CN114873975A - 一种高渗透树脂砂浆及其制备方法 - Google Patents

一种高渗透树脂砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及砂浆的领域，尤其是涉及一种高渗透树脂砂浆及其制备方法,高渗透树脂砂浆由包括以下重量份的原料制成：无机粉料200‑250份、改性树脂粉料10‑15份和水30‑40份，其中改性树脂粉料由聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂经顺丁烯二酸酐和氢氧化钙改性得到。无机粉料按重量份包括水泥20‑30份、细砂40‑60份和粉煤灰5‑10份。本申请通过对聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂进行改性得到改性树脂粉料，将改性树脂粉料制成树脂乳液后与无机粉料混合得到高渗透树脂砂浆，提高了砂浆渗透性，从而提高了砂浆的拉伸粘结强度。

Description

一种高渗透树脂砂浆及其制备方法
技术领域
本申请涉及砂浆的领域，尤其是涉及一种高渗透树脂砂浆及其制备方法。
背景技术
混凝土为多孔材料，在基础建筑领域有着广泛的应用。由于受外界环境因素的作用，混凝土界面会出现蜂窝、漏洞、裂缝、漏筋、保护层破损等缺陷。通常需要用砂浆对混凝土构筑物进行修补加固，达到提高混凝土的耐久性、延长混凝土寿命的目的。修补加固时，砂浆对混凝土的微孔进行渗透，修复后砂浆对混凝土构筑物具有一定的拉伸粘结强度。目前，常用的砂浆有环氧树脂砂浆和普通水泥砂浆。
普通水泥砂浆主要成分为无机粉料。用普通水泥砂浆修补混凝土缺陷时，由于普通水泥砂浆难以对混凝土的微孔进行渗透，对混凝土渗透性较差，因此修复后砂浆的拉伸粘结强度一般。
环氧树脂砂浆主要成分是环氧树脂乳液和无机粉料。环氧树脂砂浆具有一定粘结性，用环氧树脂砂浆修补混凝土缺陷时，环氧树脂可以对混凝土的微孔进行渗透，提高砂浆对混凝土构筑物的拉伸粘结强度。但环氧树脂砂浆对混凝土渗透有限，因此修复后砂浆的拉伸粘结强度在浸水或是冻融条件下表现一般。因此，提升砂浆对混凝土的渗透性对于砂浆更好发昏拉伸粘结强度具有重要的意义。
发明内容
为了提高砂浆对混凝土构筑物的渗透性，从而提高砂浆的拉伸粘结强度，本申请提供一种高渗透树脂砂浆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高渗透树脂砂浆，采用如下的技术方案：
一种高渗透树脂砂浆，由包括以下重量份的原料制成：无机粉料200-250份、改性树脂粉料10-15份和水30-40份，所述改性树脂粉料由聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂经顺丁烯二酸酐和氢氧化钙改性得到。
通过采用上述技术方案，改性树脂粉料形成钙盐，可再分散形成树脂乳液，和无机粉料拌合后制成的树脂砂浆保留有高分子材料对混凝土构筑物的渗透性。同时，改性树脂能够和钙离子发生络合作用，可以将树脂砂浆中的钙离子向混凝土的微孔中迁移，和混凝土中未水化的硅酸根反应生成凝胶状的硅酸钙结晶，之后继续络合钙离子，向更深的微孔中渗透，提高了树脂砂浆的渗透性，从而提高树脂砂浆的拉伸粘结强度。另外，生成的硅酸钙结晶与混凝土本身材质相同，能与混凝土结构形成一体，具有较高的耐久性。
优选的，所述改性树脂粉料制备方法如下：
将顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯酸和去离子水边搅拌边升温，待顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇和聚丙烯酸全部溶解后，升温至90-95℃形成混合液；
向所述混合液中加入过氧化氢水溶液，恒温反应4-5h后，温度降至80-90℃后，再加入氢氧化钙溶液继续反应1-2h；
