DE19704631A1 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer Leichtbaustoffe, das verwendete Bindemittel und die Baustoffe selbst sowie ihre Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer Leichtbaustoffe, das verwendete Bindemittel und die Baustoffe selbst sowie ihre VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer
faserverstärkter Leichtbaustoffe, das dazu verwendete Bindemittel
und die Baustoffe selbst sowie ihre Verwendung.
Anorganische Leichtbaustoffe werden als wärmedämmende Materialien
im Bauwesen vielfach eingesetzt.
Bei der Herstellung an organischer Leichtbaustoffe wird durch Zu
gabe porenhaltiger Zuschläge bzw. gasbildender oder schaumbilden
der Stoffe grundsätzlich ein Baustoff geringerer Dichte und damit
ein Baustoff geringerer Festigkeit erhalten.
Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Herstellung von
autoklavgehärteten Kalk-Silikat-Leichtbaustoffen bekannt, die vor
wiegend mit hydraulischen Bindemitteln arbeiten. Sie unterscheiden
sich in der Wahl des Kalk enthaltenden bzw. bei der Zementhydrata
tion Kalk freisetzenden Bindemittels, in der Wahl des SiO2 enthal
tenden Reaktionspartners (Quarzmehl, Schieferton) für die Kalk-
Quarzmehl-Reaktion und in der Wahl des Gasblasen- bzw. Schaumbild
ners.
Die Kalk-Quarzmehl-Reaktion führt zum Bildung von Kalksilikat-Hy
draten, die als Bindemittel wirksam sind:
Ca(OH)2 + SiO2 + x H2O → CaO SiO2 x H2O
Diese Reaktion liegt allen diesen Verfahren zugrunde und findet
nur bei höheren Temperaturen (170-190°C) im gespannten Dampf eines
Autoklaven statt.
Die chemische Erzeugung der Gasblasen führt zu Produkten, die als
Gasbeton bezeichnet werden. Die Einarbeitung eines Schaums in den
wäßrigen Brei eines vorwiegend hydraulischen Bindemittels führt
zu sog. Schaumbeton.
Bei der Herstellung von Gasbeton wird z. B. ein feinverteiltes
Gemisch von Kalk und Quarzmehl unter Zusatz von das Wasser unter
Gasentwicklung zersetzenden Aluminiumpulver angemacht und der
Einwirkung von hochgespanntem Dampf im Autoklaven ausgesetzt.
Schaumbeton wird in der Weise hergestellt, daß entweder Schaum
in eine wäßrige, hydraulisch härtende Masse eingemischt oder
darin nach Zusatz eines Schaumbildners erzeugt wird.
In diesen Zusammenhang gehört auch der Leichtstein "Turrit".
Während sowohl beim Gas- als auch beim Schaumbeton die Porosität
durch künstliche Erzeugung von Gasblasen hervorgerufen wird,
wurde für die Herstellung von Leichtsteinen im Autoklav ein ganz
anderer Weg beschritten. Dieses Verfahren geht von der Beobach
tung aus, daß mit hohen Wasserzusätzen hergerichtete, ganz dünn
flüssige Mischungen aus Kalkhydrat und feingemahlenem Quarzsand
bei der Behandlung im Autoklaven zu einer Masse erstarren, die
nach dem Verlassen des Autoklaven und der Austrocknung aus einem
feinporigen Skelett von Calciumsilikathydraten besteht, deren
Raumgewicht bei sehr hohen Wasserzusätzen bis unter das des Kor
kes herabgehen kann, wobei selbst derartige leichte Materialien
immer noch eine verhältnismäßig gute Festigkeit besitzen.
Die das Ausgangsmaterial bildende wasserreiche Masse kann aller
dings nur in Formen in den Autoklav gebracht werden und neigt
außerdem zum Sedimentieren. Die dünnflüssige Masse muß deshalb
zunächst ohne Verformung einer verhältnismäßig kurzen Vorbehand
lung im Autoklav ausgesetzt werden; sie verwandelt sich hierbei
je nach Höhe des Wasserzusatzes in eine gallertartige oder in
eine krümelige Masse, die nun zu Steinen oder Blöcken verpreßt
werden kann, und die bei einer zweiten Autoklavbehandlung bei
sehr geringem Raumgewicht relativ hohe Festigkeit erreicht.
