KR100907556B1 - 해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법 - Google Patents

해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연근해 어업의 생산 증대를 위하여 어류 및 어패류의 보호, 증착 활성을 위하여 설치되는 인공어초 또는 해저 설치 조형물 제조에 사용되는 해저인공구조물용 조성물에 대한 것으로 보다 구체적으로는 실내 불연 내장제, 조형물 제작용 등으로 사용되는 경량 인조석 성분을 포함하는 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 의하면 해수 중에 장기간 노출 되더라도 콘크리트와 같은 견고함을 유지하며, 연근해의 해조류와 어족자원의 증가하는 효과를 갖도록 하며, 해양 생태계를 관광자원으로 활용하기 위한 미적 요소를 지니는 해저 인공구조물을 제공할 수 있다.

Description

해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법{COMPOSITION FOR ARTIFICIAL STRUCTURE AT THE SEA BEDS, THE ARTIFICIAL STRUCTURE PRODUCED BY THE COMPOSITION, AND METHOD FOR PRODUCING THE ARTIFICIAL STRUCTURE}
본 발명은 연근해 어업의 생산 증대를 위하여 어류 및 어패류의 보호, 증착 활성을 위하여 설치되는 인공어초 또는 해저 설치 조형물 제조에 사용되는 해저인공구조물용 조성물에 대한 것으로 보다 구체적으로는 실내 불연 내장제, 조형물 제작용 등으로 사용되는 경량 인조석 성분을 포함하는 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로, 기존의 바다에 어패류를 보호육성하기 위한 방법으로, 폐타이어, 폐선, 폐슬래거 자체를 인공어초로서 투하하거나, 콘크리트를 단독 또는 철골구조물을 복합적으로 이용하는 인공어초를 제조한 후, 투하하는 방법을 사용하여 왔다.
폐타이어의 경우는 이것을 서로 엮어, 해류가 잇는 해안선에 설치하여 플랑크톤이나 해조류가 서식하기 좋은 환경을 만들어 어패류가 증식할 수는 장소를 제 공하는 것이다. 그러나, 폐타이어가 결속에서 풀려나 바다를 떠다니며, 양식장을 파괴하는 부작용을 유발하기도 하였다. 폐선의 경우, 해양 오염이 우려되어 더 이상 사용되지 않는 방법이며, 콘크리트 인공 어초의 경우, 알칼리에 의한 환경오염을 유발한다는 주장이 있으나, 명확한 증거는 없으며, 현재 사용되는 대부분의 인공 어초 소재로 사용되고 있다.
그러나, 과중한 콘크리트의 무게로 인하여 제작 과정과 투하과정이 문제가 되기도 하며, 단조로운 회백색의 색깔로 인하여 해양 구조물의 착색에도 문제가 발생한다. 이러한 착색과 조형 구조물의 제작을 쉽게 할 수 있는 소재로 초경량 인공 암반이 개발 되었으나, 약한 압축 강도로 인하여 인공 어초로 사용될 수 없는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 인공 어초를 제작할 경우, 콘크리트보다 더 좋거나 비슷한 강도를 가지며, 콘크리트보다 가볍거나 목적에 따라 중량도절이 가능하며, 동시에 해조류 성장 촉진제인 황산철을 혼합하여 해조류 성장, 착생을 용이하게 하는 기능성을 부여할 필요성이 대두하였다.
본 발명자는 종래에 알려진 인공어초가 가진 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 인공암반이 경량인 데에 착안하여 인공암반소재를 이용하여 경량이면서도 우수한 강도를 가진 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 알칼리 방출량을 줄여 해저생태계에 주는 영향력 을 최소화 할 수 있는 친 환경적 효과를 가진 해저인공구조물용 조성물, 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보다 경량화된, 고강도의 인공 어초를 제조함으로서 현장의 작업성을 향상 시킬 뿐만 아니라 설계 및 시공에서 자유도를 높여주는 효과를 가진 해저인공구조물용 조성물, 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 황산철을 함유하고 있어 해저 플랑크톤의 증식 및 해조류의 생장을 촉진 할 수 있는 효과를 가진 기능성 인공 암반 어초를 제조할 수 있는 해저인공구조물용 조성물, 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물 및 상기 해저인공구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부, 혼화제 25 내지 50중량부, 및 잔골재 80 내지 200중량부를 포함하는 해저인공구조물용 조성물을 제공한다.
상기 인공암반조성물 100중량부당 굵은 골재 1 내지 200중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼화제는 고강도 혼화제 20 내지 40중량%, 공기연행제 20 내지 40중량% 및 AE감수제 30 내지 50중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부, 혼화제 25 내지 50중량부, 잔골재 70 내지 100중량부, 및 황산철 5 내지 10중량부를 포함하는 해저인공구조물용 조성물을 제공한다.
상기 인공암반조성물 100중량부당 굵은 골재 50 내지 100중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼화제는 고강도 혼화제 20 내지 40중량%, 공기연행제 20 내지 40중량% 및 AE감수제 30 내지 50중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상술된 어느 하나의 해저인공구조물용 조성물로 제조되어 밀도가 1.9g/㎤ 내지 2.3g/㎤이고, 압축강도가 180kgf/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 해저인공구조물을 제공한다.
본 발명은 또한 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물을 준비하는 단계; 상기 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부 및 혼화제 25 내지 50중량부를 혼합하여 액상조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 인공암반조성물에 상기 인공암반조성물 100중량부당 잔골재 80중량부 내지 200중량부를 혼합하여 골재혼합물을 준비하는 단계; 상기 골재혼합물에 상기 액상조성물을 첨가하여 교반하는 단계; 및 상기 교반물을 해저인공구조물용 주형틀에 붓고 성형하는 단계를 포함하는 해저인공구조물 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물을 준비하는 단계; 상기 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부 및 혼화제 25 내지 50중량부를 혼합하여 액상조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 인공암반조성물에 상기 인공암반조성물 100중량부당 황산철 5 내지 10중량부와 잔골재 70중량부 내지 100중량부를 혼합하여 골재혼합물을 준비하는 단계; 상기 골재혼합물에 상기 액상조성물을 첨가하여 교반하는 단계; 및 상기 교반물을 해저인공구조물용 주형틀에 붓고 성형하는 단계를 포함하는 해저인공구조물 제조방법을 제공한다.
상기 골재혼합물은 상기 인공암반조성물 100중량부당 굵은 골재 1 내지 200중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 골재혼합물에 상기 액상혼합물을 첨가하여 교반하는 단계는 상기 액상혼합물의 첨가 3-5회에 걸쳐 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물에 의하면 알칼리 방출량을 줄여 해저생태계에 주는 영향력을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물에 의하면 보다 경량화된, 고강도의 인공 어초를 제조하는 것이 가능하므로 현장의 작업성을 향상 시킬 뿐만 아니라 설계 및 시공에서 자유도를 높여주는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물에 의하면 해조류의 부착성이 좋은 기질이므로 어류에게 좋은 휴식 공간을 제공하여 어족 자원의 증식과 다양한 색상과 형태의 인공 어초를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 해저인공구조물에 의하면 시비재인 황산철을 함유하고 있어 해저 플랑크톤의 증식 및 해조류의 생장을 촉진 할 수 있어 어류와 패조류에게 먹이와 서식환경을 제공하고, 어족자원의 증식에 기여하는 기능성 인공 암반 어초를 제조할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 해저인공구조물은 연근해 어업의 생산 증대를 위하여 어류 및 어패류의 보호, 증착 활성을 위하여 설치되는 인공어초 뿐만 아니라 해저에 설치되는 모든 조형물을 포함하는 개념으로 사용된다.
일반적으로 콘크리트가 해저인공구조물 소재로 사용될 경우 허용되는 최소강도는 180-220 kgf/cm2이므로, 다른 소재로 해저인공구조물을 제작하더라도 해저인공구조물이 그 이상의 강도를 지니게 되면 해저인공구조물로 사용하기에 적합한 소재라 할 수 있다.
한편, 지금까지 인공암반소재는 일반적으로 조형물, 인조바위, 실내장식소재, 실내조경, 영화촬영세트와 같은 특수한 형태의 구조물 제작에 사용되어 왔다. 특히 이 소재는 상당히 부드러운 재료에 속하므로 압축강도가 40kgf/cm2 정도로 약 하여, 실내 내장제로만 사용되어 왔다.
