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文檔簡介
第一章建筑材料的基本性質(zhì)教學(xué)的目的和要求物理性質(zhì):與質(zhì)量有關(guān)密度、表觀密度、體積密度、堆積密度、密實度與孔隙率、填充率與空隙率
與水有關(guān)親水性和憎水性、吸水性、吸濕性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性
與熱有關(guān)導(dǎo)熱性、比熱容與熱容量、耐燃性和耐火性力學(xué)性質(zhì):強度、彈性、塑性、韌性、脆性、硬度、耐磨性耐久性質(zhì):影響因素第一節(jié)材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其對性能的影響
1、組成材料的組成是指材料的化學(xué)成分和礦物組成。材料組成是材料性質(zhì)的基礎(chǔ),它對材料的性質(zhì)起著決定性的作用。材料化學(xué)組成相同但礦物組成不同也會導(dǎo)致性質(zhì)的巨大差異。
如圖A、B為兩種鋼材的金相照片,兩者化學(xué)組成接近,主要差別是碳含量不同,A小于0.2%和B則為0.2%~0.4%,但礦物組成則差別較大。兩種鋼材性能差別較大,其中A具有較好的冷、熱變形等工藝性能,但強度較低,而B則強度較高。
AB
從宏觀組成層次講,人工復(fù)合的材料如混凝土、建筑涂料等是由各種原材料配合而成的,因此影響這類材料性質(zhì)的主要因素是其原材料的品質(zhì)及配合比例。
2、微觀結(jié)構(gòu)材料的微觀結(jié)構(gòu)是指物相的種類、形態(tài)、大小及其分布特征。它與材料的強度、硬度、彈塑性、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等重要性質(zhì)有著密切的關(guān)系。土木工程材料的使用狀態(tài)均為固體,固體材料的相結(jié)構(gòu)基本上可分為晶體、玻璃體、膠體三類,不同結(jié)構(gòu)的材料,各具不同特性。
材料的化學(xué)組成相同,微觀結(jié)構(gòu)的差別將導(dǎo)致材料性能的差異。如圖化學(xué)組成相同的水泥熟料,由于A的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)育良好,B則不然,結(jié)果在比表面積相似的情況下,A熟料的3d、28d抗壓強度分別比B熟料高10.7MPa和6.8MPa。
AB3、構(gòu)造材料的宏觀構(gòu)造是指可用肉眼能觀察到的外部和內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。土木工程材料常見的構(gòu)造形式有:密實構(gòu)造、多孔構(gòu)造、纖維構(gòu)造、層狀構(gòu)造、散粒構(gòu)造、紋理構(gòu)造。
4、孔隙狀況孔隙狀況對建筑材料的各種性質(zhì)具有重要影響,材料的孔隙狀況可由孔隙率、孔隙連通性和孔隙直徑三個指標(biāo)來描述:一般孔隙率越大,密度越小、強度越低、保溫隔熱性越好、吸聲隔聲能力越高一般情況下,連通孔對材料的吸水性、吸聲性影響較大;而封閉孔對材料的保溫隔熱性能影響較大粗大孔對材料的密度、強度等性能影響較大;毛細孔主要影響材料的吸水性、抗凍性等性能;極細微孔對材料的性能影響不大兩種石材性能對比圖為同一棟樓外墻所用的兩種不同材質(zhì)的裝飾石材,使用時間相同。大理石石材顏色已變暗且出現(xiàn)裂縫,而花崗巖石材完好如新。請從材料的組成結(jié)構(gòu)分析二者性能差異的原因。
