CN112113825A - 一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置及方法，所述装置包括预应力施加装置以及放置在所述预应力施加装置内的腐蚀装置，其中，所述预应力施加装置包括预应力支撑顶板、液压支柱、锚杆支撑底板、千斤顶、千斤顶支撑底座、预应力支撑底板；所述腐蚀装置包括注液管、紧固螺栓、密封圈、腐蚀缸、砂浆锚杆、锚杆支撑头、排液管、腐蚀缸盖、腐蚀缸密封圈、第一活塞。本发明的有益效果：能够在精确读取应力值的情况下对多根砂浆锚杆进行腐蚀，获取多种试验数据，节约大量重复试验时间。

Description

一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种锚杆腐蚀试验装置，尤其涉及一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置及方法。
背景技术
现代工程建设中，常常需在地质条件复杂多山地区进行规划，涉及大量边坡稳定性问题，对边坡进行科学治理是人民生命财产安全的重要保障。锚固结构是边坡治理的重要手段之一，然而，锚固结构由于所处的自然环境的影响，其所植入的岩土体中存在着大量腐蚀介质。同时，锚杆在支护过程中，还会承受开挖扰动等各种载荷作用，一方面对腐蚀介质在砂浆锚杆中的扩散速率产生一定影响，另一方面，各种剪切载荷还会使砂浆锚杆产生裂隙，进而对锚杆产生腐蚀作用。为探究各种因素对锚杆的腐蚀作用，既可以通过现场获取腐蚀锚杆进行监测，也可以进行室内腐蚀实验进行探究，而现场取样的条件比较固态化，不利于某些因素单独或者联合作用对锚杆腐蚀作用的探究。
在锚杆腐蚀试验中，预应力对锚杆腐蚀的影响探究是试验探究的主要因素。实际工程实践中，预应力锚杆是由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端锚固在坚硬的岩层中，然后在另一自由端进行张拉，对岩层施加压力，从而对不稳定岩体进行锚固。锚杆植入边坡后，锚杆会受到开挖扰动、降水、地震灾害等各种因素影响，使得预应力发生变化。不同的预应力对于锚杆腐蚀会有不同的影响，因此在锚杆腐蚀试验中，对锚杆施加预应力，一方面可以使锚杆腐蚀试验更加贴近工程中锚杆的状态，另一方面可以探究预应力对于锚杆腐蚀的影响。同时，锚杆腐蚀试验还可以探究各种腐蚀介质单独或者联合作用对于锚杆的腐蚀作用。
目前尚未有专门施加预应力的锚杆腐蚀装置开展预应力锚杆腐蚀试验，一般是通过利用混凝土在专有场地建立锚杆腐蚀工作台，工作台呈池子状，在池子内进行腐蚀，在池子外施加预应力。这种方式需要建立工作台既浪费了时间，又浪费场地，试验操作不是很灵活、同时这种方式不能随时观察锚杆的腐蚀情况，以及预应力变化情况。为了能够有效开展预应力锚杆腐蚀试验，探究锚杆腐蚀规律，同时节约时间、空间并使试验能够灵活有效的进行，设计一种锚杆解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置及方法，用于探究锚杆在施加预应力条件下的锚杆或砂浆锚杆的腐蚀规律。
本发明提供一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，包括预应力施加装置以及放置在所述预应力施加装置内的腐蚀装置，其中：
所述预应力施加装置包括预应力支撑顶板、液压支柱、锚杆支撑底板、千斤顶、千斤顶支撑底座、预应力支撑底板；所述预应力支撑顶板上带有注液管通道，所述预应力支撑顶板和所述预应力支撑底板通过所述液压支柱固定连接，所述液压支柱的高度可调节；所述锚杆支撑底板与所述千斤顶支撑底座通过所述千斤顶活动连接，所述千斤顶支撑底座固定在所述预应力支撑底板上；
所述腐蚀装置包括注液管、紧固螺栓、密封圈、腐蚀缸、砂浆锚杆、锚杆支撑头、排液管、腐蚀缸盖、腐蚀缸密封圈、第一活塞；所述腐蚀缸的底部装有排液管，所述排液管上带有第一活塞；所述腐蚀缸的底部分布有若干锚杆伸出口，所述砂浆锚杆垂直放置于所述腐蚀缸内；
所述砂浆锚杆的下端通过所述锚杆伸出口置于所述腐蚀缸外，并通过所述锚杆支撑头放置于所述锚杆支撑底板上，所述砂浆锚杆与所述锚杆伸出口的接触部位利用紧固螺栓以及密封圈进行密封；
