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3.1.1概述 18

3.1.2裂缝修补技术分类 19

3.2灌缝 19

3.2.1概述 19

3.2.2灌缝分类 20

3.2.3开槽灌缝 21

3.2.4不开槽灌缝 22

3.2.5灌缝材料 22

3.3贴缝 24

3.3.1施工工艺 24

3.3.2施工规定 25

3.3.3施工质量控制 25

3.3.4与用密封胶灌缝对比路面贴缝带的优缺点 25

3.3.5贴缝带 27

3.4灌缝、贴缝技术对比总结 27

3.4.1适用范围 27

3.4.2材料要求 28

3.4.3施工机械 28

3.5封缝施工质量检测 30

4.裂缝修补机械 30

4.1开槽机 30

4.1.1开槽机的工作原理和组成 31

4.1.2开槽机的分类 31

4.1.3开槽机特点 31

4.1.5小结 33

4.2灌缝机 33

4.2.1灌缝机特点:

34

4.2.2小结 35

总结 36

致谢 37

参考文献 38

1.绪论

公路运输是综合交通运输系统中的一个重要组成部分,公路是国家经济发展和现代化建设的基础设施。

自改革开放以来,随着国民经济的发展和交通运输需求的不断增加,我国的公路建设事业进入了一个迅猛发展的时代。

自20世纪80年代末我国修建了第一条高速公路以来,我国的公路建设取得了重大成就,公路里程数迅速增长。

1990年我国公路里程数仅为102.8万公里,到了2013年,我国公路里程数就增长到了435.62万公里。

公路沥青路面是现如今我国比较普遍的路面结构,具有以下优点:

(1)表面坚实、平整、无接缝;

(2)行车舒适度高、耐磨性好、噪声低;

(3)养护维修便捷、施工期较低,能够吸水,而且比较适合进行分期修建;

正因如此,沥青路面得到了较为广泛的应用。

但是,受长期行车载荷,以及常年经受环境、气候的影响,沥青路面病害日益增多。

因此,沥青路面养护的主要任务就是研究如何延缓各类病害的发展,使沥青路面的使用寿命得到延长,以及如何使路面的使用性能保持良好,降低公路养护的养护成本[11]。

由于沥青混凝土材料本身的差异,以及受设计和施工水平的影响,沥青路面往往会出现裂缝、车辙、松散、冻胀翻浆、沉陷、拥包、泛油、龟裂、唧浆等病害,这些病害的出现会影响行车速度,危机行车安全,加大了汽车的磨损并且会使得沥青路面使用寿命大大降低。

本文主要研究的是青路面裂缝类病害。

 

沥青路面裂缝是沥青路面病害的主要类型之一。

可以说所有的路面都受到裂缝类病害的影响。

针对各种类型的裂缝应该采取怎样的养护措施?

养护工艺有哪些?

养护设备各有什么特点?

本文主要针对沥青路面裂缝类病害做出相应的研究。

1.1研究背景及意义

近几年来,我国的交通建设成为国家优先发展的战略目标,在规模总量上实现了快速增长。

公众需求正在随着交通流量的快速增加和公路里程的不断增长而日益提高,一个十分艰巨的任务败在了公路养护管理工作者们的面前,那就是怎样去做好养护工作,才能够使得公路保持在一个比较良好的运行状态之下。

我国有很多的沥青路面病害,这些病害都很常见而且都较为复杂,但是经过这么多年以来的长期实践、研究和探索,我国的施工技术和机械化程度也在不断地提高,已经有很多病害正在逐渐地减少。

开裂导致路面发生损坏的现象虽然得到了一些改善,但是,沥青路面裂缝这一病害直到现在也没有根除。

在沥青路面完工后的第一个冬季,一般就会产生裂缝类病害,在这之后还有可能会继续发展。

裂缝产生的原因同样也是多方面的,一般来讲,会有昼夜温差作用引起的温缩裂缝,地表水侵蚀产生的裂缝,也会有下承层的裂缝引起的反射裂缝等。

在裂缝产生的初期,其对于沥青路面的使用性能并不会产生什么特别明显的影响,仅仅是会影响沥青路面美观。

但随着裂缝的逐渐发展,裂缝数量逐渐增多,不仅会使沥青路面的品质下降,而且会带来其他的路面病害,形成恶性循环。

这跟很多方面都有关系,比如沥青混合料的性质、路面行车量、气候条件、施工因素以及行车类型等等。

而且沥青路面产生的裂缝往往是稠密得,而且这些裂缝还是相互联系的,甚至直接就是网状的裂缝,并不是有规则的、单独的或者是稀疏的。

在雨雪天气,雨水、雪水等地表水往往会通过裂缝浸入面层,在冬天冻融后,会对道路的产生极其严重的破坏,进而就会影响裂缝两侧的路面结构层,使其含水量增大,甚至是饱和,尤其是裂缝附近土基,受到的影响往往更大[1]。