大理石花崗巖討論:大理石主要成分是方解石(碳酸鈣和碳酸鎂),呈弱堿性。在酸雨等腐蝕介質(zhì)的作用下,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),顏色變暗淡,板材的結(jié)構(gòu)逐步疏松,并發(fā)展為裂縫。而花崗巖主要為石英(結(jié)晶二氧化硅)、長石(架狀鋁硅酸鹽)及少量云母(片狀鋁硅酸鹽),為酸性石材,結(jié)構(gòu)致密具有高抗酸腐蝕能力。
·工程實例分析·
材料微觀結(jié)構(gòu)對性能的影響某工程灌漿材料采用水泥凈漿,為了達到較好的施工性能,配合比中要求加入硅粉,并對硅粉的化學(xué)組成和細度提出要求,但施工單位將硅粉理解為磨細石英粉,生產(chǎn)中加入的磨細石英粉的化學(xué)組成和細度均滿足要求,在實際使用中效果不好,水泥漿體成分不均,請分析原因。原因分析:硅粉又稱硅灰,是硅鐵廠煙塵中回收的副產(chǎn)品,其化學(xué)組成為SiO2,微觀結(jié)構(gòu)為表面光滑的玻璃體,能改善水泥凈漿施工性能。磨細石英粉的化學(xué)組成也為SiO2,微觀結(jié)構(gòu)為晶體,表面粗糙,對水泥凈漿的施工性能有負作用。硅粉和磨細石英粉雖然化學(xué)成分相同,但細度不同,微觀結(jié)構(gòu)不同,導(dǎo)致材料的性能差異明顯。第二節(jié)材料的基本物理性質(zhì)一、與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.密度、表觀密度、體積密度與堆積密度密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。表觀密度是材料在包括閉口孔隙條件下單位體積的質(zhì)量。體積密度是指材料在自然狀態(tài)下的體積,包括材料實體及其開口與閉口孔隙條件下的單位體積的質(zhì)量。堆積密度是指散粒或纖維狀材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。密度、表觀密度、體積密度和堆積密度既有聯(lián)系又有差別。指的是材料在絕對密實狀態(tài)下,單位體積所具有的質(zhì)量.計算公式為:上式—密度(g/cm3);m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g);V—材料在絕對密實狀態(tài)下的體積(cm3)。a.密度:注意:絕對密實狀態(tài)下的體積是指不包含材料內(nèi)部孔隙的真實體積;對于致密材料(如鋼材、玻璃等)而言,內(nèi)部是不含孔隙的,故體積很容易測定;但是對于絕大多數(shù)材料而言,在自然狀態(tài)下材料是含有一些孔隙的;有孔隙材料的體積測定方法:一般采用密度瓶法測定有孔材料的實體積思考題:如何測量有孔隙材料的密度?*測量有孔隙材料密度的方法與步驟:將試樣研碎烘干冷卻到室溫稱量質(zhì)量測定體積密度烘箱105-110oC干燥器天平密度瓶指的是材料在自然狀態(tài)下,單位體積所具有的質(zhì)量;計算公式為:上式—表觀密度(kg/m3)m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(kg);—材料的表觀體積(m3);*表觀體積=密實狀態(tài)下的體積V+閉口孔隙體積V閉b.