一种再生骨料混凝土及其制备方法
阅读说明：本技术 一种再生骨料混凝土及其制备方法 (Recycled aggregate concrete and preparation method thereof ) 是由 胡福华 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本申请涉及混凝土技术领域,具体公开了一种再生骨料混凝土及其制备方法,该再生骨料混凝土包括以下重量份的原料：水泥350-390份、天然砂500-600份、粉煤灰60-80份、矿粉40-70份、硅灰粉50-80份、改性再生粗骨料800-1000份、丁苯乳液60-100份、聚氨酯纤维30-80份、聚乙烯醇纤维20-50份、减水剂5-7份；水150-170份；制备方法为：将改性再生粗骨料、天然砂、水泥以及40-80重量份的水混合,混合均匀后加入粉煤灰、矿粉、硅灰粉混合均匀,后与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水混合均匀后,加入减水剂混合均匀得到再生骨料混凝土；该再生骨料混凝土具有强度高的优点。(The application relates to the technical field of concrete, and particularly discloses recycled aggregate concrete and a preparation method thereof, wherein the recycled aggregate concrete comprises the following raw materials in parts by weight: 390 parts of cement 350-containing material, 600 parts of natural sand 500-containing material, 60-80 parts of fly ash, 40-70 parts of mineral powder, 50-80 parts of silica fume powder, 1000 parts of modified and regenerated coarse aggregate 800-containing material, 60-100 parts of butylbenzene emulsion, 30-80 parts of polyurethane fiber, 20-50 parts of polyvinyl alcohol fiber and 5-7 parts of water reducing agent; 150 portions of water and 170 portions of water; the preparation method comprises the following steps: mixing the modified recycled coarse aggregate, the natural sand, the cement and 40-80 parts by weight of water, adding the fly ash, the mineral powder and the silica fume powder after uniformly mixing, then uniformly mixing with the butylbenzene emulsion, the polyurethane fiber, the polyvinyl alcohol fiber and the rest water, adding the water reducing agent, and uniformly mixing to obtain recycled aggregate concrete; the recycled aggregate concrete has the advantage of high strength.)
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种再生骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
再生骨料混凝土是指将废弃混凝土进行机械破碎、并清洗得到的试块，最终筛分处理后获得再生骨料，并将其按一定比例取代天然骨料配制而成的混凝土，有效节约资源，保护环境。
公开号为CN101671147A，公开日为2010年03月17日公开的一种再生骨料混凝土，由水泥、再生粗骨料、再生细骨料、掺合料、水以及泵送剂组成，包括以下重量百分比的成分：水泥4-20％、再生细骨料0-35％；再生粗骨料0-46％、掺合料1-8％，混凝土用泵送剂为水泥与掺合料之和重量的1.5-2.5％，余量为水；掺合料是粉煤灰与粒化高炉矿渣粉。
通过上述中的相关技术，由于再生骨料来源于废弃混凝土，在表面存有一定数量的水泥砂浆，使得再生骨料吸水率较高，导致再生骨料混凝土的强度降低。
发明内容
为了增强再生骨料混凝土的强度，本申请提供了一种再生骨料混凝土及其发酵工艺。
第一方面，本申请提供一种再生骨料混凝土，采用如下的技术方案：
一种再生骨料混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥350-390份；
天然砂500-600份；
粉煤灰60-80份；
矿粉40-70份；
硅灰粉50-80份；
改性再生粗骨料800-1000份；
丁苯乳液60-100份；
聚氨酯纤维30-80份；
聚乙烯醇纤维20-50份；
减水剂5-7份；
水150-170份；
