KR100439623B1 - 송이를 사용한 경량 투수 레진 콘크리트 - Google Patents

송이를 사용한 경량 투수 레진 콘크리트

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KR100439623B1
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Abstract

본 발명은 송이를 사용한 경량 투수 레진 콘크리트 제조와 이것을 사용한 투수 포장공법에 관한 것이다. 송이는 제주 지역 전역에 광범위하게 분포하는데, 현재까지 마땅한 소비처가 없어 방치자원으로 인식이 되고 있다. 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2mm 이상 10mm 이하 입도의 송이 50∼85중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 잔골재 0∼30중량%와, 합성수지 결합재 5∼30중량%와, 충전재 0∼30중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트 제조 방법과 노상 상면에 필터층을 설치하고, 그 상면에 기층을 설치한 후, 경량 투수 레진 콘크리트 표층을 시공하는 방식의 송이 포장 공법을 발명하였다. 본 발명에 의한 송이 투수 레진 콘크리트는 종래의 투수 콘크리트와 비교하여 압축강도와 휨강도가 높고, 투수성능이 월등히 우수하며, 높은 내구성과 안료를 전혀 사용하지 않아도 천연의 송이색을 나타내는 장점이 있으며, 방치자원을 고부가가치 제품의 개발에 사용하기 때문에 경제적 이점이 있다. 송이 투수 레진 콘크리트를 사용한 도로포장은 시공방법이 매우 간단하여 종래의 도로포장에 필요한 여러가지 공정을 단순화 시켰다. 뿐만아니라, 외관이 아름답고 독특하기 때문에 제주 지역색과 향토미를 잘 나타낸다.

Description

송이를 사용한 경량 투수 레진 콘크리트{Light Weight Resin Porous Concrete using Scoria Aggregate}
본 발명은 송이를 사용한 경량 투수 레진 콘크리트 제조와 이것을 사용한 투수 포장공법에 관한 것이다.
투수 콘크리트에 의한 도로포장은 물과 공기를 지중으로 침투시키거나 대기중으로 자연 증발시켜 토양을 보호하고, 지중 생태계를 보호하며, 지하수를 보존하는 역활을 한다. 특히, 제주도에서는 지하수를 생명수로 간주하고 지하수의 유지 보존이 도민의 생존과 직결된 문제로 간주하고 있다.
송이는 제주 지역 전역에 광범위하게 분포된 천연 경량 광물로, 현재까지 마땅한 소비처가 없어 방치자원으로 인식이 되고 있다. 한편 구조용 인공경량골재는 수입에 의존하는 실정이다.
제주 송이는 기생화산이 폭발하면서 지표로 분출된 용암이 응고되면서 생성된 화산 분출물로 1600oC 이상의 마그마에서 산출된 자연성분이며 규사(SiO2)와 알루미나(Al2O3) 성분이 풍부하다. 물리적 형태는 다공질로된 조립 또는 세립의 화산토, 화산사, 화산탄의 형태로 분포한다. 흡수량과 마모감량이 높고 품질이 일정하지 않아 건설재료로는 부적합하다는 인식이 지배적이다. 따라서 타일과 벽돌 제조와 같이 치장용으로 제한적으로 사용되고 있다. 본 발명은 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2mm 이상 10mm 이하 입도의 송이 50∼85중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 잔골재 0∼30중량%와, 합성수지 결합재 5∼30중량%와, 충전재 0∼30중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트 제조 방법과 이것을 이용한 투수 포장공법에 관한 것이다.
종래의 투수 콘크리트 포장공법의 특징은 도 1에 나타난바와 같이 물, 시멘트, 혼화제, 안료, 세척된 6∼10mm의 단입도 골재를 혼합 운반후, 기층상면에 포설하고 롤러로 다진후, 1일 습윤양생을 하고, 안료혼합 에폭시 수지를 도포한후, 일정 기간의 양생기간을 거친후 교통 개방을 하는 방식이다.
도로 표면을 다양한 색상으로 나타낼 수 있기 때문에 도로의 칼라화를 실현했고, 투수율도 높게 나타나는 장점이 있다. 그러나, 시공과정이 복잡하고, 골재 최대치수가 10mm로 포장표면이 여전히 거칠고, 에폭시로 표면을 코팅하기 때문에 투수성능의 저하가 우려되고, 안료를 사용하기 때문에 공용과 더불어 탈색이 우려된다. 중차량이 운행할 정도의 고강도를 나타내지는 못하는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 단입도 송이와 합성수지 결합재를 사용한 경량 투수 레진 콘크리트를 제공하고 제주 지역 정서에 적합한 도로 포장공법의 발명에 목적이 있다.
즉, 본 발명은 안료를 사용하지 않고 선명하고 독특한 지역색을 나타내는, 지역의 방치 재료를 사용한, 내구성이 우수한, 월등한 투수성능을 갖는, 시공방법이 간단한 경량 투수 레진 콘크리트에 의한 개선된 도로포장 공법을 제공하고자 한다.
도 1 도로 포장용 투수 콘크리트 시공 순서 비교도
도 2 송이 투수 레진 콘크리트를 사용한 도로 포장 단면도
도 3 보통 콘크리트와 투수 콘크리트의 공극 형성 개념도
도 4 송이 입자 결합 원리도
도 5 송이 투수 레진 콘크리트의 표면 사진
도면 부호의 상세한 설명
10 : 송이 투수 레진 콘크리트
20 : 기층
30 : 필터층
40 : 노상
50 : 송이 입자
60 : 결합재 모르터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입도 조정된 송이와 잔골재, 합성수지 결합재 및 충전재를 사용한 단입도 송이 레진 콘크리트를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 입도 조정된 송이와 합성수지 결합재 및 충전재를 사용함으로써 공극을 최대한으로 확보하고 투수성을 극대화한 단입도 송이 레진 콘크리트를 조성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 일실시예로서, 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2mm 이상 10mm 이하 입도의 송이 50∼85중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 잔골재 0∼30중량%와, 합성수지 결합재 5∼30중량%와, 충전재 0∼30중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2.5mm 이상 5mm 이하 입도의 송이 50∼85중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 송이 0∼30중량%와, 합성수지 결합재 5∼30중량%와, 충전재 0∼30중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 3mm 이상 7mm 이하 입도의 송이 50∼85중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 송이 0∼30중량%와, 합성수지 결합재 5∼30중량%와, 충전재 0∼30중량%로 조성되고,투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트를 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 노면에 필터층을 조성하는 단계, 필터층 상면에 기층을 조성하는 단계, 기층 상면에 단입도 송이와 합성수지 결합재 및 충전재가 혼합된 단입도 송이 레진 콘크리트를 포설하는 단계, 다짐 롤러로 포장 표면을 다짐함으로써 조성되는 것을 특징으로 하는 단입도 송이 투수 포장을 제공한다.
본 발명은 일실시예로서, 입도 조정된 송이와 합성수지 결합재 및 충전재를 사용함으로써 공극을 최대한으로 확보하고 투수성을 극대화한 단입도 송이 레진 콘크리트에 의해 제조되는 프리캐스트 투수블록을 제공한다.
송이는 2mm∼10mm의 범위내에서 혼합 또는 단입도로 선택하여 사용한다. 예로 2.5mm∼5mm, 3∼7mm, 4∼8mm 등의 단입도 송이를 선택하여 사용하면 투수성능과 표면의 외관이 균등하게 나타나는 장점이 있다. 각각의 입도마다 표면의 외관이 주는 이미지가 독특하다. 품질은 KS F 2534 구조용 경량골재의 기준에 만족하는 것이 좋다. 송이의 건조 비중은 1.4이상, 단위중량은 600kg/m3이상, 마모감량은 70% 이하가 적당하다. 함수율은 0.5% 이하가 되도록 하여야 한다.
잔골재는 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 천연모래, 부순모래, 재생모래, 고로슬래그 잔골재, 스크리닝스 등이 사용가능하며 더욱바람직하게는 세립의 송이를 사용하는 것이 좋다. 잔골재는 송이 입자의 최소 피복 두께를 형성하여 강도 증진에 기여한다.
합성수지 결합재는 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시, 푸란, 폴리우레탄 등의 액상수지를 사용한다. 합성수지 결합재는 촉진제가 포함된 상태로 개시제만 첨가하면 경화반응이 일어난다. 개시제는 속경형, 표준경화형, 지연형이 있는데, 본 실시예에서는 MEKPO와 DMP로 구성된 표준경화제를 사용하였다. 결합재 중에서 실시예에 사용된 올소 타입(Orthoph thalate type)의 불포화 폴리에스테르 수지는 경화시에 7∼10% 정도의 자기수축을 일으키는데 수축을 감소하기위해서 수축감소제를 혼합하여 사용하였다. 송이의 천연색을 이용하기 위해 투명한 수지를 사용하였다.
충전재는 고로슬래그, 탄산칼슘, 실리카, 석면, 알루미나, 플라이애시 등의 미분말이 사용 가능하다. 분말도는 2500cm2/g 이상, 수분 함량이 0.1% 미만인 것을 사용한다. 충전재는 수지 모르터의 조직을 밀실하게 하고 점성을 부여하는 역활을 한다.
단입도 송이 레진 콘크리트에 사용되는 모든 재료의 품질은 한국산업규격(KS)을 만족하는 것이 좋다.
일반적인 포장 시공순서는 노상을 정리한 후, 필터층을 시공하고, 기층을 시공하고, 단입도 송이 레진 콘크리트를 포설하고 다짐함으로써 완료된다.
필터층은 오염물질을 지하로 투입되는 것을 막고, 노상재료가 기층에 혼입되는 것을 막는 역활을 한다. 부순모래, 강모래, 바다모래, 고로슬래그 잔골재, 스크리닝스 등이 사용가능하다. 바람직하게는 200번체 통과량이 6% 이하의 천연모래가좋다.
기층은 하중을 부담하는 역활을 하며 충분한 지지력을 제공한다. 두께는 사용목적, 설계윤하중크기, 투수 콘크리트의 휨강도, 노상지지력계수에 따라 설계한다. 50mm 이하 치수의 입도조정 혼합골재 또는 재생골재가 사용 가능하며 바람직하게는 종래의 단입도 투수 콘크리트 또는 5∼25mm 치수의 무세골재 콘크리트가 사용 가능하다.
표층은 단입도 송이 투수 레진 콘크리트로 구성되며 포장의 두께는 공원도로, 보행자도로, 자전거도로, 승용차 주차장, 경교통로 등에 따라 설계 윤하중과 투수 레진 콘크리트의 휨강도와 노반 지지력 계수에 의해 설계를 한다.
전체 포장의 두께는 설계 윤하중과 설계 CBR에 의해 결정하며 통상의 설계 공식을 사용한다.
실시예
표 1은 본 발명에 기초한 표층에 사용하는 송이 투수 레진 콘크리트의 압축강도, 휨강도, 투수계수의 실험 결과를 나타내었다. 압축강도는 KS F 2481(폴리에스테르 레진 콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 의해 Φ7.5×15cm 시편을 사용하고, 휨강도는 KS F 2482(폴리에스테르 레진 콘크리트의 휨강도 시험 방법)에 의해 6×6×24cm 시편을 사용하고, 투수계수는 KS F 2322(흙의 투수 시험 방법)에 의해 Φ15×4cm 시편을 사용하고, 시험체는 3개의 시편을 한 조로 평균값을 사용하였다. 20oC 실내에서 10일간 양생후 시험을 실시하였다. 본 발명에 의한 송이 투수 레진콘크리트는 종래의 투수 콘크리트와 비교하여 압축강도, 휨강도, 투수계수가 월등히 높은 것을 알 수 있다. 특히, 투수계수는 최대 10배 이상 높게 나타난다.
송이 투수 레진 콘크리트의 단위중량은 600∼1300kg/m3으로 경량이다.
구분 압축강도/휨강도kgf/cm2 투수계수cm/sec 송이치수mm
실시예 1 182/32 100×10-2 2.5∼5
실시예 2 215/38 70×10-2 2.5∼5
실시예 3 273/47 50×10-2 2.5∼5
실시예 4 290/53 15×10-2 2.5∼5
실시예 5 227/42 180×10-2 2.5∼5
비교예(투수 콘크리트) 180/30 15×10-2 6∼10
표 2는 전체 중량에 대해 송이와 결합재 그리고 충전재의 배합비율을 나타내었다. 구성재료의 비중, 종류, 경제성 등에 따라 배합 비율이 달라지지만, 수지가 흘러내리지 않고 송이를 충분히 코팅할 수 있는 정도의 범위에서 사용한다.
실시예 1은 송이 레진 콘크리트 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 함수율이 0.3% 이하의 2.5∼5mm 단입도 송이 골재 70중량%와 불포화 폴리에스테르 결합재 15중량%와 고로슬래그 미분말 충전재 15중량%로 송이 레진 콘크리트를 조성하였다.
실시예 2는 송이 레진 콘크리트 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 함수율이 0.3% 이하의 2.5∼5mm 단입도 송이 골재 60중량%와, 0.08∼2.5mm 입도의 송이 잔골재 10중량%와, 불포화 폴리에스테르 결합재 15중량%와 고로슬래그 미분말 충전재 15중량%로 송이 레진 콘크리트를 조성하였다.
실시예 3은 송이 레진 콘크리트 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 함수율이 0.3% 이하의 2.5∼5mm 단입도 송이 골재 50중량%와, 0.08∼2.5mm 입도의 스크리닝스 잔골재 15중량%와, 불포화 폴리에스테르 결합재 18중량%와 고로슬래그 미분말 충전재 17중량%로 송이 레진 콘크리트를 조성하였다.
실시예 4는 송이 레진 콘크리트 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 함수율이 0.3% 이하의 2.5∼5mm 단입도 송이 골재 50중량%와, 0.08∼2.5mm 입도의 스크리닝스 잔골재 20중량%와, 불포화 폴리에스테르 결합재 20중량%와 고로슬래그 미분말 충전재 10중량%로 송이 레진 콘크리트를 조성하였다.
실시예 5는 송이 레진 콘크리트 전체 중량을 100%로 기준하는 경우, 함수율이 0.3% 이하의 2.5∼5mm 단입도 송이 골재 83중량%와 에폭시 수지 결합재 17중량%로 송이 레진 콘크리트를 조성하였다.
구분 송이 잔골재 결합재 충전재
실시예 1 70 0 15 15
실시예 2 60 10 15 15
실시예 3 50 15 18 17
실싱예 4 50 20 20 10
실시예 5 83 0 17 0
*단위 : wt.%
표 3은 표 2에 사용된 결합재의 조성을 타나내었다. 제조 회사에 따라 다양한 제품을 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 E사의 불포화 폴리에스테르 제품과 S사의 에폭시 제품을 사용하였다.
결합재 수지 수축감소제 경화촉진제 개시제
불포화 폴리에스테르Unsaturated Polyester 80% 20% 수지의0.5% 수지의1%
에폭시Epoxy 83% - 17% -
공원도로를 설계할 경우, 도 2에서 필터층을 5cm, 기층을 7∼15cm, 단입도 송이 레진 콘크리트 표층을 1.5∼7cm로 설계한다. 표층의 배합설계는 실시예 1에서 실시예 4중에서 택일하여 사용이 가능하다. 배합설계는 본 실시예에만 국한된 것은 아니며, 본 실시예를 기초로 다양한 응용이 가능하며, 본 발명의 범주내로 간주한다.
도 3과 같이 보통 콘크리트는 내부에 공극이 5% 이하로 투수가 불가능한 반면에 고강도 발휘가 가능하다. 종래의 투수 콘크리트는 6∼10mm의 단입도 골재를 시멘트 모르터가 표면을 두껍게 코팅하고, 코팅된 골재의 연결은 조직의 뼈대 역활을 함으로써 소요 강도를 발휘하고 뼈대 사이의 내부 공극이 10∼15% 형성되어 물의 투수가 가능하게 한다. 본 발명에 의한 송이 투수 레진 콘크리트는 2.5∼5mm의 골재에 합성수지 결합재가 얇게 코팅됨으로써, 내부 공극이 15∼20% 형성되고 따라서, 투수율이 높고, 동일 체적 대비 단입자의 밀도가 증가함에 따라 뼈대 조직이 치밀하게 생성됨으로써 고강도를 발휘한다. 도 4에 합성수지 모르터가 송이 입자를 코팅한 개념을 나타내었다. 피복 두께가 너무 얇은 경우 부착강도가 낮아지기 때문에, 적당한 두께의 피복 두께 결정이 중요하다. 따라서, 송이 레진 콘크리트의 파괴는 부착면과 송이 입자가 동시에 발생되도록 피폭 두께와 부착강도를 결정해야 한다. 뿐만아니라 도 5와 같이 송이 레진 콘크리트 표면은 천연의 아름다운 색을나타냄으로써, 지역의 향토성을 나타낸다. 즉, 선별된 치수의 단입도 송이 골재와 합성수지 결합재만을 사용함으로써 간단하게 투수 콘크리트의 품질과 미관을 획기적으로 향상시킨 원리지향적인 신개념의 투수 레진 콘크리트를 발명하였다.