所述腐蚀缸的上端通过所述腐蚀缸盖进行密封，所述腐蚀缸盖上分布有若干锚杆孔以及一注液孔，所述锚杆孔与腐蚀缸底部的锚杆伸出口一一对应，所述砂浆锚杆的上端通过所述锚杆孔伸出腐蚀缸外，并通过所述锚杆支撑头与所述预应力支撑顶板接触，所述砂浆锚杆与所述锚杆孔的接触部位利用紧固螺栓以及密封圈进行密封；所述注液管通过所述注液孔安装在腐蚀缸盖上。
进一步地，所述锚杆支撑底板的上表面分布有若干锚杆支撑孔，所述锚杆支撑头放置在所述锚杆支撑孔内。
进一步地，所述锚杆支撑底板的下表面分布有若干千斤顶安装孔，所述千斤顶支撑底座的上表面分布有若干千斤顶支撑孔；所述千斤顶的下端通过所述千斤顶支撑孔安装在所述千斤顶支撑底座上，所述千斤顶的上端通过所述千斤顶安装孔安装到所述锚杆支撑底板上。
进一步地，每一所述千斤顶支撑孔内放置有一第一压力计，所述第一压力计位于千斤顶的下方，用于记录千斤顶所施加的压力。
进一步地，所述预应力支撑顶板上带有注液管通道，所述注液管穿过所述注液管通道；所述锚杆支撑底板上带有排液管通道，所述排液管穿过所述排液管通道；当所述腐蚀装置安装完成后，关闭所述第一活塞，通过所述注液管向所述腐蚀缸内注入腐蚀液，所述注液管上带有第二活塞，在注入腐蚀液后关闭所述第二活塞，防止腐蚀液蒸发。
进一步地，所述砂浆锚杆与所述锚杆伸出口的接触部位安装有第二压力计。
进一步地，所述腐蚀缸盖的四周带有腐蚀缸密封圈。
进一步地，，所述腐蚀缸盖上还分布有若干检测孔，所述检测孔用于插入监测探头以及排气管，所述监测探头包括pH计、Ec探头、Ca2+浓度探头。
进一步地，所述腐蚀缸采用透明材料制成。
本发明还提供一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验方法，采用上述施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，包括以下步骤：
S1、根据试验要求制备多根同规格的砂浆锚杆，安装腐蚀装置，其中，每根砂浆锚杆上装配有应力测力计，所述砂浆锚杆与腐蚀缸底部的锚杆伸出口的接触部位安装第二压力计，利用腐蚀缸盖上的检测孔安装试验所需的监测探头以及排气管；
S2、安装预应力施加装置，其中，在千斤顶支撑底座的千斤顶支撑孔内安装第一压力计；
S3、调节液压支柱，利用锚杆支撑头将砂浆锚杆以及腐蚀缸固定在锚杆支撑底板以及预应力支撑顶板之间；
S4、关闭排液管上的第一活塞，将配置的腐蚀液通过注液管注入到腐蚀缸内，直到完全浸没腐蚀缸内的砂浆锚杆，然后关闭注液管上的第二活塞，并根据第二压力计测量的气压数据，利用排气管调节腐蚀缸的内部气压至预期值；
S5、根据第一压力计的测量值，调节千斤顶至预期的预应力大小，记录第二压力计、应力测力计、监测探头测量的数据，观察砂浆锚杆的腐蚀状况，进行锚杆腐蚀试验；
S6、试验完成后通过排液管排出腐蚀液。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：(1)能够在精确读取应力值的情况下对多根砂浆锚杆进行腐蚀，节约了大量重复试验时间；(2)采用透明腐蚀缸可以随时观察到锚杆的腐蚀情况，确定锚杆的腐蚀表观特征；(3)可以随时向腐蚀缸添加腐蚀溶液或排出腐蚀溶液，有利用进行干湿循环操作；(4)锚杆露头，可以针对性开展点加速试验，为电加速试验提供接头；(5)便于插入pH计等离子探头，采集多种数据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置的正视图；
图2是本发明实施例提供的预应力施加装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的锚杆支撑底座的上表面示意图；
图4为本发明实施例提供的锚杆支撑底座的下表面示意图；
图5是本发明实施例提供的千斤顶支撑底座的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的千斤顶的安装示意图；
图7是本发明实施例提供的预应力施加装置的下部结构示意图；
图8是本发明实施例提供的腐蚀缸的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的锚杆支撑头的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的腐蚀缸盖以及排液管的示意图；
