CN109721332A - 呼吸式环保型广场用陶土砖 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑建材技术领域，具体公开了呼吸式环保型广场用陶土砖，其原料包括烧结陶土和至少一种陶土，所述陶土的重量占比不超过50％。本方案通过选用特定的原料，严格控制陶土的用量，确保陶土砖具有良好的透气性，在干燥过程中能够有效避免陶土砖开裂，产品的合格率高；而且本方案的广场砖能够降低城市PM2.5，缓解城市热岛效应，具有意想不到的效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑建材技术领域，尤其涉及一种呼吸式环保型广场用陶土砖。
背景技术
广场砖属于耐磨砖的一种，主要用于休闲广场、市政工程、园林绿化、屋顶美观、花园阳台、商场超市、学校医院、汽车4S店等人流量众多的公共场，其砖体色彩简单，砖面体积小，多采用凹凸面的形式，具有防滑、耐磨、修补方便的特点。
现有的广场砖主要有水泥彩砖、瓷砖饰面广场砖以及石材饰面广场砖。其中，水泥彩砖：直接用普通混凝土材料、化工原料及模具制作得到，表面的装饰效果较差，在雨水侵蚀下易粉化、泛霜，耐久性差，而且表面的一些化工原料四处飘散，污染环境。瓷砖饰面广场砖：选用瓷砖作为广场砖的装饰面，底部采用普通混凝土做支撑结构，瓷砖的装饰效果取决于瓷砖表面的薄层釉面，釉面虽然美观但却不耐磨，而且瓷砖很薄，强度不高，容易断裂。瓷砖饰面广场砖在雨水条件下防滑效果也较差差，极易造成公共安全事故，且不耐脏污。石材饰面广场砖：与瓷砖饰面广场砖结构类似，使用石材进行表面装饰。若使用天然石材做广场砖面层，则资源稀缺成本高昂；若使用人造石材则其耐候性将难以适应室外复杂多变的环境。上述种类的广场砖均有明显的缺陷。
广场砖也可使用陶砖，陶砖中陶土原料的独特分子结构，是带蜂窝状，其中有很多微小的孔隙，它会吸收一部分水份，使地面降低粉尘，所以也被国内外专家称之为“会呼吸的陶砖”。同时因陶砖独特的物理性，夏天天气炎热的时候，它会吸热，是永远晒不热的环保材料，是作为广场砖最好的选择。现代城市建设、人们生活水平和审美程度的提高，需要大尺寸、高强度、色彩丰富的室内外装饰陶砖。但是由于大尺寸、高强度陶砖生产难度特别大，在古代生产一匹砖需要3年左右的时间，因其成本特别高，所以又被称为金砖，寓意为一匹砖相当于一两黄金的价格。到了现代，陶业的生产工艺和生产设备已经相当成熟了，但业内人士要想在半年内生产出高质量的大尺寸陶砖也是非常困难的，原因主要有以下几点：1、陶砖的半成品尺寸大，在干燥过程中非常容易变形和开裂，导致半成品收成率低。2、在烧制过程中，由于要将产品烧制接近软化临界点才能致使产品有更高的强度。烧成温度过低，产品的耐磨性和抗冻性就不好，烧成温度过高，产品就会变形，强度也会变差，烧制临界点的确定较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种呼吸式环保型广场用陶土砖，以解决制造大尺寸广场用陶土砖生产周期长，产品干燥过程中容易开裂的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：呼吸式环保型广场用陶土砖，其原料包括烧结陶土和至少一种陶土，所述陶土的重量占比不超过50％。
本基础方案的有益效果在于：
1、本方案的广场砖采用主要采用陶土、烧结陶土制成，陶土原料有独特的分子结构，使制得的产品呈现出“蜂窝”结构，产品中有很多微小的孔隙，它会吸收一部分水份，还会吸收地面一部分粉尘，绿色环保，国内外专家称之为“会呼吸的陶土砖”，能够降低城市PM2.5，用作广场砖具有意想不到的效果。
2、陶土砖具有独特的物理性，夏天天气炎热的时候，它会吸热，是永远晒不热的环保材料，用作广场砖能够缓解城市热岛效应。
3、制备路面陶土砖时，厂家大多就地取材，通常会选择当地的一种陶土，而且由于陶土廉价易得，制备传统的陶土砖，陶土的用量非常大，用量都在70％以上，本领域的技术人员由于惯性难以想到在基础原料上对路面陶土砖进行改进。而本技术方案的发明人克服了惯性思维，先从原料出发，大幅度降低陶土的用量，将陶土用量控制在50％以下，并引进烧结陶土，重新配料，使半成品泥料具有良好的透气性，确保干燥加工时陶土砖的各个部位干燥速度一致，避免由于陶土砖的各个部位干燥温度不均而导致开裂变形。采用本方案，即便制备尺寸在400*400*50mm及以上的路面陶土砖，也能确保产品在干燥时不会开裂，半成品的合格率高。
进一步，所述陶土包括3种不同的种类。传统的陶土砖原料成份单一，陶土一般只选用一种，在干燥、烧成等过程中稳定性低，容易变形且强度不够高。在本方案中，选用3种以上陶土，增加陶土砖的原料成份，能够提高产品的稳定性和强度。
进一步，所述陶土包括重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土。
本方案中的重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土仅以地名代表这一类型陶土，若其他陶土具有与本方案重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土类似的性质、化学成份，同样属于本方案的保护范围。
