FZU土木材料考试专用doc.docx
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FZU土木材料考试专用doc
晶体结构
定义:
质点在空间按特定的规则呈周期性排列
特征:
特定的几何外形;各向异性(金属材料除外);固定的熔点,化学稳定性高玻璃体结构
定义:
高温熔融物经急冷后,质点來不及按一定的规则排列便凝固成固体特征:
各向同性;导热性较低;无固定的熔点;化学稳定性差(8卩,活性高)
胶体结构
定义:
分散相分散在连续相介质屮形成的分散体系
特征:
较强的吸附力和粘结力;比晶体和玻璃体结构强度低、变形大
密度:
指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
(比重)
表观密度:
自然状态下(包含空隙)单位体积的质量。
(容重、体积密度、毛体积密度)
堆积密度:
散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。
(松散容重)
孔隙率:
指材料内部孔隙体积占表观体积的百分率。
空隙率:
材料之间空隙体积古堆积体积的百分率。
吸水性:
指材料在水中吸收水分的性质。
指标:
重量吸水率体积吸水率
吸湿性:
指材料在空气中吸收水分的性质。
指标:
含水率
耐水性:
材料抵抗水的破坏作用的能力。
指紐:
软化系数,软化系数越大,材料耐水性越好
软化系数1<=(材料在水饱和状态下的抗压强度)+(材料在干燥状态下的抗压强度)
强度:
指材料抵抗外力(荷载)作用引起的破坏的能力。
指标:
应力大小
比强度:
材料的强度与其表观密度之比。
(衡量材料轻质高强的指标)
孔隙、孔隙率与孔隙(形态)特征
1.一般来说,(单个)孔隙尺、r增大,材料强度降低,导热系数增大
2.孔隙率增大,材料表观密度减小;强度降低;导热系数减小;吸水率增大;透气、透水性变大。
抗冻性是否降低,要视孔隙大小和形态特征而定
3.孔隙(形态)特征
粗孔与细孔——毛细孔使材料吸水率增大、耐久性降低。
一•般来说粗孔不易吸满水,微细孔隙吸水率非常大.
开孔与闭孔——开孔相对闭孔对材料强度、保温性、耐久性更不利.或增加闭口孔隙,可提岛材料保温性、耐久性.
吸(含)水率增大,对材料的许多性质有不良影响:
——如容重增加、体积膨胀、导热(系数)性增大,强度及抗冻性下降等。
影响材料强度的因素
⑴材料的组成、结构与构造:
材料的强度与其组成及结构有关,即使材料的组成相同,其构造不同,强度也不一样。
(2)孔隙率与孔隙特征:
材料的孔隙率愈大,则强度愈小。
对于同一品种的材料,其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。
一般表观密度大的材料,其强度也大。
⑶试件的形状和尺寸:
受压时,立方体试件的强度值要高于棱柱体试件的强度值,相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。
⑷加荷速度:
当加荷速度快时,由于变形速度落后于荷裁增L<:
的速度,故测得的强度值偏高,反之,因材料有充裕的变形吋间,测得的强度值偏低。
⑸试验环境的温度、湿度:
温度高、湿度大时,试件会有体积膨胀,材料内部质点距离加大,质点间的作用力减弱,测得的强度
值偏低。
⑹受力面状态:
受力妞的平整度,润滑情况等。
试件表妞不平或表妞涂润滑剂时,所测强度值偏低。
脆性
脆性材料特征:
抗压强度比抗拉强度高八倍以上,适合作受压构件,不适合作受拉构件,不适合承受冲击、振动荷载
胶凝材料
1.定义---能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料
2.分类---无机胶凝材料、有机胶凝材料
气硬性胶凝材料:
