C80級高性能泵送混凝土的配制及試驗研究（下）
2006-03-10 00:00
5、推薦配合比
混凝土配合比設(shè)計一般是通過計算和試配調(diào)整后確定。
5.1 配制強度
C80級混凝土配合比設(shè)計參照J(rèn)GJ／T55－96《普通混凝土設(shè)計規(guī)程》和GBJl07－87《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》要求進行。由于工程應(yīng)用時的生產(chǎn)施工條件與試驗室各種條件存在差異，而試驗條 件對高強混凝土的強度影響又特別敏感。因此在試配中，我們充分考慮了上述因素，按選定的原材料、高性能外加劑及細(xì)摻料配制的31組C80級混凝土，其28d平均強度為99.1MPa，留有比較大的強度富余量以彌補生產(chǎn)施工條件不同所產(chǎn)生的影響。
5.2 水膠比與坍落度
為確保C80級混凝土現(xiàn)場施工的可行性，考慮 路途坍落度損失情況，混凝土出機坍落度需控制在200mm左右。經(jīng)試驗，水膠比應(yīng)控制在0.2～0.30之間，膠凝材料（水泥+細(xì)摻料）總用量不超過550kg／m3 ，其中細(xì)摻料用量為50～100kg／m3 。
5.3 砂率
高強混凝土常用砂率在28%～32%之間，但從泵送混凝土角度考慮，砂率過小，導(dǎo)致流變參數(shù)η下降，對可泵性不利。工程實踐證明，砂率大于0.40對混凝土泵送有利；在一般情況下砂率的變化對混凝土強度無明顯影響，較大砂率有利于減少粗集料界面氫氧化鈣聚集，提高混凝土強度的穩(wěn)定性。經(jīng)試驗，混凝土砂率應(yīng)控制在40～45%之間。
由此確定了C80混凝土適宜的材料組成和配合比參數(shù)范圍：水泥 450～500kg／m 3 ，砂率40～45%，細(xì)摻料50～100kg／m 3 ，水膠比0.25～ 0.30，高性能外加劑摻量為膠凝材料的3～3.5%。
6、混凝土性能的試驗研究
6.1 混凝土拌合物性能
我們研制的C80級高性能混凝土拌合物具有如下性能指標(biāo)：
坍落度：155～230mm；
坍落大，不離析，不泌水，和易性好；
擴展度：550～600mm；
表觀密度：2410～2470kg／m 3
含氣量：0.68～1.07%
壓力泌水：21%
坍落度損失：各種細(xì)摻料所拌制混凝土，坍落度損失90min最大 值為10mm（見表6）。
6.2 混凝土力學(xué)性能
6.2.1 立方體試件抗壓強度及其隨齡期的增長
6.2.1.1 不同尺寸立方體抗壓強度的換算關(guān)系
本項目試驗中，采用粗骨料最大粒徑為20mm，因此采用邊長100mm 立方體試件，其強度換算成標(biāo)準(zhǔn)試件（邊長為150mm立方體）強度的 尺寸換算系數(shù)，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定僅到C60級混凝土，對C80級混凝土尚 無正式標(biāo)準(zhǔn)給出，所以我們進行了專門試驗，其結(jié)果列于表8。
表8 不同尺寸試件強度對比試驗結(jié)果
由表8可見，不同尺寸試件強度的比值盡管已是精心制作與試驗，但波動是比較大的，這完全符合制定現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范時的全 國統(tǒng)計規(guī)律；專門試驗所測定的數(shù)據(jù)基本上是位于全國統(tǒng)計數(shù)據(jù)群范 圍內(nèi)的，因此，我們認(rèn)為 C80級高強混凝土的尺寸換算系數(shù)仍可參照普通強度等級混凝土的數(shù)值取用。在本報告中的邊長為100mm立方體度均己乘了0.95系數(shù)。
6.2.1.2 強度的復(fù)驗及其隨齡期的增長
按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在配合比確定之后，對高強混凝土尚應(yīng)進行強 度復(fù)驗，這主要是考慮不同批原材料、高性能外加劑和細(xì)摻料等的質(zhì) 量波動對強度的影響，以及由試驗誤差影響的敏感性等原因。所以我們進行了兩次共14組的強度復(fù)驗，結(jié)果列于表9。
