JP2019182693A - Metal fiber and concrete structure applying the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビルや橋梁等の建築物等に適用される、金属繊維で補強されたコンクリート構造体に関し、特に、耐塩害性や耐腐食性に優れかつコンクリート材料の剥離や崩落を防止できる金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体に関する。 The present invention relates to a concrete structure reinforced with metal fibers, which is applied to buildings such as buildings and bridges, and in particular, a metal that is excellent in salt damage resistance and corrosion resistance and can prevent peeling and collapse of a concrete material. The present invention relates to a fiber and a concrete structure to which the fiber is applied.
建造物等に適用されるコンクリート構造体は、コンクリート材料の内部に補強のための鉄筋を備えたものとして構成されるが、このようなコンクリート構造体は、内包される鉄筋が劣化すると強度が著しく低下する。特に、海岸線の近くに建設される構造物に適用される場合には、海水や海からの飛来塩分がコンクリート材料の内部に浸透して塩化物イオンが生成され、この塩化物イオンが鉄筋の表面の酸化皮膜を破壊してしまい腐食(いわゆる「錆」)が進行する。 Concrete structures applied to buildings, etc. are constructed as those with reinforcing bars inside the concrete material, but such concrete structures have significant strength when the contained reinforcing bars deteriorate. descend. In particular, when it is applied to structures constructed near the coastline, seawater and incoming salt from the sea penetrate into the concrete material to generate chloride ions, which chloride ions are generated on the surface of the reinforcing bar. The oxide film is destroyed and corrosion (so-called “rust”) proceeds.
このような鉄筋表面の腐食が発生すると、鉄筋の体積が膨張してしまい、その鉄筋周囲のコンクリート材料にひび割れが発生し、やがてはコンクリート材料が破断して剥離や崩落を生じる原因となる。このとき、鉄筋で補強したコンクリート構造体では、鉄筋以外のコンクリート材料の部分がひび割れによって大きな塊として分離するため、こうした大きなコンクリート材料の塊が落下した際の被害が甚大となるという問題があった。 When such corrosion of the reinforcing bar surface occurs, the volume of the reinforcing bar expands, cracks occur in the concrete material around the reinforcing bar, and eventually the concrete material breaks, causing peeling or collapse. At this time, in the concrete structure reinforced with reinforcing bars, the portion of the concrete material other than the reinforcing bars is separated as a large lump by cracking, so there is a problem that the damage when such a large lump of concrete material falls is enormous .
このような問題を解決する手法として、例えば特許文献1には、アルキド樹脂からなる塗料を塗布した防錆膜を表面に被覆した金属繊維を、補強材としてコンクリート材料に分散して混入させる技術が開示されている。かかる手法により、コンクリート材料にひび割れが入ったとしても多数の金属繊維が剥離及び崩落を防止するとともに、表面の防錆膜により金属繊維に錆が発生するのを抑制することができるとされている。 As a technique for solving such a problem, for example, Patent Document 1 discloses a technique of dispersing and mixing a metal fiber having a rust preventive film coated with a coating made of an alkyd resin on the surface as a reinforcing material. It is disclosed. According to such a technique, even if cracks are generated in the concrete material, it is said that a large number of metal fibers can be prevented from peeling and collapsing, and the surface rust preventive film can suppress the occurrence of rust on the metal fibers. .