反应结束后，产物经喷雾干燥得到。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇和聚丙烯酸通过上述方法，分别聚合顺丁烯二酸酐，保留有高分子材料对混凝土构筑物的渗透性。然后在氢氧化钙的作用下，聚丙烯酸的羧酸基团反应生成羧酸钙，携带有钙离子；顺丁烯二酸酐中的酸酐水解，生成的羧基和钙离子形成络合物。制备得到的改性树脂粉料中含有丰富的钙离子，且改性树脂能够和钙离子发生络合作用，将钙离子向混凝土的微孔中迁移，提高了树脂砂浆对混凝土构筑物的渗透性。
优选的，所述改性树脂粉料由50-60重量份的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂经3-5重量份的顺丁烯二酸酐和10-15重量份的氢氧化钙改性得到。
通过采用上述技术方案，申请人研究发现，上述配比范围内，聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂经顺丁烯二酸酐和氢氧化钙改性得到改性树脂粉料，将所述改性树脂粉料制成树脂砂浆后，树脂砂浆具有较好的渗透性，能够提高砂浆的拉伸粘结强度。
优选的，所述聚乙烯醇与聚丙烯酸的质量为(1-7):1。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇与聚丙烯酸树脂按照上述比例改性得到改性树脂粉料，将改性树脂粉料制成树脂砂浆后，树脂砂浆具有较强的粘结性同时富含可供络合的钙离子，提高了树脂砂浆的渗透性，从而提高砂浆的拉伸粘结强度。
优选的，所述聚乙烯醇与聚丙烯酸的质量为(3-5):1。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇与聚丙烯酸的比例为(3-5):1时，制得的改性树脂粉料所制成的树脂砂浆具有更好的渗透性，从而具有更强的砂浆拉伸粘结强度。
优选的，所述无机粉料按重量份包括水泥20-30份、细砂40-60份和粉煤灰5-10份。
通过采用上述技术方案，细砂作为高渗透树脂砂浆的骨料，粒度较小，赋予树脂砂浆更好的流动性和更好的表面平整度，使得树脂砂浆涂覆到混凝土界面缺陷上时可以涂覆得更加均匀，并使得树脂砂浆的表面能够更加平整。水泥和水混合后起到连接骨料的作用，提高砂浆的抗压强度。粉煤灰上含有很多微孔，微孔能够储存部分水分，提升树脂砂浆的保水性，因而粉煤灰能够为树脂砂浆中的络合钙迁移提供水介质环境，提升树脂砂浆的渗透性。同时粉煤灰的密度较小，能够降低树脂砂浆的总体重量。
优选的，还包括0.2-0.3重量份的表面活性剂和0.3-0.4重量份的消泡剂。
通过采用上述技术方案，表面活性剂能够减弱高渗透树脂砂浆的表面张力，提高树脂砂浆与混凝土缺陷界面的粘结性，提升树脂砂浆的渗透性。消泡剂能够减少高渗透树脂砂浆在拌合过程中出现的气泡，提高树脂砂浆拌合的均匀性，减少树脂砂浆出现开裂的情形。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温80中的一种；所述消泡剂为聚醚类、有机硅类中的一种。
通过采用上述技术方案，十二烷基苯磺酸钠和吐温80作为表面活性剂，均能够减弱高渗透树脂砂浆的表面张力，提高树脂砂浆与混凝土缺陷界面的粘结性，提升树脂砂浆的渗透性。聚醚类、有机硅类消泡剂均能够在高渗透树脂砂浆拌合过程中起到消泡的作用。
优选的，还包括0.3-0.5重量份的葡萄糖酸钠。
通过采用上述技术方案，葡萄糖酸钠作为缓凝剂，能够减缓树脂砂浆凝固的时间，减少树脂砂浆出现泌水的现象，提高树脂砂浆的保水性，进而提高树脂砂浆的渗透性。同时，葡萄糖酸钠还能够减弱树脂砂浆水化热的产生，减小树脂砂浆因水化热而开裂的可能。
第二方面，本申请提供一种高渗透树脂砂浆的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高渗透树脂砂浆的制备方法，包括以下步骤：