只能在空气中硬化,并保持或继续提高其强度的材料。
(石灰,石膏,镁质胶凝材料及水玻璃)
水硬性胶凝紂料:
不仅能在空气中而且能更好的在潮湿环境和水中硬化,并继续增进其强度的材料。
(各种水泥)
气硬性与水硬性胶凝材料的差异
强度
耐水性
、冻
抗渗抗性
用
途
气硬性
低
差
差
上境
面燥
地干
水硬性
高
好
好
湿卞或7、
燥私
干环
石灰
正火(生)石灰分两类
一当MgO<5%,为$丐质生石灰;
当MgO〉5%,为镁质生石灰欠火(生)石灰v火候不足,不能消解(熟化)
过火(生)石灰v火候太足,熟化缓慢,硬化后有膨胀,需“称伏”两周以上石灰的熟(消)化、水化
放热体积膨胀1-2.5倍石灰的硬化
石灰硬化体由----表而CaC03晶体、闪部Ca(0H)2晶体组成分两个过程
千燥结晶一水分蒸发,Ca(0H)2晶体从饱和液屮结晶析出碳化硬化一CO2+H2O+Ca(OH)2vCaCO3晶体
石膏
原料与生产
石膏矿CaSO4.2H2OCaSO4*0.5H2O(晶体)
CaSO4*0.5H2O(晶体)又分为一ocCaSO4*0.5H2O高强石膏
—pCaSO4*0.5H2O建筑石膏
⑴高强石膏v晶体粗大结实,比表面积小,需水量小,制品孔隙率小,强度高:
⑵建筑石膏v晶体微细,比表面积大,耑水量大,制品孔隙率大,强度低
石膏的硬化
CaSO4*0.5H2O(晶体)+H20vCaSO4*2H2O(晶体)
水玻璃
水玻璃的定义
——由不同比例的碱金属和二氧化硅组成,俗称泡花碱。
常用硅酸钠水玻璃——Na2O-nSiO2c常用的n=2.6—2.8。
水玻璃的生产
——湿法(液体水玻璃):
——干法(固体水玻璃)
水玻璃的模数
——SiO2与Na20的分子比n称为水玻璃的模数
1.模数对性能影响
——水玻璃模数越大,硬化越快,干缩越大,粘结力愈大,强度愈高;
2.密度对性能影响
同一模数液体水玻璃,密度愈大,浓度愈大,粘结力愈大,强度愈高。
.水玻璃的硬化
——水玻璃吸收了空气中的C02形成了无定形硅酸。
Na2O*nSiO2+CO2+mH2OvNa2CO3+nSiO2•mH2O
水玻璃硬化速度缓慢,需加热促进硬化或加入Na2SiF6作为促硬(凝)剂
石灰的特性
1.可塑性好,保水性好
2.凝结硬化慢,强度低
3.耐水性差
4.体积收缩大,易幵裂(不宜单独使用,使用时需掺入骨料或纤维)
石灰的应用
1.石灰砂浆,混合砂浆—砌筑墙体
2.石灰土,三合土一>作建筑地基、道路路基
3.硅酸盐建筑制品(绿色制品)
石膏的特性
1.凝结硬化快,强度低(比石灰高)
2.硬化后体积微膨胀(0.5-1.0%)
v表面光滑细腻,形体饱满密实v装饰性好
3.孔隙率大
v则容重小,强度低,保温隔热、吸声性好,可调节室A温湿度;但抗渗性,抗冻性差,耐水性差,吸湿性强。
4.防火性能好,加工性能好石膏的应用
1.石膏抹灰材料
2.石膏墙体材料
3.石膏装饰板、浮雕艺术石膏装饰配件
水玻璃的特性
粘结力强,强度较高,耐酸、耐热性高,耐碱性差,耐水性差水玻璃的应用
1.土壤加同;
2.配制耐热混凝土和耐热砂浆;
3.配制耐酸混凝土和耐酸砂浆石灰、石膏、水玻璃的比较
臘J
硬化速度
体积变化
强度
应
用
石灰
顿环^.徽CO2
慢
收缩
低
制合双产酸制配混»s生硅盐品
石膏
;2
快
膨胀
高
产饰4生装概
水玻璃
賴环私雛CO2
最慢
收缩
最高
制酸)和凝壤@配耐H砂浆混土,土加
水泥
1.水泥的定义
一国外称硅酸盐水泥力波特兰水泥(PortlandCement)
2.水泥的分类
(1)水泥按用途和性能分类
(2)水泥按化学成分分类一硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等通用硅酸盐水泥定义、组分、代号
定义
料
材
凝
胶
性
硬
水
的
成
制
料
材
合
昆
的
定
规
及
.S
量
适
和