上記特許文献1に記載された金属繊維は、その製造過程において、樹脂被膜を塗布する工程を設ける必要があるとともに、同径の金属繊維に比べて被膜の樹脂の分だけ重量が増加してしまう。また、コンクリート材料に埋入する際に多数の金属繊維どうしが接触すると被膜に擦れや割れが生じやすく、これらの擦れや割れで生じる微小な亀裂が経年変化により進展して被膜を損傷してしまうため、混入時だけでなく運搬時や施工時にも被膜表面に損傷を与えないような細心の注意が必要となり、取り扱いが煩雑となる。さらに、樹脂製の被膜はコンクリート材料との結合性が低いため、金属繊維が単に直線状の形状の場合、ひび割れ等で分離したコンクリート塊がこれらの金属繊維から抜けてしまうという問題があった。 In the manufacturing process of the metal fiber described in Patent Document 1, it is necessary to provide a step of applying a resin coating, and the weight increases by the amount of the resin of the coating compared to a metal fiber having the same diameter. . In addition, when a large number of metal fibers come into contact with each other when embedding in a concrete material, the coating tends to rub and crack, and the minute cracks generated by these rubs and cracks develop over time and damage the coating. For this reason, it is necessary to pay close attention not to damage the coating surface not only during mixing but also during transportation and construction, and handling becomes complicated. Further, since the resin coating has low bonding property with the concrete material, there is a problem that when the metal fiber is simply linear, the concrete lump separated by cracks or the like is removed from these metal fibers.
そこで、本発明の目的は、表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a metal fiber capable of preventing peeling and collapsing even if a crack or the like occurs in a concrete material without performing a special coating treatment on the surface, and a concrete structure to which the metal fiber is applied. is there.
上記課題を解決するために、本発明によるコンクリート材料の内部に補強材として混入される金属繊維は、質量%で、少なくともCを0.18%以下、Siを1.00%以下で含有する繊維状鋼材である高耐候性鋼からなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the metal fiber mixed as a reinforcing material in the concrete material according to the present invention is a fiber containing, by mass%, at least C of 0.18% or less and Si of 1.00% or less. It is characterized by comprising a highly weather-resistant steel that is a steel sheet.
また、本発明によるコンクリート材料の内部に補強材として上記の金属繊維が混入されたコンクリート構造体は、前記コンクリート材料がポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ1種で構成されていることを特徴とする。 Further, the concrete structure in which the above-mentioned metal fibers are mixed as a reinforcing material in the concrete material according to the present invention is one kind selected from Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, and silica cement. It is configured.
かかる発明によれば、金属繊維を構成する金属材料として、耐腐食性が高い高耐候性鋼を用いることにより、表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる。 According to this invention, even if cracking or the like occurs in the concrete material without performing special coating treatment on the surface by using high weathering steel having high corrosion resistance as the metal material constituting the metal fiber. Separation and collapse can be prevented.
上記した発明において、前記高耐候性鋼は、質量%で、少なくともCを0.08%以下、Siを1.00%以下、Niを7.00乃至10.50%、Crを18.00乃至20.00%で含有するSUS系高耐候性鋼である。このとき、前記SUS系高耐候性鋼は、非磁性であるのが好ましい。 In the above-described invention, the high weather resistance steel is in mass%, at least C is 0.08% or less, Si is 1.00% or less, Ni is 7.00 to 10.50%, Cr is 18.00 to It is a SUS high weathering steel contained at 20.00%. At this time, the SUS high weathering steel is preferably non-magnetic.
また、上記した発明において、前記高耐候性鋼は、質量%で、少なくともCを0.18%以下、Siを0.15乃至0.65%、Mnを1.25%以下、及びNiを0.70乃至3.50%で含有するNi系高耐候性鋼である。このとき、前記Ni系高耐候性鋼は、Niを0.70乃至1.70%の範囲あるいは2.50乃至3.50%の範囲で含むのが好ましい。そして、前記高耐候性鋼の最大直径は、その一例として、0.5乃至0.8mmである。 In the invention described above, the high weather resistance steel is in mass%, at least C is 0.18% or less, Si is 0.15 to 0.65%, Mn is 1.25% or less, and Ni is 0. Ni-based high weathering steel contained in 70 to 3.50%. At this time, the Ni-based high weather resistance steel preferably contains Ni in a range of 0.70 to 1.70% or in a range of 2.50 to 3.50%. And the maximum diameter of the said highly weather-resistant steel is 0.5 thru | or 0.8 mm as the example.