表9 C80級混凝土的強度復(fù)驗結(jié)果
由復(fù)驗結(jié)果表明，兩次復(fù)驗共制作14組試件，其28d平均強度為105.5Mpa，可以說對配制C80級混凝土有足夠的強度富余量。此外，復(fù)驗強度平均值與確定推薦配合比時混凝土平均強度值99.1MPa很接近，并略有提高，表明強度的復(fù)驗性很好。
6.2.2 劈裂抗拉強度
強度復(fù)驗驗證之后，就開始進行各種力學(xué)性能試驗。劈裂抗拉強 度的試驗，其拉、壓強度試件均采用邊長為150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，試驗結(jié)果列于表10。
表10 劈裂抗拉強度及拉壓比值
一般來講，劈裂抗拉強度與立方體抗壓強度的比值隨強度等級提高而降低，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取值時的統(tǒng)計資料表明其比值 （f pt ／f cu ）約為10%～7%。由表10可見，C80級高性能混凝土的劈裂 抗拉強度平均值為7.00MPa，其拉壓比值為7.4%，比普通強度等級混 凝土略低，但規(guī)律是一致的。
6.2.3 混凝土軸心抗壓強度與彈性模量
混凝土軸心抗壓強度與靜力彈性模量的試件均采用100×100× 300mm棱柱體試件，其軸心抗壓強度均乘以0.95系數(shù)（G8J81－85標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定）。試驗結(jié)果列于表11。
表11 C80級混凝土的軸心抗壓強度與彈性模量
試驗結(jié)果表明：軸壓比值比普通等級混凝土的軸壓比值略有偏高。 靜力彈性模量值比規(guī)范統(tǒng)計公式計算結(jié)果偏高，這主要是因為在配合 比設(shè)計時，有意識地為了提高彈性模量值，以增加結(jié)構(gòu)物的剛度，采 取了一些措施，例如：（1）控制混凝土的單方材料用量中的細(xì)粉總含量不 超過550kg；（2）在滿足混凝土和易性要求的前提下，取較低的砂率值， 效果比較顯著。
6.3 混凝土長期性能及耐久性能
6.3.1 收縮性能
混凝土的干燥收縮試件采用100×100×515標(biāo)準(zhǔn)試件，技《普通 混凝土長期性能與耐久性能試驗方法》（GBJ82－85）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護及檢測。試驗結(jié)果列于表12。為與普通強度等級混凝 土的收縮值相比較，采用C40級混凝土收縮值隨齡期變化規(guī)律（2組平 均值）和本項目配制的C80級混凝土收縮值（2組平均值）相比繪于圖。
表12 C80級混凝土的干燥收縮性
試驗結(jié)果表明，由于C80級高性能混凝土，摻用了高性能外加劑 和具有一定活性的細(xì)摻料，配制的混凝土具有用水量少，水膠比低和 密實度高的特點，因此，它的干燥收縮比普通等級混凝土的低，且較 早的趨于穩(wěn)定，（見圖1）。
6.3.2 抗碳化性能
根據(jù)C80級混凝土用的石子最大粒徑為20mm，采用碳化性能試件 為100×100×300mm棱柱體；碳化箱內(nèi)CO 2 ，濃度20±3%，濕度70±5%， 溫度20±5℃，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d取出，在60℃溫度下烘干48h，然后 將試件放入碳化箱中經(jīng)受碳化，結(jié)果所有試件均測不出碳化深度，表 明這種混凝土具有很好的抗碳化性能。
6.3.3 抗?jié)B性能
為驗證所配制的C80級混凝土的抗?jié)B性能，我們成型了一組混凝 土抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d后，進行抗?jié)B壓試驗，試驗水壓從0.1MPa 開始，每隔8h增加水壓0.1Mpa，加壓至4.0Mpa，并持壓8小時后， 無透水現(xiàn)象，劈開后滲水高度如圖2所示：
