503和沥青槽温度传感器504组成;所述桶加热层501和沥青槽加热层503分别用于桶101和沥青槽403加热;桶温度传感器502和沥青槽温度传感器504用于采集桶101和沥青槽403的实时温度反馈给控制模块6;
所述的控制模块6包括开关601、电源插头602和控制面板603,控制面板603可以采集和显示各模块的检测数据,并控制其他各模块进行工作。
在上述方案的基础上,所述的搅拌装置包括搅拌叶片102和搅拌电机103,搅拌电机103可以驱动搅拌叶片102对桶101内的试样进行搅拌。
在上述方案的基础上,所述搅拌叶片102设置于桶101内部,搅拌叶片102的轴向下延伸穿过桶101的底壁与搅拌电机103相连。
在上述方案的基础上,所述搅拌电机103的外部设置有外螺纹,并与称重模块2表面的螺纹凹槽相匹配,用以固定桶101。
在上述方案的基础上,所述的桶加热层501和沥青槽加热层503均采用环绕内壁的环形电阻丝加热,桶温度传感器502附着于搅拌叶片102中,测定桶内实时温度;沥青槽温度传感器504附着于沥青槽底部,测定沥青槽内沥青的实时温度。
在上述方案的基础上,所述桶101设置有两个,注水模块3和沥青喷射模块4设置于两个桶101之间。
使用上述装置测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,具体步骤为:
(1)试验准备
a.接通电源插头并打开开关601,将桶101固定在称重模块2上,设定加热温度为25℃,称取桶101的质量记作M1,启动控制面板603上的注水按钮将桶101中注满水,待桶内水温达到25℃时,进行称重,将水+桶的质量记作M0;
b.将水倒出,随后再把桶101固定在称重模块2上,待桶101内水分烘干后,把待测热再生沥青混合料试样加入桶101并称重,将料+桶的质量记作M2;
(2)测定
①设定桶101和沥青槽403的加热温度,待桶内的热再生沥青混合料及沥青槽403中的沥青达到设定温度时,启动沥青喷射模块4,沥青泵402将沥青顺着沥青管401喷射进桶101中,保证沥青将沥青混合料全部覆盖;
②启动搅拌模块1,搅拌、静置;将桶101加热温度调整至25℃,待桶101内试样温度达到25℃时,称重模块2称取桶内的料+沥青+桶质量M3;
③启动注水模块3,将钢质桶101内注满水,待桶内水温达25℃时,称重模块2称取桶中的料+沥青+桶+水质量M4;
④在控制面板中输入沥青的相对密度γa,由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度,重复性试验误差≤0.011时,取其平均值为最终试验结果并显示;
式中:
γt-热再生沥青混合料理论最大相对密度,无量纲;
M0-桶和水的质量(g);
M1-桶的质量(g);
M2-桶和热再生沥青混合料的总质量(g);
M3-桶、热再生沥青混合料和沥青的总质量(g);
M4-桶、热再生沥青混合料、沥青和水的总质量(g);
γa-沥青的密度。
在上述方案的基础上,所述步骤②中搅拌、静置为按照50r/min的转速搅拌30min,再静置60min。
在上述方案的基础上,所述步骤①中的加热温度,若为普通沥青则为130℃;若是改性沥青则设为160℃。
在上述方案的基础上,所述的桶101和搅拌叶片102为不锈钢材质。
本发明具有以下优点:
(1)试验数据准确、误差小
本发明以沥青为介质,将其加入到热再生沥青混合料中,通过加热、搅拌和静置,使得沥青能够充分浸入到混合料的各个空隙中,并排出气泡,此时测定的热再生沥青混合料体积十分准确;本发明测定装置包含两个钢制桶,对同一种热再生沥青混合料可以同时进行两份试样的平行试验,最大程度上减少试验误差。
(2)试验过程环保、无危害
本发明避免了测定回收沥青路面材料中的旧矿料、沥青及其他材料指标,无需抽提或燃烧法去除沥青,避免了三氯乙烯等有毒材料对人体损伤的同时,也减轻了环境污染;
(3)试验操作简便、易掌握
本发明测定装置和测定方法通过各种传感器准确控制试样温度、注水过程和沥青的喷射,不仅能够提高试验数据准确性,而且试验操作简单、易行,节约试验成本,也有利于该测定方法的大范围推广和应用。
附图说明
图1为本发明装置立体图;
图2为本发明装置侧面结构示意图;
图3为本发明装置俯视图;
图4为桶结构示意图;
图5为信号控制流程图;
图中:
1-搅拌模块;包括:101-桶;102-搅拌叶片;103-搅拌电机;
2-称重模块;
3-注水模块;包括:301-溢水传感器;302-溢水孔;303-水槽;304-水泵;305-水管;
4-沥青喷射模块;包括:401-沥青管;402-沥青泵;403-沥青槽;
5-加热模块;包括:501-桶加热层;502-桶温度传感器;503-沥青槽加热层;504-沥青槽温度传感器;