料
熟
泥
水
酸
硅
以
分类
硅酸盐水泥
水
通
普泥
水
渣
矿泥
火山灰
水泥
粉煤灰
水泥
型混合材料oy
>且混料
A型
>20%且<50%
粒化高炉矿渣
>20%
目.<40%
火山灰
质
混合材
料
观||
II
型
混
合
料
<5%
B型
>50%且<70%
粒化高炉矿渣
P.I
P.O
(ordinar
y
Portlandcement)
P.S
(portlandbl-
astfumace-slagcement)
p.p
(portland
pozzolan
c
cement)
P.F
(portland
fly-ashcement)
P.II
硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含从
矿物
名称
化学式
代
号
含量
硅酸三钙
3CaO.SiO
C3S
37%-60%
硅酸二钙
2CaO.SiO
C2S
15%-37%
铝酸三钙
3CaO.A12O3
C3A
7%-15%
铁铝酸四钙
4CaO
•A12O3•
Fe2O3
C4AF
10%-18%
游离氧化钙、氧化镁
f-CaO、f-MgO
少fi
碱
Na2O
+0.658K2
O
少量
硅酸盐水泥熟料的特性
名
称
三
酸
硅钙
硅酸二钙
铝酸三钙
铁铝酸四钙
结化
度
凝硬速
快
慢
最快
快
化
8d
2水热
多
少
最多
中
强
度
早期高,后期增长慢
,
早期低后期高
低
低
化腐
耐学
屮
良
差
优
混合材料
1.定义一在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料
2.掺入H的一降低水泥成本,改善水泥性能,调节水泥强度等级火山灰反应(活性、效应、作用)、二次反应SiO2+Ca(OH)2碱性激发剂+H20——C-S-H凝胶(水化硅酸钙)A12O3+Ca(OH)2碱性激发剂+H20——C-A-H晶体(水化铝酸钙)
CaS04•2H2O硫酸盐激发剂+C-A-H——Aft晶体(高硫型水化硫铝酸钙)石膏一缓凝剂,即调节水泥的凝结硬化速度
1.硅酸盐、普通水泥的水化
——混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化
C3S、C2S+H20——C-S-H凝胶(水化硅酸钙)+CH晶体(氢氧化钙)
C3A+H20——C-A-H晶体(水化铝酸钙)
C4AF+H20——C-A-H晶体(水化铝酸钙)+C-F-H凝胶(水化铁酸钙)
CaS04•2H2O+C-A-H——Aft晶体(高硫型水化硫铝酸钙)
——Afm晶体(单硫型水化硫铝酸钙)
2.矿渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化
——混合材料多,熟料矿物少
——水化分两次(步)进行
水泥石
水泥水化硬化后形成的具有一定强度的人造石
水化(产)物C-S-H凝胶(70%),CH晶体(20%),AFt晶体(7%)
未水化水泥颗粒(内核)
孔隙毛细孔®水泥颗粒间未被水化物填充(原来充水)的空间
凝胶孔®水化(产)物中凝胶体内部的孔隙
水结晶水、自由水
(1)由于水泥石含有大量CH,或者说其它水化(产)物是在CH的饱
和溶液屮生长发育并能稳定存在,则水泥石是一种碱性物质,
其PH值212.5
⑵闪砂石为惰性物质,而水泥石呈碱性,则砼(砂浆)是碱性物质
(3)碱性的砼(砂浆)容易被自然界屮的酸、盐类物质腐蚀⑷碱性的砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护,使钢筋不易锈蚀
水泥石的腐蚀
1软水侵蚀一雨(雪)水,蒸榴(冷凝)水及含重碳酸盐甚少的水为软水
©水泥石长期与软水(静止或流动)接触,CH会被溶出,导致水泥石碱度
降低,导致其它水化物分解溶失,使水泥石结构破坏.
