CN114455889A - 一种兼顾耐久与抗滑降噪的大空隙沥青混凝土与施工方法 - Google Patents

一种兼顾耐久与抗滑降噪的大空隙沥青混凝土与施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种兼顾耐久与抗滑降噪的大空隙沥青混凝土与施工方法。由以下质量份数的组分制备而成：10‑15mm碎石30‑35份；5‑10mm碎石50‑55份；0‑3mm机制砂10‑15份；矿粉1‑2份；水泥1‑1.5份；沥青4.2‑4.7份；纤维0.014‑0.016份；纤维选用纤维吸收率不小于纤维质量的5倍。最终获得的大孔隙沥青混凝土孔隙率18‑23%，渗水系数5000ml/min以上，60℃动稳定度达到9400次/mm以上，1‑2年长期使用不易出现松散掉粒、车辙变形、孔洞堵塞、开裂等早期病害，大大提高了路面的使用寿命。

Description

一种兼顾耐久与抗滑降噪的大空隙沥青混凝土与施工方法
技术领域
本发明涉及新型路面设计施工技术领域，尤其是涉及一种兼顾耐久与抗滑降噪的大空隙沥青混凝土与施工方法。
背景技术
雨天潮湿路面抗滑性能不足成为影响行车安全的一大隐患，一方面与沥青路面的路表构造分布状态有关；另一方面，道路S型曲线中部超高过渡段与凹曲线底部合成坡度较小，较容易积水形成厚水膜。这些积水路段行车雨雾大、摩擦系数低，极容易发生车辆打滑漂移等事故。为了解决积水路段的行车安全问题，采用排水式沥青路面是一个较有效的方式，通过设计大空隙的沥青混凝土路面，增加路面积水下渗的通道，使得积水可以快速排除，同时可以有效降低行车噪音和雨雾。
但是，大空隙沥青混凝土，采用的沥青用量少，填料少，粗集料多，以保证混合料的内部连通孔洞，导致粗集料之间的黏附面积变少，从而降低了沥青混合料的抗车辙性能、疲劳性能等。后期重载交通作用下，容易在1-2年出现松散掉粒、车辙变形、孔洞堵塞、开裂等早期病害，严重影响路面的使用寿命。因此，急需改进。
发明内容
为了设计性能均衡的大空隙排水沥青路面,均衡OGFC（大孔隙开级配排水式沥青磨耗层）路面的抗滑降噪功能与结构力学性能，解决排水路面长期路用性能，本申请提供一种兼顾耐久与抗滑降噪的大空隙沥青混凝土与施工方法。
第一方面，本申请提供一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土。
一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，由以下质量份数的组分制备而成：
10-15mm碎石30-35份；
5-10mm碎石50-55份；
0-3mm机制砂10-15份；
矿粉1-2份；
水泥1-1.5份；
沥青4.2-4.7份；
纤维0.014-0.016份；
纤维选用纤维吸收率不小于纤维质量的5倍。
大空隙率使得沥青结合料与空气接触表面积增大，容易遭受外界腐蚀老化。传统的大空隙沥青混凝土组分包括：粗集料、细集料、矿粉、沥青。但是混合料配合比设计过程中，为了保证空隙率满足排水要求，通常掺加的矿粉较少，而相应的沥青油石比也偏低。研究发现，随着沥青用量的增加，沥青路面的使用寿命明显延长，坑槽、松散等病害可以有效降低。
然而，沥青用量过大，容易出现混合料内部自由沥青增加而出现析漏问题，也会导致路面底部空隙被填充而影响排水功能。本申请相对于传统的材料组分，采用特定比例的沥青、使用水泥粉代替部分矿粉，再配合纤维并限定使用的量，共同配合形成一个完整的技术方案，最终获得的大孔隙沥青混凝土孔隙率18-23%，渗水系数5000ml/min以上，60℃动稳定度达到9400次/mm以上，1-2年长期使用不易出现松散掉粒、车辙变形、孔洞堵塞、开裂等早期病害，大大提高了路面的使用寿命。
优选的，所述10-15mm碎石和5-10mm碎石的压碎值不大于15%，洛杉矶磨耗损失不大于22%，针片状碎石的含量不大于5%，磨光值不小于45PSV，与沥青的粘附性不小于5级，所述0-3mm机制砂的砂当量SE不小于65%，亚甲蓝值不大于2.5g/kg，棱角性（流动时间）不小于30s。
优选的，所述纤维为木质素絮状纤维和矿物纤维的一种或两种。
优选的，所述纤维由木质素絮状纤维和矿物纤维以1：（1-3）质量比复配而成。
传统大空隙沥青混凝土结构内部，增加沥青容易出现自由沥青过多而下渗，堵塞下部结构，更加容易积水窝水。而随着本申请纤维的配合，有助于吸收并扩散混合料中多余自由沥青，使得内部空隙率分布更均匀。
优选的，所述沥青选用高粘度改性沥青或环氧沥青。
优选的，所述沥青的60℃动力粘度不小于250000Pa·S。