这会使得路面强度明显降低,再加上路面会承受大量行车载荷,在其反复作用下,就产生了唧浆和冲刷的现象,甚至很快就会产生结构性破坏。

经过大量调查,我们发现在沥青路面病害中,沥青路面裂缝或者是因裂缝没有及时修补而导致的次生病害占有很大部分的比例。

沥青路面裂缝对沥青路面影响非常大,它会加快路面的破坏程度,使沥青路面的使用寿命降低,对路面使用性能的破坏非常大。

沥青路面养护的经常性工作之一就是对沥青路面裂缝进行修补。

因为公路承担着重要的交通任务,车流量一般较大。

通常情况下一旦要对裂缝进行修补工作,是不允许长时间中断交通或者是压缩通行断面来进行的,所以,针对沥青路面裂缝进行研究,是具有积极意义的。

本文较为系统化的整理总结了沥青路面裂缝类型以及各类裂缝的成因,分析阐述了各种裂缝修补工艺(主要是填缝工艺),修补材料和施工机械。

1.2国内外研究现状

现如今我国的沥青路面修补技术还是以表面填缝为主,缺点是耐久性较差且失效率高,所以为了提高路面维修效率、保持路面的使用性能、延长路面使用寿命,我们应该积极开展沥青路面裂缝修补技术研究。

1.3.1国内研究现状

目前来讲,我国高等级公路经常采用的路面主要结构形式就是半刚性基层的沥青路面。

沥青路面的优点主要是:

(1)表面平整、无接缝、耐磨性好;

(2)噪音低、行车舒适度高、振动小、抗滑性能好;

(3)施工期短、工作人员进行养护维修是比较简便;

(4)扬尘少、行车安全性好。

所以沥青路面是一种比较理想的面层结构。

但是沥青材料自身的特性有局限性,以及在施工中存在不可避免的各种问题,都导致沥青路面裂缝成为了沥青路面各类病害中的一个令人头疼的病害,一直没能够彻底解决的办法。

我国沥青路面裂缝的修补技术主要就是采用乳化沥青进行灌缝封填。

但是,乳化沥青及热沥青在灌入缝内之后往往会产生沥青与裂缝粘结不牢的情况,沥青受热又容易被挤出,既对路面的外观产生影响,而且还起不到封水的作用。

这些年,往往会采用专用的开缝机扩缝后,选择一些与旧的沥青混合料相容性较好、低温不发脆而且粘结强度较高的填缝材料进行灌缝。

这类灌缝的优点是对沥青路面裂缝处治较为彻底,但是需要专门的扩缝机械,成本比较高。

高速公路应用较多的填缝方法主要是沿裂缝开槽,然后再以新混合料填补压实。

但是以上的这些处理方法都会有明显的新旧沥青混合料交界面,在修补完成后又会带来沿路面接缝处的一些破损问题,而且工作面小,路面强度、平整度和压实度都难以得到有效的保证。

最主要的就是在修补完工后,该部位又成为了路面结构中最为薄弱的地方,很容易产生其他问题。

人们对于路面裂缝处置方法的认识和研究正在不断地深入,目前,国内针对于裂缝的处置开发出新材料、新技术、与新工艺。

形成了开槽灌缝、填缝、贴缝、养护剂灌封一整套方法。

以下为国内常用的处置路面裂缝养护技术:

(1)开槽灌缝:

开槽灌缝需要用到开槽机,用其在沥青路面裂缝处沿着裂缝的走向开出一条沟槽,沟槽的宽度为1~1.5cm,深度为1.5~2cm,再用灌缝机将专用的公路密封胶加热到一定的温度,然后通过内部的料泵马达打压灌入开槽机开好的的沟槽之中,这样的修补方法就是开槽灌缝。