2硫酸盐腐t虫一海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐
©Na2SO4十Ca(OH)2vCaSO4*2H2O+NaOH
CaSO4*2H2O+C-A-HvAFt(高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌)◎硫酸盐浓度高时,CaSO4-2H2O直接在孔隙中结晶,体积膨胀.
3镁盐腐蚀一海水、污水中含有大S:
镁盐,如硫酸镁和氯化镁
MgSO4+Ca(OH)2vCaSO4*2H2O+Mg(OH)2松软无胶结力MgC12+Ca(OH)2vCaC12+Mg(0H)2◎CaC12易溶于水,
©CaSO4*2H2O引起硫酸盐腐蚀故硫酸镁对水泥石有双重腐蚀
4酸的腐蚀5强碱的腐蚀
水泥石腐蚀的原因
基本原因水泥石(水化物)屮存在CH晶体和C-A-H晶体
腐蚀原因水泥石本身不密实
外在因素介质的温度、流速、压力等
水泥石的腐蚀是一个极为笈杂的物理化学过程
水泥石的腐蚀很少仅是单一的佼蚀作用,而是几种侵蚀同时存在,互相影响,共同作用。
提高耐腐蚀的措施合理选择水泥品种提高水泥石的密实度做保护层一石料、玻璃、陶瓷、沥青等通用硅酸盐水泥的特性
is合湿热处理9.抗碳化性好
1.凝结硬化慢
2.早期强度低,后期强度增长较快
3.水化热小
4.抗冻性差
5.耐腐蚀性较好
6.抗碳化性差
7.适合于湿热处理一即:
蒸气养护、蒸压养
3d强度高于矿渣水泥
1抗裂性好2.干缩小3.耐磨性差
性1•抗渗性好2.干缩大3.耐磨性差
\|7
特
1耐热性高2.干缩大3.泌水性大
通用硅酸盐水泥的技术要求
1细度一水泥颗粒的粗细程度
细度大,总表而积大,水化反应快,凝结硬化快,强度髙。
硅酸盐、普通水泥细度用比表面积法检验,其余水泥细度用筛(分)析法检脸
2.标准稠度耑水量一水泥达到标准稠度(28±2mm)所加水量水泥达到标准稠度是为了检验凝结时间和体积安定性水泥的标准稠度需水量试验有
调整水量法和不变水量法两种方法
3.凝结时间一分初凝和终凝初凝时间不宜早;
终凝时间不宜晚。
4.体积安定性一水泥在凝结硬化过程中体积变化的稳定性体积安定性不良原因
□熟料矿物中含有过量的游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO)
□生产水泥时加入了过董的石膏(S03)
体积安定性检验方法□f-CaO引起的安定性不良
用沸煮法一试饼法或雷氏法□f-MgO和石膏(S03)引起的安定性不良不便于快速检骏一限制其含量
5.强度等级一采川水泥胶砂法测定水泥胶砂配合比:
水泥:
标准砂:
水=1A0.5标准试件:
40x40x160mm,一组3块标准养护温度:
(20士l'C)水中养护至3d和28d,
测定3d、28d抗压、抗折强度一根据测定结果划分强度等级通用水泥的技术要求
项目
硅酸盐水泥
普通水
泥P.0
矿渣水泥P.S火山灰水泥
P.P
粉煤灰水泥
P.F
复合水泥p<
P4
P.II
细度
比表面积〉300m2/kg
0.08mm方孔筛筛余量<10%
凝
结
时
间
初凝
>45min
终凝
<6.5h
<10h
体积安定性
定
安性
沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)
MgO
<5%
<6%;
S03
<3.5%
卩4仝4%;其余仝3.5%
不溶物
<
0.75
%
<
L5
%
烧失;S
<3%
<
3.5
%
<5%
氯尚子
<0.06%
碱含量(按Na2O+0.658K2O计算)
使用活性骨料吋S0.6%;或由供需双方商定
强度等级
42.5、52.5>62.5
42.5R、52.5R>62.5R
42.5、
52.5
42.5R
、52.5R
32.5、
42.5、
52.5
32.5R、42.5R、52.5R
通用硅酸盐水泥的合格品、不合格品判定
1.合格品一通用硅酸盐水泥的技术要求中:
不溶物、烧失S:
、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、强度等级等技术指标均符合规范规定者为合格品
2.不合格品一通用硅酸盐水泥的技术要求屮:
不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、强度等级等技术指标任何一项不符合标准规定者
不合格品水泥可以根据不合格的项0具体分析,也可以按笈试结果使用或降级使用。
水泥可以袋装或散装。
袋装水泥每袋净重50kg。
混凝土
砼组成材料一水泥、水、细骨料和粗骨料,以及适量外加剂和掺合料细骨料
有害物质一包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸粗细程度
(1)定义一不同粒径的砂粒混合在一起后的平均(总体)粗
细程度
(2)目的一使砂的总表而积较小,包滋砂粒表而的水泥浆较少,
从而节约水泥用量
(3)测定一用筛分析方法(简称筛析法)测定
(4)指标一细度模数
(5)分类
—|if=3.1-3.7为粗砂,|if=2.3-3.0为中砂,
(Jf=1.6-2.2为细砂,pf=0.7-1.5为特细砂
II配制砼吋优先选用中粗砂
5.颗粒级配
(1)定义一砂中不同粒径颗粒的搭配惜况
(2)目的一使砂的总空隙率较小,填充砂粒空隙的水泥浆较少,从而节约水泥用量。
(3)测定一用筛分析方法(简称筛析法)测定
(4)评定一按0.6mm筛孔累计筛余百分率分成三个级配区
I、II、III区。
(5)级配合格的标志
各筛孔累计筛余百分率(Ai)落在任一级配区,级配合格除4.75mm、0.6mm夕卜,允许有少量超出,但超出总量不大于
5%,级配合格<配制砼时优先选用II区砂
6.坚固性
7.碱活性
粗骨料
3.泥、泥块、有害物质
泥、泥块一定义详细骨料
行害物质一包括行机物、硫化物及硫酸盐等
危害一详细骨料
要求一符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求
4.颗粒形状(粒形)
(1)最佳形状一球形、正方体形
(2)最差形状一针状颗粒、片状颗粒
针状、片状颗粒_定义详教材
危害一拌合物和易性差,砼强度降低,耐久性差(骨料空隙率大)要求一符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685—2001的要求
5.最大粒径(粒径)
(1)定义—籼骨料公称粒级的上限
(2)0的->表示粗骨料的粗细程度。
->粗骨料总表面积较小->节约水泥
条件许可时,粗骨料的最大粒径大应尽量大。
6.强度
(1)强度岩石强度(仅用于碎石,且砼2C60时才检验)
压碎指标(用于碎石、卵石)
a)岩石强度——用母岩制作50mm立方体(或直径和高均为
50mm圆柱体)浸水48h,测定抗压强度,要求:
岩石抗压强度.5砼强度等级。
b)压碎指标一定重量气干状态的9.5mm〜19mm碎石装
人标准筒内,按规定速度加荷至200KN,卸荷后称取试样重M0,用2.36mm筛筛去细粒,称取筛余重Ml。
压砕指标一是表示粗骨料强度的间接指标。
压碎指标越小,粗骨料强度越高。
反之。
粗骨料强度越低。
7.颗粒级配
(1)定义一石子中不同粒径颗粒的搭配情况
(2)目的一使石子的总空隙率较小—节约水泥用量
(3)测定一用筛分析方法(简称筛析法)测定
(4)类型一连续级配和单粒级(间断级配)
连续级配一石子由小到大各粒级相连的级配.
间断级配一小颗粒粒径石子直接与大颗粒粒径石子相配,中间缺了一段粒级的级配.