称取所述水泥、细砂和粉煤灰，混合均匀后得到无机粉料；
将水加入所述改性树脂粉料中，搅拌均匀，得到改性树脂乳液；
将表面活性剂、消泡剂和葡萄糖酸钠加入所述改性树脂乳液中搅拌均匀，之后将改性树脂乳液分多次加入到无机粉料中，拌合均匀后得到所述高渗透树脂砂浆。
通过采用上述技术方案，将改性树脂粉料制成改性树脂乳液，然后和混匀后的无机粉料拌合得到高渗透树脂砂浆，使得无机粉料在改性树脂乳液中分散更彻底，更均匀。改性树脂乳液分多次加入无机粉料中拌合，使得制备得到的高渗透树脂砂浆更均匀，同时能够减少树脂砂浆拌合过程中出现结块现象，提升树脂砂浆拌合的品质。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请制备得到的改性树脂粉料可再分散形成树脂乳液，和无机粉料拌合后制成的树脂砂浆保留有高分子材料对混凝土构筑物的渗透性；同时由于改性树脂能够和钙离子发生络合作用，可以将砂浆中的钙离子向混凝土的微孔中迁移，和混凝土中未水化的硅酸根反应生成凝胶状的硅酸钙结晶，之后继续络合钙离子，向更深的微孔中渗透，提高了树脂砂浆对混凝土构筑物的渗透性，从而提高树脂砂浆的拉伸粘结强度；
2.本申请粉煤灰的微孔能够储存部分水分，提升树脂砂浆的保水性，提升树脂砂浆的渗透性；3.本申请表面活性剂能够提高树脂砂浆与混凝土缺陷界面的粘结性，提升树脂砂浆的渗透性。消泡剂能够减少高渗透树脂砂浆在拌合过程中出现的气泡，提高树脂砂浆拌合的均匀性。葡萄糖酸钠能够减缓树脂砂浆凝固的时间，减少树脂砂浆出现泌水的现象，提高树脂砂浆的保水性，进而提高树脂砂浆的渗透性；
4.本申请将改性树脂粉料制成改性树脂乳液，然后和混匀后的无机粉料拌合得到高渗透树脂砂浆，使得无机粉料在改性树脂乳液中分散更彻底，更均匀。改性树脂乳液分多次加入无机粉料中拌合，使得制备得到的高渗透树脂砂浆更均匀，同时能够减少树脂砂浆拌合过程中出现结块现象，提升树脂砂浆拌合的品质。
具体实施方式
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1
本制备例公开了一种无机粉料，由30Kg水泥、60Kg细砂和5Kg粉煤灰制备而成，其中水泥为市售硅酸盐水泥，购自佛山市润合建材有限公司；细砂的平均目数为140目；粉煤灰的粒度在320-350目。
本制备例还公开了无机粉料的制备方法，具体方法如下：称取30Kg水泥、60Kg细砂和5Kg粉煤灰，搅拌机干混均匀得到无机粉料。
制备例2
本制备例与制备例1不同之处在于，粉煤灰的添加量为8Kg。
制备例3
本制备例与制备例1不同之处在于，粉煤灰的添加量为10Kg。
制备例4
本制备例与制备例1不同之处在于，无机粉料各组分用量不同，具体为20kg水泥、40kg细砂和8kg粉煤灰。
制备例5-10
如表1所示，制备例5-10的主要区别在于改性树脂粉料的原料配比不同。
以下以制备例5为例进行说明。本申请制备例公开了一种改性树脂粉料，由20Kg聚乙烯醇和20Kg聚丙烯酸混合树脂经3Kg顺丁烯二酸酐和10Kg氢氧化钙改性得到。其中聚乙烯醇平均分子量180000，聚丙烯酸平均分子量8000。
本制备例还公开了一种改性树脂粉料的制备方法，具体制备方法如下：
S10：将顺丁烯二酸酐3Kg、聚乙烯醇20Kg、聚丙烯酸20Kg和去离子水20L加入到带冷凝回流装置的反应器内，边搅拌边升温，待顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇和聚丙烯酸全部溶解后，升温至90℃形成混合液；
S20：将上述混合液中加入浓度为25wt％的过氧化氢水溶液300g，恒温反应5h后，温度降至80℃后，再加入含氢氧化钙10Kg的水溶液继续反应2h；
S30：反应结束后，产物经喷雾干燥得到改性树脂粉料。
表1制备例5-10改性树脂粉料各原料配比