制备陶土砖时，厂家大多会就地取材，选择当地的一种陶土，但在本方案中选用了多种不同产地的陶土，经研究发现，这些陶土具有不同的化学成份和物理特性。重庆陶土烧成范围宽，仁寿陶土可塑性非常好，但烧制后呈黄色，桂花镇陶土烧成范围窄，但是可塑性好，而且烧制后颜色鲜艳，使烧成的陶土砖具有好看的外观。经过申请人不断的研究试验，这三种不同类型的陶土原料同时使用，能够改善原料烧成过程中的稳定性，这三种不同的陶土原料彼此配合，相互取长补短，弥补各种原料自身的缺点，发挥组合优势，不但加宽了坯料的烧成范围，提高可塑性，最后还能提高产品的强度。
进一步，所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土重量之和占比为30-50％。经过申请人长期的试验发现，当重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土重量占30-50％时，泥料的透气性最好，干燥均匀性好，干燥过程中大尺寸陶土砖不易发生开裂。
进一步，所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的质量比为1：0.8-1.2:1.8-2.2。经过申请人长期研究，将重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土的比例控制在上述范围，三种不同类型的陶土彼此配合，能够发挥最佳的性能，使得最后制成的产品具有良好的综合性能。
进一步，所述烧结陶土采用以下步骤制备得到：
(1)准备陶土原料，对陶土原料进行球磨，将陶土原料的含水量控制在45-50％；
(2)榨泥脱水：对步骤(1)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在16-18％；
(3)真空练泥：对步骤(2)得到的物料进行初练，真空度控制在0.45-0.55MPa；初练完成后，陈腐4.5-5.5天；
(4)真空成型：真空度为控制在0.85-0.95MPa；
(5)蒸汽烘干，得到半成品；
(6)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1050-1100℃，烧制时间为11-13h,得到烧结陶土。
进一步，采用以下步骤制备得到：
(1)准备以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土；
(2)对上述原料进行破碎，将原料的粒径控制在50mm以下；
(3)榨泥脱水：对步骤(2)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在16-18％；
(4)真空练泥：对步骤(3)得到的物料进行初练，真空度控制在0.45-0.55MPa；初练完成后，陈腐4.5-5.5天；
(5)真空成型：真空成型过程中真空度控制在0.85-0.95MPa；
(6)蒸汽烘干，得到半成品，将半成品的含水量控制在6％以下；
(7)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1050-1100℃，烧制时间为11-13h,得到呼吸式环保型广场用陶土砖。
制备大尺寸的广场用陶土砖，采用传统的工艺配方，生产周期长，大约需要半年左右，其中半成品干燥这个步骤耗时最多。传统的干燥手段是自然阴干，采用这种方式对大尺寸陶土砖进行干燥大约需要2000多小时，即3个月左右，即便干燥的温度低，也不能保证大尺寸陶土砖干燥的均匀性，半成品的合格率较低。本方案通过控制原料的成分，确保坯料的透气性，保证干燥过程中陶土砖干燥的均匀性。在此基础上，创新性的将蒸汽烘干工艺引入到制陶砖工艺中，通过蒸汽烘干方法使大尺寸陶土砖快速干燥，最快能在24小时内将半成品中的水分快速排到6％以下，在这个过程中陶土砖不会由于干燥温度高、各部位受热不均匀而发生开裂，半成品合格率高，即便是制备大尺寸的陶土砖合格率也能够到达80％以上。将半成品中的含水量控制6％以下，能避免烧成过程中因为水分过高造成开裂和炸裂。
采用本方案，能将大尺寸高强度的陶砖制造时间缩短在28天以下，与传统的半年时间相比，极大的缩短了生产周期，提高生产效率。
进一步，还包括球磨的步骤，步骤(2)后对原料进行球磨，将原料的粒径控制在80-320目，含水量控制在45-50％。制备陶土砖，传统技术采用的是混料挤泥工艺，泥料中的烧结熟料不容易碎细，致使产品不细密均匀。本方案采用湿法球磨技术，将配合好的原料球磨至80目以上，使坯料更加均匀细密，极大的提高产品的强度。
制备陶土砖，传统技术采用的是混料挤泥工艺，原料粒度一般在14目以下，泥料中的烧结熟料不容易碎细，致使产品不细密均匀，而且最后制得的产品表面“坑坑洼洼”，十分影响外观。本方案采用湿法球磨技术，将配合好的原料球磨至80目以上，粒度较小，使坯料更加均匀致密，极大的提高产品的强度。
申请人在此补充一点，原料粒度越大，原料颗粒之间的孔隙越大，越有利于半成品的干燥，越有助于保证半成品内外的快速均匀干燥(尤其是对于大尺寸陶土砖而言)，越有助于解决半成品在干燥过程中容易开裂变形的问题，提高半成品收成率。但是从陶土砖的强度而言，原料粒度之间的孔隙越大，粒度与粒度之间贴合的面积越小，陶土砖的强度也就越小，即半成品的干燥时间与陶土砖的强度存在反比关系。但在本方案中通过对原料的种类、原料种类的数量、不同原料种类的含量、具体干燥工艺等的调整，有效的解决了陶土砖干燥时间、干燥均匀性与产品强度之间的矛盾，既解决了半成品在干燥过程中容易开裂变形的问题，又保证了陶土砖具有高的强度。