(5)标准筛孔一2.36,4.75,9.5,16,19,26.5,31.5,
37.5,53,63,75,90mm。
8.坚固性一定义与要求同细骨料
碎石一表面粗糙,棱角多,且较洁净,与水泥石粘结牢固;
卵石一表面光滑,有机杂质含量较多,与水泥石粘结力较差;
在相同条件下,卵石砼强度较碎石砼强度低;
在单位用水量相同条件下,卵石砼流动性较碎石砼大;
外加剂
1.定义一在拌制砼过程中掺入的用以改善砼性能的物质,掺量一般不
大于水泥重量5%(特殊情况除外)。
2.分类一按主要功能分为四类。
3.常用种类一减水剂、引气剂、早强剂和缓凝剂等
4.减水剂
(1)定义一在砼拌合物坍落度基本相同的条件下,能减少拌合用水量的外加剂
(2)技术经济效果(作用)
1拌合物用水量不变时,能明显提高拌合物流动性(增大坍落度)
2拌合物坍落度和水泥用量不变时,可减少用水量,且提高砼强度,尤其是早期强度
3当保持砼强度不变时,节约水泥用量
(3)水泥桨的絮凝结构
水泥加水后,由于水泥颗粒之间的分子凝聚力作用形成的结构.详下阁
(4)表面活性剂
1定义一具有显著改变(通常为降低)液体表面张力或两相间界面张力的物质
2作用一湿润、乳化、分散、润滑、起泡和洗涤作用
3构造一分子由亲水基团和憎水基团两部分组成,详下图减水剂的减水机理
1吸附一分散②润滑作用③湿润作用
5.引气剂
(1)定义一在砼搅拌过程中能引人大量均匀分布、稳定而封闭的微小气
泡的外加剂
(2)目的(作用)
1改善砼拌合物的和易性
一既提高拌合物流动性,又能改善拌合物粘聚性和保水性
2提高砼的抗滲性和抗冻性
3强度有所降低
6.早强剂
7.缓凝剂
掺合料
1.定义一与砼其他组分一起,直接加入的人造或天然的矿物材料以及工业废
料,掺量一般大于水泥重量5%。
2.作用一改善砼性能,节约水泥
3.常用种类一粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉磨细煤矸石等
砼的性能
—.和易性(Workability)
1.定义坍落度(mm)—塑性或流动性砼
流动性一指标坍落度大,流动性好,反之,则差。
2.内容维勃绸度(s)—干硬性砼
粘聚性维勃绸度小,流动性好,反之,则差。
保水性无指标,靠经验目测
4.影响和易性的因素
1水泥浆的数量和水泥浆的稠度一实际都是用水董的影响
恒定用水量法则一当使用确定的材料拌制砼吋,水泥用量在一定范围内变化,则达到一定流动性,所需用水量为一常数。
2砂率一轮中砂的质量占砂、石总质量的百分率
砂率的变动一使骨料的总表而积和总空隙率有显著改变,并对拌合物的和易性产生显著影响。
合理砂率时和易性最好。
合理砂率一在用水量和水泥用量一定的情况下,能使拌合物获得最大的流动性且能保持良好的粘聚性和保水性的砂率。
3砼组成材料的影响
水泥一水泥品种和细度
骨料一骨料的级配、颗粒形状、表囬特征及粒径
外加剂一减水剂和引气剂能提高拌合物流动性;
引气剂还能改善拌合物粘聚性和保水性
4时间和温度
时间一随时间的延长,拌合物的流动性降低,这种现象称力坍落度损失温度一随温度的升高,拌合物的流动性降低,坍落度损失加快
5.改善和易性的措施
1尽可能降低砂率,或采用合理砂率;
2改善砂、石的级配;
3尽量采用较粗的砂、石;
4当拌合物的坍落度太小时,保持水灰比不变,增加水泥和水的用:
w:
;当拌合物的坍落度太大,但粘聚性以好时,保持砂率不变,增加砂、石用量。
当粘聚性、保水性不良时,增大砂率。
强度
2.影响砼强度的因素
(1)水泥强度等级和水灰比一影响砼强度的决定性因素
▲在相同条件下,水泥强度等级越高,配制的砼强度越高,二者呈直线关系▲试验证明:
砼强度随水灰比增大而降低,二者呈曲线关系
砼强度随灰水比的增大而增大,二者呈直线关系▲水灰比定则(鲍罗米公式)
式中:
feu—尬28d抗压强度,MPaC/W—灰水比(水泥/水)
A、B—回归系数,碎石:
A=0.46,B=0.07;卵石:
A=0