從圖2看出，C80級混凝土滲水高度在22mm～29mm，這說明抗摻等 級大于P40。
6.3.4 抗凍性能
抗凍性能試驗采用慢凍法。其試件采用邊長為100mm立方體試件， 標(biāo)養(yǎng)28d后進行凍融試驗。試驗前4d將凍融試件從標(biāo)養(yǎng)室中取出，放 入15℃～20℃水中浸泡4d，對比試件仍留在標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護，直至完成凍 融循環(huán)后，與抗凍試件同時試壓。
凍結(jié)時溫度為-15℃～-20℃，經(jīng)4h后取出并立即將抗凍試件放 入能使水溫保持在15℃～20℃的水槽中，再融化4h為一個循環(huán)。
本試驗共留置7組試件，28d齡期試壓1組，其余6組中，有4 組作凍融試驗，分別經(jīng)100次、200次循環(huán)后各試壓2組，另外2組為 對比試件。試驗結(jié)果列于表13。
表13 C80級混凝土抗凍性能試驗結(jié)果
注：f co ——為同齡期對比試件的抗壓強度（MPa）；
mf cn ——為經(jīng)n次循環(huán)后的抗壓強度平均值（MPa）。
由表13可見，經(jīng)100次、200次凍融循環(huán)，其強度損失率均小于 25%（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定），無重量損失。表明本課題研制的C80級高性能混凝 土具有較高的抗凍融性能。
7 結(jié)語
（1）配制高強高性能（HPC）混凝土應(yīng)優(yōu)選高性能外加劑和具有一定 活性的摻和料。
（2）控制單方水泥用量，采用普通硅525R或硅酸鹽525R。
（3）通過卵石5～20mm與碎石5～20mm粒徑的對比，宜選用石灰?guī)r碎石，粒徑5～20mm石子，沙 子采用細(xì)度模數(shù)2.4～2.9的中粗砂。
（4）對C80級高性能混凝土試件應(yīng)避免風(fēng)吹日曬，及時覆蓋養(yǎng)護，對于構(gòu)筑物也應(yīng)如此，才能 滿足強度及耐久性。
混凝土配合比設(shè)計一般是通過計算和試配調(diào)整后確定。
5.1 配制強度
C80級混凝土配合比設(shè)計參照J(rèn)GJ／T55－96《普通混凝土設(shè)計規(guī)程》和GBJl07－87《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》要求進行。由于工程應(yīng)用時的生產(chǎn)施工條件與試驗室各種條件存在差異，而試驗條 件對高強混凝土的強度影響又特別敏感。因此在試配中，我們充分考慮了上述因素，按選定的原材料、高性能外加劑及細(xì)摻料配制的31組C80級混凝土，其28d平均強度為99.1MPa，留有比較大的強度富余量以彌補生產(chǎn)施工條件不同所產(chǎn)生的影響。
5.2 水膠比與坍落度
為確保C80級混凝土現(xiàn)場施工的可行性，考慮 路途坍落度損失情況，混凝土出機坍落度需控制在200mm左右。經(jīng)試驗，水膠比應(yīng)控制在0.2～0.30之間，膠凝材料（水泥+細(xì)摻料）總用量不超過550kg／m3 ，其中細(xì)摻料用量為50～100kg／m3 。
5.3 砂率
高強混凝土常用砂率在28%～32%之間，但從泵送混凝土角度考慮，砂率過小，導(dǎo)致流變參數(shù)η下降，對可泵性不利。工程實踐證明，砂率大于0.40對混凝土泵送有利；在一般情況下砂率的變化對混凝土強度無明顯影響，較大砂率有利于減少粗集料界面氫氧化鈣聚集，提高混凝土強度的穩(wěn)定性。經(jīng)試驗，混凝土砂率應(yīng)控制在40～45%之間。
由此確定了C80混凝土適宜的材料組成和配合比參數(shù)范圍：水泥 450～500kg／m 3 ，砂率40～45%，細(xì)摻料50～100kg／m 3 ，水膠比0.25～ 0.30，高性能外加劑摻量為膠凝材料的3～3.5%。
6、混凝土性能的試驗研究
6.1 混凝土拌合物性能
我們研制的C80級高性能混凝土拌合物具有如下性能指標(biāo)：
坍落度：155～230mm；