开槽灌缝的优点是封闭效果好,效率高,使用寿命长。

缺点就是施工造价高,初期施工设备费用投入高。

(2)不开槽灌缝:

不开槽灌缝无需对裂缝进行开槽,可以直接利用热压缩空气对裂缝进行处理,做好裂缝的清理和干燥工作,然后采用合适的材料(热沥青或者乳化沥青)进行灌缝工作。

不开槽灌缝适用于气候温暖且交通量较小的地区。

(3)贴缝:

目前国内使用的修复剂根据地质环境的不同而有相应的区别。

此外,为了提高贴缝的耐久性需要在贴缝前清楚裂缝的缝壁湿气。

然而,使用直流式的吹缝设备,虽然被广泛的使用,但是除湿效果不佳,推荐使用变频螺旋式高压热气喷机。

1.3.2国外研究现状

目前国外采用最多的的裂缝填封材料主要有以下三种。

第一种就是热灌式橡胶沥青,这种材料收到了广泛应用,主要就是因为它的材料价格底,成本较小,对施工人员在施工过程中的要求并不是很高。

第二种就是有机硅树脂,因为它的粘度过高,不适合充分渗入裂缝,而且它对施工人员在施工过程中的要求比较高,施工效率较低,成本也较高,所以在密封新建混凝土路面的接缝时收到了较多的采用。

第三种就是冷灌式填缝料,这种材料主要是以乳化沥青作为基本物质,在实际应用过程中无需加热就可以使用,受到的限制条件也比较少。

现如今,在裂缝修补技术方面,发达国家已经基本实现现代化。

同时,应用良好的路面管理信息系统和先进的仪器设备构建了考虑科学化、信息化、自动化的管理体系,从而保证了对路况的实时监控与评估。

另外,多功能修补车,沥青灌缝机,变频螺旋式高压热气喷机等品种多样的机械的使用,保证了高强的技术水平和性质能。

同时使用了很多新材料和新工艺,比如科氏改性沥青冷灌缝材料,这种材料是由美国科氏工业集团科氏材料公司开发的,它能够节约成本,降低耗材。

经济发达国家很早就发展了公路的施工建设,养护管理工作同时也跟上了建设的步伐,由于日常养护工作做得好,这些国家高速公路虽然建成使用了近半个世纪,但至今仍在使用。

他们在公路养护和管理方面有较完善的质量保证体系,普遍建立了公路养护计算机管理系统,并配备了先进的养护机械,在不断发展养护机械的同时,注重养护施工工艺与养护材料的研究与开发工作。

近几年来,发达国家更加重视养护管理系统的建设,利用开发出的公路路况诊断检测、评估设备等多种养护辅助系统,实现对公路状况的自动检测与数据的采集,建立公路信息管理数据库,对公路路况实施动态管理,达到以预防为主的养护目的。

2.裂缝研究

2.1裂缝分类

裂缝是沥青路面病害中的一个重要病害,收到了各国公路界的广泛关注和研究。

在我国,沥青路面也受到了裂缝类病害的严重影响,可以说每条路面都存在裂缝,只是裂缝的数量,类型和产生的时间有所不同。

国内外对裂缝从类型到成因再到防治做了深入的研究,而且也取得了丰富的学术理论成果。

但是这些成果在裂缝防止时所达到的效果并不尽人意,沥青路面裂缝类病害仍旧严重影响着沥青路面的正常使用。

沥青路面裂缝通常被分为以下几种,主要有:

(1)横向裂缝:

这类裂缝主要是半刚性基层沥青路面在温缩作用或是干缩作用下而引起的的反射裂缝和对应裂缝;

(2)纵向裂缝及网裂:

此类裂缝主要分为自上而下的疲劳裂缝和反射裂缝;