さらに、上記した発明において、前記高耐候性鋼は、その少なくとも一部が屈曲あるいは屈折している。また、前記高耐候性鋼の両端には、鋭角をなす折り曲げ領域が形成されていてもよい。 Furthermore, in the above-described invention, at least a part of the high weathering steel is bent or refracted. Moreover, the bending area | region which makes an acute angle may be formed in the both ends of the said highly weather-resistant steel.
さらに、上記した発明において、前記高耐候性鋼は、所定幅の重なり領域を含む環状に成形されている。このとき、前記高耐候性鋼は、円環状あるいは多角形環状に成形されている。 Furthermore, in the above-described invention, the high weather resistance steel is formed in an annular shape including an overlapping region having a predetermined width. At this time, the high weather resistance steel is formed in an annular shape or a polygonal annular shape.
以下、本発明による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体の具体的な構成について図面を用いて説明する。 Hereinafter, the concrete structure of the metal structure by this invention and the concrete structure to which this is applied is demonstrated using drawing.
<実施例1>
図1は、本発明の実施例1による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体の概略を示す図であって、図1(a)はコンクリート構造体の側方部分断面図であり、図1(b)は図1(a)に示す金属繊維のうちの1つを拡大した側面図であり、図1(c)は図1(b)に示す金属繊維を含むコンクリート材料の近傍を拡大した部分断面図である。また、図2は、本発明の実施例1による金属繊維の具体例を示す成分表である。図1(a)に示すように、本発明の実施例1によるコンクリート構造体は、コンクリート材料20の内部に多数の金属繊維100が分散して混入されている。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a metal fiber according to Example 1 of the present invention and a concrete structure to which the metal fiber is applied, and FIG. 1 (a) is a side partial sectional view of the concrete structure. (B) is the side view which expanded one of the metal fibers shown to Fig.1 (a), FIG.1 (c) expanded the vicinity of the concrete material containing the metal fiber shown to FIG.1 (b). It is a fragmentary sectional view. Moreover, FIG. 2 is a component table | surface which shows the specific example of the metal fiber by Example 1 of this invention. As shown in FIG. 1A, in the concrete structure according to the first embodiment of the present invention, a large number of
コンクリート材料20は、例えばその一例として、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ1種からなるセメントを含む材料であって、このようなセメントに砂や砂利等の骨材あるいは高炉スラグ微粉末やフライアッシュやシリカフューム等の混和材と化学混和剤と水とを混合して凝固することにより形成される。なお、本発明の代表的な一例におけるコンクリート材料110としては、上記したセメントを含むものであれば、様々な任意の骨材あるいは混和剤の種類又は配合量等を選択することにより、高強度コンクリートや軽量コンクリート、あるいは水密コンクリート等の様々な種類のコンクリートを含み得る。
For example, the
図1(b)に示すように、本発明の実施例1による金属繊維100は、その一例として、繊維の両端領域102a及び102bと、これらの領域を接続する屈曲領域104と、を含む。そして、図1(c)に示すように、金属繊維100は、コンクリート材料20に埋め込まれる態様で用いられる。
As shown in FIG. 1B, the