6-控制模块;包括:601-开关;602-电源插头;603-控制面板。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语,除非有另外说明,一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例,并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明,而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法是以沥青为介质,将其加入到热再生沥青混合料中,使得沥青充分浸入到热再生沥青混合料的各个空隙中,并排出气泡,再测定的热再生沥青混合料体积,计算热再生沥青混合料理论最大相对密度。具体步骤为:
将质量为M热热再生沥青混合料加入体积为V的容器中,以相对密度为γ沥的沥青为介质,分别将沥青和容器中的热再生沥青混合料加热至拌和温度,然后向盛有热再生沥青混合料的容器中加入加热的沥青,使加入的沥青将热再生沥青混合料全部覆盖,测定加入的沥青的质量为M沥,搅拌、静置,使得沥青充分浸入到热再生沥青混合料的各个空隙中,并排出气泡;然后向容器中加入水直至加满,测定加入水的体积为V水;通过以下公式计算热再生沥青混合料理论最大相对密度γ热:
实施例2
如图1~4所示,本发明的测定装置由搅拌模块1、称重模块2、注水模块3、喷射沥青模块4、加热模块5和控制模块6组成;搅拌模块1包括桶101和搅拌装置,所述搅拌装置设置于桶101的内部底侧,与桶101连为一体,用于桶内试样的搅拌;搅拌装置包括搅拌叶片102和搅拌电机103,搅拌电机103可以驱动搅拌叶片102对桶101内的试样进行搅拌;所述搅拌叶片102设置于桶101内部,搅拌叶片102的轴向下延伸穿过桶101的底壁与搅拌电机103相连。所述搅拌电机103的外部设置有外螺纹,并与称重模块2表面的螺纹凹槽相匹配,可固定于称重模块2上的螺纹凹槽中,凹槽底部与桶101底部接触时,搅拌模块1及桶温度传感器502接入控制电路,并受控制模块6控制,桶101侧壁与桶加热层501不接触,仅底部固定在称重模块2上。调节控制面板603上的加热温度,使得桶101和沥青槽403保持所需温度。按下控制面板603上的注水按钮,注水模块3工作,桶内水位高度达到溢水孔302高度时,自动停止注水,多余的水从溢水孔302流入水槽303。两个桶101分别加入试样,称重模块2称重并按下控制面板603上试验开始按钮。各模块信号控制如图5所示,完成测定工作。搅拌模块1的搅拌作用使得沥青充分填充混合料的开口空隙。可同时进行1#和2#两组试验测定,最后该装置根据公式自动计算沥青混合料理论最大相对密度。两份试样的重复性试验误差≤0.011,取其平均值为最终试验结果并显示。否则提示“误差过大,应重新进行试验”。
试验方法的实施方式:
为验证使用本发明测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置的方法的可靠性与有益效果,下面结合实施例3~4对本发明进一步详细说明,但本发明不限于以下实施例。
实施例3
按照本发明的技术方案,本实施例给出一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,以AC-20C型热再生沥青混合料为例,具体实施步骤如下:
(1)试验准备
①接通电源插头并打开开关,将两侧的桶分别拧紧固定在称重模块上,设定加热温度为25℃,称取桶的质量记作M1,启动控制面板上的注水按钮将两个桶中注满水,待桶内水温达到25℃时,进行称重,将水+桶的质量记作M0;
②将水倒出,随后再把桶分别拧紧固定在称重模块上,待两个桶内水分烘干后,把两份质量为2~4kg的待测混合料试样分别加入桶并称重,将料+桶的质量记作M2;
(2)测定
①设定桶和沥青槽的加热温度为130℃,待桶内的混合料及沥青槽中的沥青达到设定温度时,启动沥青喷射模块,沥青泵将1~2kg质量的道路石油沥青顺着沥青管喷射进两侧的桶中,保证沥青将沥青混合料全部覆盖;
②启动搅拌模块,按照50r/min的转速搅拌30min,再静置60min;将两侧桶加热温度调整至25℃,待桶内试样温度达到25℃时,称重模块称取桶内的料+沥青+桶质量M3;
③启动注水模块,将桶内注满水,待桶内水温达25℃时,称重模块称取桶中的料+沥青+桶+水质量M4;
④在控制面板中输入道路石油沥青的相对密度γa=1.038,由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度,两份试样的重复性试验误差≤0.011,取其平均值为最终试验结果并显示。
式中:
γt-热再生沥青混合料理论最大相对密度,无量纲;
M0-桶和水的质量(g);
M1-桶的质量(g);
M2-桶和热再生沥青混合料的总质量(g);
M3-桶、热再生沥青混合料和沥青的总质量(g);
M4-桶、热再生沥青混合料、沥青和水的总质量(g);
γa-沥青的密度。