图11是本发明实施例提供的活塞工作原理示意图；
注：1-1预应力支撑顶板，1-1-1注液管通道，1-2液压支柱，1-3锚杆支撑底板，1-3-1锚杆支撑孔，1-3-2排液管通道，1-3-3千斤顶安装孔，1-4千斤顶，1-5千斤顶支撑底座，1-5-1压力显示板，1-5-2紧固螺孔，1-5-3紧固螺钉，1-5-4千斤顶支撑孔，1-5-5第一压力计，1-6预应力支撑底板，2-1注液管，2-2紧固螺栓，2-3密封圈，2-4腐蚀缸，2-5腐蚀液，2-6砂浆锚杆，2-7锚杆支撑头，2-8排液管，2-9腐蚀缸盖，2-10腐蚀缸密封圈，2-11第一活塞，2-12锚杆孔，2-13检测孔，2-14注液孔，2-15第二压力计，2-16排气管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，包括预应力施加装置和腐蚀装置，其中：
请参考图2，所述预应力施加装置包括预应力支撑顶板1-1、液压支柱1-2、锚杆支撑底板1-3、千斤顶1-4、千斤顶支撑底座1-5、预应力支撑底板1-6，其中，预应力支撑顶板1-1上带有注液管通道1-1-1，所述预应力支撑顶板1-1和预应力支撑底板1-6通过液压支柱1-2固定连接，液压支柱1-2的高度可调节，锚杆支撑底板1-3与千斤顶支撑底座1-5通过千斤顶1-4活动连接。
请参考图3、图4，所述锚杆支撑底板1-3的上表面分布有若干锚杆支撑孔1-3-1，下表面分布有若干千斤顶安装孔1-3-3，同时所述锚杆支撑底板1-3还带有一排液管通道1-3-2。
请参考图5-7，所述千斤顶支撑底座1-5的上表面分布有若干千斤顶支撑孔1-5-4，每一所述千斤顶支撑孔1-5-4内放置有一第一压力计1-5-5；千斤顶1-4的下端通过所述千斤顶支撑孔1-5-4安装在千斤顶支撑底座1-5上，此时，第一压力计1-5-5位于千斤顶1-4下方，用于记录千斤顶1-4所施加的压力，所述千斤顶支撑底座1-5的其中一侧面还安装有压力显示板1-5-1，用于显示第一压力计1-5-5的测量值；所述千斤顶1-4的上端通过千斤顶安装孔1-3-3安装到锚杆支撑底板1-3上。
优选地，采用多个第一压力计1-5-5分布在各个千斤顶支撑孔1-5-4中，根据多个第一压力计1-5-5的测量值，可反映试验中施加的预应力值是否相等、是否处于均衡状态。
所述千斤顶支撑底座1-5上还带有若干紧固螺孔1-5-2，通过紧固螺钉1-5-3将所述千斤顶支撑底座1-5固定在预应力支撑底板1-6上，防止在施加预应力时发生错动导致试验失败。
所述腐蚀装置包括注液管2-1、紧固螺栓2-2、密封圈2-3、腐蚀缸2-4、腐蚀液2-5、砂浆锚杆2-6、锚杆支撑头2-7、排液管2-8、腐蚀缸盖2-9、腐蚀缸密封圈2-10、第一活塞2-11；其中，请参考图8、图9，腐蚀缸2-4的底部装有排液管2-8，排液管2-8上带有第一活塞2-11，所述排液管2-8穿过锚杆支撑底板1-3上的排液管通道1-3-2；腐蚀缸2-4的底部还分布有若干锚杆伸出口，砂浆锚杆2-6垂直放置于腐蚀缸2-4内，其下端通过所述锚杆伸出口置于腐蚀缸2-4外，并通过锚杆支撑头2-7放置于所述锚杆支撑底板1-3上表面的锚杆支撑孔1-3-1内，所述砂浆锚杆2-6与所述锚杆伸出口的接触部位还安装有第二压力计2-15，然后利用紧固螺栓2-2以及密封圈2-3进行密封，防止腐蚀液渗出；
腐蚀缸2-4的上端通过腐蚀缸盖2-9进行密封，所述腐蚀缸盖2-9的四周带有腐蚀缸密封圈2-10；请参考图10，腐蚀缸盖2-9上分布有若干锚杆孔2-12、若干检测孔2-13以及一注液孔2-14，所述锚杆孔2-12与腐蚀缸2-4底部的锚杆伸出口一一对应，砂浆锚杆2-6的上端通过所述锚杆孔2-12伸出腐蚀缸2-4外，并通过锚杆支撑头2-7与所述预应力支撑顶板1-1接触，所述砂浆锚杆2-6与所述锚杆孔2-12的接触部位利用紧固螺栓2-2以及密封圈2-3进行密封；注液管2-1通过所述注液孔2-14安装在腐蚀缸盖2-9上，所述注液管2-1穿过预应力支撑顶板1-1上的注液管通道1-1-1，当腐蚀缸2-4密封完成后，通过所述注液管2-1向腐蚀缸2-4内注入腐蚀液2-5，请参考图11，所述注液管2-1上带有第二活塞，在注入腐蚀液2-5后关闭第二活塞，防止腐蚀液蒸发损失。