进一步，步骤(6)蒸汽烘干的过程中，蒸汽烘干温度为50-90℃。与采用自然阴干的现有干燥工艺相比，本工艺通过50-90℃的蒸汽将半成品上的水分均匀排出，迅速带走半成品的水分，并且在蒸汽带走水分的过程中，具有一定温度、湿度的蒸汽还会与半成品的各个部位充分接触，有效的防止了半成品的开裂变形。
具体实施方式
下面对选用的原料进行了说明，并通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
1、重庆陶土产于重庆荣昌；
具体化学成份如下：
| SiO<sub>2</sub> | AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | TlO<sub>2</sub> | CaO | MgO | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O |
| ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ |
| 62.9-65.7 | 16.4-21.9 | 7.5-8.3 | 1.1-1.5 | 2.4-2.8 | 2.2-2.6 | 0.9-1.3 | 1-1.5 |
2、仁寿陶土产于四川省眉山市；
具体化学成份如下：
| SiO<sub>2</sub> | AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | TlO<sub>2</sub> | CaO | MgO | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O |
| ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ |
| 57-62.4 | 23.4-29.5 | 1.9-2.3 | 2.5-3.1 | 3.2-3.8 | 1.2-1.6 | 1.4-1.8 | 1.3-1.7 |
3、桂花镇陶土产于四川彭州市桂花镇；
(1)外观质量
烧前：铁红色。
烧后：红色。
(2)具体化学成份如下：
| SiO<sub>2</sub> | AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | TlO<sub>2</sub> | CaO | MgO | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O |
| ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ | ％ |
| 73.3-74.3 | 6.9-8.2 | 8.2-8.8 | 0.6-1.0 | 3.9-4.3 | 1.4-1.8 | 1.5-1.9 | 1.6-2.2 |
实施例1
本实施例公开了一种呼吸式环保型广场用陶土砖，包括以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土，所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为32％；所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土所占的质量比例为1:1:2。
上述呼吸式环保型广场用陶土砖的制备包括以下步骤：
(1)准备以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土；
(2)对上述原料进行破碎，将原料的粒径控制在50mm以下；
(3)对原料进行球磨，将原料的粒径控制在200目，含水量控制在48％；
(4)榨泥脱水：对步骤(3)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在18％；
(5)真空练泥：对步骤(4)得到的物料进行初练，真空度控制在5MPa；初练完成后，陈腐5天；
(6)真空成型：真空成型过程中真空度控制在9MPa；成型尺寸为400*400*50mm；
(7)蒸汽烘干，得到半成品，将半成品的含水量控制在6％以下；
(8)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1060-1100℃，烧制时间为13h,得到呼吸式环保型广场用陶土砖。
实施例2
本实施例公开了一种呼吸式环保型广场用陶土砖，包括以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土，所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为40％；所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土所占的质量比例为1:0.8:2.1。
上述呼吸式环保型广场用陶土砖的制备包括以下步骤：
(1)准备以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土；