同时利用真空法和计算法测定该热再生沥青混合料理论最大相对密度,与本发明的检测方法所得结果进行比较,如表1所示。
表1 AC-20C型热再生沥青混合料理论最大相对密度的测定结果对比
按照各方法所得理论最大相对密度测定值进一步确定最佳油石比,分别进行高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔和冻融劈裂试验,测定结果见表2。
表2 AC-20C型热再生沥青混合料性能测定结果对比
实施例4
按照本发明的技术方案,本实施例给出一种测定沥青混合料理论最大相对密度的测定方法,以AC-13C型改性热再生沥青混合料为例,具体实施步骤如下:
(1)试验准备
①接通电源插头并打开开关,将两侧的桶分别拧紧固定在称重模块上,设定加热温度为25℃,称取桶的质量记作M1,启动控制面板上的注水按钮将两个桶中注满水,待桶内水温达到25℃时,进行称重,将水+桶的质量记作M0;
②将水倒出,随后再把桶分别拧紧固定在称重模块上,待两个桶内水分烘干后,把两份质量为2~4kg的待测混合料试样分别加入桶并称重,将料+桶的质量记作M2;
(2)测定
①设定桶和沥青槽的加热温度为160℃,待桶内的混合料及沥青槽中的沥青达到设定温度时,启动沥青喷射模块,沥青泵将1~2kg质量的改性沥青顺着沥青管喷射进两侧的桶中,保证沥青将沥青混合料全部覆盖;
②启动搅拌模块,按照50r/min的转速搅拌30min,再静置60min;将两侧桶加热温度调整至25℃,待桶内试样温度达到25℃时,称重模块称取桶内的料+沥青+桶质量M3;
③启动注水模块,将桶内注满水,待桶内水温达25℃时,称重模块称取桶中的料+沥青+桶+水质量M4;
④在控制面板中输入改性沥青的相对密度γa=1.042,由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度,两份试样的重复性试验误差≤0.011,取其平均值为最终测定结果并显示。
式中:
γt-热再生沥青混合料理论最大相对密度,无量纲;
M0-桶和水的质量(g);
M1-桶的质量(g);
M2-桶和热再生沥青混合料的总质量(g);
M3-桶、热再生沥青混合料和沥青的总质量(g);
M4-桶、热再生沥青混合料、沥青和水的总质量(g);
γa-沥青的密度。
同时利用真空法和计算法测定该热再生沥青混合料理论最大相对密度,与本发明的测定方法所得结果进行比较,如表3所示。
表3 AC-13C型改性热再生沥青混合料理论最大相对密度测定结果对比
按照各方法所得理论最大相对密度测定值确定最佳油石比,分别高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔和冻融劈裂试验,测定结果见表4。
表4 AC-13C型改性热再生沥青混合料性能测定结果对比
上述实施例的测定结果表明:针对普通沥青与改性沥青拌制的热再生沥青混合料,利用本发明测定装置与测定方法均能准确、稳定的测定其最大理论相对密度,平行试验误差小;对比其他方法,依据本测定结果确定的热再生沥青混合料具有更优的高温、低温和水稳定性能,且均满足规范要求,说明本测定方法更为合理、试验结果更为可信。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,其特征在于,以沥青为介质,将其加入到热再生沥青混合料中,使得沥青充分浸入到热再生沥青混合料的各个空隙中,并排出气泡,再测定的热再生沥青混合料体积,计算热再生沥青混合料理论最大相对密度。
2.根据权利要求1所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,其特征在于,
将质量为M热热再生沥青混合料加入体积为V的容器中,以相对密度为γ沥的沥青为介质,分别将沥青和容器中的热再生沥青混合料加热至拌和温度,然后向盛有热再生沥青混合料的容器中加入加热的沥青,使加入的沥青将热再生沥青混合料全部覆盖,测定加入的沥青的质量为M沥,搅拌、静置,使得沥青充分浸入到热再生沥青混合料的各个空隙中,并排出气泡;然后向容器中加入水直至加满,测定加入水的体积为V水;由以上所知量,计算热再生沥青混合料理论最大相对密度γ热。
3.测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,其特征在于,包含搅拌模块(1)、称重模块(2)、注水模块(3)、沥青喷射模块(4)、加热模块(5)和控制模块(6);
所述搅拌模块(1)包含桶(101)和搅拌装置;用于桶内试样的搅拌;
所述称重模块(2)用于对搅拌模块(1)及其装盛的试样进行称重;
所述注水模块(3)包括溢水传感器(301)、溢水孔(302)、水槽(303)、水泵(304)和水管(305),水泵(304)将水槽(303)中的水经水管(305)抽出并注入桶(101)中,溢水孔(302)位于桶(101)桶壁固定高度处;溢水传感器(301)设置于溢水孔上,当桶(101)中的水达到溢水孔高度时,溢水传感器(301)采集的信号发送给控制模块(6),用于停止注水;