坍落大，不離析，不泌水，和易性好；
擴展度：550～600mm；
表觀密度：2410～2470kg／m 3
含氣量：0.68～1.07%
壓力泌水：21%
坍落度損失：各種細(xì)摻料所拌制混凝土，坍落度損失90min最大 值為10mm（見表6）。
6.2 混凝土力學(xué)性能
6.2.1 立方體試件抗壓強度及其隨齡期的增長
6.2.1.1 不同尺寸立方體抗壓強度的換算關(guān)系
本項目試驗中，采用粗骨料最大粒徑為20mm，因此采用邊長100mm 立方體試件，其強度換算成標(biāo)準(zhǔn)試件（邊長為150mm立方體）強度的 尺寸換算系數(shù)，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定僅到C60級混凝土，對C80級混凝土尚 無正式標(biāo)準(zhǔn)給出，所以我們進行了專門試驗，其結(jié)果列于表8。
表8 不同尺寸試件強度對比試驗結(jié)果
|
序 號 |
f cu,15,28d |
f cu,10,28d |
f cu,15,28d /f cu,10,28d |
|
1 |
113.3 |
118.8 |
0.9537 |
|
2 |
110.0 |
116.3 |
0.9458 |
|
3 |
117.9 |
114.1 |
1.0333 |
|
4 |
101.2 |
93.3 |
1.0847 |
|
5 |
97.8 |
96.2 |
1.0166 |
|
6 |
88.3 |
92.0 |
0.9598 |
|
7 |
95.0 |
88.5 |
1.0734 |
|
8 |
92.3 |
96.0 |
0.9615 |
|
9 |
95.1 |
99.3 |
0.9577 |
|
10 |
95.6 |
110.3 |
0.8667 |
|
平均值 |
------------- |
-------------- |
0.9853 |
由表8可見，不同尺寸試件強度的比值盡管已是精心制作與試驗，但波動是比較大的，這完全符合制定現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范時的全 國統(tǒng)計規(guī)律；專門試驗所測定的數(shù)據(jù)基本上是位于全國統(tǒng)計數(shù)據(jù)群范 圍內(nèi)的，因此，我們認(rèn)為 C80級高強混凝土的尺寸換算系數(shù)仍可參照普通強度等級混凝土的數(shù)值取用。在本報告中的邊長為100mm立方體度均己乘了0.95系數(shù)。
6.2.1.2 強度的復(fù)驗及其隨齡期的增長
按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在配合比確定之后，對高強混凝土尚應(yīng)進行強 度復(fù)驗，這主要是考慮不同批原材料、高性能外加劑和細(xì)摻料等的質(zhì) 量波動對強度的影響，以及由試驗誤差影響的敏感性等原因。所以我們進行了兩次共14組的強度復(fù)驗，結(jié)果列于表9。
表9 C80級混凝土的強度復(fù)驗結(jié)果
|
水膠比 |
砂率(%) |
坍落度(mm) |
28d強度（MPa) | |||||
|
n |
mf u,28d |
f cu,max |
f d,min |
σn-1 |
δ(%) |
|
|
|
|
0.25～0.26 |
43 |
210～220 |
14 |
105.5 |
117.3 |
91.2 |
7.14 |
6.77 |
由復(fù)驗結(jié)果表明，兩次復(fù)驗共制作14組試件，其28d平均強度為105.5Mpa，可以說對配制C80級混凝土有足夠的強度富余量。此外，復(fù)驗強度平均值與確定推薦配合比時混凝土平均強度值99.1MPa很接近，并略有提高，表明強度的復(fù)驗性很好。
6.2.2 劈裂抗拉強度
強度復(fù)驗驗證之后，就開始進行各種力學(xué)性能試驗。劈裂抗拉強 度的試驗，其拉、壓強度試件均采用邊長為150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，試驗結(jié)果列于表10。