(3)块状裂缝。

这些裂缝的形成原因及其的复杂,成因不同,裂缝在路面结构的垂向深度也有着较大的差别[13]。

活动性裂缝一般采用的修复手法就是裂缝填封,活动性裂缝的特点就是夏季宽度比较小,而冬季宽度比较大。

典型的活动性裂缝在夏季时,宽度通常能超过3mm,而冬季宽度就会增长15%~100%。

在裂缝填封时,首先要根据裂缝具体的几何形状进行开槽,然后对所开槽进行清理干燥,最进行填封,填封时要选择合适的填封料。

非活动性裂缝一般采用的处治手法就是裂缝密封,非活动性裂缝的宽度一般小于3mm。

此类裂缝一般处于裂缝发展的初期阶段,在冬季气候温和的地区出现较多。

裂缝密封不需要使用开槽机,即不用对裂缝进行开槽,一般来说,会直接采用热压缩空气对裂缝进行清理工作,最后再填装密封剂。

在气候温暖且交通量较小的地区一般采用裂缝密封技术。

裂缝填封和裂缝密封可以结合使用:

纵向裂缝采用填封,横向裂缝采用密封。

这两种方法的综合运用可以提高封缝处理的效果,减少路面的破坏。

2.1.1按裂缝形状分类

按裂缝的形状分类,可以把裂缝分为网状裂缝(龟裂)、纵向裂缝、横向裂缝和块状裂缝。

(1)龟裂。

龟裂是沥青路面裂缝中最为严重的一种裂缝形式,由于路面受到交通荷载的重复作用,沥青面层或稳定基层就会发生疲劳破坏,最终产生相互贯通的裂缝,因其形状类似于龟壳背面,所以被称为龟裂。

龟裂一开始是沿行车轮迹带出现很多单条或多条平行的纵缝,然后会在这些纵缝之间出现一些横向或者是斜向的连接缝,形成了缝网。

除非整个路表面都在承受车辆荷载的作用,否则龟裂并不会发生在整个路表面,只会发生在重复荷载作用的地方。

裂缝最先出现的地方就是沥青的面层,或者是稳定基层底部,在承受最大荷载弯拉应力的位置,也有可能最先出现裂缝。

一开始时,只会产生一条或者是几条平行的纵向裂缝。

在车辆重复荷载的影响作用下,这些裂缝就会逐渐连通,最终发展成为龟裂。

龟裂按照裂缝块、缝宽及有无变形,可以分为轻度、中度和重度三种程度的裂缝。

轻度龟裂(如图2.1)主要发生在裂缝初期,裂缝比较细,缝区没有变形和散落,主要的裂缝宽度一般小于2mm,主要的裂缝块度在一般也会在0.2~0.5m之间。

龟裂的发展期就是中度龟裂,裂缝区存在轻度散落或者是变形,主要的裂缝宽度一般在2~5mm之间,而部分裂缝的块度一般则是小于0.2m。

当裂缝发生至重度龟裂时(如图2.2),它的龟裂特征就会比较明显,裂块相较前两者而言就比较小,裂缝区存在着明显变形,散落程度比较严重,主要的裂缝宽度一般大于5mm,大部分裂缝块度则是小于0.2m。

龟裂产生的主要原因是路面的整体强度不足。

导致强度不足的原因有以下几个方面:

1.路面结构在设计时不合理,路基路面在压实的时候压实度不足,路面材料配合不合适或者是拌合时未拌合均匀等,使沥青与石料粘结度不高;

2.2.路面出现横向裂缝或者纵向裂缝后,没有及时封填,导致路面下层深入了水分,泡软了基层表面,在行车荷载的反复作用下,产生唧浆现象,路面基层表面被逐步淘空,就产生了网裂现象。

3.3.汽车严重超载和沥青老化,会使得基层产生疲劳破坏。

这同样也是沥青面层产生网裂的重要原因之一。

(2)纵向裂缝(如图2.3)。

纵向裂缝是一种长直的单条裂缝,它的方向与道路中线大致呈平行,有时它会伴有少量的支缝。

纵向裂缝分为两种:

一种主要发生在路肩或者是紧急停车带部位,其形状呈月牙状,沿着路肩边缘向内逐步扩大,这种裂缝的危险性比较高,它会使路基发生滑移;

第二种主要发生在行车道部位,裂缝两端还没有延伸到路堤的边缘,一般呈纵向条带状。

纵向裂缝的特点有以下几种:

(1)路基或者是基层沉降引起的纵缝:

一般来讲,其特点是断断续续,绵延程度很高;

(2)施工搭接引起的纵缝:

它的形态特征是又直又长;

(3)结构承载力不足引起的纵缝:

通常来讲,它会出现在路面的边缘地带,主要的形成原因就是路基边缘受水侵蚀,或者是压实过程中路基压实度不均匀,从而导致了不均匀沉降。

按裂缝的宽度以及裂缝边缘的破坏情况主要可以分为轻度和重度这两个等级。

轻度纵缝的主要特点是:

裂缝缝比较细,裂缝壁没有散落现象,或者是存在轻微散落的现象,主要裂缝处没有支缝,或者是存在少量的支缝,一般来讲,它的缝宽在会3mm以内。

重度纵缝的特点是:

裂缝缝比较宽、裂缝壁存在散落现象散落、主要裂缝处存在支缝,主要缝宽一般来说会大于3mm[2]。

一般来讲,形成纵向裂缝的主要原因是这几点:

1.地基原因。

在处于河谷处和丘陵低洼地带的路段,地基土的天然含水量相对较高,在设计和施工的时候并没有做处理,在高填土后,因为地基承载能力的差别也会出现不均匀沉降,由此造成路面的纵向开裂。

2.路基施工原因。

如果在天气干燥时进行土基施工,局部路堤的填料土块粉碎程度不足,路基的压实度不均匀,暗埋式构造处由于受到构造物长度的限制,路基边缘不能超宽碾压,这样就使得路基边缘的压实度不够,或者是混合料摊铺的时候纵向施工搭接质量不好,这些都是造成纵向裂缝的原因。

3.水的渗透破坏。

路表、边坡和中央分隔带发生渗水现象,局部路基受到了水浸泡,使得它的承载力值降低,在动静荷载的作用下,路基将会滑动产生裂缝,除此之外,填料如果是弱膨胀土,而且在施工中未做处理,渗水后它的含水量也会发生变化,同样是纵向裂缝产生的原因。

图2.3纵向裂缝

(3)横向裂缝(如图2.4)。

横向裂缝也是单条裂缝,它的方向与道路中线基本接近平行状态,有时在主要裂缝的周围会伴有少量的支缝。

横向裂缝大多是由路基或者是基层裂缝的反射造成的,当路面发生低温收缩是,也会产生横向裂缝,还有一个原因就是地基或填土路堤纵向不均匀,导致发生沉降而造成横向裂缝。

横向裂缝一开始较多的出现在路面的两侧,经过逐步的发展,进而会贯通路幅。

按照裂缝的宽度以及裂缝边缘的破坏程度,可以把横向裂缝分为轻度、重度两个等级。

轻度横缝的特点是:

裂缝比较细,裂缝壁没有散落现象,或者是存在轻微散落的现象,没有支缝,或者是存在少量的支缝,一般来说,裂缝的宽度会在3mm以内。

重度横缝的特点是:

裂缝比较宽,裂缝通常会贯穿雨整个沥青路面,裂缝壁存在散落现象,并且会伴有少量的支缝,一般来说,主要的裂缝宽度会大于3mm。

横向裂缝一般来讲并不是由于行车载荷引起的,它的形成原因主要有以下几个方面:

1.由于材料收缩而引起。

首先,在基层成型的过程中,由于基层材料失水收缩,会形成一些较为规则的横向裂缝.其次,因温度骤降,导致基层材料发生低温收缩而产生横向裂缝[8]。

以上两种现象会使使沥青路面的面层底面承受拉力,当其收到的拉力超过沥青面层的抗拉强度的时候,就会使得沥青面层底部拉裂,随着温湿的循环变化,以及行车荷载的反复作用,最终导致沥青面层产生横向裂缝。

2.沥青和混凝土发生温缩而引起。

由于沥青对温度变化比较敏感,当温度下降的时候,沥青混合料就会逐渐变脆、变硬,而且会发生收缩变形。

当其收到的收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时,路表面就会被拉裂,然后逐渐向下发展,最后就形成了上宽下窄的横向裂缝,一般来讲,这种受温缩影响而产生的裂缝在温差较大的北方地区初冬宽度为3~5mm,而到了严冬的时候就会加宽到10mm,最宽则会达到20mm,到了春季就又缩回。

3.差异沉降引起。

在非软土地基和软土地基的交界处,以及构造物台背和路段交界处,或者是软土地基处理方法变化处,由于地基或路基与构造物差异沉降而导致基层开裂,然后反射到沥青面层,最终则会形成横向裂缝[8]。