所述沥青喷射模块(4)包括沥青管(401)、沥青泵(402)和沥青槽(403),待沥青槽(403)内的沥青加热呈流动状态时,沥青泵(402)将沥青抽出,顺着沥青管(401)喷射进入桶(101);
所述的加热模块(5)由桶加热层(501)、桶温度传感器(502)、沥青槽加热层(503)和沥青槽温度传感器(504)组成;所述桶加热层(501)和沥青槽加热层(503)分别用于桶(101)和沥青槽(403)加热;桶温度传感器(502)和沥青槽温度传感器(504)用于采集桶(101)和沥青槽(403)的实时温度反馈给控制模块(6);
所述的控制模块(6)包括开关(601)、电源插头(602)和控制面板(603),控制面板(603)可以采集和显示各模块的检测数据,并控制其他各模块进行工作。
4.根据权利要求3所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,其特征在于,所述的搅拌装置包括搅拌叶片(102)和搅拌电机(103),搅拌电机(103)可以驱动搅拌叶片(102)对桶(101)内的试样进行搅拌。
5.根据权利要求4所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,其特征在于,所述搅拌叶片(102)设置于桶(101)内部,搅拌叶片(102)的轴向下延伸穿过桶(101)的底壁与搅拌电机(103)相连。
6.根据权利要求5所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,其特征在于,
所述搅拌电机(103)的外部设置有外螺纹,并与称重模块(2)表面的螺纹凹槽相匹配,用以固定桶(101)。
7.根据权利要求3所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,其特征在于,所述的桶加热层(501)和沥青槽加热层(503)均采用环绕内壁的环形电阻丝加热,桶温度传感器(502)附着于搅拌叶片(102)中,测定桶内实时温度;沥青槽温度传感器(504)附着于沥青槽底部,测定沥青槽内沥青的实时温度。
8.根据权利要求3所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的装置,其特征在于,所述桶(101)设置有两个,注水模块(3)和沥青喷射模块(4)设置于两个桶(101)之间。
9.使用权利要求3~8所述装置测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,其特征在于,具体步骤为:
(1)试验准备
a.接通电源插头并打开开关(601),将桶(101)固定在称重模块2上,设定加热温度为25℃,称取桶(101)的质量记作M1,启动控制面板(603)上的注水按钮将桶(101)中注满水,待桶内水温达到25℃时,进行称重,将水+桶的质量记作M0;
b.将水倒出,随后再把桶(101)固定在称重模块(2)上,待桶(101)内水分烘干后,把待测热再生沥青混合料试样加入桶(101)并称重,将料+桶的质量记作M2;
(2)测定
①设定桶(101)和沥青槽(403)的加热温度,待桶内的热再生沥青混合料及沥青槽(403)中的沥青达到设定温度时,启动沥青喷射模块(4),沥青泵(402)将沥青顺着沥青管(401)喷射进桶(101)中,保证沥青将沥青混合料全部覆盖;
②启动搅拌模块(1),搅拌、静置;将桶(101)加热温度调整至25℃,待桶(101)内试样温度达到25℃时,称重模块(2)称取桶内的料+沥青+桶质量M3;
③启动注水模块(3),将钢质桶(101)内注满水,待桶内水温达25℃时,称重模块(2)称取桶中的料+沥青+桶+水质量M4;
④在控制面板中输入沥青的相对密度γa,由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度,重复性试验误差≤0.011时,取其平均值为最终试验结果并显示;
式中:
γt-热再生沥青混合料理论最大相对密度,无量纲;
M0-桶和水的质量(g);
M1-桶的质量(g);
M2-桶和热再生沥青混合料的总质量(g);
M3-桶、热再生沥青混合料和沥青的总质量(g);
M4-桶、热再生沥青混合料、沥青和水的总质量(g);
γa-沥青的密度。
10.根据权利要求9所述测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法,其特征在于,所述步骤②中搅拌、静置为按照50r/min的转速搅拌30min,再静置60min。
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