本発明の実施例1によるコンクリート構造体10において、図1(c)に示すように、例えばコンクリート材料20にひび割れ等の亀裂Cが入って、コンクリート材料20が2つに分断されると、当該亀裂Cを引き離す方向に外力Fが作用する。このとき、金属繊維100が屈曲領域104を含むことにより、両端領域102a及び102bが外力Fの方向に対して斜めの配置となるため、コンクリート材料20が金属繊維100から抜けにくくなり、分離したコンクリート材料20の剥離や崩落が抑制される。
In the
金属繊維100は、質量%で、少なくともCを0.18%以下、Siを1.00%以下で含有する繊維状鋼材である高耐候性鋼からなる。その一例として、金属繊維100は、図2に示すような成分元素を含む高耐候性鋼として構成される。このとき、金属繊維100は、例えば直径0.5mm乃至0.8mmの断面が矩形、六角形、八角形あるいは円形や半円等の任意の断面形状のものを採用できる。
The
本発明の実施例1による金属繊維100を構成する高耐候性鋼は、いずれも質量%で、Cを0.18%以下、Siを0.55%以下、Mnを1.25%以下、Pを0.035%以下、Sを0.035%以下、Cuを0.20%乃至0.35%、Crを0.30乃至0.55%、残余をFe及び不可避的不純物とする一般高耐候性鋼が例示できる。そして、その典型的な一例として、例えば図2に示す鋼Aが適用される。
The high weather resistance steels constituting the
また、本発明の実施例1による金属繊維100を構成する高耐候性鋼は、その変形例として、いずれも質量%で、Cを0.18%以下、Siを0.15乃至0.65%、Mnを1.25%以下、Pを0.035%以下、Sを0.035%以下、Cuを0.30%乃至1.00%、Crを0.08%以下、Niを0.70乃至3.50%、残余をFe及び不可避的不純物とするNi系高耐候性鋼が例示できる。このとき、Ni系高耐候性鋼は、Niを0.70乃至1.70%の範囲あるいは2.50乃至3.50%の範囲で含むのが好ましい。そして、その典型的な一例として、例えば図2に示す鋼B及び鋼Cが適用される。
Further, the high weather resistance steel constituting the
さらに、本発明の実施例1による金属繊維100を構成する高耐候性鋼は、その変形例として、いずれも質量%で、Cを0.08%以下、Siを1.00%以下、Mnを2.50%以下、Pを0.045%以下、Sを0.030%以下、Niを7.00乃至10.50%、Crを18.00乃至20.00%、Nを0.10乃至0.25%、残余をFe及び不可避的不純物とするSUS系高耐候性鋼が例示できる。そして、その典型的な一例として、例えば図2に示す鋼Dが適用される。
Furthermore, the high weather resistance steel which comprises the
このとき、SUS系高耐候性鋼は、非磁性であるのが好ましい。これにより、例えばSUS系高耐候性鋼からなる金属繊維100がコンクリート材料20に混入されたコンクリート構造体10を、リニアモーターカー等の磁界を発生する構造物に適用するような場合であっても、コンクリート構造体10が磁界の影響を受けることがない。
At this time, the SUS high weathering steel is preferably non-magnetic. Thereby, for example, even when the
かかる構成により、本発明による金属繊維及びコンクリート構造体は、所定の成分範囲を含む高耐候性鋼により金属繊維を構成することにより、例えばポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ1種からなるセメントを含む一般的なコンクリート材料に該鉄筋を埋入したとしても、塩分を含む環境やコンクリート材料自体の中性化に対する十分な耐腐食性が得られる。そして、金属繊維であることの特性を活かすことで、表面に特別な被覆処理を行うことなく、コンクリート材料にひび割れ等が生じたとしても剥離や崩落を防止できる。 With such a configuration, the metal fiber and the concrete structure according to the present invention can be formed from, for example, Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, silica cement by configuring metal fiber with high weather resistance steel including a predetermined component range. Even if the reinforcing bar is embedded in a general concrete material containing one selected type of cement, sufficient corrosion resistance against the environment containing salt and the neutralization of the concrete material itself can be obtained. And by utilizing the characteristic that it is a metal fiber, even if a crack etc. arise in concrete material, without performing a special coating process on the surface, peeling and collapsing can be prevented.