表觀密度:指的是材料在自然狀態(tài)下,單位體積所具有的質(zhì)量;計算公式為:上式—表觀密度(kg/m3)m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(kg);Vo—材料的自然體積(m3);*自然體積Vo=密實狀態(tài)下的體積V+孔隙體積Vc.體積密度:開口孔害隙與閉柔口孔隙輸?shù)谋嫖鲩_口孔隙鉤指與外界該相連通的娛細小孔隙賽,閉口孔贊隙指與外頑界不連通恢的細小孔扒隙。兩者圈都會影響摸材料的表恰觀密度,總開口孔隙喂影響骨料首的吸水性稅。誕只能通過蘆試驗測得氧。自然狀營態(tài)下的體槽積包括開劃口和閉口紛孔隙,而半浸水飽和旗后排水試珠驗測得的次體積就只梢有閉口孔跌隙,而沒染有開口孔垮隙。所以蹲可以用吸蟲水飽和狀豬態(tài)下的質(zhì)林量減去完總?cè)娓蔂钶d態(tài)下的質(zhì)牢量然后除餅以水的密友度,得到絡(luò)開口孔隙托的體積。指的是散杯粒(粒狀賢、粉狀或無纖維狀)啊材料在自見然堆積狀態(tài)下,單位列體積的質(zhì)杜量;計算公式菌為:—堆猴積密度攔(kg炎/m3)m—材煤料在干擋燥狀態(tài)窮下的質(zhì)廊量(k肢g);—材料勾在堆積博狀態(tài)下越的體積攜(m3);C、堆駐積密度:?思考婚題:如譯何測定平砂和石赤子的堆憐積密度之?(1)首先采用匹前述方法掛測定其干惕質(zhì)量m;(2)然后采都用容量升來測定爐砂子、寒石子的擦堆積體名積晝,方放法如下防:a)砂子采用1L、捉5L的胃容量升來測堆積烏體積;b)石子采用10L、行20L、個30L的鋒容量升來測定抹其堆積封體積;(3)利用公式悶計算堆積炸密度:建筑常腥用材料耕的密度勺、表觀蔽密度、能堆積密稻度材料名稱鴉密度(g/c丙m3)體積密斗度(kg漸/m3)堆積密度(kg曲/m3)鋼材7.8奇5瘡780再0~胸785載0紅松木1.55梯~1.6寨0暴40旱0~60淘0水泥2.8仗~3.1160翁0~1懲800砂2.5進~2橫.6150可0~1河700碎石2.4校8~近2.7砌6側(cè)2段300軌~27趙00王140軍0~1焦700普通玻食璃2.45仆~2.梳55碧245差0~25煮50鋁合金2.7弊~2.利9桂27推00~岔290姓02、密識實度與厭孔隙率a.密實梯度:是指材挪料體積醒內(nèi)被固識體物質(zhì)可充實的綠程度,慈也就是烤固體物籌質(zhì)的體飽積占總選體積的旅比例,牧用D來轉(zhuǎn)表示。b.船孔隙率彈:是指材料吼體積內(nèi),彼孔隙體積捧占總體積賭的百分率學(xué),用P表鄙示。P=(V0-V)/搞V0×100%=(1-由V/V0)×100%密實度柔和孔隙每率反映析了材料頓的致密洞程度。一般來互說,同童一種材逃料,孔緣瑞隙率越念小,連差接孔隙宗越少,掉則:其強度越弱高;吸水越勾少;抗?jié)B性和肌抗凍性越帆好;但是導(dǎo)黎熱性差扶;3、填充畜率與空隙傅率:a.填研充率是指散粒示材料(如礙砂子、石失子等)在貞某容器的換堆積體積測內(nèi),被其新顆粒實體根體積填充眨的程度。填充率一院般用D’來表示,鵲按下式計華算:或b.空裳隙率空隙率被是指散譜粒材料階在堆積闖體積中英,顆粒影之間的空隙體積行占堆積體道積的百分綢率,用P’表示:空隙率兄的大小琴反映了粉散粒角材料的雄顆粒之件間相互填充島的致密程既度;思考:伸空隙率徑與孔隙躺率有什徑么區(qū)別馬?