表10 劈裂抗拉強度及拉壓比值
|
編號 |
劈拉強度（MPa) |
抗壓強度（MPa) |
拉壓比 |
|
1 |
6.89 |
92.3 |
0.0746 |
|
2 |
7.74 |
95.1 |
0.0814 |
|
3 |
6.37 |
95.6 |
0.0666 |
|
總平均值 |
7.00 |
94.3 |
0.0742 |
一般來講，劈裂抗拉強度與立方體抗壓強度的比值隨強度等級提高而降低，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取值時的統(tǒng)計資料表明其比值 （f pt ／f cu ）約為10%～7%。由表10可見，C80級高性能混凝土的劈裂 抗拉強度平均值為7.00MPa，其拉壓比值為7.4%，比普通強度等級混 凝土略低，但規(guī)律是一致的。
6.2.3 混凝土軸心抗壓強度與彈性模量
混凝土軸心抗壓強度與靜力彈性模量的試件均采用100×100× 300mm棱柱體試件，其軸心抗壓強度均乘以0.95系數(shù)（G8J81－85標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定）。試驗結(jié)果列于表11。
表11 C80級混凝土的軸心抗壓強度與彈性模量
|
試件編號 |
28d立方體抗壓強度（MPa) |
軸心抗壓強度(MPa) |
彈性模量(1×10 4 MPa) | |||
|
組平均值 |
總平均值 |
組平均值 |
總平均值 |
組平均值 |
總平均值 |
|
|
H-6’ |
108.2 |
108.7 |
91.0 |
89.5 |
4.94 |
4.92 |
|
H-7’ |
108.2 |
91.9 |
4.89 |
|
|
|
|
H-9’ |
109.7 |
85.5 |
4.92 |
|
|
|
|
平均軸壓比 |
89.5/108.7=0.8234 | |||||
試驗結(jié)果表明：軸壓比值比普通等級混凝土的軸壓比值略有偏高。 靜力彈性模量值比規(guī)范統(tǒng)計公式計算結(jié)果偏高，這主要是因為在配合 比設(shè)計時，有意識地為了提高彈性模量值，以增加結(jié)構(gòu)物的剛度，采 取了一些措施，例如：（1）控制混凝土的單方材料用量中的細(xì)粉總含量不 超過550kg；（2）在滿足混凝土和易性要求的前提下，取較低的砂率值， 效果比較顯著。
6.3 混凝土長期性能及耐久性能
6.3.1 收縮性能
混凝土的干燥收縮試件采用100×100×515標(biāo)準(zhǔn)試件，技《普通 混凝土長期性能與耐久性能試驗方法》（GBJ82－85）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護及檢測。試驗結(jié)果列于表12。為與普通強度等級混凝 土的收縮值相比較，采用C40級混凝土收縮值隨齡期變化規(guī)律（2組平 均值）和本項目配制的C80級混凝土收縮值（2組平均值）相比繪于圖。
表12 C80級混凝土的干燥收縮性
|
試件編號 |
收縮值(mm/m) | ||||||||
|
|
1d |
3d |
7d |
14d |
28d |
45d |
60d |
90d |
120d |
|
H-3 |
0.017 |
0.057 |
0.073 |
0.93 |
0.143 |
0.157 |
0.167 |
0.213 |
0.263 |
|
H-4 |
0.023 |
0.057 |
0.073 |
0.093 |
0.133 |
0.157 |
0.177 |
0.210 |
0.256 |
|
總平均值 |
0.020 |
0.057 |
0.073 |
0.093 |
0.138 |
0.157 |
0.172 |
0.212 |
0.260 |
試驗結(jié)果表明，由于C80級高性能混凝土，摻用了高性能外加劑 和具有一定活性的細(xì)摻料，配制的混凝土具有用水量少，水膠比低和 密實度高的特點，因此，它的干燥收縮比普通等級混凝土的低，且較 早的趨于穩(wěn)定，（見圖1）。
6.3.2 抗碳化性能