通过采用上述技术方案，加入丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维，并对再生粗骨料进行改性，制备得到强度较高的再生骨料混凝土。对再生粗骨料进行改性，减小再生粗骨料的吸水率，提高再生粗骨料的密度，从而提高再生粗骨料的强度。采用弹性和强度较高的聚氨酯纤维和耐水性较好的聚乙烯醇纤维组合，减少再生骨料混凝土的吸水率，提高混凝土的强度。由于纤维与混凝土中水泥石界面的粘结性能较差，通过加入丁苯乳液，将聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及改性再生粗骨料有效与混凝土中的天然砂、水泥等结合，增强混凝土的强度。另外硅灰粉通过填补改性再生粗骨料中的孔隙，进一步增强再生骨料混凝土的强度。
综上所述，加入聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维，将再生粗骨料进行改性，并和丁苯乳液配合，有效粘结在水泥、天然砂中，减少混凝土的吸水率的同时，填补混凝土中的孔隙，从而给增强再生骨料混凝土的强度。
优选的，所述改性再生粗骨料包括以下制备步骤：
A1:将再生粗骨料清洗后，在340-360℃的温度下加热，后进行研磨、破碎得到处理后的再生粗骨料；
A2:将处理后的再生粗骨料和聚烯烃纤维、促进剂、硅烷偶联剂混合，混合均匀后，得到改性再生骨料。
通过采用上述技术方案，首先将再生粗骨料进行清洗，去除表面存在的一些水泥砂浆，若水泥砂浆存留在再生粗骨料表面，容易导致吸水率较高，从而使得制备得到的混凝土强度降低。后进行加热，将清洗后残留在再生粗骨料表面的砂浆分解，后进行研磨减少再生粗骨料的孔隙。后将耐水性较好的聚烯烃纤维、促进剂通过硅烷偶联剂粘结在再生粗骨料上，有效降低再生粗骨料的吸水性能，获得的改性再生粗骨料制备的再生骨料混凝土强度增强。
优选的，所述再生粗骨料、聚烯烃纤维、促进剂、硅烷偶联剂的重量比为1:(0.05-0.1):(0.03-0.05):(0.01-0.02)。
通过采用上述技术方案，优选制备改性再生粗骨料中原料的重量比，有助于减少再生粗骨料的吸水率，进一步增强制备得到的再生骨料混凝土的强度。
优选的，所述促进剂包括阳离子松香胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂中的至少一种。
通过采用上述技术方案，促进剂阳离子松香胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂用于与聚烯烃纤维牢固结合，进一步减少改性再生粗骨料的吸水率，进一步增强制备得到的再生骨料混凝土的强度。
优选的，所述步骤A1中，采用醋酸溶液对再生粗骨料进行超声波清洗3-5次，所述醋酸溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。
通过采用上述技术方案，超声波的清洗再生粗骨料表面的水泥砂浆的效果更好，去除再生粗骨料表面松散的颗粒；超声波清洗过程中，通过醋酸溶液对再生粗骨料表面的水泥砂浆溶解，去除再生粗骨料表面较为牢固的水泥砂浆；通过超声波清洗和醋酸溶液配合，进一步增强去除再生骨料混凝土表面的水泥砂浆的效果，从而减少再生粗骨料的吸水率，增强再生骨料混凝土的强度。
优选的，所述再生骨料混凝土的原料中还包括重量份数为11-24份的增强剂，所述增强剂由质量比为1:(0.1-0.2)的杨木纤维和正十二烷基硫醇组成。
通过采用上述技术方案，正十二烷基硫醇和杨木纤维配合，对杨木纤维进行改性，从而与聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维共同配合，进一步减少混凝土的吸水率，从而进一步增强再生骨料混凝土的强度。
优选的，所述再生骨料混凝土的原料中还包括重量份数为10-20份的橡胶粉。
通过采用上述技术方案，橡胶粉和聚氨酯纤维、聚乙烯纤维、改性再生粗骨料共同配合，减少混凝土的吸水率，提高混凝土的弹性，增强混凝土的强度。
第二方面，本申请提供一种再生骨料混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种再生骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1:将改性再生粗骨料、天然砂、水泥以及40-80重量份的水混合，混合均匀后加入粉煤灰、矿粉、硅灰粉混合均匀得到第一混合物；
S2:将第一混合物与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水混合均匀后，加入减水剂混合均匀得到再生骨料混凝土。
通过采用上述技术方案，现将部分水与改性再生粗骨料等物质混合，后加入粉煤灰、硅灰粉等粉类物质，填补天然砂、粗骨料之间的孔隙；后加入其他原料混合均匀，赋予再生粗骨料较好的强度。
优选的，在所述步骤S2中加入增强剂和橡胶粉，并与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水一同加入。
通过采用上述技术方案，加入增强剂和橡胶粉，并和聚氨酯纤维、聚乙烯醇、改性再生粗骨料配合，进一步增强再生骨料混凝土的强度。
综上所述，本申请具有以下有益方案：
1.在本申请中，加入丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维，并对再生粗骨料进行改性，减少再生骨料混凝土的吸水率，增强混凝土的强度。采用聚烯烃纤维、促进剂、硅烷偶联剂对再生粗骨料进行改性，赋予改性再生粗骨料较小的吸水率，进一步增强制备得到的再生骨料混凝土的强度。
