CN115925305A - 一种适用于再生混凝土的增强材料及其应用方法 - Google Patents

一种适用于再生混凝土的增强材料及其应用方法 Download PDF

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CN115925305A CN202211421324.3A CN202211421324A CN115925305A CN 115925305 A CN115925305 A CN 115925305A CN 202211421324 A CN202211421324 A CN 202211421324A CN 115925305 A CN115925305 A CN 115925305A
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Abstract

本申请涉及混凝土技术领域,具体公开了一种适用于再生混凝土的增强材料及其应用方法。所述增强材料包括外掺料和替换料,所述替换料用于代替再生混凝土中的细骨料,所述替换料选用水淬钢渣;所述外掺料的组分包括结晶材料、聚羧酸减水剂、保坍剂以及抑温剂,所述结晶材料为水泥基渗透结晶型防水剂,所述结晶材料的用量为水淬钢渣重量的0.5‑2%。在本申请的外掺料与替换料的共同作用下,再生混凝土的收缩率下降,并且对开裂的抵抗能力提升,从而减小了再生混凝土发生开裂的可能。

Description

一种适用于再生混凝土的增强材料及其应用方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域,更具体地说,它涉及一种适用于再生混凝土的增强材料及其应用方法。
背景技术
再生骨料混凝土指以废混凝土、废砖块、废砂浆等废弃建材作为粗骨料,再加入水泥砂浆拌制的混凝土。与天然骨料相比,由废混凝土制成的再生骨料表面保留有硬化的砂浆,并且内部存在大量微裂缝,因此再生骨料具有孔隙率高、强度低的特点。
为防止再生骨料较强的吸水性对再生混凝土产品产生不良影响,在目前各类涉及再生混凝土施工的工程中,施工方经常选择加入外掺料以改善工作性能。例如,在再生混凝土中掺入粉煤灰、硅灰等外掺料,可以适当提高再生混凝土的抗渗能力和力学性能。
针对上述中的相关技术,发明人认为,硅灰会加快硅酸盐水泥发生水化反应的速率,当向再生混凝土中掺入硅灰后,受到硅灰的影响,混凝土的收缩加剧。而再生骨料的弹性模量低于天然骨料,导致再生骨料对于变形的抵抗能力相对较差,导致掺入硅灰作为外掺料的再生混凝土容易因收缩而开裂。
发明内容
相关技术中,再生骨料的弹性模量低于天然骨料,导致再生骨料对于变形的抵抗能力相对较差,导致掺入硅灰作为外掺料的再生混凝土容易因收缩而开裂。为了改善这一缺陷,本申请提供一种适用于再生混凝土的增强材料及其应用方法。
第一方面,本申请提供一种适用于再生混凝土的增强材料,采用如下的技术方案:一种适用于再生混凝土的增强材料,由以下重量份的原料制成:所述增强材料包括外掺料和替换料,所述替换料用于代替再生混凝土中的细骨料,所述替换料选用水淬钢渣;所述外掺料的组分包括结晶材料、聚羧酸减水剂、保坍剂以及抑温剂,所述结晶材料为水泥基渗透结晶型防水剂,所述结晶材料的用量为水淬钢渣重量的0.5-2%。
通过采用上述技术方案,本申请使用水淬钢渣代替再生混凝土中的部分细骨料,水淬钢渣的密度接近天然砂的密度,并且比天然砂和水泥石具备更高的弹性模量,对于细骨料选用天然砂的再生混凝土,水淬钢渣替换部分天然砂之后,能够提高再生混凝土的弹性模量,增强了再生混凝土对开裂的抵抗能力。而在外掺料中,本申请并未添加硅灰,外掺料中的结晶材料能够在再生骨料的微裂缝中形成不溶性晶体,并且对再生混凝土硬化过程中产生的微裂缝也进行了填补;聚羧酸减水剂和保坍剂具有一定的缓凝效果,能够减缓水泥的水化,降低水泥水化放热的集中度;抑温剂能够减小水泥水化放热造成的温度变化,从而减小了混凝土的收缩。在本申请的外掺料与替换料的共同作用下,再生混凝土的收缩率下降,并且对开裂的抵抗能力提升,从而减小了再生混凝土发生开裂的可能。