优选的，所述高粘度改性沥青的制备方法为：将100-120份沥青加热熔化脱水，在140-150℃情况下，把古马隆树脂30-40份、硅藻土10-15份、环烷油5-10份、丁二烯4-8份和稳定剂4-8份放入熔化的沥青中，并不断搅拌，再将温度升至180-190℃，保持20-30min，使之充分混合均匀，即得到高粘度改性性沥青。
所述稳定剂是由有机稳定剂和无机稳定剂以1：（2-4）的质量比复配而成。
优先的，所述有机稳定剂为橡胶油和过氧化二异丙苯以1：（0.3-0.6）的质量比复配，所述无机稳定剂为硫磺。
上述组分通过氢键作用、酸碱作用、π-π键共轭作用、电荷转移作用等吸附在沥青质颗粒表面。同时，亲油基团形成的亲油链不仅可以增强胶体的空间稳定作用，还能吸附溶剂组分并形成良好的溶剂层，这两方面的共同作用大大增强沥青胶态体系的稳定性。
第二方面，本申请提供一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的制备方法。
一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将碎石、矿粉和水泥混合，其中碎石提前加热温度至190-200℃，矿粉与水泥为常温，将加入的各组分预热到160-180℃，搅拌3-5s，获得第一混合料；
步骤二：将纤维投放到第一混合料中，纤维为常温，搅拌3-5s，获得第二混合料；
步骤三：将沥青投放到第二混合料中，沥青提前加热温度至170-180℃，搅拌40-50s，获得兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土混合料。
通过上述制备方法，更好地将纤维打散，减少因为含水率过大而结团的现象，提高沥青的均匀裹覆性且无花白料，得到均匀的混凝土混合料。
第三方面，本申请提供一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的施工方法。
一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的施工方法，包括以下步骤：
S01，装载运输：在车厢板上涂刷隔离剂，所述隔离剂是由植物油和水的质量比为1：（1-2）配合而成，减少混合料粘附车厢的问题；
S02，混合料的摊铺：摊铺机就位后，熨平板垫木板，木板厚度为该处的松铺厚度，就位后对摊铺机加热使熨平板的温度不低于100℃；摊铺过程保证连续不间断，且布料断面均匀，行走速度控制在1.5-2.5m/min；
S03，混合料的碾压控制：检测摊铺面温度均匀性以便通过红外图像实时选取合适的区域进行压实度检测，采用无核密度仪在固定测点上监测不同碾压遍数的压实度变化，待路面碾压成型后，在标记点取芯进行密度检测，根据室内压实度试验结果对现场检测的压实度数根据进行标定。
由于沥青混合料在高温下碾压成型，其施工质量也直接影响路面的使用状态。施工过程中，由于不同项目采用的压路机型号和压实功率有所区别，容易照搬规范的压实遍数，导致大空隙沥青路面出现过压，影响路面排水功能。因此，本发明提出使用无核密度仪方式来监测项目实际配置下的不同温度、不同压实遍数下的路面压实度变化规律。
施工过程中，由于不同项目采用的压路机型号和压实功率有所区别，容易照搬规范的压实遍数，导致大空隙沥青路面出现过压，影响路面排水功能，本发明采用无核密度仪开展不同温度与碾压遍数的压实度监测，基于实际的项目配置来指导大空隙沥青路面的碾压组合。
综上所述，本申请相对于传统的材料组分，采用特定比例的沥青、使用水泥粉代替部分矿粉，再配合纤维并限定使用的量，共同配合形成一个完整的技术方案，最终获得的大孔隙沥青混凝土孔隙率18-23%，渗水系数5000ml/min以上，60℃动稳定度达到9400次/mm以上，1-2年长期使用不易出现松散掉粒、车辙变形、孔洞堵塞、开裂等早期病害，大大提高了路面的使用寿命。
具体实施方式
制备例
制备例1
本制备例公开一种高粘度改性沥青，由以下方法制备而成：将5Kg沥青加入拌合机中加热熔化脱水，在140℃情况下，把古马隆树脂1.5Kg、硅藻土0.5Kg、环烷油0.25Kg、丁二烯0.2Kg和稳定剂（硫磺）0.2Kg加入拌合机中，搅拌速度200转/分，再将温度升至180℃，保持20min，使之充分混合均匀，即得到高粘度改性性沥青。
制备例2
本制备例公开一种高粘度改性沥青，由以下方法制备而成：将6Kg沥青加入拌合机中加热熔化脱水，在150℃情况下，把古马隆树脂2Kg、硅藻土0.75Kg、环烷油0.5Kg、丁二烯0.4Kg和稳定剂（硫磺）0.4Kg加入拌合机中，搅拌速度220转/分，再将温度升至190℃，保持30min，使之充分混合均匀，即得到高粘度改性性沥青。
制备例3
本制备例公开一种高粘度改性沥青，与实施例2的区别在于：稳定剂由有机稳定剂橡胶油0.1Kg、过氧化二异丙苯0.03Kg和无机稳定剂为0.26Kg复配而成。