(2)对上述原料进行破碎，将原料的粒径控制在50mm以下；
(3)对原料进行球磨，将原料的粒径控制在200目，含水量控制在48％；
(4)榨泥脱水：对步骤(3)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在18％；
(5)真空练泥：对步骤(4)得到的物料进行初练，真空度控制在5MPa；初练完成后，陈腐5天；
(6)真空成型：真空成型过程中真空度控制在9MPa；成型尺寸为400*400*100mm；
(7)蒸汽烘干，得到半成品，将半成品的含水量控制在6％以下；
(8)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1060-1100℃，烧制时间为13h,得到呼吸式环保型广场用陶土砖。
实施例3
本实施例公开了一种呼吸式环保型广场用陶土砖，包括以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土，所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为45％；所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土所占的质量比例为0.8:1:2.1。
上述呼吸式环保型广场用陶土砖的制备包括以下步骤：
(1)准备以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土；
(2)对上述原料进行破碎，将原料的粒径控制在50mm以下；
(3)对原料进行球磨，将原料的粒径控制在200目，含水量控制在48％；
(4)榨泥脱水：对步骤(3)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在18％；
(5)真空练泥：对步骤(4)得到的物料进行初练，真空度控制在5MPa；初练完成后，陈腐5天；
(6)真空成型：真空成型过程中真空度控制在9MPa；成型尺寸为800*1600*50mm；
(7)蒸汽烘干，得到半成品，将半成品的含水量控制在6％以下；
(8)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1060-1100℃，烧制时间为13h,得到呼吸式环保型广场用陶土砖。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：真空成型步骤中，呼吸式环保型广场用陶土砖的成型尺寸为240mm×115mm×53mm；
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于：真空成型步骤中，呼吸式环保型广场用陶土砖的成型尺寸为240mm×115mm×53mm。
实施例6
本实施例与实施例3的区别仅在于：真空成型步骤中，呼吸式环保型广场用陶土砖的成型尺寸为240mm×115mm×53mm。
实施例7
本对比例与实施例1的区别仅在于，包括以下原料：重庆陶土和烧结陶土，所述重庆陶土的重量占比为32％。
呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
实施例8
本对比例与实施例1的区别仅在于，包括以下原料：仁寿陶土和烧结陶土，所述仁寿陶土的重量占比为32％。
呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
实施例9
本对比例与实施例1的区别仅在于，包括以下原料：桂花镇陶土和烧结陶土，所述桂花镇陶土的重量占比为32％。
呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
实施例10
本对比例与实施例1的区别仅在于，包括以下原料：重庆陶土、桂花镇陶土和烧结陶土，所述重庆陶土和桂花镇陶土的重量占比为32％。
呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
实施例11
本对比例与实施例1的区别仅在于，包括以下原料：重庆陶土、仁寿陶土和烧结陶土，所述重庆陶土和仁寿陶土的重量占比为32％。
呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
实施例12
本对比例与实施例1的区别仅在于，包括以下原料：仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土，所述仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为32％。
呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：所用重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为60％，呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于：所用重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为70％，呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于：所用重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的重量占比为80％，呼吸式环保型广场用陶土砖的制备步骤与实施例1相同。