作为优选,所述水淬钢渣用于按照30-50%的体积分数代替再生混凝土中的细骨料。
通过采用上述技术方案,水淬钢渣与天然砂的密度接近,对于细骨料选用天然砂的再生混凝土,当水淬钢渣按照30-50%的体积分数代替细骨料时,再生混凝土的骨料不会出现明显的增重,有助于使再生混凝土的拌和物保持稳定的工作性能。
作为优选,所述保坍剂包括三乙醇胺。
通过采用上述技术方案,三乙醇胺能够延长再生混凝土的凝结时间,起到了缓凝效果,同时三乙醇胺还能够激发水淬钢渣和硅酸盐水泥的活性,加强了水淬钢渣与水泥水化产物之间的结合度,有助于提高再生混凝土的强度。
作为优选,所述保坍剂包括锂渣粉。
通过采用上述技术方案,锂渣粉能够延长混凝土的凝结时间,起到了缓凝效果。同时,三乙醇胺能够促进锂渣粉中矿物相的溶解和水化,有助于充分发挥锂渣粉的水化活性,锂渣粉中的矿物相发生溶解和水化后对再生骨料中的裂缝也具有修补效果,从而提高了再生混凝土的强度。
作为优选,所述保坍剂由三乙醇胺和锂渣粉按照1:(8.6-8.8)的重量比混合而成。
通过采用上述技术方案,优选了三乙醇胺和锂渣粉的比例,有助于提高再生混凝土的强度。
作为优选,所述保坍剂的用量为水淬钢渣重量的0.5-2%。
通过采用上述技术方案,优选了保坍剂的用量,有助于提高再生混凝土的强度。
作为优选,所述抑温剂包括相变填料,所述相变填料按照如下方法制备:
(1)将十二醇加热至熔化,得到十二醇熔体;
(2)将十二醇熔体与吸附剂颗粒混合,将混合所得物在40-50℃的负压条件下放置2-3h,再在5-10℃进行冷却,得到凝固块体;
(3)将凝固块体和水淬钢渣混合并搅拌,再经过振动筛分后得到相变填料。
通过采用上述技术方案,本申请先在负压条件下使用吸附剂颗粒对十二醇熔体进行吸附,然后再通过冷却使得十二醇固化,得到了凝固块体。然后,水淬钢渣在搅拌过程中将吸附剂颗粒表面的十二醇刮去,刮去的十二醇附着在水淬钢渣表面,而凝固块体中的吸附剂颗粒相互分离,再经过振动筛分后得到了相变填料。相变填料由内部吸附有十二醇的沸石颗粒和表面附着有十二醇的水淬钢渣颗粒组成,当再生混凝土内部由于水泥水化而升温时,相变填料中的十二醇能够吸收一部分热量,从而减少了水泥水化放热的峰值,减少了再生混凝土由于内部升温过于集中而开裂的可能。
作为优选,所述吸附剂颗粒选用沸石颗粒,所述十二醇熔体与吸附剂颗粒按照1:(4.2-4.6)的重量比混合。
通过采用上述技术方案,优选了沸石颗粒与十二醇熔体的用量之比,有助于沸石颗粒对十二醇熔体的充分吸收。
作为优选,所述外掺料的组分还包括硅酸钠,所述硅酸钠的用量为结晶材料重量的25-35%。
通过采用上述技术方案,硅酸钠能够在再生混凝土拌和物中电离出硅酸根离子,硅酸根离子能够促进结晶材料在再生骨料的微裂缝中形成不溶性晶体,从而提高了再生混凝土的强度性能,减少了再生混凝土的开裂。
第二方面,本申请提供一种适用于再生混凝土的增强材料的应用方法,采用如下的技术方案。
一种适用于再生混凝土的增强材料的应用方法,包括以下步骤:
(1)将以上任一所述的替换料与天然细骨料混合,得到复合细骨料;
(2)将再生粗骨料、复合细骨料、硅酸盐水泥、水以及以上任一所述的外掺料混合,经过搅拌后得到混凝土拌和物;
(3)对混凝土拌和物进行入模养护,达到规定龄期后得到再生混凝土。
通过采用上述技术方案,本申请的应用方法使用替换料和天然细骨料混合后作为复合细骨料,然后将外掺料添加到了混凝土拌和体系中,得到了混凝土拌和物,再经过入模养护后得到了再生混凝土。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
