JP3543274B2 - Concrete product and method for producing the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主に、土木建築業界で使用される、高強度ヒューム管や薄型ボックスカルバートなどのコンクリート製品に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来、例えば、ヒューム管やボックスカルバートなどのコンクリート管、パイル、ポール、及び鋼管コンクリート複合体等のようなコンクリート製品の製造は、一般に、普通ポルトランドセメントを主材料として製造していた（コンクリート工学ハンドブック 朝倉書店発行）。
【０００３】
ここで、ヒューム管とは、コンクリートを充填した型枠を高速で回転し、遠心力を利用して締固めた鉄筋コンクリート管であって、普通管の他に、形状を用途に適応させて変形した推進管やシームレス管等を総称するものであり、特に、膨張性のセメント混和材を適量セメントに混和した膨張コンクリートを使用し、ケミカルプレストレスを導入したものを高強度ヒューム管という。
そして、高強度ヒューム管とは、２種又は３種ヒューム管を意味するものであり、具体的には、２種ヒューム管は１種ヒューム管の約２倍のひびわれ強さを有するものであり、３種ヒューム管は１種ヒューム管の約３倍のひびわれ強さを有するものである。
【０００４】
しかしながら、ケミカルプレストレスを導入する方法では、潜在水硬性物質を配合したコンクリートにおいては、十分なケミカルプレストレスを導入できないという課題があった。
また、拘束力の効かない管端部に膨張ひびわれが発生するなど、製品価値が損なわれるという課題もあった。
【０００５】
一方、ボックスカルバートとは、暗渠用の箱型断面をもった鉄筋コンクリート製品であって、特に、ＪＩＳ Ｇ ３１１２で規定する異型鉄筋を使用した、レインフォースコンクリート構造（ＲＣ構造）に比して、断面肉厚が２０〜４０％少ないＲＣボックスカルバートを薄型ＲＣボックスカルバートという。
このように、薄型ＲＣボックスカルバートは、通常のＲＣボックスカルバートに比して製品重量が２０〜４０％軽くなるため、運搬費や施工機械の省力化が図れ、また、断面肉厚の減少により、掘削土量の減少や山留工用材料費の削減が可能となるなどの利点を有するものである。
従来、薄型ボックスカルバートを製造するには、単位セメント量４８０ｋｇ／ｍ３、水／セメント比３２重量％程度の高強度コンクリートを配合し、さらに、コンクリート硬化後、機械的方法によりプレストレスを導入し、曲げ引っ張り抵抗性を増大せしめるプレストレストコンクリート工法（ＰＣ工法）、又は、高張力鉄筋を使用し、曲げ引っ張り抵抗性を高める工法などが用いられている。
しかしながら、ＰＣ工法では、多大のＰＣ工法用材料費や機械導入費が必要であり、高張力鉄筋を使用する工法では、高価な高張力鉄筋を使用しなければならず、両工法とも、かなり施工費が高騰する等の課題があった。
【０００６】
本発明者は、前述の課題を解消すべく、鋭意検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を混和したコンクリートを養生するだけで、普通異型鉄筋を使用しても、従来法によるものと同等あるいはそれ以上の品質の高強度ヒューム管や薄型ボックスカルバートなどのコンクリート製品の製作が可能であることを知見し本発明を完成するに至った。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
即ち、本発明は、CaO原料とCaF2原料を含む混合物を熱処理して生成する膨張物
質であって、CaOとCaF2を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中のCaF2が、CaOとCaF2の合計100重量部中、10〜30重量部である膨張物質９０〜５０重量部と、無水セッコウ１０〜５０重量部とを含有してなるセメント混和材を配合したコンクリートを成形してなるコンクリート製品であり、該膨張物質８５〜３５重量部と、非晶質カルシウムアルミネート５〜２５重量部と、無水セッコウ１０〜４０重量部とを含有してなるセメント混和材を配合したコンクリートを成形してなるコンクリート製品であり、該コンクリート製品が高強度ヒューム管又は薄型ＲＣボックスカルバートであるものであり、さらには、該コンクリート製品の製造方法である。
【０００８】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明で使用する膨張物質の原料は、純度やコストにより、任意に選択されうるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰などのＣａＣＯ３質やＣａ（ＯＨ）２質などが、また、ＣａＦ２原料としては、天然に産出するホタル石や工業副産物としてのＣａＦ２などが挙げられる。
原料中に存在するＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＳＯ４、ＭｇＯ、及びＴｉＯ２等の不純物の混入は、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲内では特に限定されるものではない。
【００１０】
本発明における原料の配合割合は、生成物である膨張物質の化学組成として、ＣａＦ２が、ＣａＯとＣａＦ２の合計１００重量部中、１０〜３０重量部となるようにすることが必要であり、１５〜２５重量部が好ましい。ＣａＦ２が１０重量部未満では、例えば、材令１日までに急激な膨張性を示し、その膨張物質を用いたセメント硬化体の拘束力の効かない部分にクラックが発生したり、強度発現性が低下する場合があり、ＣａＦ２が３０重量部を超えると強度発現性、膨張性、及びプレストレス導入量が低下する傾向がある。
【００１１】
本発明では、原料の混合物の配合比や不純物の含有量により、ＣａＦ２の分解温度が大きく変化するため、焼成時の焼成温度は特に限定されるものではないが、通常、焼成温度は１，０００〜１，４５０℃程度が好ましい。
原料の混合方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が可能である。
膨張物質を製造する熱処理方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルンによる焼成や電炉による溶融などのいずれの方法も可能である。
【００１２】
膨張物質の粒度は、使用する目的や用途に依存するため、特に限定されるものではないが、ブレーン値で１，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。１，５００ｃｍ２／ｇ未満では強度発現性が悪くなる傾向があり、８，０００ｃｍ２／ｇを越えると膨張性が十分に発揮されない場合がある。
【００１３】
膨張物質の使用量は、膨張物質と、後述の無水セッコウとからなるセメント混和材１００重量部中、５０〜９０重量部が好ましく、６０〜８０重量部がより好ましい。５０重量部未満では膨張性が低下する場合があり、９０重量部を超えると強度発現効果が十分に得られない場合がある。
また、後述の非晶質カルシウムアルミネートを併用する場合は、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネート、及び無水セッコウからなるセメント混和材１００重量部中、５０〜８０重量部が好ましく、５５〜６５重量部がより好ましい。５０重量部未満では膨張性が低下する場合があり、８０重量部を超えると強度発現効果が十分に得られない場合がある。
【００１４】
本発明で使用する無水セッコウは、特に限定されるものではなく、天然に産出する天然無水セッコウ、半水セッコウや二水セッコウを熱処理して脱水した無水セッコウ、及び工業副産物として発生する無水セッコウ等が使用できる。
無水セッコウの粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン値で２，５００〜９，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。２，５００ｃｍ２／ｇ未満では長期耐久性が悪化する場合があり、９，０００ｃｍ２／ｇを越えると膨張性が十分に発揮されない場合がある。
【００１５】
無水セッコウの使用量は、膨張物質と無水セッコウからなるセメント混和材１００重量部中、１０〜５０重量部が好ましく、２０〜４０重量部がより好ましい。１０重量部未満では、ケミカルプレストレス導入量が小さくなる場合、十分な強度発現効果が得られない場合、及び拘束力の効かない端部が膨張破壊を起こす場合があり、５０重量部を超えると膨張性が不十分になる場合やプレストレス導入量が小さくなる場合がある。
また、非晶質カルシウムアルミネートを併用する場合は、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネート、及び無水セッコウからなるセメント混和材１００重量部中、１０〜４０重量部が好ましく、２０〜３０重量部がより好ましい。１０重量部未満では、ケミカルプレストレス導入量が小さくなる場合、十分な強度発現効果が得られない場合、及び拘束力の効かない端部が膨張破壊を起こす場合があり、４０重量部を超えると膨張性が不十分になる場合やプレストレス導入量が小さくなる場合がある。
【００１６】
本発明で使用する非晶質カルシウムアルミネートは、ＣａＯ含有量が３５〜４５重量％のものが好ましい。ＣａＯ含有量が３５重量％未満では膨張性や強度発現性が不十分になる場合や十分なひびわれ強さが得られない場合があり、４５重量％を超えると流動性が低下して作業性が悪くなる恐れがある。
非晶質カルシウムアルミネートは、ＣａＯ原料とＡｌ２Ｏ３原料を溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕することによって得られる。
非晶質カルシウムアルミネートの溶融温度は、不純物によって変化するが、通常、１，５００〜１，７００℃が好ましい。
非晶質カルシウムアルミネートの粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン値で１，５００〜６，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。１，５００ｃｍ２／ｇ未満では十分な膨張性やひびわれ強さが得られない場合があり、６，０００ｃｍ２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１７】
非晶質カルシウムアルミネートの使用量は、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネート、及び無水セッコウからなるセメント混和材１００重量部中、５〜２５重量部が好ましく、１０〜２０重量部がより好ましい。非晶質カルシウムアルミネ−トの使用量がこの範囲にないと、十分なひび割れ強さが得られない場合がある。
【００１８】
本発明のセメント混和材の粒度は、使用する目的や用途に依存し、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で１，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇの範囲で使用することが好ましい。１，５００ｃｍ２／ｇ未満では、強度発現性に悪影響をおよぼす場合があり、８，０００ｃｍ２／ｇを越えると膨張性が十分に発揮されない場合がある。
【００１９】
本発明のセメント混和材の使用量は、使用する目的により異なるが、セメント混和材が膨張物質と無水セッコウからなる場合は、セメントとセメント混和材の合計（以下結合材という）１００重量部中、３〜１５重量部が好ましく、５〜１２重量部がより好ましい。３重量部未満では膨張性やプレストレス導入量が十分ではなく、１５重量部を超えると異常膨張を起こす場合があり、使用効果の増加が期待できない。
また、セメント混和材が、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネート、及び無水セッコウからなる場合は、結合材１００重量部中、セメント混和材３〜２０重量部が好ましく、５〜１５重量部がより好ましい。３重量部未満では膨張性やプレストレス導入量が十分ではなく、２０重量部を越えると異常膨張を起こす場合があり、使用効果の増加が期待できない。
【００２０】
セメントとしては、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグやシリカなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント、及びアルミナセメント等が挙げられる。
本発明のセメント混和材は、特に混合セメントと併用する場合においてその効果が顕著である。
【００２１】
本発明において、水の使用量は、使用する材料の種類や配合量によって、一義的に決定されるものではないが、通常、水／結合材比２５〜５０重量％が好ましく、３０〜４０重量％がより好ましい。２５重量％未満では、十分な作業性が得られない場合があり、５０重量％を越えると十分な強度発現性が得られない場合がある。
また、このような混練水で練り上げたコンクリートの性状は、例えば、ヒューム管、パイル、及びポール等の遠心力成形品の場合には、スランプ値で２〜８ｃｍ程度の比較的硬いコンクリートを使用することが、遠心力成形時に発生するノロの抑制や材料分離抵抗性の面から好ましく、Ｕ字型コンクリートやボックスカルバートなどでは、スランプ値で１０〜２２ｃｍ程度の比較的軟らかいコンクリートを使用することが、充填性を向上させる面から好ましい。
【００２２】
本発明では、セメントやセメント混和材の他に、凝結調整剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、砂や砂利などの骨材、セメント急硬材、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、ベントナイト等の粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイト等のイオン交換体、硫酸アルミニウムや硫酸ナトリウムなどの無機硫酸塩、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等のうちの一種又は二種以上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００２３】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものでなく、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等の使用が可能である。
【００２４】
本発明のコンクリート製品の成形方法は、特に限定されるものではなく、型枠内にコンクリートが正常に充填できればよく、例えば、ヒューム管、パイル、及びポール等では、遠心力成形法が一般的に行われ、Ｕ字型コンクリートやボックスカルバートなどでは、バイブレーター等により、振動を与えて締固めを行ったり、コンクリート自体を流動化して、締固め不要なコンクリートとし、流し込みにより充填する方法などがある。
また、遠心力成形品を成形する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、スランプ５ｃｍ程度のコンクリートを充填し、遠心力成形することが一般的であり、通常、１〜５０Ｇ程度の加速度で遠心力成形を行うことが多く、成形時、低速、中速、及び高速の３〜４段階に分けて遠心力成形することも行われている。
【００２５】
本発明のコンクリート製品を製造する際の養生方法は、特に限定されるものではなく、例えば、通常行われる常温・常圧養生、加温養生、加圧養生、蒸気養生、及び高温・高圧蒸気養生（オートクレーブ養生）等のいずれの養生方法も適用可能であるが、蒸気養生やオートクレーブ養生のように、水分の涸渇を防止しながら加温し、セメントの水和を促進させる方法が好ましい。
また、型枠から露出した部分にシート等を被覆することも可能である。
ここで、加温条件としては、例えば、昇温、保温、及び冷却の３段階で養生を行うことが一般的であり、昇温速度は、通常、５〜２５℃／ｈ程度が好ましく、１０〜２０℃／ｈ程度がより好ましい。５℃／ｈ未満では、養生時間が長くなり、不経済になりやすく、２５℃／ｈを越えると寸法安定性が悪くなる場合がある。
また、保温は、特に限定されるものではなく、通常、４０〜８０℃程度であり、５０〜７０℃程度がより好ましい。４０℃未満では、十分な強度発現性が得られない場合があり、８０℃を越えると寸法安定性が悪くなる場合がある。
そして、保温時間は、通常、１〜１０時間程度が好ましく、２〜８時間がより好ましい。１時間未満では十分な強度発現性が得られない場合があり、１０時間を越えると寸法安定性が悪くなる場合がある。
さらに、冷却速度は、自然放冷のように、急激な冷却をさけることが好ましく、通常、３０℃／ｈ以下の冷却速度とすることが好ましい。３０℃／ｈを越えるとコンクリートにクラックが入りやすくなる傾向がある。
蒸気養生やオートクレーブ養生などを行う場合には、練り上げたコンクリートを型枠に充填した後、常温で３〜８時間程度前置き養生を行うことが好ましい。前置き養生を行わないと、強度発現性や寸法安定性が悪くなる場合がある。
本発明におけるコンクリート製品は、脱型後も養生することが一般的であり、通常、水中養生、散水養生、及び湿布養生等のように、水分の涸渇を防止しながら養生を行うことが強度発現性や寸法安定性の面から好ましい。
【００２６】
また、配筋方法は、従来のＲＣ構造のボックスカルバートやヒューム管と同一でよく、混練方法は、一般に用いられる方法でよく、特に限定されるものではない。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２８】
実施例１
ＣａＯ原料として石灰石粉を、ＣａＦ２原料としてホタル石を使用し、その混合物を最高焼成温度１，３００℃で、ロ−タリ−キルンを用いて焼成し、得られたクリンカ−を粉砕し、ブレ−ン値３，０００±２００ｃｍ２／ｇに調整して膨張物質を得た。
各単位量を、結合材５００ｋｇ／ｍ３、細骨材７０８ｋｇ／ｍ３、粗骨材９５３ｋｇ／ｍ３、及び水１９３ｋｇ／ｍ３として、膨張物質７０重量部と無水セッコウ３０重量部からなるセメント混和材を結合材１００重量部中、７重量部配合し、コンクリート混練物を練り上げた。
練り上げたコンクリートを使用し、φ１，２００ｍｍ、Ｌ２，４３０ｍｍのヒューム管で、規格値が８，４００ｋｇｆ／ｍの３種管を遠心力成形した。
遠心力成形条件は、２００ｒｐｍの低速２分、３５０ｒｐｍの中速２分、６００ｒｐｍの高速６分とした。
遠心力成形後、４時間、常温で前置き養生を行い、成形したヒューム管を、昇温速度１６℃／ｈで昇温し、６５℃で４時間の蒸気養生を行い、自然放冷した。
コンクリート混練終了から２４時間後に脱型し、以後６日間散水養生して材令７日におけるひびわれ強さを測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料 ：電気化学工業社青海鉱山産石灰石粉末、４，２３０ｃｍ２／ｇ
ＣａＦ２原料 ：松下鉱産社製天然ホタル石粉末
膨張物質Ａ ：ＣａＯとＣａＦ２の合計１００重量部中、ＣａＦ２５重量部
膨張物質Ｂ ：ＣａＯとＣａＦ２の合計１００重量部中、ＣａＦ２１０重量部
膨張物質Ｃ ：ＣａＯとＣａＦ２の合計１００重量部中、ＣａＦ２２０重量部
膨張物質Ｄ ：ＣａＯとＣａＦ２の合計１００重量部中、ＣａＦ２３０重量部
膨張物質Ｅ ：ＣａＯとＣａＦ２の合計１００重量部中、ＣａＦ２３５重量部
膨張物質Ｆ ：電気化学工業社製商品名「デンカＣＳＡ＃２０」、従来品
無水セッコウ：天然無水セッコウ
セメントα ：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
粗骨材 ：新潟県姫川産、Ｇｍａｘ＝１５ｍｍ、比重２．６７
細骨材 ：新潟県姫川産、比重２．６３
水 ：水道水
なお、膨張物質の組成は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２に従って、ＣａＯとＦ２量を分析し、さらにそのＦ２量をＣａＦ２に換算して求めた。
【００３０】
＜試験方法＞
ひびわれ強さ：ひびわれ強さσｂｔはヒューム管のひびわれ荷重Ｐｃｒから、σｂｔ＝Ｍ／２０ｔ２、Ｍ＝０．３１８Ｐｃｒ＋０．２３８Ｗ・ｒ、ここで、Ｍは外圧試験荷重載荷時管底部に生じる曲げモーメント（ｋｇｆ／ｃｍ）、ｔは管厚（ｃｍ）、Ｐｃｒはひびわれ荷重（ｋｇｆ／ｍ）、Ｗは管自重（ｋｇｆ／ｍ）、ｒは管厚中心までの半径（ｃｍ）である。
【００３１】
【表１】
実施例２
セメントとして高炉セメントのセメントβを用いたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００３３】
＜使用材料＞
セメントβ ：電気化学工業社製高炉セメントＢ種
【００３４】
【表２】
実施例３
膨張物質Ｃを使用し、膨張物質の粒度を表３に示すように変化したこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
実施例４
膨張物質Ｃを使用し、セメント混和材１００重量部中の無水セッコウの使用量を変化したこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】
実施例５
表５に示すように膨張物質６０重量部、非晶質カルシウムアルミネート（Ａ−ＣＡ）１５重量部、及び無水セッコウ２５重量部からなるセメント混和材を、結合材１００重量部中、１０重量部使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に示す。
【００４０】
＜使用材料＞
Ａ−ＣＡイ ：試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとのモル比が１０：８の混合物を１，６５０℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕してブレーン値３，４１０ｃｍ２／ｇとした。ＣａＯ含有量４１重量％
【００４１】
【表５】
実施例６
セメントとしてセメントβを用いたこと以外は実施例５と同様に行った。結果を表６に示す。
【００４３】
【表６】
実施例７
膨張物質ＣとＡ−ＣＡイを使用し、セメント混和材１００重量部中の無水セッコウの量を変え、膨張物質とＡ−ＣＡの量を等量づつ増減してセメント混和材の量を一定にしたこと以外は実施例６と同様に行った。結果を表７に示す。
【００４５】
【表７】
実施例８
膨張物質Ｃを使用し、セメント混和材１００重量部中のＡ−ＣＡの種類と量を変え、膨張物質と無水セッコウの量を等量づつ増減してセメント混和材の量を一定にしたこと以外は実施例６と同様に行った。結果を表８に示す。
【００４７】
＜使用材料＞
Ａ−ＣＡロ ：試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとのモル比が１０：１１の混合物を１，６５０℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕してブレーン値３，０１０ｃｍ２／ｇとした。ＣａＯ含有量３３重量％
Ａ−ＣＡハ ：試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとのモル比が１０：１０の混合物を１，６５０℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕してブレーン値３，１５０ｃｍ２／ｇとした。ＣａＯ含有量３５重量％
Ａ−ＣＡニ ：試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとのモル比が１０：７の混合物を１，６５０℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕してブレーン値３，０９０ｃｍ２／ｇとした。ＣａＯ含有量４４重量％
Ａ−ＣＡホ ：試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとのモル比が１０：６の混合物を１，６５０℃で溶融し、急冷して得られたクリンカーを粉砕してブレーン値２，９８０ｃｍ２／ｇとした。ＣａＯ含有量４８重量％
【００４８】
【表８】
実施例９
セメントとセメント混和材を実施例１と同様に使用し、単位量が、各々結合材４８０ｋｇ／ｍ３、細骨材６８０ｋｇ／ｍ３、粗骨材１，０８５ｋｇ／ｍ３、及び水１５０ｋｇ／ｍ３とし、さらに、結合材１００重量部に対して、高性能減水剤１重量部を水の一部に置き換えて使用して練り上げたコンクリートを、ＪＩＳ Ｇ ３１１２で規定された１０ｍｍと１３ｍｍの異型鉄筋を常法により配筋した型枠に打設し、寸法１，２００×１，５００ｍｍ、厚さ１００ｍｍで設計荷重が１０．４ｔｏｎの薄型ＲＣボックスカルバートを成形した。
成形した薄型ＲＣボックスカルバートを、前置き４時間の後、昇温速度１６℃／ｈで昇温し、６５℃で４時間の蒸気養生を行い、自然放冷し、材令７日のひびわれ強さの測定を行った。結果を表９に併記する。
比較のため、セメント混和材を添加せず、ＰＣ工法や高張力鉄筋を使用する従来法によって得られた結果を表９に併記する。
なお、ＰＣ工法や高張力鉄筋を使用する従来法で、セメント混和材を添加すると逆効果となる。
【００５０】
＜使用材料＞
減水剤 ：電気化学工業社製「デンカＦＴ−５００Ｇ」主成分ナフタリン系
【００５１】
＜試験方法＞
ひびわれ強さ：底板の側壁中立軸下の２点ピン支持、頂板中央１点載荷
【００５２】
【表９】
実施例１０
セメントとしてセメントβを用いたこと以外はすべて実施例９と同様に行った。結果を表１０に示す。
【００５４】
【表１０】
実施例１１
膨張物質Ｃを使用し、膨張物質の粒度を表１１に示すように変化したこと以外は実施例１０と同様に行った。結果を表１１に示す。
【００５６】
【表１１】
実施例１２
実施例５で使用したセメント混和材を、結合材１００重量部中、１０重量部配合したこと以外は実施例１０と同様に行った。結果を表１２に示す。
【００５８】
【表１２】
実施例１３
セメントとしてセメントβを用いたこと以外は実施例１２と同様に行った。結果を表１３に示す。
【００６０】
【表１３】
【発明の効果】
本発明のセメント製品としては、従来品と比較して、ひびわれ強さの大きいヒューム管や、ひびわれ荷重抵抗性の大きな薄型ボックスカルバートが製造できる。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to concrete products, such as high-strength fume tubes and thin box culverts, used mainly in the civil engineering industry.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, for example, the manufacture of concrete products such as concrete pipes such as fume pipes and box culverts, piles, poles, and steel pipe concrete composites has generally been manufactured mainly using ordinary Portland cement (Concrete Engineering Handbook). Published by Asakura Shoten).
[0003]
Here, the fume pipe is a reinforced concrete pipe obtained by rotating a formwork filled with concrete at high speed and compacting using centrifugal force. It is a general term for a propulsion pipe, a seamless pipe, and the like. In particular, a pipe that uses expanded concrete obtained by mixing an expandable cement admixture with an appropriate amount of cement and introduces chemical prestress is called a high-strength fume pipe.
And high-strength fume pipe means two or three fume pipes. Specifically, a two-fume pipe has about twice the crack strength of a single fume pipe. The three-type fume tube has about three times the crack strength of the one-type fume tube.
[0004]
However, the method of introducing a chemical prestress has a problem that it is impossible to introduce a sufficient chemical prestress in concrete containing a latent hydraulic substance.
In addition, there has been a problem that the product value is impaired, for example, an expansion crack is generated at an end of the pipe where the binding force is not effective.
[0005]
On the other hand, a box culvert is a reinforced concrete product having a box-shaped section for culverts, and in particular, has a cross-section that is different from that of a reinforce concrete structure (RC structure) using deformed reinforcing bars specified in JIS G 3112. An RC box culvert whose wall thickness is smaller by 20 to 40% is called a thin RC box culvert.
As described above, since the product weight of the thin RC box culvert is 20 to 40% lighter than that of the normal RC box culvert, it is possible to reduce the transportation cost and the labor of the construction machine. It has the advantage that the amount of excavated soil can be reduced and the material cost for piers can be reduced.
Conventionally, to manufacture a thin box culvert, high-strength concrete having a unit cement amount of 480 kg / m 3 and a water / cement ratio of about 32% by weight is blended, and after the concrete is hardened, prestress is introduced by a mechanical method. A prestressed concrete method (PC method) for increasing the bending and tensile resistance, or a method for increasing the bending and tensile resistance by using a high-strength rebar is used.
However, the PC method requires a great deal of material cost for the PC method and a large amount of equipment introduction cost. The method using high-strength rebar requires the use of expensive high-strength rebar. There were issues such as rising costs.
[0006]
The present inventor has conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, only curing concrete mixed with a specific cement admixture, and using ordinary deformed reinforcing bars, is equivalent to that obtained by the conventional method. Alternatively, the present inventors have found that it is possible to manufacture concrete products such as high-strength fume tubes and thin box culverts of higher quality, and have completed the present invention.
[0007]
[Means for Solving the Invention]
That is, the present invention provides an expandable material that produced by heat-treating the mixture containing a CaO material and CaF 2 material consists mineral containing, as an active ingredient, CaO and CaF 2, and the CaF 2 in the mineral, In a total of 100 parts by weight of CaO and CaF 2 , concrete containing a cement admixture containing 90 to 50 parts by weight of an intumescent substance, which is 10 to 30 parts by weight, and 10 to 50 parts by weight of anhydrous gypsum is molded. Concrete product comprising a cement admixture containing 85 to 35 parts by weight of the expansive substance, 5 to 25 parts by weight of amorphous calcium aluminate, and 10 to 40 parts by weight of anhydrous gypsum. , And the concrete product is a high-strength fume tube or a thin RC box culvert, and a method for producing the concrete product.
[0008]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0009]
The raw material of the expanding substance used in the present invention can be arbitrarily selected depending on the purity and cost, and is not particularly limited. For example, the CaO raw material includes CaCO 3 such as limestone and slaked lime. Ca (OH) 2 and the like, and examples of the CaF 2 raw material include fluorite produced naturally and CaF 2 as an industrial by-product.
The contamination of impurities such as SiO 2 , Fe 2 O 3 , CaSO 4 , MgO, and TiO 2 present in the raw material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not substantially impaired.
[0010]
It is necessary that the compounding ratio of the raw materials in the present invention is such that the chemical composition of the expanding material as the product is such that CaF 2 is 10 to 30 parts by weight in the total of 100 parts by weight of CaO and CaF 2 . , 15 to 25 parts by weight. When the content of CaF 2 is less than 10 parts by weight, for example, the material exhibits a rapid expansion property by one day of the material age, and cracks are generated in a portion of the hardened cement body using the expanded material, where the binding force is not effective, or the strength is increased. When CaF 2 exceeds 30 parts by weight, strength developability, expandability, and the amount of prestress introduced tend to decrease.
[0011]
In the present invention, since the decomposition temperature of CaF 2 changes greatly depending on the mixing ratio of the mixture of the raw materials and the content of impurities, the firing temperature during firing is not particularly limited. The temperature is preferably about 000 to 1,450 ° C.
The method of mixing the raw materials is not particularly limited, and an ordinary method can be used.
The heat treatment method for producing the expanding material is not particularly limited, and for example, any method such as firing using a rotary kiln or melting using an electric furnace is possible.
[0012]
The particle size of the expansive substance is not particularly limited because it depends on the purpose and use of the expansive substance, but a Blaine value of 1,500 to 8,000 cm 2 / g is preferable. If it is less than 1,500 cm 2 / g, the strength expression tends to be poor, and if it exceeds 8,000 cm 2 / g, the expandability may not be sufficiently exhibited.
[0013]
The amount of the expanding material used is preferably 50 to 90 parts by weight, more preferably 60 to 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cement admixture comprising the expanding material and the anhydrous gypsum described below. If the amount is less than 50 parts by weight, the expandability may decrease, and if it exceeds 90 parts by weight, a sufficient strength developing effect may not be obtained.
When an amorphous calcium aluminate described below is used in combination, 50 to 80 parts by weight, preferably 55 to 65 parts by weight, is used in 100 parts by weight of a cement admixture comprising an expanding material, amorphous calcium aluminate, and anhydrous gypsum. Parts by weight are more preferred. If the amount is less than 50 parts by weight, the expandability may decrease, and if the amount is more than 80 parts by weight, a sufficient strength developing effect may not be obtained.
[0014]
The anhydrous gypsum used in the present invention is not particularly limited, and natural anhydrous gypsum naturally produced, anhydrous gypsum dehydrated by heat treating gypsum hemihydrate or gypsum, and anhydrous gypsum generated as an industrial by-product, etc. Can be used.
The particle size of the anhydrous gypsum is not particularly limited, but is preferably 2,500 to 9,000 cm 2 / g in Blaine value. If it is less than 2,500 cm 2 / g, the long-term durability may deteriorate, and if it exceeds 9,000 cm 2 / g, the expandability may not be sufficiently exhibited.
[0015]
The amount of the anhydrous gypsum is preferably 10 to 50 parts by weight, more preferably 20 to 40 parts by weight, per 100 parts by weight of the cement admixture comprising the expanding material and the anhydrous gypsum. If the amount is less than 10 parts by weight, the amount of chemical prestress introduced is small, the effect of exhibiting a sufficient strength cannot be obtained, and the ineffective end portion may cause expansion failure, and if it exceeds 50 parts by weight, In some cases, the expandability becomes insufficient or the amount of prestress introduced becomes small.
When amorphous calcium aluminate is used in combination, it is preferably 10 to 40 parts by weight, preferably 20 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cement admixture comprising the expanding material, the amorphous calcium aluminate, and anhydrous gypsum. Is more preferred. If the amount is less than 10 parts by weight, the amount of introduced chemical prestress is reduced, the effect of exerting a sufficient strength is not obtained, and the ineffective end portion may cause expansion failure, and if it exceeds 40 parts by weight, In some cases, the expandability becomes insufficient or the amount of prestress introduced becomes small.
[0016]
The amorphous calcium aluminate used in the present invention preferably has a CaO content of 35 to 45% by weight. If the CaO content is less than 35% by weight, the swelling property and strength development may become insufficient or sufficient crack strength may not be obtained. If the CaO content exceeds 45% by weight, the fluidity is reduced and the workability is reduced. There is a risk of going bad.
Amorphous calcium aluminate is obtained by melting a CaO raw material and an Al 2 O 3 raw material and crushing clinker obtained by quenching.
The melting temperature of the amorphous calcium aluminate varies depending on impurities, but is usually preferably 1,500 to 1,700 ° C.
The particle size of the amorphous calcium aluminate is not particularly limited, but is preferably from 1,500 to 6,000 cm 2 / g in Blaine value. If it is less than 1,500 cm 2 / g, sufficient expandability and crack strength may not be obtained, and if it exceeds 6,000 cm 2 / g, workability may be poor.
[0017]
The amount of the amorphous calcium aluminate used is preferably 5 to 25 parts by weight, more preferably 10 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cement admixture comprising the expanding material, the amorphous calcium aluminate, and anhydrous gypsum. . If the amount of the amorphous calcium aluminate is not within this range, sufficient crack strength may not be obtained.
[0018]
The particle size of the cement admixture of the present invention depends on the purpose and use of the cement admixture, and is not particularly limited. However, it is usually used in the range of 1,500 to 8,000 cm 2 / g in Blaine value. preferable. If it is less than 1,500 cm 2 / g, the strength development may be adversely affected, and if it exceeds 8,000 cm 2 / g, the expandability may not be sufficiently exhibited.
[0019]
The amount of the cement admixture of the present invention varies depending on the purpose of use. When the cement admixture is composed of an expanding substance and anhydrous gypsum, the total amount of cement and cement admixture (hereinafter referred to as binder) is 100 parts by weight. The amount is preferably 3 to 15 parts by weight, more preferably 5 to 12 parts by weight. If the amount is less than 3 parts by weight, the expandability and the amount of prestress introduced are not sufficient.
When the cement admixture is composed of an expanding substance, amorphous calcium aluminate, and anhydrous gypsum, 3 to 20 parts by weight of the cement admixture is preferable in 100 parts by weight of the binder, and 5 to 15 parts by weight is more preferable. preferable. If the amount is less than 3 parts by weight, the expandability and the amount of prestress introduced are not sufficient.
[0020]
Examples of the cement include various portland cements having ordinary, high strength, ultra-high strength and moderate heat, various mixed cements obtained by mixing a pozzolan material such as blast furnace slag and silica with these portland cements, and alumina cement.
The effect of the cement admixture of the present invention is remarkable especially when used in combination with a mixed cement.
[0021]
In the present invention, the amount of water used is not uniquely determined by the type and blending amount of the material used, but usually the water / binder ratio is preferably 25 to 50% by weight, and 30 to 40% by weight. % Is more preferred. If it is less than 25% by weight, sufficient workability may not be obtained, and if it exceeds 50% by weight, sufficient strength development may not be obtained.
In addition, for properties of concrete kneaded with such kneading water, for example, in the case of centrifugal force molded products such as fume tubes, piles, and poles, use relatively hard concrete having a slump value of about 2 to 8 cm. It is preferable in terms of the suppression of slag generated during centrifugal force forming and the resistance to material separation, and in the case of U-shaped concrete or box culvert, it is preferable to use relatively soft concrete with a slump value of about 10 to 22 cm. It is preferable from the viewpoint of improving the filling property.
[0022]
In the present invention, in addition to cement and cement admixtures, setting regulators, water reducing agents, high performance water reducing agents, AE agents, AE water reducing agents, high performance AE water reducing agents, thickeners, aggregates such as sand and gravel, Cement hardened materials, rust preventives, antifreezes, polymer emulsions, clay minerals such as bentonite, ion exchangers such as zeolite, hydrotalcite and hydrocalumite, inorganic sulfates such as aluminum sulfate and sodium sulfate, inorganic One or more of phosphate, boric acid, and the like can be used in combination as long as the object of the present invention is not substantially inhibited.
[0023]
In the present invention, the mixing method of each material is not particularly limited, and each material may be mixed at the time of construction, or a part or all may be mixed in advance.
As the mixing device, any existing stirring device can be used, and for example, a tilting mixer, an omni mixer, a V-type mixer, a Henschel mixer, a Nauter mixer and the like can be used.
[0024]
The method for molding the concrete product of the present invention is not particularly limited, as long as the mold can be normally filled with concrete.For example, for fume pipes, piles, poles, etc., centrifugal force molding is generally used. For U-shaped concrete and box culverts, there is a method of compacting by applying vibration with a vibrator or the like, or fluidizing the concrete itself to make concrete unnecessary to compact, and filling by pouring.
The method of forming the centrifugal molded product is not particularly limited. For example, it is common to fill a slump of about 5 cm of concrete and perform centrifugal molding, and usually, an acceleration of about 1 to 50 G is used. In many cases, centrifugal forming is performed in three to four stages of low speed, medium speed, and high speed.
[0025]
The curing method for producing the concrete product of the present invention is not particularly limited, and includes, for example, normal temperature / normal pressure curing, heating curing, pressure curing, steam curing, and high temperature / high pressure steam curing. Although any curing method such as (autoclave curing) can be applied, a method of promoting the hydration of cement by heating while preventing moisture depletion, such as steam curing or autoclave curing, is preferable.
It is also possible to cover a portion exposed from the mold with a sheet or the like.
Here, as the heating conditions, for example, curing is generally performed in three stages of heating, keeping and cooling, and the heating rate is usually preferably about 5 to 25 ° C./h, preferably 10 to 25 ° C./h. ~ 20 ° C / h is more preferable. If it is less than 5 ° C./h, the curing time will be long, and it will be uneconomical. If it exceeds 25 ° C./h, the dimensional stability may be poor.
Further, the heat retention is not particularly limited, and is usually about 40 to 80 ° C, and more preferably about 50 to 70 ° C. If the temperature is lower than 40 ° C., sufficient strength development may not be obtained. If the temperature exceeds 80 ° C., dimensional stability may be deteriorated.
And the heat retention time is usually preferably about 1 to 10 hours, more preferably 2 to 8 hours. If the time is less than 1 hour, sufficient strength development may not be obtained, and if the time exceeds 10 hours, dimensional stability may be deteriorated.
Further, the cooling rate is preferably such as to allow rapid cooling, such as natural cooling, and is usually preferably 30 ° C./h or less. If it exceeds 30 ° C./h, cracks tend to be easily formed in the concrete.
When performing steam curing, autoclave curing, or the like, it is preferable to perform pre-curing at room temperature for about 3 to 8 hours after filling the kneaded concrete into a mold. If pre-curing is not performed, strength development and dimensional stability may deteriorate.
The concrete product of the present invention is generally cured even after demolding.In general, curing such as underwater curing, watering curing, and compress curing is performed while preventing moisture depletion. It is preferable from the viewpoints of properties and dimensional stability.
[0026]
The reinforcing method may be the same as that of a conventional box culvert or fume tube having an RC structure, and the kneading method may be a commonly used method, and is not particularly limited.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0028]
Example 1
Limestone flour as a CaO material, using fluorite as CaF 2 raw material, the mixture at the highest firing temperature 1,300 ° C., b - Tali - kiln fired by using the resulting clinker - was crushed and shake The swelling material was obtained by adjusting the negative value to 3,000 ± 200 cm 2 / g.
Each unit dose, binder 500 kg / m 3, fine aggregates 708kg / m 3, coarse aggregate 953kg / m 3, and the water 193 kg / m 3, a cement consisting of expanded material 70 parts by weight of anhydrous gypsum 30 parts by weight 7 parts by weight of the admixture was mixed with 100 parts by weight of the binder, and the concrete kneaded material was kneaded.
Using the kneaded concrete, three kinds of pipes having a standard value of 8,400 kgf / m were formed by centrifugal force using fume pipes of φ1,200 mm and L2,430 mm.
The centrifugal force forming conditions were a low speed of 200 rpm for 2 minutes, a medium speed of 350 rpm for 2 minutes, and a high speed of 600 rpm for 6 minutes.
After centrifugal force forming, pre-curing was performed at room temperature for 4 hours, the formed fume tube was heated at a heating rate of 16 ° C./h, steam-cured at 65 ° C. for 4 hours, and allowed to cool naturally.
After 24 hours from the end of concrete kneading, the mold was released, water-cured for 6 days thereafter, and the crack strength was measured on the 7th day. Table 1 shows the results.
[0029]
<Material used>
CaO raw material: Limestone powder from Aomi mine, Denki Kagaku Kogyosha, 4,230 cm 2 / g
CaF 2 raw material: Matsushita Mining Co., Ltd. natural fluorite powder expanding material A: CaO and CaF 2 in 100 parts by weight in total, 5 parts by weight of CaF 2 Expanding material B: CaO and CaF 2 in 100 parts by weight in total, CaF 2 10 parts inflation material C: total of 100 parts by weight of CaO and CaF 2, CaF 2 20 parts by weight expandable substance D: total of 100 parts by weight of CaO and CaF 2, CaF 2 30 parts by inflation material E: CaO and CaF 2 35 parts by weight of CaF 2 in a total of 100 parts by weight Expanding substance F: trade name “DENKA CSA # 20” manufactured by Denki Kagaku Kogyo, conventional anhydrous gypsum: natural anhydrous gypsum cement α: ordinary Portland cement coarse made by Denki Kagaku Aggregate: Himekawa, Niigata, Gmax = 15mm, specific gravity 2.67
Fine aggregate: from Himekawa, Niigata Prefecture, specific gravity 2.63
Water: tap water The composition of the swelling substance was determined by analyzing the amounts of CaO and F 2 according to JIS R5202, and further converting the F 2 amount to CaF 2 .
[0030]
<Test method>
Crack strength: Crack strength σ bt is σ bt = M / 20t 2 , M = 0.318P cr +0.238 W · r from crack load P cr of the fume tube, where M is a tube when an external pressure test load is loaded. Bending moment (kgf / cm) generated at the bottom, t is the pipe thickness (cm), P cr is the crack load (kgf / m), W is the pipe's own weight (kgf / m), r is the radius to the center of the pipe thickness (cm) ).
[0031]
[Table 1]
Example 2
The procedure was performed in the same manner as in Example 1, except that cement β of blast furnace cement was used as the cement. Table 2 shows the results.
[0033]
<Material used>
Cement β: Blast furnace cement B type manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. [0034]
[Table 2]
Example 3
The procedure was as in Example 2, except that the expanding material C was used and the particle size of the expanding material was changed as shown in Table 3. Table 3 shows the results.
[0036]
[Table 3]
Example 4
The procedure was performed in the same manner as in Example 2 except that the amount of the anhydrous gypsum in 100 parts by weight of the cement admixture was changed by using the expanding material C. Table 4 shows the results.
[0038]
[Table 4]
Example 5
As shown in Table 5, a cement admixture consisting of 60 parts by weight of the intumescent material, 15 parts by weight of amorphous calcium aluminate (A-CA), and 25 parts by weight of anhydrous gypsum was added to 10 parts by weight in 100 parts by weight of the binder. Except having used, it carried out similarly to Example 1. Table 5 shows the results.
[0040]
<Material used>
A-CAA: A mixture of reagent grade 1 calcium carbonate and aluminum oxide at a molar ratio of 10: 8 was melted at 1,650 ° C., and the resulting clinker was crushed and pulverized to obtain a Blaine value of 3,410 cm 2. / G. CaO content 41% by weight
[0041]
[Table 5]
Example 6
The procedure was performed in the same manner as in Example 5 except that cement β was used as the cement. Table 6 shows the results.
[0043]
[Table 6]
Example 7
Using the intumescent material C and A-CA, the amount of anhydrous gypsum in 100 parts by weight of the cement admixture is changed, and the amount of the intumescent material and A-CA are increased and decreased by an equal amount to keep the amount of the cement admixture constant. Except having performed, it carried out similarly to Example 6. Table 7 shows the results.
[0045]
[Table 7]
Example 8
Except that the amount and type of A-CA in 100 parts by weight of cement admixture were changed using expandable substance C, and the amounts of expandable substance and anhydrous gypsum were increased and decreased by an equal amount to keep the amount of cement admixture constant. Was performed in the same manner as in Example 6. Table 8 shows the results.
[0047]
<Material used>
A-CAro: A mixture of reagent first-class calcium carbonate and aluminum oxide at a molar ratio of 10:11 was melted at 1,650 ° C., quenched, and the resulting clinker was pulverized to a Blaine value of 3,010 cm 2. / G. CaO content 33% by weight
A-CAha: A mixture of reagent first-grade calcium carbonate and aluminum oxide at a molar ratio of 10:10 was melted at 1,650 ° C., and the resulting clinker obtained by quenching was pulverized to a Blaine value of 3,150 cm 2. / G. CaO content 35% by weight
A-CAN: A mixture of reagent-grade calcium carbonate and aluminum oxide at a molar ratio of 10: 7 was melted at 1,650 ° C., and the resulting quenched clinker was pulverized to a Blaine value of 3,090 cm 2. / G. CaO content 44% by weight
A-CAho: A mixture of a reagent-grade calcium carbonate and aluminum oxide at a molar ratio of 10: 6 was melted at 1,650 ° C., quenched, and the resulting clinker was pulverized to a Blaine value of 2,980 cm 2. / G. CaO content 48% by weight
[0048]
[Table 8]
Example 9
Cement and cement admixture used in the same manner as in Example 1, the amount of units, each binder 480 kg / m 3, fine aggregates 680 kg / m 3, coarse aggregate 1,085kg / m 3, and water 150 kg / m The concrete was kneaded using 1 part by weight of a high-performance water reducing agent with a part of water with respect to 100 parts by weight of a binder, and then deformed into 10 mm and 13 mm deformed reinforcing bars specified by JIS G 3112. Was cast into a formwork arranged in a conventional manner to form a thin RC box culvert having dimensions of 1,200 × 1,500 mm, a thickness of 100 mm and a design load of 10.4 ton.
The molded thin RC box culvert is heated at a heating rate of 16 ° C./h after 4 hours in front, steam cured at 65 ° C. for 4 hours, allowed to cool naturally, and cracked on 7 days of age. Was measured. The results are shown in Table 9.
For comparison, Table 9 also shows the results obtained by the PC method and the conventional method using a high-strength rebar without adding the cement admixture.
In the conventional method using a PC method or a high-strength reinforcing bar, the addition of a cement admixture has an adverse effect.
[0050]
<Material used>
Water reducing agent: Denka FT-500G manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. Main component: naphthalene-based
<Test method>
Cracking strength: Two pins supported below the neutral axis on the side wall of the bottom plate, and one point loaded at the center of the top plate.
[Table 9]
Example 10
The same procedure was performed as in Example 9 except that cement β was used as the cement. Table 10 shows the results.
[0054]
[Table 10]
Example 11
The procedure was the same as in Example 10, except that the expanding material C was used and the particle size of the expanding material was changed as shown in Table 11. Table 11 shows the results.
[0056]
[Table 11]
Example 12
Example 10 was carried out in the same manner as in Example 10, except that 10 parts by weight of the cement admixture used in Example 5 was added to 100 parts by weight of the binder. Table 12 shows the results.
[0058]
[Table 12]
Example 13
Example 12 was repeated except that cement β was used as the cement. Table 13 shows the results.
[0060]
[Table 13]
【The invention's effect】
As the cement product of the present invention, a fume tube having a large crack strength and a thin box culvert having a large crack load resistance can be manufactured as compared with conventional products.
Claims (5)
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