所述腐蚀缸盖2-9上的检测孔2-13用于插入不同的监测探头以及排气管2-16，所述监测探头包括pH计、Ec探头、Ca2+浓度探头等，根据第二压力计2-15测量的气压情况，通过排气管2-16调节腐蚀缸2-4内部气压。
优选地，所述腐蚀缸2-4采用透明材料制成，一方面便于观察砂浆锚杆2-6的外观结构，从而确定锚杆腐蚀情况，另一方面便于观察腐蚀液2-5的注入量，便于控制腐蚀液的添加与排出。
本发明实施例还提供一种试验方法，采用所述施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，包括以下步骤：
S1、根据试验要求制备多根同规格的砂浆锚杆2-6，安装腐蚀装置，其中，每根砂浆锚杆2-6上装配有应力测力计，砂浆锚杆2-6与腐蚀缸2-4底部的锚杆伸出口的接触部位安装第二压力计2-15，利用腐蚀缸盖2-9上的检测孔2-13安装试验所需的监测探头以及排气管2-16；
S2、安装预应力施加装置，其中，在千斤顶支撑底座1-5的千斤顶支撑孔1-5-4内安装第一压力计1-5-5；
S3、调节液压支柱1-2，利用锚杆支撑头2-7将砂浆锚杆2-6以及腐蚀缸2-4固定在锚杆支撑底板1-3以及预应力支撑顶板1-1之间；
S4、关闭排液管2-8上的第一活塞2-11，将配置的腐蚀液2-5通过注液管2-1注入到腐蚀缸2-4内，直到完全浸没腐蚀缸2-4内的砂浆锚杆2-6，然后关闭注液管2-1上的第二活塞，并根据第二压力计2-15测量的气压数据，利用排气管2-16调节腐蚀缸2-4的内部气压至预期值；
S5、根据第一压力计1-5-5的测量值，调节千斤顶1-4至预期的预应力大小，记录第二压力计2-15、应力测力计、监测探头测量的数据，观察砂浆锚杆2-6的腐蚀状况，进行锚杆腐蚀试验；
S6、试验完成后通过排液管2-8排出腐蚀液2-5。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，包括预应力施加装置以及放置在所述预应力施加装置内的腐蚀装置，其中：
所述预应力施加装置包括预应力支撑顶板(1-1)、液压支柱(1-2)、锚杆支撑底板(1-3)、千斤顶(1-4)、千斤顶支撑底座(1-5)、预应力支撑底板(1-6)；所述预应力支撑顶板(1-1)上带有注液管通道(1-1-1)，所述预应力支撑顶板(1-1)和所述预应力支撑底板(1-6)通过所述液压支柱(1-2)固定连接，所述液压支柱(1-2)的高度可调节；所述锚杆支撑底板(1-3)与所述千斤顶支撑底座(1-5)通过所述千斤顶(1-4)活动连接，所述千斤顶支撑底座(1-5)固定在所述预应力支撑底板(1-6)上；
所述腐蚀装置包括注液管(2-1)、紧固螺栓(2-2)、密封圈(2-3)、腐蚀缸(2-4)、砂浆锚杆(2-6)、锚杆支撑头(2-7)、排液管(2-8)、腐蚀缸盖(2-9)、腐蚀缸密封圈(2-10)、第一活塞(2-11)；所述腐蚀缸(2-4)的底部装有排液管(2-8)，所述排液管(2-8)上带有第一活塞(2-11)；所述腐蚀缸(2-4)的底部分布有若干锚杆伸出口，所述砂浆锚杆(2-6)垂直放置于所述腐蚀缸(2-4)内；
所述砂浆锚杆(2-6)的下端通过所述锚杆伸出口置于所述腐蚀缸(2-4)外，并通过所述锚杆支撑头(2-7)放置于所述锚杆支撑底板(1-3)上，所述砂浆锚杆(2-6)与所述锚杆伸出口的接触部位利用紧固螺栓(2-2)以及密封圈(2-3)进行密封；
所述腐蚀缸(2-4)的上端通过所述腐蚀缸盖(2-9)进行密封，所述腐蚀缸盖(2-9)上分布有若干锚杆孔(2-12)以及一注液孔(2-14)，所述锚杆孔(2-12)与腐蚀缸(2-4)底部的锚杆伸出口一一对应，所述砂浆锚杆(2-6)的上端通过所述锚杆孔(2-12)伸出腐蚀缸(2-4)外，并通过所述锚杆支撑头(2-7)与所述预应力支撑顶板(1-1)接触，所述砂浆锚杆(2-6)与所述锚杆孔(2-12)的接触部位利用紧固螺栓(2-2)以及密封圈(2-3)进行密封；所述注液管(2-1)通过所述注液孔(2-14)安装在腐蚀缸盖(2-9)上。
2.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述锚杆支撑底板(1-3)的上表面分布有若干锚杆支撑孔(1-3-1)，所述锚杆支撑头(2-7)放置在所述锚杆支撑孔(1-3-1)内。