制备例4
本制备例公开一种高粘度改性沥青，与实施例2的区别在于：稳定剂由有机稳定剂橡胶油0.114Kg、过氧化二异丙苯0.068Kg和无机稳定剂为0.32Kg复配而成。
实施例
实施例1
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，由以下步骤制备而成：
步骤一：将粒径为10-15mm碎石（广东河源芙蓉石场辉绿岩，下同）30Kg、5-10mm碎石（广东河源芙蓉石场辉绿岩，下同）50Kg、0-3mm机制砂（广东河源芙蓉石场辉绿岩，下同）10Kg、矿粉（惠东县凌坑石灰厂生产的矿粉，下同）1Kg和水泥（惠州塔牌水泥有限公司生产的 P.O42.5 水泥，下同）1Kg加入搅拌机中混合，其中，将各级碎石提前加热温度至190℃，矿粉与水泥为常温，将加入的各组分预热到160℃，搅拌3s，获得第一混合料；
步骤二：将纤维（江苏天龙玄武岩连续纤维股份有限公司供应的矿物纤维）0.014Kg投放到搅拌机中，纤维为常温，搅拌3s，获得第二混合料；
步骤三：将4.2Kg沥青（广东南粤物流实业有限公司的PG82-22等级的高粘度沥青，60℃动力粘度250000Pa·S）投放到搅拌机中，沥青提前加热温度至170℃，搅拌40s，获得兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土混合料。
其中，10-15mm碎石和5-10mm碎石的压碎值为15%，洛杉矶磨耗损失为22%，针片状碎石的含量5%，磨光值45PSV，与沥青的粘附性为5级。0-3mm机制砂的砂当量SE 65%，亚甲蓝值2.5g/kg，棱角性（流动时间）30s。
实施例2
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，由以下步骤制备而成：
步骤一：将粒径为10-15mm碎石35Kg、5-10mm碎石55Kg、0-3mm机制砂15Kg、矿粉2Kg和水泥1.5Kg加入搅拌机中混合，其中，将各级碎石提前加热温度至200℃，矿粉与水泥为常温，将加入的各组分预热到180℃，搅拌5s，获得第一混合料；
步骤二：将纤维（北京天成垦特莱科技有限公司的木质素絮状纤维）0.016Kg投放到搅拌机中，纤维为常温，搅拌5s，获得第二混合料；
步骤三：将4.7 Kg沥青（广东南粤物流实业有限公司的PG82-22等级的高粘度沥青，60℃动力粘度250000Pa·S）投放到搅拌机中，沥青提前加热温度至180℃，搅拌50s，获得兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土混合料。
实施例2
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，由以下步骤制备而成：
步骤一：将粒径为10-15mm碎石33Kg、5-10mm碎石52Kg、0-3mm机制砂12Kg、矿粉1.5Kg和水泥1.5Kg加入搅拌机中混合，其中，将各级碎石提前加热温度至200℃，矿粉与水泥为常温，将加入的各组分预热到180℃，搅拌5s，获得第一混合料；
步骤二：将纤维（木质素絮状纤维）0.014Kg投放到搅拌机中，纤维为常温，搅拌5s，获得第二混合料；
步骤三：将4.2Kg沥青（广东南粤物流实业有限公司的PG82-22等级的高粘度沥青，60℃动力粘度250000Pa·S）投放到搅拌机中，沥青提前加热温度至180℃，搅拌50s，获得兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土混合料
实施例3
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，由以下步骤制备而成：
步骤一：将粒径为10-15mm碎石35Kg、5-10mm碎石55Kg、0-3mm机制砂15Kg、矿粉2Kg和水泥1.5Kg加入搅拌机中混合，其中，将各级碎石提前加热温度至200℃，矿粉与水泥为常温，将加入的各组分预热到180℃，搅拌5s，获得第一混合料；
步骤二：将纤维（木质素絮状纤维）0.016Kg投放到搅拌机中，纤维为常温，搅拌5s，获得第二混合料；
步骤三：将4.7Kg沥青（广东南粤物流实业有限公司的PG82-22等级的高粘度沥青，60℃动力粘度250000Pa·S）投放到搅拌机中，沥青提前加热温度至180℃，搅拌50s，获得兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土混合料。
实施例4