Der Herstellung von Gasbeton, Schaumbeton und Leichtsteinen ist
die Dampfhärtung im Autoklaven gemeinsam. Diese ist wegen der
allgemeinen Reaktionsträgheit vieler Silikate bzw. der Kiesel
säure (Quarzsand, Quarzmehl) unumgänglich. Wie oben ausgeführt,
muß zur Herstellung des Leichtsteins Turrit sogar eine zwei
fache Behandlung im Autoklaven erfolgen.
Die Herstellung dieser drei Leichtbaustoffe ist also in Anlage
und Betrieb ziemlich aufwendig und damit kostenintensiv.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von Leichtbaustoffen anzugeben, welches ohne
Dampfhärtung im Autoklaven auskommt. Dies ist nur möglich, wenn
der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde liegt, ein neues Binde
mittel anzugeben, welches Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist.
Desweiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, trotz
fehlender Dampfhärtung im Autoklaven einen Leichtbaustoff an zu
geben, der Festigkeiten aufweist, die den Festigkeiten bekannter
Leichtbaustoffe zumindest entsprechen.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren
zur Herstellung faserverstärkter Leichtbaustoffe mit den Merk
malen des Anspruchs 1.
Das Bindemittel auf Kalk-Silikat-Hydrat-Basis, welches nach der
oben beschriebenen Kalk-Quarzmehl-Reaktion bei den bekannten Ver
fahren zur Herstellung von Leichtbaustoffen im Autoklaven ent
steht, wird also durch das erfindungsgemäße Bindemittel ersetzt,
welches aus einer wäßrigen Mischung von Alkalisilikaten mit
Aluminiumhydroxid besteht.
Diese wäßrigen Mischungen zeigen überraschenderweise ein sehr
gutes Abbindeverhalten, wenn man bestimmte Mengenverhältnisse
der Komponenten in der Mischung innerhalb gewisser Grenzen ein
hält.
Bevorzugt wird eine Mischung, die die Komponenten Alkalisilikat
und Aluminiumhydroxid im Mengenverhältnis Al : Si = 3 : 1 ent
hält. Mit einem Bindemittel solcher Zusammensetzung werden sehr
harte Formkörper mit überraschend hohen Festigkeiten erhalten.
Besonders bevorzugt wird eine Mischung mit dem Mengenverhältnis
Al : Si = 3 : 1, bei der als Alkalisilikat Wasserglas verwendet
wird; etwa in Form von käuflicher 40%iger Wasserglaslösung.
Die Raumgewichte der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge
stellten faserverstärkten Leichtbaustoffe lassen sich einerseits
über die Menge des dem Bindemittel zugesetzten Wassers erniedrigen.
Je nach Verwendung der erfindungsgemäßen Leichtbaustoffe werden
mit Wasser verdünnte aber auch konzentriertere wäßrige Mischungen
von Alkalisilikat mit Aluminiumhydroxid als Bindemittel einge
setzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Leichtbau
stoffen verwendet andererseits zur Erzielung geringer Raumge
wichte im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Ver
fahren keine Gas- bzw. Schaumbildner, sondern Fasern. Dadurch,
daß eine Faserstruktur - bei gleichzeitigem Einschluß von Luft
in Hohlräume dieser Faserstruktur - in die Matrix des Binde
mittels eingebaut wird, sind die Raumgewichte dieser faserver
stärkten Baustoffe niedriger als das Raumgewicht des bloßen abge
bundenen Bindemittels.
Bevorzugt werden Glasfasern und/oder Mineralfasern verwendet.
Diese können in Form von statistisch verteilten Kurzfasern (Faser
matten) und in gerichteter Anordnung in Form von Endlosfasern
bzw. Fasersträngen (Rovings) bzw. in Form von Fasergeweben zum
Einsatz kommen.
Die verwendete Faserstruktur saugt das erfindungsgemäße Binde
mittel auf wie ein Schwamm. Der Einbau der Fasern in die Binde
mittelmatrix wird gefördert durch das gute Benetzungsvermögen des
Bindemittels gegenüber der Faseroberfläche.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bindemittels, zu sehr
harten Formkörpern mit hohen Festigkeiten abzubinden sowie gutes
Benetzungsvermögen, werden also kombiniert mit dem geringen Raum
gewicht einer Faserstruktur. Das Resultat ist ein faserverstärkter
Leichtbaustoff mit für diesen überraschend hohen Festigkeiten und
großer Härte.