2.本申请中，优选阳离子松香胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂作为促进剂，通过与聚烯烃纤维共同配合，进一步减少改性再生粗骨料的吸水率，进一步增强制备得到的再生骨料混凝土的强度。同时在再生骨料混凝土中加入增强剂、橡胶粉，进一步增强再生骨料混凝土的强度。
3.本申请中，制备改性再生粗骨料过程中，首先采用醋酸溶液对再生粗骨料进行超声波清洗，有效去除再生粗骨料表面的水泥砂浆；减少再生粗骨料的吸水率，增强再生骨料混凝土的强度；后将各原料混合制备得到强度较高的再生骨料混凝土。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
各实施例中的组分及生产厂家如表1所示。
表1组分及生产厂家
组分
型号/规格
生产厂家
再生粗骨料
类型2碎石
麻城市东吴石业有限公司
聚烯烃纤维(聚丙烯纤维)
9003-07-0
济南汇锦川商贸有限公司
阳离子松香胶
BY-03
安徽百翼生物科技有限公司
聚酰胺环氧氯丙烷树脂
SQ-2
青州市鑫帝化工有限公司
壳聚糖
fdqwrq
江苏采薇生物科技有限公司
硅烷偶联剂
kh-550
济南荣广化工有限公司
硅酸盐水泥
PO42.5
海螺水泥
天然砂
70-100目
北京京豫鲁建筑工程有限公司
粉煤灰
zc001
杭州质诚钙制品有限公司
矿粉
S95级
灵寿县鼎旺矿产品加工厂
硅灰粉
1500目
灵寿县嘉功矿产品有限公司
丁苯乳液
LW-93
武汉拉那白医药化工有限公司
聚氨酯纤维
400KN
山东路德新材料股份有限公司
聚乙烯醇纤维
一级
山东浩森新材料有限公司
聚羧酸减水剂
HQ-1(S)
杭州石堡建材科技有限公司
杨木纤维
CC-DMPT02
文安县德固斯纤维素厂
正十二烷基硫醇
LA-7Q
山东力昂新材料科技有限公司
橡胶粉
60目
东营冠海商贸有限公司
泵送剂
YL-300RBJ
新乡市中隧机电设备有限公司
粒化高炉矿渣粉
S95
唐山成业建材有限公司
再生细骨料
0.074-2mm
麻城市东吴石业有限公司
制备例
制备例1:一种改性再生粗骨料，所包括的具体组分及重量如表2所示，包括以下制备步骤：
A1:将再生粗骨料采用水进行清洗3次，每次清洗时间为20min，每次用水1500L，后在340℃的温度下加热，加热时间3h，后采用混凝土研磨机进行研磨、采用混凝土破碎机破碎得到处理后的再生粗骨料；
A2:将处理后的再生骨料和聚丙烯纤维、硅烷偶联剂混合搅拌，搅拌的速度为600r/min，混合均匀后，得到改性再生骨料。
制备例2:一种改性再生粗骨料，与制备例1的区别在于，步骤A2中加入促进剂进行混合，所包括的具体组分及重量如表2所示。
制备例3-4:一种改性再生粗骨料，与制备例2的区别在于，各组分原料及重量比不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
制备例5-6:一种改性再生粗骨料，与制备例4的区别在于，促进剂的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
制备例7:一种改性再生粗骨料，与制备例2的区别在于，步骤A1中采用醋酸溶液对再生粗骨料进行超声波清洗3次，每次清洗时间为20min；醋酸溶液的浓度为0.4mol/L，每次用量为1500L。
制备例8:一种改性再生粗骨料，与制备例7的区别在于，步骤A1中采用醋酸溶液对再生粗骨料进行超声波清洗5次，每次清洗时间为20min；醋酸溶液的浓度为0.2mol/L，每次用量为1500L。
制备例9-10:一种改性再生粗骨料，与制备例2的区别在于，步骤A1中，采用醋酸溶液对再生粗骨料进行超声波清洗3次，每次清洗时间为20min；醋酸溶液的浓度为0.4mol/L，每次用量为1500L；在360℃的温度下加热；同时各原料的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
表2制备例1-6、制备例9-10的具体组分及重量
实施例
实施例1:一种再生骨料混凝土，所包括的具体组分及重量如表3所示，由以下步骤制得：
S1:将制备例1中的改性再生粗骨料、天然砂、水泥以及60kg的水混合搅拌，混合搅拌的速度为800r/min。混合均匀后加入粉煤灰、矿粉、硅灰粉混合混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀得到第一混合物；
S2:将第一混合物与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后，加入减水剂混合搅拌，搅拌速度为1200r/min，搅拌均匀得到再生骨料混凝土。
实施例2:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例3-11:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，改性再生粗骨料不同，重量均为800kg；制备例2-10分别对应实施例3-11中的改性再生粗骨料。
实施例12-13:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S2中加入增强剂，并与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水一同加入，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例14-15:一种再生骨料混凝土，与实施例13的区别在于，在步骤S2中加入橡胶粉，并与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水一同加入所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例16-17:一种再生骨料混凝土，与实施例11的区别在于，加入增强剂和橡胶粉并与丁苯乳液、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维以及剩余的水一同加入，所包括具体组分及重量如表3所示。
表3各实施例的具体组分及重量
对比例
对比例1:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，不含有聚氨酯纤维。
对比例2:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，不含有聚乙烯醇纤维。
对比例3:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，不含有聚氨酯和聚乙烯醇纤维。
对比例4:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，不含有丁苯乳液。
对比例5:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，不含有丁苯乳液、聚氨酯纤维和聚乙烯醇纤维。
对比例6:一种再生骨料混凝土，与实施例1的区别在于，不对再生粗骨料进行改性。
对比例7:一种再生骨料混凝土，包括以下重量百分比的成分：水泥15％、再生细骨料20％；再生粗骨料30％、掺合料7％，混凝土用泵送剂为水泥与掺合料之和重量的2.5％，余量为水；掺合料是粉煤灰与粒化高炉矿渣粉；所包括的具体组分的型号、厂家如表1所示。
制备方法为：将水泥、再生细骨料、再生粗骨料、掺合料、混凝土用泵送剂和水混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀得到再生骨料混凝土。
检测方法
实验一：改性再生粗骨料含水率实验实验样品：取制备例1-10的改性再生粗骨料以及对比例6中采用的未改性的再生粗骨料6kg，放置于平板上，在自然状态下拌合均匀，并堆成堆体，每个制备例均有5份；对比例6中的再生粗骨料为空白组。
实验仪器：鼓风干燥箱(温度控制在105℃)；天平；方孔筛(孔径为4.75mm的筛一只)；容器；搪瓷盘。
实验方法：参照GB/T 14685-2011中的《建设用卵石、碎石》的含水率检测方法进行检测，具体步骤如下：
取制备例置于盛水的容器中,水面应高出试样表面约5mm,浸泡24h后,从水中取出,用湿毛巾将颗粒表面的水分擦干,即成为饱和面干试样,立即称出其质量,精确至1g；将饱和面干试样放在干燥箱中烘干至恒重，干燥箱温度为105℃；待冷却至室温后，称出其质量，精确至1g。并按照上述国标中记录的吸水率的计算方法对实验样品的含水率进行计算。对5个制备例1分别进行上述实验，然后将得到5个制备例1的含水率平均值作为制备例1最终的含水率。
采用上述实验方法分别得到制备例1-10以及空白组的含水率。
实验结果：制备例1-10的含水率如表4所示。
表4实验样品1-10的改性再生粗骨料的含水率实验结果
由表4的数据可知，制备例1-10的含水率为0.83-1.58％，空白组的含水率为5.13％，说明对再生粗骨料进行改性后，改性再生粗骨料的含水率有效降低。
对比制备例1和空白组可知，改性后的再生粗骨料具有较低的含水率，说明改性后的再生粗骨料具有吸水性降低。聚烯烃纤维本身具有一定的疏水性能，通过硅烷偶联剂将聚烯烃纤维粘结在再生粗骨料表面，有效降低再生粗骨料的吸水性能。对比制备例1和制备例2，加入促进剂后，促进剂与聚烯烃纤维共同配合，降低改性再生粗骨料的吸水性能。对比制备例2和制备例3-4可知，优选阳离子松香胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂作为促进剂后，阳离子松香胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂与容易起静电的聚烯烃纤维牢固结合，起到较好的抗水性能，从而进一步降低改性再生粗骨料的吸水性能，减少含水率。
对比制备例4和制备例5-6可知，优选改性再生粗骨料的重量配比，进一步减少改性再生粗骨料的含水率。对比制备例2和制备例7-8可知，采用醋酸溶液对超声波清洗，同时控制醋酸溶液的浓度，有效去除再生粗骨料表面存在的水泥砂浆，减少吸水率，可降低改性再生粗骨料的吸水性能。对比制备例2和制备例9-10可知，优选促进剂的组分，以及改性再生粗骨料的组分，同时优选制备步骤，获得含水率较低的改性再生粗骨料。
实验二：混凝土抗压强度实验实验样品：将实施例1-17以及对比例1-7分别制成边长为150mm的立方体体试件，分别命名为实验样品1-17以及对比样品1-7。
实验仪器：压力试验机(来自济南文腾试验仪器有限公司，YAW系列)。
实验方法：
抗压强度实验：根据GB/T 50081-2019的《自密实混凝土物理力学性能实验方法标准的规定》中的抗压强度实验来评定自密实混凝土的抗压强度。
实验样品到达实验龄期即28d时，从养护地点取出，并放置于抗压实验机前，将实验样品表面与上、下承压板面擦拭干净；以实验样品成型时的侧面为承压面。将实验样品安放在抗压实验机的下压板或垫板上，实验样品的中心应与抗压实验机下压板中心对准。启动抗压实验机，实验样品1表面与上、下承压板或钢垫板均匀接触。实验过程中连续均匀加荷，加荷速度应取1.0MPa/s。当实验样品抗压强度小于30MPa时，加荷速度宜取0.5MPa/s；当实验样品抗压强度为60MPa时，加荷速度宜取0.8MPa/s；当实验样品抗压强度不小于60MPa时，加荷速度宜取1.0MPa/s。手动控制抗压实验机加荷速度时，当实验样品接近破坏开始急剧变形时，停止并调整抗压实验机油门直至破坏实验样品，此时记录破坏荷载，并计算实验样品的抗压强度.
实验结果：实验样品1-17以及对比样品1-7的抗压强度实验如表4所示。
实验三：混凝土抗折强度实验实验样品：采用实施例1-17以及对比例1-7制备得到试样，试样为150mm×150mm×600mm的棱柱体试件，并将由实施例1-17得到的试样分别命名为实验样品1-17，将由对比例1-7得到的试样分别命名为对比样品1-7，实验样品1-17以及对比样品1-7均有5个。
实验仪器：压力试验机(来自济南文腾试验仪器有限公司，YAW系列)。
实验方法：参照GB/T 50081-2019的《混凝土物理力学性能实验方法标准》中的抗折强度实验来评定实验样品的抗折强度，例如，分别对5个实验样品1的抗折强度进行检测，后取5个实验样品1抗折强度的平均值作为实验样品1最终的抗折强度。
实验结果：实验样品1-17以及对比样品1-7的抗折强度实验如表5所示。
表5实验样品1-17和对比样品1-7的强度检测实验结果
根据表5可知，实验样品1-17的28d的抗压强度为47.7-56.3MPa，28d的抗折强度为8.4-14.4MPa；对比样品1-7的28d的抗压强度为19.7-31.3MPa；28d的抗折强度为3.2-6.6MPa。实验样品1-17的抗压强度和抗折强度均高于对比样品1-7，说明实验样品1-7的再生骨料混凝土强度较高。
对比实验样品1和对比样品1-3,聚氨酯纤维和聚乙烯醇纤维；对比实验样品1和对比样品1-5可知，通过优选改性再生粗骨料的组分和制备步骤，可以减少改性再生粗骨料的吸水率，进而提高改性再生粗骨料的密度，进而增强再生骨料混凝土的强度；对比实验样品1和对比样品6可知，对再生骨料进行改性后，再生骨料混凝土的抗压强度和抗折强度增强。
对比实验样品1和实验样品3-5可知，加入并优选促进剂后，降低改性再生粗骨料的吸水率，再生骨料混凝土的抗压强度和抗折强度增强。对比实验样品5-7可知，优选各组分比例,使得聚烯烃纤维、促进剂与再生粗骨料的配合效果更好，降低再生粗骨料的吸水率，进而使得制备得到的再生骨料混凝土具有较高的强度；对比实验样品3和实验样品8-9可知，采用醋酸溶液并进行超声波清洗，有效去除再生粗骨料表面存在的水泥砂浆，减少吸水率，可降低改性再生粗骨料的吸水性能，进而增强再生骨料混凝土的强度。对比实验样品3和实验样品10-11可知，优选改性方法，并控制各原料的组成及配比，获得抗压强度和抗折强度较高的再生骨料混凝土。
对比实验样品1和实验样品12-13可知，加入增强剂杨木纤维和正十二烷基硫醇，杨木纤维具有较好的强度和弹性；正十二烷基硫醇对杨木纤维表面进行疏水改性，从而赋予强度好的杨木纤维较好的疏水性能，从而进一步减少混凝土的吸水率，增强再生骨料混凝土的抗压强度和抗折强度；对比实验样品13和实验样品14-15可知，加入橡胶粉后，橡胶粉作为高密度的弹性体，不仅疏水，稳定性也较高，加入再生骨料混凝土中后，与改性再生粗骨料组合，进一步增强再生骨料混凝土的强度。对比实验样品11和实验样品16-17可知，当优选各原料的组分，同时加入增强剂和橡胶粉相互配合，再生骨料混凝土的抗压强度和抗折强度提高，且有较大幅度提高。
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。
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