孔隙對材灣料性質(zhì)的片影響某工程頂肢層欲加保辯溫層,以額下兩圖為初兩種材料逐的剖面,桶見下圖?;糜裾垎栠x擇菌何種材料軟?AB討論:保溫層的虛目的是減四小外界溫料度變化對引住戶的影惜響,材料零保溫性能除的主要描音述指標(biāo)為壓導(dǎo)熱系數(shù)籍和熱容量必,其中導(dǎo)聽熱系數(shù)越銀小越好。滿觀察兩種鞠材料的剖悄面,可見晉A材料為干多孔結(jié)構(gòu)安,B材料靈為密實結(jié)隔構(gòu),多孔痰材料的導(dǎo)表熱系數(shù)較賀小,適于土作保溫層左材料。二、材料繪與水有關(guān)既的性質(zhì)(一)桶親水性組和憎水禽性(1)親漂(憎)水績性:材料在幫空氣中籍與水接湯觸時,學(xué)能被水笑濕潤的肯,稱為蛋親水性閘,否則繳為憎水君性;(2)親悲(憎)水膨性材料:具有親水題性的材料砌稱為親水巷性材料,獻如木材、貸磚、混凝刺土、石等王;反之為哄憎水性材殊料,如瀝攜青,石蠟出、塑料等隨;?思考:們1)材奸料親水和執(zhí)憎水的原戲因是什么凱?2)防翠水防潮冠材料應(yīng)爪優(yōu)先選碼用哪種紗材料?吸水率是指材魂料與水著接觸吸狗收水分露的性質(zhì)益,吸水科性的大小用吸依水率表暢示。(1)怎質(zhì)量吸捕水率:(二)列吸水念性與吸竄濕性1.吸硬水性材料在水仇中吸收水阻分達飽和福的能力。表達方式積:質(zhì)量吸水畢率和體積肥吸水率。材料在熱吸水飽技和狀態(tài)炮下,所遼吸收水做的體積盞占材料自然體居積的百術(shù)分率。思考:療材料的單親水性為和吸水灰性有什學(xué)么區(qū)別已?(2)竹體積吸至水率:是指材尤料在潮蠅濕空氣只中吸收悅空氣中逮水分的忍性質(zhì);吸濕性悼的大小叫用含水率表示。含水率是指材料盾內(nèi)部所含水的質(zhì)量循占其干質(zhì)出量的百分貴率用W含表示;計算公缺式如下剝:2.吸服濕性干燥的得材料吸收空懶氣中的鏡水分潮濕的材料平衡含年水率平衡含水是率:當(dāng)材料中窯所含水分移與空氣濕托度達到相對平送衡時的軋含水率且。釋放水分(三)附耐水性耐水性構(gòu):是指刷材料長命期在飽挽和水的禁作用下庫,其強度也喇沒有顯著執(zhí)下降的性像質(zhì);一般用軟化系快數(shù)表示:(四)羅抗?jié)B性抗?jié)B性:額材料抵抗笛壓力水滲竹透的性質(zhì)旺;Q——透額過材料試即件的水量伍,cm3H——水巾頭差,c賽mA—調(diào)—滲水論面積,封cm2D——底試件厚的度,c區(qū)mt——滲播水時間,揀hk——香滲透系比數(shù),c鋤m/h抗?jié)B等膀級:Pnn—材料反所能承臭受的最予大水壓員力(MPa準(zhǔn))的10吩倍值如P6、P殊12、P篇20,分別表產(chǎn)示能夠承憐受0.6M筆Pa、1槍.2MP怪a、2.識0MPa的水壓而幫不滲水。影響因素叛:親水性助、孔隙枯率、孔譯特征、份裂縫等送有關(guān)。(五)糾抗凍性材料在吸兆水飽和狀蘇態(tài)下,抵然抗多次凍咳融循環(huán)作筒用而不破昨壞,也不值嚴(yán)重降低米強度的性漂質(zhì)??箖龅冉z式級:如F25表示能壘經(jīng)受25次凍融循摩環(huán)而不破桂壞。影響因素桂:孔隙率封、孔特物征、吸誦水性及匯抵抗脹揭裂的強過度有關(guān)稿。是指材徒料存在喚溫差時克,熱量秀能從材霞料的一蒸面通過天材料本階身傳到沾另一面問的性質(zhì)導(dǎo)熱性鍛一般用精導(dǎo)熱占系數(shù)丈表示三、材料走與熱有關(guān)苦的性質(zhì)(一)導(dǎo)負熱性(1)導(dǎo)熱系數(shù)冠越小,材嶄料的隔熱鉆保溫性能眉越好;(2)金屬材料被的導(dǎo)熱系肌數(shù)大于非拒金屬材料戲的導(dǎo)熱系數(shù)(3)細小而然封閉的堪孔隙,懇導(dǎo)熱系介數(shù)越小毒;開口而粗大沉、連通出的孔隙宏,導(dǎo)熱前系數(shù)越待大;注意:(二)熱贈容量與比密熱1.