Sehr geringe Raumgewichte werden erzielt, wenn man Faserstrukturen
mit wenig und verdünntem Bindemittel behandelt. Die Fasern sind
nach dem Abbinden des Bindemittels steif und untereinander ver
klebt.
Die Herstellung von Formkörpern, insbesondere von Platten, gestal
tet sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr einfach:
Die Faserstruktur, z. B. mehrere übereinandergelagerte Fasermatten,
wird mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel getränkt. Überschüssiges
Bindemittel läßt man abtropfen. Die Entwässerung und damit das Ab
binden zum fertigen Formkörper kann bei Raumtemperatur an Luft
erfolgen. Um diesen Vorgang zu beschleunigen, kann aber auch bei
höherer Temperatur gearbeitet werden; im Temperaturbereich von 20
bis 80°C mit möglicher vollständiger Aushärtung bei weiter gestei
gerter Temperatur.
In einer zweiten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Binde
mittel mit weniger Wasser angemacht und liegt dann als Paste vor.
Am einfachsten wird diese Paste durch Einrühren von Kurzfasern in
eine Faserstruktur eingearbeitet. Die Paste kann aber auch mittels
Aufstreichen, Aufspachteln, Einpressen und Aufspritzen in Faser
matten und Fasergewebe eingearbeitet werden. Die auf diese Weise
hergestellten noch nicht abgebundenen Formkörper (Grünkörper)
lassen sich plastisch verformen wie Ton verbunden mit den Möglich
keiten anschließender beliebiger Formgebung.
Das erfindungsgemäße Bindemittel in Pastenform zeigt dasselbe
Abbindeverhalten wie die verdünnteren Mischungen aus Alkalisilikat
und Aluminiumhydroxid. Völlig überraschend enthält das Binde
mittel nach vollständigem Abbinden bei Raumtemperatur oder leicht
höherer Temperatur (bis 100°C) kein Wasser mehr. Die erhaltenen
keramischen Formkörper können bei hohen Temperaturen von 800°C
und höher gebrannt werden, ohne daß merkliche Schwindung und Ge
wichtsverlust eintritt.
In einer dritten Ausführungsform wird das gute Benetzungs- und
Klebevermögen des erfindungsgemäßen Bindemittels gegenüber Ober
flächen unterschiedlichster Stoffe - anorganische und organische
Baustoffe, Keramiken, Metalle, Kork und andere - ausgenutzt, um
diese mit dem erfindungsgemäßen Leichtbaustoff zu beschichten.
In einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Abbindevorgang unterbrochen, wenn die Entwässerung des
Formkörpers so weit fortgeschritten ist, daß ein Glätten und Ver
dichten des schon teilweise abgebundenen Formkörpers mittels Druck,
etwa durch Ausstreichen oder Rollen, erfolgen kann. Anschließend
läßt man den Formkörper vollständig aushärten.
Die beim Abbinden des Bindemittels (Aushärten der Formkörper) ab
laufenden chemischen Prozesse sind folgende:
Aluminiumhydroxid reagiert in der alkalischen Wasserglaslösung mit OH⁻-Ionen zu Natriumaluminat (Na2Al(OH)5) als Zwischenstufe und weiter mit Wasserglas zu Aluminiumsilikat (Al2SiO5).
Aluminiumhydroxid reagiert in der alkalischen Wasserglaslösung mit OH⁻-Ionen zu Natriumaluminat (Na2Al(OH)5) als Zwischenstufe und weiter mit Wasserglas zu Aluminiumsilikat (Al2SiO5).
Die in Gegenwart von Natriumaluminat stattfindende Bildung von
Aluminiumsilikat läßt sich mittels folgender Reaktionsgleichung
formulieren:
Na2SiO3 + 3Al(OH)3 → Na2Al(OH)5 + Al2SiO5 + 2H2O
Aluminiumsilikat liegt als Gel vor, welches völlig überraschend
schon bei Raumtemperatur durch vollständiges Entwässern zu einem
keramischen Formkörper abbindet.