3.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述锚杆支撑底板(1-3)的下表面分布有若干千斤顶安装孔(1-3-3)，所述千斤顶支撑底座(1-5)的上表面分布有若干千斤顶支撑孔(1-5-4)；所述千斤顶(1-4)的下端通过所述千斤顶支撑孔(1-5-4)安装在所述千斤顶支撑底座(1-5)上，所述千斤顶(1-4)的上端通过所述千斤顶安装孔(1-3-3)安装到所述锚杆支撑底板(1-3)上。
4.根据权利要求3所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，每一所述千斤顶支撑孔(1-5-4)内放置有一第一压力计(1-5-5)，所述第一压力计(1-5-5)位于千斤顶(1-4)的下方，用于记录千斤顶(1-4)所施加的压力。
5.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述预应力支撑顶板(1-1)上带有注液管通道(1-1-1)，所述注液管(2-1)穿过所述注液管通道(1-1-1)；所述锚杆支撑底板(1-3)上带有排液管通道(1-3-2)，所述排液管(2-8)穿过所述排液管通道(1-3-2)；当所述腐蚀装置安装完成后，关闭所述第一活塞(2-11)，通过所述注液管(2-1)向所述腐蚀缸(2-4)内注入腐蚀液(2-5)，所述注液管(2-1)上带有第二活塞，在注入腐蚀液(2-5)后关闭所述第二活塞，防止腐蚀液蒸发。
6.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述砂浆锚杆(2-6)与所述锚杆伸出口的接触部位安装有第二压力计(2-15)。
7.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述腐蚀缸盖(2-9)的四周带有腐蚀缸密封圈(2-10)。
8.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述腐蚀缸盖(2-9)上还分布有若干检测孔(2-13)，所述检测孔(2-13)用于插入监测探头以及排气管(2-16)，所述监测探头包括pH计、Ec探头、Ca2+浓度探头。
9.根据权利要求1所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，所述腐蚀缸(2-4)采用透明材料制成。
10.一种施加预应力的多锚杆腐蚀试验方法，采用如权利要求1-9任一项所述的施加预应力的多锚杆腐蚀试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据试验要求制备多根同规格的砂浆锚杆(2-6)，安装腐蚀装置，其中，每根砂浆锚杆(2-6)上装配有应力测力计，所述砂浆锚杆(2-6)与腐蚀缸(2-4)底部的锚杆伸出口的接触部位安装第二压力计(2-15)，利用腐蚀缸盖(2-9)上的检测孔(2-13)安装试验所需的监测探头以及排气管(2-16)；
S2、安装预应力施加装置，其中，在千斤顶支撑底座(1-5)的千斤顶支撑孔(1-5-4)内安装第一压力计(1-5-5)；
S3、调节液压支柱(1-2)，利用锚杆支撑头(2-7)将砂浆锚杆(2-6)以及腐蚀缸(2-4)固定在锚杆支撑底板(1-3)以及预应力支撑顶板(1-1)之间；
S4、关闭排液管(2-8)上的第一活塞(2-11)，将配置的腐蚀液(2-5)通过注液管(2-1)注入到腐蚀缸(2-4)内，直到完全浸没腐蚀缸(2-4)内的砂浆锚杆(2-6)，然后关闭注液管(2-1)上的第二活塞，并根据第二压力计(2-15)测量的气压数据，利用排气管(2-16)调节腐蚀缸(2-4)的内部气压至预期值；
S5、根据第一压力计(1-5-5)的测量值，调节千斤顶(1-4)至预期的预应力大小，记录第二压力计(2-15)、应力测力计、监测探头测量的数据，观察砂浆锚杆(2-6)的腐蚀状况，进行锚杆腐蚀试验；
S6、试验完成后通过排液管(2-8)排出腐蚀液(2-5)。
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