熱犯容量材料受銜熱時吸陸收熱量哈或冷卻向時放出弱熱量的繪能力。Q=c六m(摟T2-淡T1)式中Q—材料幕的熱容呢量(J);c—材料的偶比熱[J/聾(g·嬸K)];m—材料原的質(zhì)量(g);T2-T1—材祖料受熱或輛冷卻前后晝的溫度差(K)。2.比熱是指材眉料受熱勻時吸收雷熱量、展冷卻時巨放出熱丙量的性糟質(zhì)。*什么叫考比熱:是指單位遭質(zhì)量的材爹料,在溫開度升高或虎下降1K時,咽吸收或放騾出的熱量畜。幾種常蝴見材料撤的導(dǎo)熱磚系數(shù)和袖比熱(四)耐猴燃性與耐搭火性1.耐忽燃性材料抵抗伏燃燒的性悉質(zhì),分四膠級。非燃燒距材料(A級):如工鋼鐵、磚貿(mào)、石、混翼凝土。難燃材斑料(B1級):如葬水泥刨花會板、硬PVC扎塑料板等閘??扇疾纳盗希˙2級):如琴木材、膠鐮合板等。易燃材料癥(B3級惠):如油棵漆、纖維蘭織物等。2.耐火抱性材料抵抗奸高熱或火槐的作用,歡保持原有禽性質(zhì)的能片力。耐火極嗚限用時太間(h或min貝)表示。(五)么耐急冷尤急熱性材料抵另抗急冷陳急熱的奇交替作餓用,并挺能保持挖其原有詠性質(zhì)的司能力。在急冷急貧熱作用下鈔,易開裂丈或炸裂,蠻如玻璃、青瓷磚等。四、與聲抬學(xué)有關(guān)的得性質(zhì)1.吸國聲性聲能穿透季材料和被腹材料消耗綠的性質(zhì),畜用吸聲系治數(shù)表示。式中α—材料枝的吸聲姨系數(shù);E0—傳遞尚給材料勉的全部毛入射聲弓能;E—被材料世吸收(包搶括透過)象的聲能。材料的平臺均吸聲系欄數(shù)≥0.2的材料為槽吸聲材料謊。影響因素辱:表觀密稀度、孔用隙特征維、厚度戲及表面刑的條件嗽有關(guān)外厘,還與鬼聲波的辨入射角種及頻率脹有關(guān)。2.隔雨聲性材料能賞減弱或災(zāi)隔斷聲搞波傳遞己的性能衰。(1)隔介空氣聲材料單位樣面積的質(zhì)浙量越大或饞材料的密呢度越大,鴿隔聲效果伯越好。(2)隔固體案聲由于振病源撞擊肝固體材耕料,引軌起固體版材料受捆迫振動悄而發(fā)聲類,并向續(xù)四周輻沉射聲能蠅。選用具鈔有彈性刷的襯墊膀材料,棋如軟木趁、橡膠窯、毛氈陶、地毯道等,能和阻止或申減弱固筆體聲波費的繼續(xù)雅傳播?!すこ虒嶊幚治觥ぜ託饣炷龏W土砌塊吸憤水分析某施工隊意原使用普繳通燒結(jié)粘滑土磚,后欣改為多孔遺、容量僅菌700困kg/m銹3的加氣至混凝土砌僚塊。在抹遣灰前采用武同析方式前往墻上澆旬水,發(fā)覺雅原使用的媽普通燒結(jié)云粘土磚易胳吸足水量慚,但加氣照混凝土砌資塊表面看音來澆水不貼少,但實街則吸水不防多,請分島析原因。原因分析手:加氣混腹凝土砌充塊雖多跑孔,但晶其氣孔噸大多數(shù)退為“墨均水瓶”獄結(jié)構(gòu),富肚大口撿小,毛寫細管作腸用差,過只有少熟數(shù)孔是致水分蒸圓發(fā)形成緣瑞的毛細票孔。故死吸水及季導(dǎo)濕均矮緩慢,謹材料的奴吸水性肢不僅要公看孔數(shù)攤量多少敘,還需倡看孔的區(qū)結(jié)構(gòu)?!すこ虒嵄崩治觥せ馂?zāi)中衰混凝土肉的破壞某在建籠住宅樓滔不慎發(fā)況生火災(zāi)農(nóng),混凝廈土被破核壞,見遭下圖,霞請分析幟原因。原因分谷析:混凝土淹一般由愚砂、石濾、水泥畫等材料下經(jīng)拌和遲、凝固要形成了輔復(fù)雜的刪物相體渾系,由罰于受到蕉火災(zāi),績在高溫忍下,混閱凝土的炊水化產(chǎn)蠢物分解身后又產(chǎn)禍生了新互的物相際,導(dǎo)致談混凝土報微觀結(jié)蝦構(gòu)破壞攪。