造成横向裂缝的重要原因是温度变化而引起的沥青面层本身收缩,所以材料中自由沥青的含量越多,产生的就会裂缝越多.选用符合技术要求的沥青,精选矿料,控制沥青用量,使用纤维等添加剂或者是准确组成级配,这些措施都可有效减少横向裂缝[7]。

除此之外,设计合理的路面结构并且精心施工也很重要。

图2.4横向裂缝

(4)块状裂缝(如图2.5)。

块状裂缝是沥青路面本身的纵向裂缝和横向裂缝经过不断地发展之后逐渐交错而形成的,它会把路面分割成一系列多边形的块状。

有的块状裂缝是由于路面基层块状开裂产生的反射裂缝造成的,还有就是温度疲劳及沥青老化造成的。

在具体的尺寸以及形状上,块裂的网格和龟裂都有着很明显的区别[3]。

由于裂缝块度的大小不同,块状裂缝据此又可以分为两个等级,即轻度和重度。

轻度块裂的主要特点是:

裂缝比较细,裂缝区并不存在散落现象,一般来讲,裂缝的宽度会在3mm以内,此类裂缝大部分的块度会大于1m。

重度块裂的特点是:

裂缝比较宽,裂缝区存在着散落现象,一般来讲,裂缝的宽度在会3mm以上,此类裂缝主要的裂缝块度会在0.5~1m之间。

图2.5块状裂缝

裂缝病害损坏类型如表2.1。

表2.1裂缝病害损坏类型表

破损类型

分级

外观描述

分级指标

计量单位

1

龟裂

初期裂缝(<2mm),裂区无变形无散落

块度:

20~50cm

裂块明显,缝较宽(2~5mm),有轻微散落或轻度变形

部分块度:

<20cm

裂块破碎,缝宽(>5mm),散落重,变形明显

大部分块度:

2

块状裂缝

缝细(<3mm),不散落或轻度散落,块度大

>100cm

缝宽(>3mm),散落,裂块小

50~100cm

3

纵向裂缝

缝壁无散落或轻微散落,无支缝或少支缝

缝宽:

≤3mm

缝壁散落重,支缝多

>3mm

4

横向裂缝

缝壁散落多,支缝多

2.1.2按裂缝形成原因分类

按照裂缝形成原因不同,裂缝可分为以下几种类型:

(一)结构性破坏裂缝 

此类裂缝形成的主要原因是就是行车荷载。

当行车荷载大于半刚性基层材料的抗拉强度的时候,这种材料的底部很快就会发生开裂现象。

行车荷载的反复作用与路面,导致底部的裂缝逐渐向上部发生扩展,最后影响到沥青面层,使之也产生开裂。

基层本身的厚度影响、面层的厚度影响、基层以及下承层的回弹模量影响,这些都会导致拉应力发生变化。

(二)温度裂缝 

温度裂缝主要是非荷载型裂缝,一般来说,可以把它分为两种:

第一种叫做低温裂缝,第二种则是温度疲劳裂缝。

(1)低温裂缝 

温度较高时,沥青材料具有非常良好的应力松驰性,当温度发生变化时,因其应力松弛性好,产生的温度应力就不至于特别的大,但是当温度较低时,沥青材料就会逐渐开始变硬,并且开始逐渐发生收缩,在这种影响下,半刚性基层的底部就会产生相应的拉应力,当温度应力逐渐增长到一定程度的时候,沥青混合料的应力松驰性就会赶不上这种变化,这是混合料的劲度就会急剧增大。

因为沥青路面的面层会受到约束,当面层中产生的收缩拉应力逐渐增大,直到超过沥青混合料的抗拉强度的时候,沥青面层就会发生开裂现象。

由于沥青路面的宽度是有限的,所以收缩受到路面结构的相互约束就比较小,这就是低温裂缝主要是横向裂缝的原因[4]。

(2)温度疲劳裂缝 

在日温差大的地区,温度疲劳裂缝发生的概率比较高。

在这类地区,温度会发生反复的升降,这种现象就会使得沥青面层温度应力发生疲劳,沥青混合料的极限拉伸应变也会变小,而且沥青劲度会随着沥青的老化而逐渐增高,相应的,应力松驰性能也就会发生降低,最后,当它达到了极限抗拉强度的时候,路

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