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，与实施例2的区别在于：10-15mm碎石和5-10mm碎石的压碎值为10%，洛杉矶磨耗损失为20%，针片状碎石的含量4%，磨光值48PSV，与沥青的粘附性为5级。0-3mm机制砂的砂当量SE70%，亚甲蓝值2.3g/kg，棱角性（流动时间）35s。
实施例5
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，与实施例4的区别在于：
纤维由木质素絮状纤维和矿物纤维以1：3质量比复配而成。
实施例6
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，与实施例5的区别在于：
沥青使用制备例1的高粘度改性沥青。
纤维由木质素絮状纤维和矿物纤维以1：1质量比复配而成。
实施例7
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，与实施例6的区别在于：沥青使用制备例2的高粘度改性沥青。
实施例8
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，与实施例6的区别在于：沥青使用制备例3的高粘度改性沥青。
实施例9
本实施例公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，与实施例6的区别在于：沥青使用制备例4的高粘度改性沥青。
对比例1
与实施例2的区别在于：混凝土由10-15mm碎石33Kg、5-10mm碎石52Kg、0-3mm机制砂12Kg、矿粉1.5 Kg、水泥1.5 Kg、沥青油石比为4.8%按照实施例2的方法制备而成。
应用例
应用例1
本应用公开一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的施工方法：
S01，装载运输：在车厢板上涂刷隔离剂，所述隔离剂是由植物油和水的质量比为1：（1-2）配合而成，减少混合料粘附车厢的问题，将实施例1的沥青混凝土装入；
运输车两边侧板离底板40cm左右位置各打两个小孔，采用数显插入式温度计按运料车编号逐车检测记录混合料的出厂温度以及到场温度，插入深度要大于150mm，运料车应采用厚篷布覆盖严密，篷布至少应下挂到车厢板的一半，卸料过程中仍继续覆盖直到卸料结束。
S02，混合料的摊铺：摊铺机就位后，熨平板垫木板，木板厚度为该处的松铺厚度。就位后对摊铺机熨平板加热（电加热方式），加热1h熨平板温度为136℃（使其温度不低于100℃）。铺筑过程中，夯锤速度设定值为49%，振动器速度设定值为20%，螺旋布料器设定百分比为65%，刮板设定百分比为50%，螺旋布料器离地高度为10cm。保证混合料初始压实度为85%左右，以没有明显脚印为准。摊铺过程应当保证连续不间断，且布料断面均匀，行走速度控制在2.0m/min左右。
S03，混合料的碾压控制：检测摊铺面温度均匀性以便通过红外图像实时选取合适的区域进行压实度检测，使用无核密度仪检测大空隙沥青路面施工过程的压实度，压路机来往碾压一次为碾压1遍，在上述所选区域选点，并对选点进行标记，测量各碾压遍数下的压实度；待路面碾压成型后，在标记点取芯进行密度检测。根据室内压实度试验结果对现场检测的压实度数根据进行标定，压3次。
为更好的指导大空隙沥青路面施工，有必要对大空隙混合料高粘度沥青进行布氏粘度试验，以确定合适的碾压温度区间。实施例推荐的PG82-22高粘度沥青的大空隙沥青混凝土施工温度区间见表1。
表1
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE001
应用例2-10
应用例2-10中使用的混凝土一次分别为实施例2-9和对比例1的得到的混凝土。
实验检测
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），测试实施例1-9和对比例1得到的混凝土的渗水系数、60℃动稳定度和空隙率指标，测三次取平均值，具体见表2。
表2
渗水系数/ml/min 60℃动稳定度/次/mm 空隙率/%
实施例1 5600 9450 20.9
实施例2 5604 9527 20.9
实施例3 5597 9510 20.9
实施例4 5610 9530 20.9
实施例5 5624 9540 20.9
实施例6 5629 9553 20.9
实施例7 5631 9554 20.9
实施例8 5660 9570 21.0
实施例9 5665 9572 21.0
对比例1 2400 7910 19.6
通过表2中实施例1-9与对比例1对比可得，实施例1-9的空隙率比对对比例1更大，相应渗水系数指标更优。此外，对于60℃动稳定度，实施例1-9的动稳定度值比对比例1的动稳定度值高约20%，因此，相对于传统方法，采用本申请的配方能有效提高大空隙沥青混合料高温稳定性能，并有助于延长沥青路面的使用寿命。