1、本申请使用水淬钢渣代替再生混凝土中的细骨料,能够提高再生混凝土的弹性模量,同时结晶材料能够对再生骨料的裂缝进行修复,聚羧酸减水剂、保坍剂、抑温剂联合使用时,能够减小水泥水化放热造成的温度变化。在本申请的外掺料与替换料的共同作用下,再生混凝土的收缩率下降,并且对开裂的抵抗能力提升,从而减小了再生混凝土发生开裂的可能。
2、本申请中优选保坍剂的组分包括三乙醇胺和锂渣粉,三乙醇胺能够延长再生混凝土的凝结时间,起到了缓凝效果,同时三乙醇胺还能够激发水淬钢渣和硅酸盐水泥的活性,加强了水淬钢渣与水泥水化产物之间的结合度,有助于提高再生混凝土的强度。三乙醇胺还能够促进锂渣粉中矿物相的溶解和水化,有助于充分发挥锂渣粉的水化活性。锂渣粉中的矿物相发生溶解和水化后对再生骨料中的裂缝也具有修补效果,从而提高了再生混凝土的强度。
3、本申请的方法,使用替换料和天然细骨料混合后作为复合细骨料加入混凝土拌和物中,然后将外掺料也添加到了混凝土拌和体系中,得到的混凝土拌和物再经过入模养护后即可成为再生混凝土。
具体实施方式
以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明,本申请涉及的原料均可通过市售获得。
相变填料的制备例
以下以制备例1为例说明。
制备例1
本制备例中,相变填料按照以下方法制备:
(1)在80℃的水浴条件下将十二醇加热至熔化,得到十二醇熔体;
(2)将十二醇熔体与吸附剂颗粒按照1:4的重量比混合,将混合所得物在45℃、真空度100mbar的条件下放置2.5h,再在6℃进行冷却,得到凝固块体;本步骤中,吸附剂颗粒为粒径在9.5mm-15mm之间的沸石颗粒;
(3)将凝固块体和粒径在9.5mm-15mm之间水淬钢渣按照3:1的重量比混合并以300r/min的转速搅拌20min,再经过振动筛分后筛选出粒径在9.5mm-15mm之间的颗粒,得到相变填料。
如表1,制备例1-5的不同之处在于十二醇熔体与吸附剂颗粒混合的比例(用K表示)不同。
表1十二醇熔体与吸附剂颗粒混合的重量比
样本 制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5
K/% 1:4 1:4.2 1:4.4 1:4.6 1:4.8
实施例
在本申请中,保坍剂指的是有利于减小混凝土坍落度损失的成分,其中可以包括常用的缓凝剂,也可以是具有缓凝作用的矿物粉料。
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
本实施例中,硅酸盐水泥的型号为P.O42.5,天然砂为满足《GB/T 14684-2011建设用砂》规定的2区天然砂,拌和用水选用满足《JGJ 63-2006混凝土用水标准》的生活用水,再生粗骨料为C40混凝土破碎后得到的粗骨料,再生粗骨料满足《GB/T 14685 -2011建筑用卵石、碎石》规定的5-31.5mm连续粒级。
本实施例中,增强材料包括外掺料和替换料,替换料为粒径0.075mm-4.75mm的水淬钢渣,且满足《GB/T 14684-2011建设用砂》规定的2区指标;聚羧酸减水剂的性能指标满足《JG/T223-2017聚羧酸系高性能减水剂》;结晶材料为符合《GB 18445-2012水泥基渗透结晶型防水剂》规定的水泥基渗透结晶型防水剂。
本实施例中,外掺料由结晶材料、聚羧酸减水剂、保坍剂以及抑温剂混合而成;结晶材料的用量为水淬钢渣重量的0.5%,聚羧酸减水剂的用量为水淬钢渣重量的0.5%,保坍剂由三乙醇胺和锂渣粉按照1:8.5的重量比混合而成,锂渣粉的平均粒径为60μm;保坍剂的用量为水淬钢渣重量的0.3%,抑温剂为制备例1的相变填料,抑温剂的用量为水淬钢渣重量的20%。
本实施例还提供一种适用于再生混凝土的增强材料的应用方法,包括以下步骤:
(1)将替换料与天然砂按照3:7的体积比(体积由替换料和天然砂各自的密度换算而来)混合,得到复合细骨料;
(2)将800kg再生粗骨料、500kg复合细骨料、360kg硅酸盐水泥、200kg水以及外掺料混合,经过搅拌后得到混凝土拌和物;