第二節(jié)捉材賀料的力鋒學(xué)性質(zhì)一、強度縣與比強度(一)邁強度材料的宜強度是販指材料絮在外力寶作用下不破壞時炮所能承受慶的最大應(yīng)珠力;分抗壓身強度、頌抗拉強洞度、抗兩彎強度婆、抗剪烏強度。1.抗絕拉(壓息、剪)懸強度材料承受映荷載拉力陡(壓力、地剪力)作泳用直到破晴壞時,單礎(chǔ)位面積上姐所承受的衡拉力(壓李力、剪力史)稱為抗抬拉(壓、櫻剪)強度退。式中:f—抗拉饑、抗壓卻、抗剪刪強度(MPa);F—材料受少拉、壓、杏剪破壞時獸的荷載(N);A—材料階受力面展積(mm2)。2.抗暮彎(折獲)強度抗彎強度你與材料受挎力情況有貸關(guān)。矩形摸截面試件榨,兩端支腎撐,中間管作用一集鉤中荷載,寬抗彎強度棉:式中fm—材料源的抗彎匠(折)糧強度(MPa);F—受彎時配的破壞荷出載(N);L—兩支點瀉間距(mm);b、h—材料東截面寬促度、高毀度(mm)。影響強度產(chǎn)的因素:材料的組謀成、結(jié)構(gòu)妹特征、孔央隙率、試蛇件形狀、覺尺寸、表桶面狀態(tài)、繳含水率、燭溫度及試娃驗時的加列荷速度等陜。強度等猜級的定刑義:大多數(shù)建徑筑材料根述據(jù)其極限強威度的大小,影把材料劃梅分為若干涉不同的等徹級,稱為胡材料的強母度等級;材料強度逝等級劃分黨的標(biāo)準(zhǔn):a)脆性聚材料主要根啟據(jù)其抗壓強紅度來劃分強命度等級,犯如混凝土躲、水泥、算粘土磚等扣;例:混凝玻土的強度爪等級劃分帳為16級C15艇...煌C80據(jù);b)韌性將材料主要根霉據(jù)其抗拉強扔度來劃分致強度等哪級,如頂鋼材等義;(二)需比強度比強度妻:是指材貞料的強愧度與其蚊表觀密鵝度的比現(xiàn)值;比強度的顧意義:(1)茶衡量材朵料輕質(zhì)圣高強性汁能的一溝項重要參指標(biāo);(2)溝選用比嘩強度高棒的材料修或者提晴高材料裳的比強度,對雞大跨度施、高高罰度建筑宣十分有寬利;普通混冊凝土、列低碳鋼番、松木柔的比強乏度分別隨為0.01譯7,0.影054,匠0.20禽0;二、彈倡性與塑關(guān)性1.彈球性是指材泳料在外省力作用幻玉下產(chǎn)生蛇變形,簡當(dāng)取消叼外力后錘,能完全恢匯復(fù)原形狀向的性質(zhì),稱為彈互性;2、塑張性:是指材賽料在外陳力作用銹下產(chǎn)生術(shù)變形,享當(dāng)取消累外力后思,仍保持變到形后的形犁狀和尺寸茅的性質(zhì),稱為塑報性;例如:低傅碳鋼為彈逮塑性材料絨;低碳鋼的歉σ~ε曲允線分段的疫彈性變?nèi)魏退芩苄宰冃稳?、脆站性與韌望性1、脆性希:是指材恨料在外尖力作用劫下,直獨到破壞前無下明顯的塑雄性變形而毅發(fā)生突然確破壞的性陵質(zhì),稱為禮脆性,米如玻璃翻、混凝粒土、水紙泥等;2、韌達性:是指材料私在沖擊或剪震動荷載錯的作用下兆,能吸收讓較大能量途,并產(chǎn)生宴較大變形漸而不發(fā)生破壞的性邀質(zhì),稱為韌孝性,如鋼主材、木材漢、橡膠等組;問題:脆蘋性材料和螞塑性材料扛的主要區(qū)奴別是什么閑?四、硬度豈與耐磨性1.硬度:是指材料叢表面抵抗玩較硬物體眼壓入或刻胞劃的能力鑼;2.耐磨性:是指材料巧抵抗磨損以的能力;**一般獲用磨損率糟來表示,釘計算公式滔如下:第四節(jié)返材料的
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