以上所述实施例仅为本发明优选实施例，用于解释说明本发明而不用于限制本发明的范围。本发明的发明名称已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于，由以下质量份数的组分制备而成：
10-15mm碎石30-35份；
5-10mm碎石50-55份；
0-3mm机制砂10-15份；
矿粉1-2份；
水泥1-1.5份；
沥青4.2-4.7份；
纤维0.014-0.016份；
纤维选用纤维吸收率不小于纤维质量的5倍。
2.根据权利要求1所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于：所述10-15mm碎石和5-10mm碎石的压碎值不大于15%，洛杉矶磨耗损失不大于22%，针片状碎石的含量不大于5%，磨光值不小于45PSV，与沥青的粘附性不小于5级，所述0-3mm机制砂的砂当量SE不小于65%，亚甲蓝值不大于2.5g/kg，棱角性（流动时间）不小于30s。
3.根据权利要求1所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于：所述纤维为木质素絮状纤维和矿物纤维的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于：所述纤维由木质素絮状纤维和矿物纤维以1：（1-3）质量比复配而成。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于：所述沥青选用高粘度改性沥青或环氧沥青。
6.根据权利要求5所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于：所述沥青的60℃动力粘度不小于250000Pa·S。
7.根据权利要求1所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于，所述高粘度改性沥青的制备方法为：所述高粘度改性沥青的制备方法为：将100-120份沥青加热熔化脱水，在140-150℃情况下，把古马隆树脂30-40份、硅藻土10-15份、环烷油5-10份、丁二烯4-8份和稳定剂4-8份放入熔化的沥青中，并不断搅拌，再将温度升至180-190℃，保持20-30min，使之充分混合均匀，即得到高粘度改性性沥青；所述稳定剂是由有机稳定剂和无机稳定剂以1：（2-4）的质量比复配而成。
8.根据权利要求1所述的一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土，其特征在于：所述有机稳定剂为橡胶油和过氧化二异丙苯以1：（0.3-0.6）的质量比复配，所述无机稳定剂为硫磺。
9.一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将碎石、矿粉和水泥混合，其中碎石提前加热温度至190-200℃，矿粉与水泥为常温，将加入的各组分预热到160-180℃，搅拌3-5s，获得第一混合料；
步骤二：将纤维投放到第一混合料中，纤维为常温，搅拌3-5s，获得第二混合料；
步骤三：将沥青投放到第二混合料中，沥青提前加热温度至170-180℃，搅拌40-50s，获得兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土混合料。
10.一种兼顾耐久与抗滑降噪的大孔隙沥青混凝土的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，装载运输：在车厢板上涂刷隔离剂，所述隔离剂是由植物油和水的质量比为1：（1-2）配合而成，减少混合料粘附车厢的问题；
采用数显插入式温度计按运料车编号逐车检测记录混合料的出厂温度以及到场温度，插入深度要大于150mm，运料车应采用厚篷布覆盖严密，篷布至少应下挂到车厢板的一半，卸料过程中仍继续覆盖直到卸料结束；
S02，混合料的摊铺：摊铺机就位后，熨平板垫木板，木板厚度为该处的松铺厚度，就位后对摊铺机加热使熨平板的温度不低于100℃；摊铺过程保证连续不间断，且布料断面均匀，行走速度控制在1.5-2.5m/min；
S03，混合料的碾压控制：检测摊铺面温度均匀性以便通过红外图像实时选取合适的区域进行压实度检测，采用无核密度仪在固定测点上监测不同碾压遍数的压实度变化，待路面碾压成型后，在标记点取芯进行密度检测，根据室内压实度试验结果对现场检测的压实度数根据进行标定。
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