Die nach dem Stand der Technik bei Autoklavversuchen erreichten
Festigkeitswerte für Leichtbaustoffe betragen bei Zusammenset
zungen aus Kalkhydrat und feingemahlenem Quarzsand bei einem
Raumgewicht von 600 g/l 84 kp/cm2 und bei einem Raumgewicht von
1400 g/l 200 kp/cm2. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten faserverstärkten Leichtbaustoffe übertreffen diese
Festigkeitswerte bei vergleichbaren Raumgewichten.
Die Erfindung betrifft des weiteren vorteilhafte Verwendungen des
erfindungsgemäßen Leichtbaustoffs.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des
erfindungsgemäßen Baustoffs als wärmedämmender Leichtbaustoff
mit zugleich großer Härte und hoher Festigkeit sowie fehlender
Brennbarkeit. Das gestattet eine breitere und verbesserte Ver
wendung des erfindungsgemäßen Leichtbaustoffs. So können tragen
de Bauelemente von geringerer Wandstärke mit wärmedämmenden
Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden.
Dabei kann die Verwendung des erfindungsgemäßen Leichtbaustoffs
auch im Verbund mit bekannten Bau- und Leichtbaustoffen erfolgen.
Letztere erfahren auf diese Weise eine Erhöhung ihrer Festigkeit.
Die Entflammbarkeit organischer Baustoffe wird durch eine Beschich
tung mit dem erfindungsgemäßen Leichtbaustoff vermindert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Verwendungen des
erfindungsgemäßen Leichtbaustoffs und des zu seiner Herstellung
verwendeten erfindungsgemäßen Bindemittels, die sich aus ihren
keramischen Eigenschaften ergeben.
Der erfindungsgemäße Leichtbaustoff kann daher auch vorteilhaft
zur Wärmedämmung bei hohen Temperaturen eingesetzt werden; etwa
im Ofenbau als Ersatz für Asbest.
Aus reinem erfindungsgemäßem Bindemittel (ohne Faseranteil) her
gestellte Formkörper entsprechen in ihren Eigenschaften kompakten
oxidischen Keramiken. Formkörper mit hohem Faseranteil sind von
geringer Dichte und als ausgesprochene keramische Leichtbaustoffe
anzusprechen. Der Übergang zwischen beiden Verwendungen ist flie
ßend.
Im folgenden wird die Erfindung anhand ausgewählter Ausführungs
beispiele näher erläutert.
Folgende Bindemittelmischung hat eine besonders gute Benetzbar
keit gegenüber Mineral- bzw. Glasfasern mit einer entsprechenden
Verbindungsfähigkeit:
100 g 40%ige Wasserglaslösung
78 g Al(OH)3
80 g Wasser
78 g Al(OH)3
80 g Wasser
Die Mischung ist dünnflüssig und kann benutzt werden, Mineral
fasern, z. B. 6 cm stark, bis zur Sättigung zu tränken. Überschüs
sige Flüssigkeit läßt man abtropfen. Nach Entwässerung und Trock
nung erhält man einen Formkörper, z. B. eine Platte, mit einem
Raumgewicht von 1000 g/l und einer Festigkeit von mehr als 145
kp/cm2.
Das Raumgewicht nach Beispiel 2 wird kleiner, wenn zur Tränkung
weniger Bindemittelmischung verwendet wird. Auf diese Weise er
hält man faserverstärkte Platten bzw. andere Formkörper, deren
Raumgewicht zwischen 300 und 1000 g/l liegt. Dabei sinkt die
Festigkeit nicht merklich, weil die Fasern in erheblicher Weise
zur Festigkeit beitragen. Eine solche Kombination der Eigenschaf
ten kann bei bekannten Dämmstoffen nicht erreicht werden.
Eine Bindemittelmischung folgender Zusammensetzung ergibt eine
formbare Masse:
100 g 40%ige Wasserglaslösung
78 g Al(OH)3
40 g Wasser
78 g Al(OH)3
40 g Wasser
Im Rührwerk wird die Mischung zusammen mit einem geringen Faser
anteil zu einer hochviskosen Paste homogenisiert, zu einer Platte
geformt, an Luft getrocknet und im Trockenschrank zwischen 50 und
100°C nachgetrocknet (künstliche Alterung).
Die Platte hat ein Raumgewicht von 2000 g/l (wie Opal) und eine
Festigkeit von mehr als 200 kp/cm2, die durch Alterung weiter
ansteigt.