(3)在标准养护条件下对混凝土拌和物进行入模养护,达到规定龄期后得到再生混凝土。
如表2,实施例1-5的不同之处主要在于结晶材料的用量不同。
表2结晶材料的用量占水淬钢渣重量的百分比
样本 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
结晶材料用量/% 0.5 0.8 1.2 1.5 2.0
实施例6-9
如表3,实施例6-9与实施例3的不同之处在于,替换料与天然砂按照不同的体积比混合。
表3替换料与天然砂混合的体积比
样本 实施例3 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
替换料:天然砂 1:3 3:7 4:6 5:5 6:4
实施例10-13
如表4,实施例10-13与实施例3的不同之处在于,保坍剂由三乙醇胺和锂渣粉按照不同的重量比混合而成。
表4三乙醇胺与锂渣粉混合的重量比
样本 实施例3 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13
三乙醇胺:锂渣粉 1:8.5 1:8.6 1:8.7 1:8.8 1:8.9
实施例14-17
如表5,实施例14-17与实施例11的不同之处在于保坍剂的用量不同。
表5保坍剂的用量占水淬钢渣重量的百分比
样本 实施例11 实施例14 实施例15 实施例16 实施例17
保坍剂用量/% 0.3 0.5 1.5 2.0 2.2
实施例15-19
如表6,实施例18-21与实施例3的不同之处在于,相变填料的制备例不同。
表6相变填料的制备例
样本 实施例3 实施例18 实施例19 实施例20 实施例21
对应的制备例 制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5
实施例22
本实施例与实施例3的不同之处在于,外掺料还包括硅酸钠,硅酸钠的用量为结晶材料重量的33%。
如表7,实施例22-26的不同之处在于,硅酸钠的用量不同。
表7硅酸钠的用量占结晶材料重量的百分比
样本 实施例22 实施例23 实施例24 实施例25 实施例26
硅酸钠的用量占比/% 15 25 30 35 45
对比例
对比例1
本对比例提供一种再生混凝土增强材料,增强材料为硅灰,硅灰的用量为硅酸盐水泥重量的5%。
本对比例还提供一种再生混凝土增强材料的应用方法,包括以下步骤:
(1)将800kg再生粗骨料、500kg复合细骨料、360kg硅酸盐水泥、200kg水、以及18kg平均粒径0.2μm的硅灰混合,经过搅拌后得到混凝土拌和物;
(2)在标准养护条件下对混凝土拌和物进行入模养护,达到规定龄期后得到再生混凝土。
对比例2
本对比例与对比例1的不同之处在于,将硅酸盐水泥重量的30%替换为I级粉煤灰,粉煤灰为火电厂生产的I级粉煤灰,烧失量为1.8%。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于,再生混凝土的细骨料只包括天然砂。
对比例4
本对比例与实施例3的不同之处在于,外掺料的组分不包括结晶材料。
对比例5
本对比例与实施例3的不同之处在于,外掺料的组分不包括保坍剂。
对比例6
本对比例与实施例3的不同之处在于,外掺料的组分不包括聚羧酸减水剂。
对比例7
本对比例与实施例3的不同之处在于,外掺料的组分不包括抑温剂。
对比例8
本对比例与实施例3的不同之处在于,结晶材料的用量为水淬钢渣重量的0.3%。
对比例9
本对比例与实施例3的不同之处在于,结晶材料的用量为水淬钢渣重量的2.3%。
对比例10
本对比例与实施例3的不同之处在于,再生混凝土按照以下方法制备:
(1)将800kg再生粗骨料、500kg天然砂、360kg硅酸盐水泥、200kg水混合,经过搅拌后得到混凝土拌和物;
(2)在标准养护条件下对混凝土拌和物进行入模养护,达到规定龄期后得到再生混凝土。
性能检测试验方法
一、抗裂性能测试
参照《T0573-2020水泥混凝土早期开裂敏感性试验方法(平板法)》,采用平板开裂试验对再生混凝土的抗裂性能进行表征。测试时,将再生混凝土的拌和物浇筑在600mm×600mm×63mm的平面薄板模具中。试件浇注、振实、抹平后,用塑料薄膜覆盖2h,之后取下薄膜,在20℃、相对湿度40%的风箱中以0.5m/s的风速吹干混凝土表面,24h后观察裂缝数量、长度和宽度,并计算试样表面的开裂面积,将对比例10测得的开裂面积记为A0,将各实施例、对比例测得的开裂面积记为A,计算A与A0的比值,将得到的比值定义开裂率,结果见表8。
表8
样本 开裂率/% 样本 开裂率/%
实施例1 56.8 实施例25 46.3
实施例2 55.4 实施例26 46.1
实施例3 55.1 对比例1 125.6
实施例4 54.9 对比例2 122.7
实施例5 54.8 对比例3 62.5
实施例18 55.2 对比例4 64.6
实施例19 55.3 对比例5 63.6
实施例20 55.3 对比例6 65.7
实施例21 57.9 对比例7 67.8
实施例22 52.9 对比例8 58.9
实施例23 48.2 对比例9 54.8
实施例24 47.5 对比例10 100.0
二、抗压强度测试
参照《GB/T 50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准》中的方法,将混凝土拌和物制成试件,试件为150×150×150mm的立方体试件,龄期为28d,测试混凝土试件的抗压强度,结果见表9。
表9
Figure BDA0003941153680000081
Figure BDA0003941153680000091
三、工作性能测试
参照《GB/T 50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对混凝土拌和物的经时扩展度损失值L进行检测,然后计算各实施例的L值与对比例3的L值之间的比值M,结果见表10。
表10
样本 M/%
实施例3 99.2
实施例6 99.8
实施例7 99.9
实施例8 99.9
实施例9 100.6
结合实施例1-5和对比例1并结合表8可以看出,实施例1-5测得的开裂率均低于对比例1,说明在本申请的外掺料与替换料的共同作用下,再生混凝土的收缩率下降,并且对开裂的抵抗能力提升,从而减小了再生混凝土发生开裂的可能。
结合实施例3和对比例1-2并结合表8可以看出,实施例3测得的开裂率低于对比例1-2,且对比例1-2测得的开裂率接近,说明掺粉煤灰对减小硅灰造成的开裂作用不大。
结合实施例3和对比例3并结合表8可以看出,实施例3测得的开裂率低于对比例3,说明天然砂的弹性模量低导致对比例3的再生混凝土抗裂性能较差。
结合实施例3和对比例4并结合表8可以看出,实施例3测得的开裂率低于对比例4,说明当外掺料中缺少结晶材料时,再生混凝土硬化过程中产生的微裂缝得不到充分的填补,导致再生混凝土的开裂增加。
结合实施例3和对比例5-7并结合表8可以看出,实施例3测得的开裂率低于对比例5-7,说明当外掺料中缺少保坍剂、减水剂和抑温剂中的任意一种时,再生混凝土硬化过程中水泥水化放热的集中度相对较高,混凝土的温度变化大,导致再生混凝土的开裂增加。
结合实施例3和对比例8-9并结合表8可以看出,当结晶材料的用量为水淬钢渣重量的0.5-2%时,再生混凝土的开裂已经得到了抑制,而当结晶材料的用量超过水淬钢渣重量的2%后,增强材料用量继续增加时,抗裂效果的提升不明显。
结合实施例3和实施例6-9并结合表10可以看出,当水淬钢渣按照30-50%的体积分数代替再生混凝土中的细骨料时,混凝土拌和物的经时扩展度损失值与对比例3接近,说明在此范围内,混凝土拌和物的工作性能未受到明显的影响。
结合实施例3、实施例10-13并结合表9可以看出,当保坍剂由三乙醇胺和锂渣粉按照1:(8.6-8.8)的重量比混合而成时,再生混凝土的强度相对较高。