Figure BDA0003690211560000051
制备例11
本制备例与制备例7的制备方法不同，具体制备过程如下：
S10：将顺丁烯二酸酐5Kg、聚乙烯醇32Kg、聚丙烯酸8Kg和去离子水20L加入到带冷凝回流装置的反应器内，边搅拌边升温，待顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇和聚丙烯酸全部溶解后，升温至95℃形成混合液；
S20：将上述混合液中加入浓度为25wt％的过氧化氢水溶液300g，恒温反应4h后，温度降至90℃后，再加入含氢氧化钙15Kg的水溶液继续反应1h；
S30：反应结束后，产物经喷雾干燥得到改性树脂粉料。
实施例
实施例1
本实施例公开了一种高渗透树脂砂浆，由20Kg无机粉料、1Kg改性树脂粉料和3Kg水拌合而成。其中无机粉料选自制备例1，改性树脂粉料选自制备例5。
本实施例还公开了一种高渗透树脂砂浆的制备方法，具体制备过程如下：
将3Kg水加入1Kg改性树脂粉料中，搅拌均匀，得到改性树脂乳液；
将改性树脂乳液的90％加入到20Kg无机粉料中，拌合均匀后，再加入剩余的改性树脂乳液进行拌合，混合均匀后得到改性树脂砂浆。
实施例2-10
本实施例与实施例1不同的是，无机粉料和改性树脂粉料所采用的制备例不同，具体如表2所示。
表2实施例1-10无机粉料、改性树脂粉料所采用的制备例
Figure BDA0003690211560000061
实施例11-13
本施例与实施例6不同之处在于,原料用量不同，具体如表3所示。
表3实施例1和实施例11-13各原料配比
Figure BDA0003690211560000071
实施例14
本实施例与实施例13不同之处在于,原料中还添加有0.02Kg的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和0.03Kg的聚醚类消泡剂。
本实施例提供的高渗透树脂砂浆具体制备过程如下：
将4Kg水加入1.5Kg改性树脂粉料中，搅拌均匀，得到改性树脂乳液；
将0.02Kg的表面活性剂和0.03Kg的聚醚类消泡剂依次加入改性树脂乳液中搅拌均匀，之后将改性树脂乳液的90％加入到25Kg无机粉料中，拌合均匀后，再加入剩余的改性树脂乳液进行拌合，混合均匀后得到改性树脂砂浆。
实施例15
本实施例与实施例14不同之处在于,原料中添加有0.03Kg的表面活性剂吐温80和0.04Kg的有机硅类消泡剂。
实施例16
本实施例与实施例15不同之处在于，原料中还添加有0.03Kg的葡萄糖酸钠。
本实施例提供的高渗透树脂砂浆具体制备过程如下：
将4Kg水加入1.5Kg改性树脂粉料中，搅拌均匀，得到改性树脂乳液；
将0.03Kg的表面活性剂、0.04Kg的消泡剂和0.03Kg的葡萄糖酸钠加入改性树脂乳液中搅拌均匀，之后将改性树脂乳液的90％加入到25Kg无机粉料中，拌合均匀后，再加入剩余的改性树脂乳液进行拌合，混合均匀后得到改性树脂砂浆。
实施例17
本实施例与实施例17不同之处在于,原料中添加有0.07Kg的葡萄糖酸钠。
对比例
对比例1
本对比例与实施例16主要不同之处在于原料中不含有改性树脂粉料。
本对比例提供的水泥砂浆具体制备过程如下：
将0.03Kg的表面活性剂和0.03Kg的葡萄糖酸钠加入3.5Kg水中搅拌均匀，之后将水的90％加入到25Kg无机粉料中，拌合均匀后，再加入剩余的水进行拌合，混合均匀后得到水泥砂浆。
对比例2
本对比例与实施例16主要不同之处在于原料中改性树脂粉料为等量的未改性的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂，具体为1.2Kg的聚乙烯醇和0.3Kg的聚丙烯酸。
本对比例提供的未改性树脂砂浆具体制备过程如下：
将4Kg水加入到1.2Kg的聚乙烯醇和0.3Kg的聚丙烯酸混合树脂中，搅拌均匀，得到树脂乳液；