根據(jù)C80級混凝土用的石子最大粒徑為20mm，采用碳化性能試件 為100×100×300mm棱柱體；碳化箱內(nèi)CO 2 ，濃度20±3%，濕度70±5%， 溫度20±5℃，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d取出，在60℃溫度下烘干48h，然后 將試件放入碳化箱中經(jīng)受碳化，結(jié)果所有試件均測不出碳化深度，表 明這種混凝土具有很好的抗碳化性能。
6.3.3 抗?jié)B性能
為驗證所配制的C80級混凝土的抗?jié)B性能，我們成型了一組混凝 土抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d后，進行抗?jié)B壓試驗，試驗水壓從0.1MPa 開始，每隔8h增加水壓0.1Mpa，加壓至4.0Mpa，并持壓8小時后， 無透水現(xiàn)象，劈開后滲水高度如圖2所示：
從圖2看出，C80級混凝土滲水高度在22mm～29mm，這說明抗摻等 級大于P40。
6.3.4 抗凍性能
抗凍性能試驗采用慢凍法。其試件采用邊長為100mm立方體試件， 標(biāo)養(yǎng)28d后進行凍融試驗。試驗前4d將凍融試件從標(biāo)養(yǎng)室中取出，放 入15℃～20℃水中浸泡4d，對比試件仍留在標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護，直至完成凍 融循環(huán)后，與抗凍試件同時試壓。
凍結(jié)時溫度為-15℃～-20℃，經(jīng)4h后取出并立即將抗凍試件放 入能使水溫保持在15℃～20℃的水槽中，再融化4h為一個循環(huán)。
本試驗共留置7組試件，28d齡期試壓1組，其余6組中，有4 組作凍融試驗，分別經(jīng)100次、200次循環(huán)后各試壓2組，另外2組為 對比試件。試驗結(jié)果列于表13。
表13 C80級混凝土抗凍性能試驗結(jié)果
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檢驗項目 |
100次循環(huán) |
200次循環(huán) |
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f co =113.2MPa
mf cn =107.4MPa |
f co =113.0MPa
mf cn =102.4MPa |
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1.強度損失度(%) |
5.12 |
9.38 |
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2.重量損失率(%) |
無 |
無 |
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3.外觀 |
完整 |
完整 |
注：f co ——為同齡期對比試件的抗壓強度（MPa）；
mf cn ——為經(jīng)n次循環(huán)后的抗壓強度平均值（MPa）。
由表13可見，經(jīng)100次、200次凍融循環(huán)，其強度損失率均小于 25%（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定），無重量損失。表明本課題研制的C80級高性能混凝 土具有較高的抗凍融性能。
7 結(jié)語
（1）配制高強高性能（HPC）混凝土應(yīng)優(yōu)選高性能外加劑和具有一定 活性的摻和料。
（2）控制單方水泥用量，采用普通硅525R或硅酸鹽525R。
（3）通過卵石5～20mm與碎石5～20mm粒徑的對比，宜選用石灰?guī)r碎石，粒徑5～20mm石子，沙 子采用細(xì)度模數(shù)2.4～2.9的中粗砂。
（4）對C80級高性能混凝土試件應(yīng)避免風(fēng)吹日曬，及時覆蓋養(yǎng)護，對于構(gòu)筑物也應(yīng)如此，才能 滿足強度及耐久性。
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