结合实施例11、实施例14-17并结合表9可以看出,当保坍剂的用量为水淬钢渣重量的0.5-2%时,再生混凝土的强度随着保坍剂用量提高而上升,但是当保坍剂的用量大于2%时,继续提升保坍剂的用量对提高再生混凝土的强度作用有限。
结合实施例3、实施例18-21并结合表8可以看出,当十二醇熔体与沸石颗粒的重量比超过1:4.6时,再生混凝土的开裂率上升,说明沸石颗粒中的十二醇含量出现下降。而当十二醇熔体与沸石颗粒的重量比不超过1:4.6时,在按照1:(4.2-4.6)的范围内能够得到相对较低的开裂率,而继续增加十二醇的用量会造成十二醇的浪费。
结合实施例3、实施例22-26并结合表8可以看出,硅酸钠能够降低再生混凝土的开裂率。当硅酸钠的用量为结晶材料重量的25%以上时,继续增加硅酸钠的用量有助于降低再生混凝土的开裂率;当硅酸钠的用量高于35%时,继续增加硅酸钠的用量对再生混凝土开裂率的影响有限。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述增强材料包括外掺料和替换料,所述替换料用于代替再生混凝土中的细骨料,所述替换料选用水淬钢渣;所述外掺料的组分包括结晶材料、聚羧酸减水剂、保坍剂以及抑温剂,所述结晶材料为水泥基渗透结晶型防水剂,所述结晶材料的用量为水淬钢渣重量的0.5-2%。
2.根据权利要求1所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述水淬钢渣用于按照30-50%的体积分数代替再生混凝土中的细骨料。
3.根据权利要求1所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述保坍剂包括三乙醇胺。
4.根据权利要求3所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述保坍剂包括锂渣粉。
5.根据权利要求4所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述保坍剂由三乙醇胺和锂渣粉按照1:(8.6-8.8)的重量比混合而成。
6.根据权利要求5所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述保坍剂的用量为水淬钢渣重量的0.5-2%。
7.根据权利要求1所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述抑温剂包括相变填料,所述相变填料按照如下方法制备:
(1)将十二醇加热至熔化,得到十二醇熔体;
(2)将十二醇熔体与吸附剂颗粒混合,将混合所得物在40-50℃的负压条件下放置2-3h,再在5-10℃进行冷却,得到凝固块体;
(3)将凝固块体和水淬钢渣混合并搅拌,再经过振动筛分后得到相变填料。
8.根据权利要求7所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述吸附剂颗粒选用沸石颗粒,所述十二醇熔体与吸附剂颗粒按照1:(4.2-4.6)的重量比混合。
9.根据权利要求1所述的适用于再生混凝土的增强材料,其特征在于,所述外掺料的组分还包括硅酸钠,所述硅酸钠的用量为结晶材料重量的25-35%。
10.根据权利要求1-9任一所述的适用于再生混凝土的增强材料的应用方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将权利要求1-9任一所述的替换料与天然细骨料混合,得到复合细骨料;
(2)将再生粗骨料、复合细骨料、硅酸盐水泥、水以及权利要求1-9任一所述的外掺料混合,经过搅拌后得到混凝土拌和物;
(3)对混凝土拌和物进行入模养护,达到规定龄期后得到再生混凝土。
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