将0.03Kg的表面活性剂、0.04Kg的消泡剂和0.03Kg的葡萄糖酸钠加入树脂乳液中搅拌均匀，之后将树脂乳液的90％加入到25Kg无机粉料中，拌合均匀后，再加入剩余的树脂乳液进行拌合，混合均匀后得到。
对比例3
本对比例说使用的水泥砂浆为市售修复用环氧树脂水泥砂浆，购自北京万吉建业建材有限公司。
性能检测
为验证树脂砂浆对混凝土构筑物的渗透性，从而提高砂浆的拉伸粘结强度，根据JG/T 336-2011《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》的检测标准对实施例1-17和对比例1-3中制备的砂浆进行性能测试，结果如表4。
表4实施例1-17及对比例1-3性能检测数据表
Figure BDA0003690211560000081
Figure BDA0003690211560000091
参照表4，由实施例1-3可以看出，由于粉煤灰上含有很多微孔，微孔能够储存部分水分，提升树脂砂浆的保水性，粉煤灰能够为树脂砂浆中的络合钙迁移提供水介质环境，提升树脂砂浆对混凝土的渗透性，从而提高树脂砂浆的拉伸粘结强度。因而随着无机粉料中粉煤灰的加入，树脂砂浆的拉伸粘结强度增大，树脂砂浆对混凝土的渗透性提高。
参照表4，由实施例1、5-9可以看出，聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂的比例在(1-7):1内时，将改性树脂粉料制成树脂砂浆后，树脂砂浆具有较好的拉伸粘结强度，提升了树脂砂浆对混凝土的渗透性。特比是当聚乙烯醇与聚丙烯酸的比例为(3-5):1时，制得的改性树脂粉料所制成的树脂砂浆具有更强的砂浆拉伸粘结强度，树脂砂浆具有更好的渗透性。
参照表4，由实施例6和9可以看出，聚乙烯醇与聚丙烯酸的比例为4:1时，随着聚乙烯醇与聚丙烯酸混合树脂的量增多，改性树脂粉料所需要的顺丁烯二酸酐和氢氧化钙也要相应增多，这样有利于保证用制得的改性树脂粉料所制成的树脂砂浆具有优异的砂浆拉伸粘结强度，树脂砂浆具有很好的渗透性。
参照表4，由实施例6、11-13可以看出，在适当的范围内改变无机粉料、改性树脂粉料和水的添加量，所制成的树脂砂浆均具有优异的砂浆拉伸粘结强度，树脂砂浆具有很好的渗透性。
参照表4，由实施例13-15可以看出，在树脂砂浆中添加适量的表面活性剂和消泡剂时，能够提高砂浆拉伸粘结强度，提升树脂砂浆对混凝土的渗透性。原因在于表面活性剂能够减弱树脂砂浆的表面张力，提高树脂砂浆与混凝土缺陷界面的粘结性，从而提升树脂砂浆的渗透性。聚醚类或有机硅类消泡剂加入树脂砂浆中，在多次树脂砂浆拌合及涂覆混凝土的过程中，可以观察到加入消泡剂能够减少树脂砂浆起泡的现象；涂覆到混凝土上时，树脂砂浆的表面平整均匀，砂浆干燥过程不开裂。
参照表4，由实施例15-17可以看出，葡萄糖酸钠加入树脂砂浆中，可以提高砂浆拉伸粘结强度，提升树脂砂浆对混凝土的渗透性。葡萄糖酸钠能够延长树脂砂浆的初凝时间，减少树脂砂浆出现泌水的现象。
参照表4，由实施例16和对比例1-3可以看出，水泥砂浆(对比例1)难以对混凝土的微孔进行渗透，对混凝土渗透性较差，因而水泥砂浆难以达到修复用聚合物水泥砂浆所需求的砂浆拉伸粘结强度要求。市售修复用环氧树脂水泥砂浆(对比例3)和未经改性的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂砂浆(对比例2)可以对混凝土的微孔进行渗透，提高砂浆对混凝土的渗透性，但二者对混凝土渗透有限，因此在浸水或25次冻融循环条件下，砂浆的拉伸粘结强度表现一般。而改性后的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂砂浆(实施例16)，不仅在普通条件下砂浆的拉伸粘结强度表现优异；在浸水或25次冻融循环条件下，砂浆的拉伸粘结强度同样表现优异，因而改性后的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂砂浆对混凝土具有高渗透性。同时，改性后的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂砂浆的抗压强度和抗折强度也表现出不错的性能，因而本申请提供的高渗透树脂砂浆综合性能优异。
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。

Claims (10)

1.一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：由包括以下重量份的原料制成：无机粉料200-250份、改性树脂粉料10-15份和水30-40份，所述改性树脂粉料由聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂经顺丁烯二酸酐和氢氧化钙改性得到。
2.根据权利要求1所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：所述改性树脂粉料制备方法如下：
将顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯酸和去离子水边搅拌边升温，待顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇和聚丙烯酸全部溶解后，升温至90-95℃形成混合液；
向所述混合液中加入过氧化氢水溶液，恒温反应4-5h后，温度降至80-90℃后，再加入氢氧化钙溶液继续反应1-2h；
反应结束后，产物经喷雾干燥得到。
3.根据权利要求2所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：所述改性树脂粉料由50-60重量份的聚乙烯醇和聚丙烯酸混合树脂经3-5重量份的顺丁烯二酸酐和10-15重量份的氢氧化钙改性得到。
4.根据权利要求3所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：所述聚乙烯醇与聚丙烯酸的质量为（1-7）:1。
5.根据权利要求4所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：所述聚乙烯醇与聚丙烯酸的质量为（3-5）:1。
6.根据权利要求1所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：所述无机粉料按重量份包括水泥20-30份、细砂40-60份和粉煤灰5-10份。
7.根据权利要求1所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：还包括0.2-0.3重量份的表面活性剂和0.3-0.4重量份的消泡剂。
8.根据权利要求7所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温80中的一种；所述消泡剂为聚醚类、有机硅类中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种高渗透树脂砂浆，其特征在于：还包括0.3-0.5重量份的葡萄糖酸钠。
10.权利要求1-9中任意一项所述的一种高渗透树脂砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
称取所述水泥、细砂和粉煤灰，混合均匀后得到无机粉料；
将水加入所述改性树脂粉料中，搅拌均匀，得到改性树脂乳液；
将表面活性剂、消泡剂和葡萄糖酸钠加入所述改性树脂乳液中搅拌均匀，之后将改性树脂乳液分多次加入到无机粉料中，拌合均匀后得到所述高渗透树脂砂浆。
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