본 발명은 인공암반소재의 경량인 특성을 이용한 새로운 조성의 해저인공구조물용 조성물을 제공하는데, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물은 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부, 혼화제 25 내지 50중량부, 및 잔골재 80 내지 200중량부를 포함한다.
여기서, 상기 해저인공구조물용 조성물에 포함되는 구성성분의 종류 및 성분비는 실험적으로 결정된 최적치로서 그 하한 또는 상한인 경우에는 원하는 결과(해저인공구조물로 사용하기에 적합한 압축강도 180kgf/cm2이상이면서 밀도가 1.9g/㎤ 내지 2.3g/㎤인 경량)를 얻지 못하거나 경제성이 떨어진다.
본 발명의 해저인공구조물용 조성물이 가벼우면서도 적절한 강도를 가진 해저인공구조물을 제조할 수 있게 하는 각 구성성분들의 작용을 살펴보면, 먼저 인공암반조성물에서 시멘트는 펄라이트 및 백운석을 묶어주는 접착제 역할을 하지만, 혼화제와 무기물 골재인 잔골재 및 굵은골재를 투입 할 경우, 시멘트뿐만 아니라 펄라이트 및 백운석도 상기 투입된 무기물 골재의 접착 바인더로 작용하게 되어 상기 해저인공구조물용 조성물이 강하게 고형화 된다. 즉, 펄라이트나 백운석의 무기물이 수용액에서 이온화되어 시멘트의 칼슘이온이 모래나 자갈과 같은 무기물 입자와의 결착을 촉진하는 작용을 하게 되기 때문이다.
또한, 이온화 된 펄라이트와 백운석의 입자가 불순물로 함유되어 잇는 유기 물과 흡착되어 있는 물분자를 탈취하여 무기물 골재 주변으로 물분자를 방출하게 하는 작용을 한다. 그 결과, 바인더가 자체 강도를 가지는 모래 또는 자갈과의 입자간격을 줄여주며, 단단한 분자간의 결합을 유도하게 된다.
따라서, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물에 의하면 단순한 종래의 시멘트 콘크리트보다 비중이 작으면서도 강도가 더 향상된 해저인공구조물용 조성물을 형성 할 수 있게 된다.
또한, 황산철(FeSO4)은 해저에서 조류의 증식과 착생을 용이하게 도와준다고 알려져 있으며, 황갈색의 고체이다. 황산철은 물에 잘 녹으며, 영양무기물인 철분을 인위적으로 공급하는 방법으로 알려져 있다. 다만, 시멘트 콘크리트와 황산철을 혼합 할 경우, 그 강도가 심각하게 감소하는 단점을 가지고 있는데, 이는 수용액의 황산철의 황산이온과 철이온이 시멘트의 칼슘이온이 모래나 자갈 같은 무기 골재와 흡착을 방해하여 시멘트의 수화반응을 일어나지 못하게 하며, 고형화를 저해하기 때문에 이러한 문제점이 해결될 필요가 있다.
따라서 본 발명은 상술된 황산철의 사용상의 문제점을 해결하면서도 해저인공구조물 주위로 수생식물의 번식 환경을 개선하기 위한 노력의 일환으로 콘크리트 내에 황산철을 함께 투입하여 구조물을 건조할 때, 콘크리트 내의 황산철이 미량씩 천천히 녹아들어가며 항상 비슷한 농도를 유지 해 줄 수 있도록 시비재인 황산철을 포함하는 해저인공구조물용 조성물을 제공하는데, 이　경우에는 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부, 혼화제 25 내지 50중량부, 잔골재 70 내지 100중량부, 및 황산철 5 내지 10중량부를 포함한다.
상술된 바와 같이 이 경우에도, 시멘트, 펄라이트, 백운석은 무기물 골재(잔골재)의 접착 바인더로 강하게 작용하게 되는데, 특히 잔골재와의 접착을 방해하는 황산철의 이온인 황산이온과 염을 이루며, 시멘트의 칼슘이온이 모래나 자갈과 같은 무기물 입자와의 결착을 촉진하는 작용을 방해하게 된다. 하지만 수용액에는 단순히 시멘트만을 사용할 때보다 칼슘 이온뿐만 아니라, 칼륨 이온, 나트륨이온이 풍부하게 함유되어, 황산이온이 칼슘이온 뿐만 아니라 다른 이온과 반응할 수 있는 기회를 제공하여, 시멘트만을 바인더로 사용할 경우보다 우수한 접착성을 제공하게 된다. 또한, 황산철을 함유할 경우, 황산이온이 Na2SO4, K2SO4와 같은 염을 형성하며, 물분자와 결합된 수화물 형태로 존재하게 된다. 따라서, 시멘트만을 사용할 경우보다 본 발명의 해저인공구조물용 조성물의 구성성분들과 그 배합비에 의하면 황산철이 함유되어도 바인더와 무기물 골재, 즉 잔골재의 간격을 줄여서 결합력을 증가시키게 되므로 해저인공구조물로서 적합한 강도를 가지게 한다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하기로 한다.
실시예1
해저인공구조물용 조성물1의 제조
(1) 단계1: 펄라이트 60wt%, 백운석 15wt%, 시멘트 25wt%의 조성으로 이루어 진 인공암반조성물을 준비하고, 고강도 혼화제 30wt%, 공기연행제 30wt%, AE감수제 40wt%으로 이루어진 혼화제를 준비하며, 잔골재로는 모래를 굵은 골재로는 자갈을 준비하고, 물을 준비한다. 상기 준비된 구성요소들의 배합비는 하기 표1과 같다.
인공암반조성물 (kg) 모래 (kg) 자갈 (kg) 혼화제 (kg) 물 (kg)
해저인공구조물용 조성물1-1 100 100 0 30 43
해저인공구조물용 조성물1-2 100 200 0 30 43
해저인공구조물용 조성물1-3 100 80 80 50 50
해저인공구조물용 조성물1-4 100 200 200 43 43
(2) 단계2: 상기 표1과 같이 준비된 혼화제와 물을 혼합하여 액상조성물을 준비한다.
(3) 단계3:　준비된 인공암반조성물과 모래 및 자갈을 상기 표1과 같은 배합비로 혼합한다.
(4) 단계4: 단계3에서 혼합된 골재들에 단계1에서 준비된 액상조성물을 첨가하여 교반한다. 이 때 상기 액상조성물과 혼합된 골재들이 혼합될 때 반응열이 발생하므로 액상조성물을 4회에 걸쳐 나누어 섞는다.
(5) 단계4: 교반이 다되어 골재혼합물과 액상조성물이 잘 혼합되어 해저인공구조물용 조성물1-1 내지 1-4가 완성되면, 상기 해저인공구조물용 조성물1-1 내지 1-4를 원하는 모양의 주형틀에 부어 성형하고, 5일 동안 양생 시킨 후, 탈형 하여 해저인공구조물1-1 내지 1-4를 제조한다.
실험예1
실시예1의 해저인공구조물용 조성물1-1 내지 1-4로 제조된 해저인공구조물1-1 내지 1-4의 압축강도 및 밀도를 측정하여 그 결과를 표2에 나타내었다.
압축강도 (kgf/㎠) 밀도 (g/㎤)
해저인공구조물1-1 573.8 1.963
해저인공구조물1-2 467.3 2.183
해저인공구조물1-3 498.9 2.098
해저인공구조물1-4 458.1 2.259
상기 표2로부터 본 발명의 해저인공구조물용 조성물에 의해 제조된 해저인공구조물이 매우 강한 강도를 가지면서도 동시에 상당히 경량인 것을 알 수 있다.
실시예2
해저인공구조물용 조성물2의 제조
(1) 단계1: 펄라이트 60wt%, 백운석 15wt%, 시멘트 25wt%의 조성으로 이루어진 인공암반조성물을 준비하고, 고강도 혼화제 30wt%, 공기연행제 30wt%, AE감수제 40wt%으로 이루어진 혼화제를 준비하며, 황산철을 준비하고, 잔골재로는 모래를 굵은 골재로는 자갈을 준비하며, 물을 준비한다. 상기 준비된 구성요소들의 배합비는 하기 표3과 같다.
인공암반조성물 (kg) 모래 (kg) 자갈 (kg) 황산철 (kg) 혼화제 (kg) 물 (kg)
해저인공구조물용 조성물2-1 100 70 70 5 30 45
해저인공구조물용 조성물2-2 100 83 83 10 30 50
해저인공구조물용 조성물2-3 100 100 0 10 30 50
해저인공구조물용 조성물2-4 100 100 50 10 30 45
해저인공구조물용 조성물2-5 100 100 100 5 30 45
해저인공구조물용 조성물2-6 100 100 100 10 30 45
(2) 단계2: 상기 표3과 같이 준비된 혼화제와 물을 혼합하여 액상조성물을 준비한다.
(3) 단계3:　준비된 인공암반조성물과 황산철, 모래 및 자갈을 상기 표3과 같은 배합비로 혼합한다.
(4) 단계4: 단계3에서 혼합된 골재들에 단계1에서 준비된 액상조성물을 첨가하여 교반한다. 이 때 상기 액상조성물과 혼합된 골재들이 혼합될 때 반응열이 발생하므로 액상조성물을 4회에 걸쳐 나누어 섞는다.
(5) 단계4: 교반이 다되어 골재혼합물과 액상조성물이 잘 혼합되어 해저인공구조물용 조성물2-1 내지 2-6이 완성되면, 상기 해저인공구조물용 조성물2-1 내지 2-6을 원하는 모양의 주형틀에 부어 성형하고, 5일 동안 양생 시킨 후, 탈형 하여 해저인공구조물2-1 내지 2-6을 제조한다.
실험예2
실시예2의 해저인공구조물용 조성물2-1 내지 2-6으로 제조된 해저인공구조물2-1 내지 2-6의 압축강도 및 밀도를 측정하여 그 결과를 표4에 나타내었다.
압축강도 (kgf/㎠) 밀도 (g/㎤)
해저인공구조물2-1 474.9 2.047
해저인공구조물2-2 181.9 2.122
해저인공구조물2-3 432.6 1.925
해저인공구조물2-4 210.4 2.117
해저인공구조물2-5 265.4 2.143
해저인공구조물2-6 189.0 2.171
상기 표4로부터 본 발명의 해저인공구조물용 조성물2와 같이 황산철을 포함하더라도 상기 해저인공구조물용 조성물2에 의해 제조된 해저인공구조물이 해저인공구조물로 사용되기에 충분히 강한 강도를 가지면서도 동시에 경량인 것을 알 수 있다.
실험예3
실시예1 및 실시예2에서 제조된 해저인공구조물1-1 내지 해저인공구조물2-6을 해수에 투여했을 때 pH를 측정하였는데, 실험결과 평균적으로 pH8.5를 유지하는 것을 알 수 있었다.
따라서, 종래의 시멘트 콘크리트로 제조된 해저인공구조물이 해수에서 pH 10 이상의 강알칼리 상태를 만드는 강한 알칼리성인데 반하여, 본 발명의 해저인공구조물용 조성물을 이용하여 제조되는 해저인공구조물은 해수 중에서 pH 8.5 정도를 유지하므로, 상대적으로 약알칼리성을 나타내어 해저생태계에 야기하는 충격을 줄여줄 수 있는 장점이 있는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명에서 상술된 실시예들은 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

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  9. 펄라이트 45 내지 70중량%, 백운석 10-20중량%, 시멘트 20 내지 35중량%를 포함하는 인공암반조성물을 준비하는 단계;
    상기 인공암반조성물 100중량부당 물 40 내지 50중량부 및 혼화제 25 내지 50중량부를 혼합하여 액상조성물을 준비하는 단계;
    상기 준비된 인공암반조성물에 상기 인공암반조성물 100중량부당 황산철 5 내지 10중량부와 잔골재 70중량부 내지 100중량부를 혼합하여 골재혼합물을 준비하는 단계;
    상기 골재혼합물에 상기 액상조성물을 첨가하여 교반하는 단계; 및
    상기 교반물을 해저인공구조물용 주형틀에 붓고 성형하는 단계를 포함하는 해저인공구조물 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 골재혼합물은 상기 인공암반조성물 100중량부당 굵은 골재 1 내지 200중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저인공구조물 제조방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 골재혼합물에 상기 액상혼합물을 첨가하여 교반하는 단계는 상기 액상혼합물의 첨가 3-5회에 걸쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 해저인공구조물 제조방법.
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