기술공학적인 측면에서의 발명 효과는 종래의 투수 콘크리트와 비교하여 압축강도와 휨강도가 높고, 특히, 투수계수는 최대 10배 이상 높아 고성능을 발휘한다. 송이를 사용한 도로포장은 시공방법이 매우 간편하다. 즉, 치수별로 선별한 단입도 송이와 합성수지 결합재를 혼합한후 포설하고 다짐을 하는 방식으로 시공과정이 매우 단순하고 송이의 중량이 가볍기 때문에 현장의 엔지니어들이 쉽게 시공을 할 수 있다. 송이의 색은 붉은색, 갈색, 검은색 등으로 분류를 할 수 있는데, 안료를 전혀 사용하지 않아도 다양한 천연의 아름다운 색을 나타낸다. 종래의 투수 콘크리트에 의한 도로포장은 투수 콘크리트를 타설한 후 에폭시가 혼합된 붉은색이나 푸른색의 안료를 포설하는 번잡한 과정을 거친다. 더욱이 시간의 경과와 함께, 안료의 색이 탈색하는 단점이 있다. 그러나 본 발명은 천연의 송이색을 그대로 사용하기 때문에 탈색이 되지 않는다. 종래의 투수콘은 6∼10mm 치수의 쇄석을 사용하는데, 입자의 박리나 탈락이 발생하는 경우 외관상 거친 이미지를 주지만, 본 발명에 의한 송이 포장은 2.5∼5mm의 치수를 사용하기 때문에 입자의 탈락이 발생하여도 미관에 영향이 적다. 종래의 투수 콘크리트에 의한 포장은 결합재로 시멘트를 사용하기 때문에 백화현상, 동결융해, 염화칼슘에 의한 콘크리트 조직 손상 등의 취약한 단점이 있다. 그러나, 본 발명에 의한 송이 포장은 결합재로 합성수지를 사용하기 때문에 내구성이 현저히 높다. 사용성 측면에서 종래의 투수 콘크리트에 의한 포장은 시공후 7일 이상 경과후에 통행 개방이 이루어지지만, 본 발명에 의한 송이 포장은 시공후 24시간내에 통행 개방이 가능한 장점이 있다.
사회환경적인 측면에서의 효과는 제주 전역에 분포된 송이는 현재까지 쓸모없는 방치자원으로 인식되었다. 이것을 자원화하여 고부가가치 제품을 제조함으로써 경제적 효과를 유발한다. 송이는 제주지역에만 분포하는 화산쇄설물로 송이를 이용한 도로포장은 지역색과 향토미를 나타내므로 관광지의 특색을 잘 나타낸다. 송이 포장은 강우 유출 억제를 통한 지하수의 유지 보존에 기여한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 입도 조정된 송이와 합성수지 결합재 및 충전재로 구성된 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2.5mm 이상 5.0mm 이하 입도의 송이 50∼85중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 잔골재 0∼20중량%와, 수축감소제와 경화제 및 개시제가 혼합된 불포화 폴리에스테르 수지 결합재 또는 경화제가 혼합된 에폭시 수지 결합재 15∼20중량%와, 고로 슬래그 미분말 충전재 0∼17중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트.
  3. 입도 조정된 송이와 합성수지 결합재 및 충전재로 구성된 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2.5mm 이상 5mm 이하 입도의 송이 50∼80중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 송이 0∼20중량%와, 수축감소제와 경화제 및 개시제가 혼합된 불포화 폴리에스테르 수지 결합재 15∼20중량%와, 고로 슬래그 미분말 충전재 0∼17중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트.
  4. 입도 조정된 송이와 합성수지 결합재 및 충전재로 구성된 송이 레진 콘크리트 중량을 100%로 기준하는 경우, 2.5mm 이상 5mm 이하 입도의 송이 50∼80중량%와, 0.08mm 이상 2.5mm 이하 입도의 송이 0∼20중량%와, 경화제가 혼합된 에폭시 수지 결합재 15∼20중량%와, 고로 슬래그 미분말 충전재 0∼17중량%로 조성되고, 투수계수가 50×10-2cm/sec 이상이고, 압축강도가 100∼400kgf/cm2범위인 것을 특징으로 하는 단입도 송이 레진 콘크리트.
  5. 노면에 필터층을 조성하는 단계, 필터층 상면에 기층을 조성하는 단계, 기층 상면에 단입도 송이와 불포화 폴리에스테르 수지 결합재 또는 에폭시 합성수지 결합재 및 고로 슬래그 미분말 충전재가 혼합된 단입도 송이 레진 콘크리트를 포설하는 단계, 다짐 롤러로 포장 표면을 다짐함으로써 조성되는 것을 특징으로 하는 단입도 송이 투수 포장.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항의 배합비로 제조되는 프리캐스트 투수블록.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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