<実施例2>
図3は、本発明の実施例2による金属繊維の概要を示す側面図である。図3に示すように、本発明の実施例2による金属繊維200は、繊維の両端に位置する屈折領域202a及び202bと、これらの領域を接続する接続領域204と、を含む。なお、実施例2において、金属繊維200を構成する金属材料については、図2に示すような実施例1の場合と共通であるため、ここでは再度の説明を省略する。
<Example 2>
FIG. 3 is a side view showing an outline of a metal fiber according to Example 2 of the present invention. As shown in FIG. 3, the
本発明の実施例2による金属繊維200において、屈折領域202a及び202bは、端部が鋭角をなす折り曲げ領域として形成されている。これにより、コンクリート材料20に混入された多数の金属繊維200は、隣り合う金属繊維200どうしがこれらの屈折領域202a及び202bによって引っかかる態様で連結することができるため、コンクリート構造体10の引張方向の強度が向上する。
In the
かかる構成により、本発明の実施例2による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体は、両端に屈折領域を含むことにより、実施例1で得られた効果に加えて、金属繊維どうしが連結作用を発揮してコンクリート構造体の引張方向の強度を向上させることが可能となる。 With such a configuration, the metal fiber according to Example 2 of the present invention and the concrete structure to which the metal fiber is applied include a refractive region at both ends, so that the metal fibers are connected to each other in addition to the effects obtained in Example 1. It is possible to improve the tensile strength of the concrete structure.
<実施例3>
図4は、本発明の実施例3による金属繊維の概要を示す側面図である。図4に示すように、本発明の実施例3による金属繊維300は、繊維の両端が所定幅で重なり合う重なり領域302と、当該重なり領域302以外の接続領域304と、を含む円環状の部材として形成されている。なお、実施例3においても、金属繊維300を構成する金属材料については、図2に示すような実施例1の場合と共通であるため、ここでは再度の説明を省略する。
<Example 3>
FIG. 4 is a side view showing an outline of a metal fiber according to Example 3 of the present invention. As shown in FIG. 4, the
ここで、例えば特許文献1で示したような一般的な金属繊維をコンクリート材料に混入した場合、混錬時に金属繊維どうしが絡み合って、「スチールボール」と呼ばれる繊維の塊が発生してしまうことがあった。これに対して、本発明の実施例3による金属繊維300において、繊維の両端302a及び302bが重なり領域302で重なり合うことによって閉空間Sを形成しているため、混錬時に金属繊維300どうしが絡まることがなく、いわゆるスチールボールの発生が抑制される。
Here, for example, when a general metal fiber as shown in Patent Document 1 is mixed in a concrete material, the metal fibers are intertwined during kneading, and a fiber lump called “steel ball” is generated. was there. On the other hand, in the
かかる構成により、本発明の実施例3による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体は、金属繊維を円環状で閉空間を形成するように構成したことにより、実施例1で得られた効果に加えて、金属繊維どうしが絡み合って塊状となる、いわゆる「スチールボール」の発生を抑制することができる。 With such a configuration, the metal fiber according to Example 3 of the present invention and the concrete structure to which the metal fiber is applied have the effect obtained in Example 1 because the metal fiber is configured to form an annular closed space. In addition, it is possible to suppress the occurrence of so-called “steel balls” in which the metal fibers are intertwined to form a lump.
<実施例4>
図5は、本発明の実施例4による金属繊維の概要を示す側面図である。図5に示すように、本発明の実施例4による金属繊維400は、繊維の両端が角部において所定幅で重なり合う重なり領域402と、当該重なり領域402以外の接続領域404と、を含む三角形環状の部材として形成されている。なお、実施例4においても、金属繊維400を構成する金属材料については、図2に示すような実施例1の場合と共通であるため、ここでは再度の説明を省略する。
<Example 4>
FIG. 5 is a side view showing an outline of a metal fiber according to Example 4 of the present invention. As shown in FIG. 5, the
本発明の実施例4による金属繊維400において、繊維の両端402a及び402bはそれぞれ折り曲げ領域として形成されており、これらが重なり合うことにより、三角形の角部の1つを形成している。これにより、金属繊維400は、重なり領域402で重なり合うことによって閉空間Sを形成するとともに、折り曲げ領域を含む重なり領域402の剛性が高められる。なお、図5に示す具体例では、金属繊維400が三角形環状である場合を例示したが、四角形以上の多角形の形状を採用してもよい。
In the
かかる構成により、本発明の実施例4による金属繊維及びこれを適用したコンクリート構造体は、角部に端部の重なり領域を配置した多角形環状に形成したことにより、実施例1及び3で得られた効果に加えて、金属繊維自体の剛性を向上させることができる。その結果として、環状に形成された金属繊維の法線方向に負荷されるコンクリート材料からの外力に対する抵抗として機能させることが可能となる。 With such a configuration, the metal fiber according to Example 4 of the present invention and the concrete structure to which the metal fiber is applied are formed in a polygonal annular shape in which overlapping regions of the end portions are arranged at the corners. In addition to the obtained effects, the rigidity of the metal fiber itself can be improved. As a result, it becomes possible to function as a resistance to an external force from the concrete material loaded in the normal direction of the annularly formed metal fiber.