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer Leicht
baustoffe, bei dem Fasern mit einem Bindemittel bestehend aus
einer wäßrigen Mischung von Alkalisilikaten mit Aluminium
hydroxid getränkt werden und nach Entwässerung zu einem faser
verstärkten keramischen Formkörper abbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Alkalisilikat Wasserglas, z. B. käufliche 40%ige Wasserglas
lösung, verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Bindemittel Gemische bestimmter Mengenver
hältnisse von Alkalisilikat bzw. Wasserglas und Aluminium
hydroxid verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mengenverhältnis von Al zu Si im Bindemittel 3 : 1 ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß mit Wasser verdünnte aber auch konzentrierte wäßrige
Mischungen als Bindemittel verwendet werden.
6. Bindemittel, welches zur Herstellung faserverstärkter Leicht
baustoffe nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5
verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß es schon bei Raum
temperatur zu einem keramischen Formkörper großer Härte und
hoher Festigkeit abbindet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Fasern Glasfasern und/oder Mineralfasern
verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß Fasern in Form von statistisch verteilten Kurz
fasern bzw. von Fasermatten und/oder in gerichteter Anordnung
in Form von Endlosfasern bzw. Fasersträngen (Rovings) bzw. in
Form von Geweben zum Einsatz kommen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Abbinden zu keramischen Leichtbaustoffen
schon bei Raumtemperatur erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur schnelleren Abbindung Temperaturen höher
als Raumtemperatur verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel ge
tränkten Fasern bei unterschiedlichen Drucken nach vorheriger
weitgehender Entwässerung geglättet und verdichtet werden.
12. Faserverstärkte keramische Leichtbaustoffe erhältlich nach
dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Verwendung des faserverstärkten Leichtbaustoffs nach Anspruch
12 in Form von faserverstärkten Bauplatten und anderen Bau
elementen.
14. Verwendung des faserverstärkten Leichtbaustoffs nach den An
sprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß infolge hohen
Faseranteils Bauelemente mit sehr guter Wärmedämmung zur Ver
fügung stehen.
15. Verwendung des faserverstärkten Leichtbaustoffs nach den An
sprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Festig
keit von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Bauelementen trotz relativ geringer Dichte ausreicht, letztere
als tragende Bauteile mit geringen Wandstärken zu verwenden.
16. Verwendung des faserverstärkten Leichtbaustoffs nach einem
der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er im
Verbund mit anderen Stoffen und Materialien vorteilhaft ver
wendet wird.
17. Verwendung des faserverstärkten Leichtbaustoffs nach Anspruch
12, dadurch gekennzeichnet, daß er aufgrund seiner keramischen
Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen von bis 800°C und
höher eingesetzt werden kann.
18. Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß oxidische Keramik dieser Zusam
mensetzung bei sehr niedriger Temperatur hergestellt werden
kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997104631 DE19704631A1 (de) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer Leichtbaustoffe, das verwendete Bindemittel und die Baustoffe selbst sowie ihre Verwendung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997104631 DE19704631A1 (de) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer Leichtbaustoffe, das verwendete Bindemittel und die Baustoffe selbst sowie ihre Verwendung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19704631A1 true DE19704631A1 (de) | 1998-08-13 |
Family
ID=7819581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997104631 Withdrawn DE19704631A1 (de) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer Leichtbaustoffe, das verwendete Bindemittel und die Baustoffe selbst sowie ihre Verwendung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19704631A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008016719A1 (de) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Remmers Baustofftechnik Gmbh | Beständige Werkstoffe und Beschichtungen aus anorganischen Bindemitteln mit Faserverstärkung |
-
1997
- 1997-02-07 DE DE1997104631 patent/DE19704631A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008016719A1 (de) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Remmers Baustofftechnik Gmbh | Beständige Werkstoffe und Beschichtungen aus anorganischen Bindemitteln mit Faserverstärkung |
DE102008016719B4 (de) * | 2008-03-31 | 2010-04-01 | Remmers Baustofftechnik Gmbh | Flexibilisierte Zusammensetzung beinhaltend Wasserglas, latent hydraulische Bindemittel, Zement und Fasern sowie Beschichtungen und Formkörper daraus |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |