JP2022191728A - 水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水硬性混合物が積層されて構築される構造物の表面に積層される層の境界部分に線が残ることを防止できる水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法を提供する。【解決手段】コンクリート構造物１１（構造物）を施工する領域を移動しながら水硬性混合物２を吐出して積層する付加製造装置３（吐出装置）ととともに移動し、付加製造装置３から吐出された水硬性混合物２の側面２２（表面）を均す水硬性混合物の表面処理装置１であって、水硬性混合物２の側面２２に接触して側面２２を均すハケ部５（均し部）と、付加製造装置３に取り付けられてハケ部５を支持するハケ支持部６（支持部）と、を有し、ハケ部５は、ハケ支持部６に対して水硬性混合物２が積層される積層方向に移動可能に構成され、付加製造装置３から吐出された水硬性混合物２の新設の層２１１よりも、下側（水硬性混合物２の既設の層２１２側）に配置可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法に関する。

建設業界では慢性的な人手不足が懸念され、特にコンクリート構造物の施工では、省力化・省人化が喫緊の課題である。これを解決する方法のひとつとして、部材のプレキャスト化がある。また、近年では、建設用として、付加製造装置でコンクリート材料やモルタル材料を押し出して積層する方式（以下、積層式とする）や、型に付加製造装置でショットクリートを吹き付ける方式（以下、吹付式とする）の３Ｄプリンティング技術が研究されている（例えば、特許文献１参照）。

積層式の３Ｄプリンティング技術は、吹付式の３Ｄプリンティング技術と比べて、型枠が不要である、自由曲面を精度良く作成することが可能で意匠の自由度が上がる、または内部で組成を変えることができるという利点がある。

特開２０２０－２７４４号公報 特開２０２０－１１１９４１号公報

しかしながら、積層式の３Ｄプリンティング技術では、材料の流動性が非常に低く、押し出された材料はほとんど広がらないため、既に押し出された層と、その層の上に押し出される層との境界部分に線が残ってしまう。その結果、多数の層で構成されるコンクリート構造物は、表面（側面）に多数の線が残り、意匠性に影響が出ることがある。

そこで、本発明は、水硬性混合物が積層されて構築される構造物の表面に積層される層の境界部分に線が残ることを防止できる水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る水硬性混合物の表面処理装置は、構造物を施工する領域を移動しながら水硬性混合物を吐出して積層する吐出装置とともに移動し、前記吐出装置から吐出された前記水硬性混合物の表面を均す水硬性混合物の表面処理装置であって、前記水硬性混合物の表面に接触して前記表面を均す均し部と、前記吐出装置に取り付けられて前記均し部を支持する支持部と、を有し、前記均し部は、前記支持部に対して前記水硬性混合物が積層される積層方向に移動可能に構成され、前記吐出装置から吐出された前記水硬性混合物の新設の層よりも、前記新設の層が重なる既に設けられた前記水硬性混合物の既設の層側に配置可能である。

本発明に係る構造物の施工方法は、上記の水硬性混合物の表面処理装置を用いて構造物を施工する構造物の施工方法であって、前記吐出装置で吐出された前記水硬性混合物の新設の層と、前記新設の層が重なる既に設けられた前記水硬性混合物の既設の層との境界部分に前記均し部を接触させ、前記境界部分を均す工程を有する。

本発明では、水硬性混合物の表面処理装置が吐出装置に取り付けられた状態で積層方向に移動可能に構成された均し部を吐出装置から吐出された水硬性混合物の新設の層よりも、水硬性混合物の層が重なる既に設けられた水硬性混合物の既設の層側に配置可能である。このため、均し部を水硬性混合物の新設の層とその層が重なる既設の層との境界部分と接触する位置に配置した状態で吐出装置とともに移動させることができる。これにより、積層される水硬性混合物の層の境界部分が均し部によって均され、積層される水硬性混合物の層の境界部分に線ができることを防止できる。
また、積層された層間の隙間を無くすことができるため、構築された構造物に雨水や塵などが入り込むことを防止でき、構造物の劣化や汚損を防ぐことができる。

また、本発明に係る水硬性混合物の表面処理装置では、前記均し部は、前記支持部に対して着脱可能であってもよい。

このような構成とすることにより、支持部に取り付ける均し部の種類を変えることにより、構造物の表面の仕上げを変えることができる。

また、本発明に係る水硬性混合物の表面処理装置では、前記支持部は、前記均し部の前記積層方向に交差する方向の位置を調整可能であってもよい。

このような構成とすることにより、吐出装置から吐出される水硬性混合物の形状や、均し部の形状に合わせて均し部を所望の位置に配置することができる。

本発明によれば、水硬性混合物が積層されて構築される構造物の表面に積層される層の境界部分に線が残ることを防止できる。

本発明の実施形態による水硬性混合物の表面処理装置の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態による構造物の施工方法のベース部の上の層の吐出工程を示す図である。 本発明の実施形態による構造物の施工方法のさらに上側の層の吐出工程を示す図である。

以下、本発明の実施形態による水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法について、図１－図３に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置１は、モルタルやコンクリート材料などの水硬性混合物を吐出して積層しコンクリート構造物１１（構造物）を構築する３Ｄプリンティング技術を採用した付加製造装置３（吐出装置）とともに使用される。本実施形態のコンクリート構造物１１は、壁状の構造物で水平方向に延びる複数の層２１が上下方向（図の矢印Ｚの方向）に重なってできている。各層２１は、水平方向に移動する付加製造装置３のノズル３１から吐出された水硬性混合物２で構築されている。各層２１は、長尺の板状または棒状で、それぞれの上下方向から見た平面視形状が略同じ形となっている。

本実施形態では、上述しているように、水硬性混合物２の層２１が積層される積層方向が上下方向であり、ノズル３１は水平方向に移動する。以下の説明では、ノズル３１が移動する水平方向（図の矢印Ｘの方向）を移動方向または前後方向と表記し、移動方向に直交する水平方向（図の矢印Ｙの方向）を幅方向と表記する。前後方向では、ノズル３１が進む側を前側と表記し、その反対側を後側と表記する。幅方向は、構築された壁状のコンクリート構造物１１の壁面に直交する方向である。

図１に示すように、付加製造装置３は、水硬性混合物２を吐出するノズル３１と、ノズル３１を移動可能に支持するノズル支持部（不図示）と、を有している。ノズル３１には、図示しないタンクから水硬性混合物２が供給される。
本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置１は、付加製造装置３とともに移動し、ノズル３１から吐出された水硬性混合物２の表面２２を均す装置であり、付加製造装置３に取り付けられるアタッチメントである。本実施形態では、水硬性混合物の表面処理装置１は、水硬性混合物２の側面を均している。水硬性混合物２の側面とは、幅方向を向く面となる。以下では、水硬性混合物の表面処理装置１が均す水硬性混合物の表面２２を「側面２２」と表記する。

水硬性混合物の表面処理装置１は、ノズル３１から吐出された水硬性混合物２の側面２２に接触して均すハケ部５（均し部）と、ハケ部５を支持するハケ支持部６（支持部）と、を有している。
ハケ支持部６は、ノズル支持部に固定されノズル支持部とともに移動する。ハケ支持部６は、ハケ部５を水硬性混合物２の上下方向（積層方向）に移動可能に支持する。ハケ支持部６は、ノズル３１の後側に配置される。ハケ支持部６は、ノズル支持部に固定される固定部６１と、ハケ部５が取り付けられるハケ取付部６２と、固定部６１とハケ取付部６２とを接続する接続部６３と、を有している。

固定部６１は、ノズル支持部に固定される第１固定部６１１と、接続部６３が取り付けられる第２固定部６１２と、を有している。第１固定部６１１と第２固定部６１２とは、連結されている。
第２固定部６１２は、長尺の平板状であり、上下方向に延び、板面が幅方向を向く向きに配置されている。第２固定部６１２には、幅方向に貫通する丸孔の第１孔部６１３が上下方向に間隔をあけて複数設けられている。本実施形態では、第２固定部６１２には、３つの第１孔部６１３が上下方向に間隔をあけて設けられている。３つの第１孔部６１３を上側から下側に向かって第１孔部６１３ａ、６１３ｂ、６１３ｃとする。

接続部６３は、断面逆Ｔ字形状からなり、第２固定部６１２に取り付けられる第１接続部６３１と、ハケ取付部６２が取り付けられる第２接続部６３２と、を有している。第１接続部６３１と第２接続部６３２とは、連結されている。
第１接続部６３１は、長尺の平板状であり、上下方向に延び、板面が幅方向を向く向きに配置されている。第１接続部６３１には、幅方向に貫通する上下方向に延びる第１長孔部６３３が形成されている。

第１接続部６３１と第２固定部６１２とは、幅方向に重なって配置され、ピンやボルトなどの第１固定具７１によって上下方向に相対移動可能に固定される。なお、第１接続部６３１と第２固定部６１２とは、幅方向および前後方向の相対移動が拘束される。

第１接続部６３１と第２固定部６１２とは、以下のように固定される。第２接続部６１２の３つの第１孔部６１３のうちの下側２つの第１孔部６１３ｂ，６１３ｃと第１接続部６３１の第１長孔部６３３とが幅方向に重なって配置され、幅方向に重なった下側２つの第１孔部６１３ｂ，６１３ｃそれぞれと第１長孔部６３３とに第１固定具７１が挿通される。第１接続部６３１は、第２固定部６１２に対して、第１長孔部６３３の上端６３３ａが３つの第１孔部６１３のうちの中央の第１孔部６１３ｂに挿通された第１固定具７１と接触する高さから、第１長孔部６３３の下端６３３ｂが３つの第１孔部６１３のうちの最下の第１孔部６１３ｃに挿通された第１固定具７１と接触する高さの範囲において上下方向に移動可能である。すなわち、接続部６３、ハケ取付部６２およびハケ部５は、固定部６１およびノズル支持部に対して上記の高さの範囲において上下方向に移動可能である。以下では、接続部６３、ハケ取付部６２およびハケ部５を合わせて可動部４とする。

図１および図３では、第１長孔部６３３の上端６３３ａが３つの第１孔部６１３のうちの中央の第１孔部６１３ｂに挿通された第１固定具７１と接触しており、第１接続部６３１が第２固定部６１２に対して移動可能な上下範囲の最下に配置されている状態を示している。図２では、第１接続部６３１が第２固定部６１２に対して移動可能な上下範囲の中間位置に配置されている状態を示している。
なお、可動部４は、重力によって第２固定部６１２に対して下方へ移動可能な構成となっている。換言すると、可動部４は、重力以外の外力が作用しない場合は、第１長孔部６３３の上端６３３ａが３つの第１孔部６１３のうちの中央の第１孔部６１３ｂに挿通された第１固定具７１と接触する最下の位置に配置される。また、重力以外の外力が作用した場合は、例えば可動部４は、ハケ部５の下端がベース部１２（後述する）と接触したり、接続部６３の下面またはハケ取付部６２の下面が積層された水硬性混合物２と接触したりすると、その高さに配置される。

第２接続部６３２は、長尺の平板状であり、板面が上下方向を向く向きで第１接続部６３１の下端部の幅方向の両側それぞれに接続されている。換言すると幅方向の一方側の第２接続部６３２は、第１接続部６３１の下端部から幅方向の一方側に突出し、幅方向の他方側の第２接続部６３２は、第１接続部６３１の下端部から幅方向の他方側に突出している。各第２接続部６３２には、上下方向に貫通し幅方向に延びる第２長孔部６３４がそれぞれ形成されている。

ハケ取付部６２は、長尺の平板状であり、板面が水平面となる向きに配置される。ハケ取付部６２は、各第２接続部６３２それぞれに１つずつ固定される。ハケ取付部６２には、上下方向に貫通し幅方向に延びる第３長孔部６２１が形成されている。

第２接続部６３２とハケ取付部６２とは、上下方向に重なって配置され、第２接続部６３２の第２長孔部６３４と、ハケ取付部６２の第３長孔部６２１とに挿通されたピンやボルトなどの第２固定具７２（図１に破線で図示）でいずれの方向の相対移動が拘束されるように固定されている。本実施形態では、ハケ取付部６２が第２接続部６３２の下側に重なっている。第２接続部６３２の第２長孔部６３４およびハケ取付部６２の第３長孔部６２１は、第２固定具７２の径よりも長く形成されている。第２接続部６３２とハケ取付部６２とは、それぞれの長孔部の一部どうしが第２固定具７２を挿通できるように重なっていれば互いに固定可能である。ハケ取付部６２は、第２接続部６３２と面が重なるように配置されれば、第２接続部６３２に対する水平面内の角度は、所望の角度とすることができる。これにより、ハケ取付部６２を第２接続部６３２に対して固定する位置および角度は、それぞれの長孔部の長さ範囲において調整可能である。

ハケ部５は、２つのハケ取付部６２にそれぞれ１つずつ固定される。ハケ部５は、水硬性混合物２の側面２２に接触するハケ本体５１と、ハケ本体５１に固定されてハケ取付部６２に固定されるＬ字形のブラケット５２と、を有している。
ブラケット５２は、Ｌ字形の一方の片（第１片５３）がハケ取付部６２に固定され、他方の片（第２片５４）がハケ本体５１に固定される。第１片５３および第２片５４は、それぞれ平板状である。ブラケット５２は、第１片５３の板面が水平面となり、第２片５４が第１片５３の一端面から下側に突出する向きに延在される。

第１片５３には、上下方向に貫通する第２孔部５５が形成されている。第１片５３は、ハケ取付部６２と上下方向重なって配置され、ハケ取付部６２の第３長孔部６２１と第１片５３の第２孔部５５に挿通されたピンやボルトなどの第３固定具７３（図１に破線で図示）によって固定される。ハケ部５は、ブラケット５２の第１片５３がハケ取付部６２と面が重なるように配置されれば、ハケ取付部６２に対する水平面内の角度は、所望の角度とすることができる。これにより、ハケ部５をハケ取付部６２に対して固定する位置および角度は、ハケ取付部６２の第３長孔部６２１の範囲において調整可能である。

本実施形態では、ブラケット５２は、第１片５３がハケ取付部６２の下側に配置され、第２片５４が第１片５３よりも下側に突出している。第２片５４に固定されたハケ本体５１は、ハケ取付部６２の下側に配置されている。

ハケ部５は、ハケ取付部６２に対して着脱可能である。本実施形態では、上記と同様のブラケット５２を有する異なる形態のハケ部をハケ取付部６２に取り付け可能である。例えば、材質（毛質）や毛量が異なるハケ部を取り付け可能である。また、ハケ部５は各ハケ取付部６２の少なくとも１つに取り付けられれば良く、個数は適宜変更可能である。

本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置１では、ハケ取付部６２を接続部６３に固定する際に、第２接続部６３２の第２長孔部６３４およびハケ取付部６２の第３長孔部６２１の長さ範囲において接続部６３に対するハケ取付部６２の位置および角度を調整することができる。ハケ部５をハケ取付部６２に固定する際に、ハケ取付部６２の第３長孔部６２１の長さ範囲においてハケ取付部６２に対するハケ部５の位置および角度をすることができる。このように、固定部６１に対して、接続部６３、ハケ取付部６２、ハケ部５の位置や角度を調整することで、ノズル３１に対するハケ部５の位置や角度を調整することができる。

水硬性混合物の表面処理装置１は、ノズル３１に対して以下のように配置される。接続部６３の第２接続部６３２は、ノズル３１の吐出口の後方で、ノズル３１から吐出された水硬性混合物２の上側となる位置に配置される。ハケ本体５１は、ノズル３１から吐出された水硬性混合物２の新設の層２１１と、その下側の既に設けられた水硬性混合物２の既設の層２１２との境界部分２１３に接触可能な高さまで上下方向に移動できるように配置される。

本実施形態による構造物の施工方法は、上記の付加製造装置３および水硬性混合物の表面処理装置１１を用いて行う。
まず、コンクリート構造物１１の下端に、付加製造装置３のノズル３１から吐出される水硬性混合物２を積層するためのベース部１２（プリントベース）を構築する。ベース部１２は、上下方向から見た平面視形状がコンクリート構造物１１の平面視形状よりも幅方向の両側に大きく構築される。

続いて、図２に示すように、ベース部１２の上に付加製造装置３のノズル３１から水硬性混合物２を吐出する。
ベース部１２の上にノズル３１および第２接続部６３２が配置され、ハケ本体５１がノズル３１の上方に配置されるように付加製造装置３および水硬性混合物の表面処理装置１１を設置する。ノズル３１をベース部１２に沿って移動させながら、ノズル３１から水硬性混合物２を吐出し、ベース部１２の上に水硬性混合物２の層２１を構築する。このとき、可動部４は、ハケ部５の下端部がベース部１２の上面と接触し、ベース部１２の上面に沿って移動する。ハケ部５のハケ本体５１は、ベース部１２の上に吐出された水硬性混合物２の側面２２に接触し側面２２を均している。可動部４は、ノズル３１および固定部６１に対して移動可能な高さ範囲の中間の高さに配置される。

続いて、ノズル３１を移動させ、既にベース部１２の上に設けられた水硬性混合物２の層２１（既設の層２１２）の上に新たな水硬性混合物２の層２１（新設の層２１１）を構築する。このとき、ノズル３１および固定部６１が上昇するが、可動部４は、接続部の下面６３またはハケ取付部６２の下面が積層された水硬性混合物２の上面と接触する高さとなる。これにより、ハケ本体５１が既設の層２１２および新設の層２１１の側面２２と接触する高さに配置される。ノズル３１とともにノズル３１の移動方向（前後方向）移動するハケ本体５１が既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３を均し、既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３に線が残ることを防止できる。

そして、図３に示すように、積層された水硬性混合物２の層２１（既設の層２１２）の上に新たな水硬性混合物２の層２１（新設の層２１１）を順次構築して、所定の高さとなるまで水硬性混合物２の層２１を積層する。このときも可動部４は、接続部の下面６３またはハケ取付部６２の下面が積層された水硬性混合物２の上面と接触する高さとなり、ハケ本体５１が既設の層２１２および新設の層２１１の側面２２と接触する高さに配置される。これにより、上記と同様に既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３に線が残ることを防止できる。
なお、本実施形態では、可動部４が、接続部の下面６３またはハケ取付部６２の下面が積層された水硬性混合物２の上面と接触する高さとなると、ハケ本体５１が既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３および、この既設の層２１２とさらに下側の既設の層２１４との境界部分２１５の両方に接触する位置に配置される。これにより、既にハケ本体５１によって均された層２１の境界部分２１５を、再度ハケ本体５１で均すことができ、上下に重なる層２１の境界部分２１５に線が残ることを確実に防止することができる。
ハケ本体５１は、弾性変形可能であるため、既設の層２１２と新設の層２１１との間に段差が生じた場合も、ハケ本体５１が弾性変形して既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３に接触し、その段差を均すことができる。

次に、上記の本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法の作用・効果について説明する。
上記の本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置１は、付加製造装置３に取り付けられた状態でハケ本体５１をノズル３１から吐出された水硬性混合物２の新設の層２１１よりも、その下の水硬性混合物２の既設の層２１２との境界部分２１３に接触できる高さに配置可能である。このため、ハケ本体５１を水硬性混合物２の新設の層２１とその層が重なる既設の層２１２との境界部分２１３と接触する位置に配置した状態で付加製造装置３とともに移動させることができる。これにより、積層される水硬性混合物２の層２１の境界部分２１３がハケ本体５１によって均され、積層される水硬性混合物２の層２１の境界部分２１３に線ができることを防止できる。
また、積層された層２１間の隙間を無くすことができるため、構築されたコンクリート構造物１１に雨水や塵などが入り込むことを防止でき、コンクリート構造物１１の劣化や汚損を防ぐことができる。

また、本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置１では、ハケ部５は、ハケ支持部６に対して着脱可能である。このような構成とすることにより、ハケ支持部６に取り付けるハケ部５の種類を変えることにより、コンクリート構造物１１の側面２２の仕上げを変えることができる。例えば、材質（毛質）や毛量が異なるハケ部を取り付けることにより、新設の層２１１と既設の層２１２との境界部分２１３の線を消しつつ、異なる模様を形成することができる。

また、本実施形態による水硬性混合物の表面処理装置１では、ハケ支持部６は、ハケ本体５１の水平方向の位置（積層方向に交差する方向の位置）を調整可能である。このような構成とすることにより、ノズル３１から吐出される水硬性混合物２の形状や、ハケ本体５１の形状に合わせてハケ本体５１を所望の位置に配置することができる。

以上、本発明による水硬性混合物の表面処理装置および構造物の施工方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、水硬性混合物２を積層する積層方向が上下方向であるが、水平方向や、水平方向に対して傾斜する方向であってもよい。
また、上記の実施形態では、ハケ部５は、ハケ支持部６に対して着脱可能であるが、ハケ支持部６に固定されていてもよい。
また、上記の実施形態では、ハケ支持部６は、ハケ本体５１の水平方向の位置を調整可能であるが、ハケ本体５１を調整可能な方向や範囲は、上記の実施形態以外であってもよい。

また、上記の実施形態の水硬性混合物の表面処理装置１には、均し部として、ハケを採用しているが、ハケに代わってスポンジなどの新設の層２１１と既設の層２１２との境界部分２１３を均すことが可能な治具を設けてもよい。

また、上記の実施形態では、ハケ本体５１を既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３および、この既設の層２１２とさらに下側の既設の層２１２との境界部分２１３の両方に接触する位置に配置している。これに対し、ハケ本体５１を既設の層２１２と新設の層２１１との境界部分２１３を均すことが可能であれば、その下側の層２１の境界部分２１３と接触しないように設置されてもよい。

また、上下方向に移動可能な可動部４は、自動で行っても良く、例えば、モーター駆動、シリンダ駆動などの駆動源によって移動可能になされても構わない。

また、ハケ部５をハケ取付部６２に対して固定する位置および角度は、自動で行っても良く、例えば、モーター駆動、シリンダ駆動などの駆動源によって位置決め、または角度決めをしても構わない。

１ 水硬性混合物の表面処理装置
２ 水硬性混合物
３ 付加製造装置（吐出装置）
４ 可動部
５ ハケ部（均し部）
６ ハケ支持部（支持部）
１１ コンクリート構造物（構造物）
２１ 層
２２ 側面
３１ ノズル
２１１ 新設の層
２１２，２１４ 既設の層
２１３，２１５ 境界部分

Claims (4)

1. 構造物を施工する領域を移動しながら水硬性混合物を吐出して積層する吐出装置とともに移動し、前記吐出装置から吐出された前記水硬性混合物の表面を均す水硬性混合物の表面処理装置であって、
   前記水硬性混合物の表面に接触して前記表面を均す均し部と、
   前記吐出装置に取り付けられて前記均し部を支持する支持部と、を有し、
   前記均し部は、前記支持部に対して前記水硬性混合物が積層される積層方向に移動可能に構成され、前記吐出装置から吐出された前記水硬性混合物の新設の層よりも、前記新設の層が重なる既に設けられた前記水硬性混合物の既設の層側に配置可能である水硬性混合物の表面処理装置。
2. 前記均し部は、前記支持部に対して着脱可能である請求項１に記載の水硬性混合物の表面処理装置。
3. 前記支持部は、前記均し部の前記積層方向に交差する方向の位置を調整可能である請求項１または２に記載の水硬性混合物の表面処理装置。
4. 請求項１－３のいずれか一項に記載の水硬性混合物の表面処理装置を用いて構造物を施工する構造物の施工方法であって、
   前記吐出装置で吐出された前記水硬性混合物の新設の層と、前記新設の層が重なる既に設けられた前記水硬性混合物の既設の層との境界部分に前記均し部を接触させ、前記境界部分を均す工程を有する構造物の施工方法。

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