对实施例1-12、对比例1-3制备得到的陶土砖进行测试，得到的数据如表1所示：
表1
结论：
1、从实施例1-6的数据可以明显看出，用本方案制备得到的广场用陶土砖具备良好的综合性能(抗压强度高、耐磨性能好)，陶土砖抗压强度的欧美标准是≥55MPa，本方案的陶土砖抗压强度比欧美标准还高；同时1类路面砖的磨坑长度要求≦28mm，本方案的广场用陶土砖耐磨性能够达到1类路面砖的标准，具有非常良好的耐磨性。
用本方案制备普通规格(240mm×115mm×53mm)的广场用陶土砖，半成品合格率能够高达95％，用来制备大尺寸的路面陶土砖时，半成品合格率也能够高达89％，这说明本方案不但适于制备常规尺寸的广场用陶土砖，也适于制备大尺寸广场用陶土砖。
2、从实施例7-12的数据可以明显看出，实施例7-12的产品综合性能指标总体上稍低于实施例1的产品，但总体上性能较佳，符合实际需求。
将实施例7-12的数据与实施例1进行对比，实施例7-12的产品虽然在抗压强度、耐磨性、干燥时间等方面与实施例1的产品相差不大，但是半成品的合格率却低于实施例1的产品，由此可以推断：陶土种类单一，在干燥、烧成等过程中稳定性低，最后制备得到的产品合格率降低。
3、将对比例1-3的数据与实施例1进行对比，对比例1-3的产品在抗压强度、耐磨性(磨坑长度体现耐磨性能)、干燥时间、半成品合格率等方面上远远低于实施例1的产品，这从侧面发映出，陶土的用量对制备得到的陶土砖性能有重大影响，陶土的重量占比超过50％时会较大的降低陶土的各项性能。
Claims (9)
1.呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：其原料包括烧结陶土和至少一种陶土，所述陶土的重量占比不超过50％。
2.根据权利要求1所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：所述陶土包括3种不同的种类。
3.根据权利要求2所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：所述陶土包括重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土。
4.根据权利要求3所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土重量之和占比为30-50％。
5.根据权利要求4所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：所述重庆陶土、仁寿陶土和桂花镇陶土的质量比为1：0.8-1.2:1.8-2.2。
6.根据权利要求5所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：所述烧结陶土采用以下步骤制备得到：
(1)准备陶土原料，对陶土原料进行球磨，将陶土原料的含水量控制在45-50％；
(2)榨泥脱水：对步骤(1)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在16-18％；
(3)真空练泥：对步骤(2)得到的物料进行初练，真空度控制在0.45-0.55MPa；初练完成后，陈腐4.5-5.5天；
(4)真空成型：真空度为控制在0.85-0.95MPa；
(5)蒸汽烘干，得到半成品；
(6)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1050-1100℃，烧制时间为11-13h,得到烧结陶土。
7.根据权利要求1-6任一项所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：采用以下步骤制备得到：
(1)准备以下原料：重庆陶土、仁寿陶土、桂花镇陶土和烧结陶土；
(2)对上述原料进行破碎，将原料的粒径控制在50mm以下；
(3)榨泥脱水：对步骤(2)得到的物料进行榨泥脱水，将物料的含水量控制在16-18％；
(4)真空练泥：对步骤(3)得到的物料进行初练，真空度控制在0.45-0.55MPa；初练完成后，陈腐4.5-5.5天；
(5)真空成型：真空成型过程中真空度控制在0.85-0.95MPa；
(6)蒸汽烘干，得到半成品，将半成品的含水量控制在6％以下；
(7)进窑烧成：将半成品送入窑中进行烧制，温度为1050-1100℃，烧制时间为11-13h,得到呼吸式环保型广场用陶土砖。
8.根据权利要求7所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：还包括球磨的步骤，步骤(2)后对原料进行球磨，将原料的粒径控制在80-320目，含水量控制在45-50％。
9.根据权利要求8所述的呼吸式环保型广场用陶土砖，其特征在于：步骤(6)蒸汽烘干的过程中，蒸汽烘干温度为50-90℃。
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