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらの例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 As mentioned above, although the Example by this invention and the modification based on this were demonstrated, this invention is not necessarily limited to these examples. In addition, those skilled in the art will be able to find various alternative embodiments and modifications without departing from the spirit of the present invention or the scope of the appended claims.
10 コンクリート構造体
20 コンクリート材料
100、200、300、400 金属繊維
102a、102b 両端領域
104 屈曲領域
202a、202b 屈折領域
204 接続領域
302 重なり領域
302a、302b (繊維の)両端
304 接続領域
402 重なり領域
402a、402b (繊維の)両端
404 接続領域
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記高耐候性鋼は、質量%で、少なくともCを0.18%以下、Siを1.00%以下で含有する繊維状鋼材である
ことを特徴とする金属繊維。 A metal fiber made of highly weather-resistant steel and mixed as a reinforcing material inside the concrete material,
The high-weather-resistant steel is a fibrous fiber material containing at least C at 0.18% or less and Si at 1.00% or less by mass%.
ことを特徴とする請求項1に記載の金属繊維。 The high weather resistance steel is in mass%, at least C is 0.08% or less, Si is 1.00% or less, Ni is 7.00 to 10.50%, Cr is 18.00 to 20.00%. The metal fiber according to claim 1, wherein the metal fiber is a SUS-based high weathering steel.
ことを特徴とする請求項2に記載の金属繊維。 The metal fiber according to claim 2, wherein the SUS high weathering steel is non-magnetic.
ことを特徴とする請求項1に記載の金属繊維。 The high weather-resistant steel is in mass%, at least C is 0.18% or less, Si is 0.15 to 0.65%, Mn is 1.25% or less, and Ni is 0.70 to 3.50%. The metal fiber according to claim 1, which is a Ni-based high weathering steel contained in
ことを特徴とする請求項4に記載の金属繊維。 The metal fiber according to claim 4, wherein the Ni-based high weathering steel contains Ni in a range of 0.70 to 1.70%.
ことを特徴とする請求項4に記載の金属繊維。 The metal fiber according to claim 4, wherein the Ni-based high weathering steel contains Ni in a range of 2.50 to 3.50%.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の金属繊維。 The metal fiber according to any one of claims 1 to 6, wherein a maximum diameter of the high weather-resistant steel is 0.5 to 0.8 mm.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の金属繊維。 The metal fiber according to any one of claims 1 to 7, wherein at least a part of the highly weather-resistant steel is bent or refracted.
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載の金属繊維。 The metal fiber according to any one of claims 1 to 8, wherein a bent region having an acute angle is formed at both ends of the high weather resistant steel.
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の金属繊維。 The metal fiber according to any one of claims 1 to 9, wherein the high weather resistance steel is formed in an annular shape including an overlapping region having a predetermined width.
ことを特徴とする請求項10に記載の金属繊維。 The metal fiber according to claim 10, wherein the high weather resistance steel is formed in an annular shape.
ことを特徴とする請求項10に記載の金属繊維。 The metal fiber according to claim 10, wherein the high weather resistance steel is formed in a polygonal ring shape.
前記コンクリート材料は、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントの中から選んだ1種で構成されている
ことを特徴とするコンクリート構造体。 A concrete structure in which the metal fiber according to any one of claims 1 to 12 is mixed as a reinforcing material in a concrete material,
The concrete material is composed of one kind selected from Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, and silica cement.
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