KR20110038669A - 반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조인트의 도입을 위해 하중전달부재(5)를 구비하는 포장을 사용하고, 반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 본질적으로 고밀도 팽창 폴리스틸렌 블럭을 구비한 기초(1)를 포함하고, 상기 기초는 반연속 시멘트 콘크리트 포장을 지지하며, 상기 포장 거푸집틀은 상기 기초(1)의 상기 폴리스틸렌 블럭에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 각각의 하중전달부재(5) 중에 하나는 조인트 인덕터(8)의 정렬을 위한 2개의 레바(7)를 갖춘 2개의 앵커(6)와 하중지지 순간에 반시계방향으로 회전하고, 하중전달 부재에 의해 발생된 모멘트를 지지하는 순간에 시계방향으로 회전하는 볼 조인트(9)를 구비한다. 이러한 볼 조인트는 하중전달 순간에 굽힘/마찰에 의해 발생된 응력으로부터 콘크리트 슬래브(4)를 해제시키고, 기초가 하중으로부터 발생된 굽힘 모멘트에 영향을 받지 않도록 하며, 이에 따라 슬래브(4)가 본질적으로 압축응력을 받도록 한다. 이러한 볼 조인트에 의해 기초가 상기 폴리스틸렌 블럭에 의해 형성되는 것이 가능하게 된다.

Description

반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템{Monolithic foundation system with homopolymer/resistant aggregate pavement with a semi-continuous configuration}

본 발명은 반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하중을 스스로 흡수, 저하, 이동시킴으로써 구조적인 강점을 갖고, 반면에 결합축의 부등침하(differential settlement)와 마모층(wearing course)을 제공함이 없이 가해진 힘을 견디며, 이러한 힘에 의해 발생된 마멸을 방지하는 하중전달부재에 의해 형성된 조인트를 구비한 반연속 시멘트 콘크리트에 관한 것이다. 이러한 포장은 자연토(natural soil)와는 독립적이고 기층(base)과 보조기층(sub-base)으로써 작용하는 기초에 부설된다.

오늘날, 대단위 공공지역 및 주로 도로와 공항에 사용되는 표면은 강성포장(rigid pavement)과 가요성포장(flexible pavement)으로 형성될 수 있다. 사용된 재료와 관련하여 각각의 시공규정을 갖는 시멘트 콘크리트포장과 역청포장(bituminous pavement)은 이미 잘 알려져 있다.

강성포장의 경우에, 특히 팽창토와 연약점토의 얇은 층에서 나타나는 하부지층(sub-bed)의 특성으로 인해 갑작스럽게 발생되는 변화에 대한 특별한 주의가 요구된다. 이러한 유형의 포장에 있어서, 상기에서 언급된 이유 때문에, 기초에 특별한 주의가 필요하다. 그러므로, 돌, 조약돌, 자갈, 및 가변의 두께를 갖는 사암과 모래와 같은 안정적인 형태를 갖는 다수의 재료, 및/또는 시멘트판(cement board)과 같은 다른 재료가 사용된다. 그러나, 기초를 포함하는 다수층을 부설하는 동안, 토양의 다음에 오는 층에 식물층이 형성될 수 있도록, 토양의 세정이 미리 이행되어야 한다.

기초를 형성하기 위한 다양한 방법이 제시되어 왔고, 이러한 방법은 기초 카테고리, 토지등급, 소류사층(bed layer)에 사용된 재료, 및 플랫폼의 구성을 고려한다. 이는 필요한 특성을 항상 유지할 수 없는 복잡한 기초를 발생시킨다.

상기에서 언급된 모든 유형의 포장은 이러한 포장을 지지하기 위한 특별한 기초를 필요로 한다.

더욱이, 강성포장은 적절히 제정된 규정을 따른다. 포장특성을 결정하는 데 일반적으로 고려되는 기준은 교통량, 하중, 하부지지물 및 배수로와 같은 상황에 밀접한 관련이 있다. 해결해야 할 주된 문제점 중에 하나는 탄성토(elastic soil)에 부설된 포장에 인접한 콘크리트 슬래브 사이에서의 부등침하이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 하중전달부재는 기초에 전달된 하중을 최소화하고 슬래브의 침하를 방지하도록 고려된다. 강성 시멘트 콘크리트 포장의 기술에서 해결해야할 다른 문제점은 슬래브 사이에서의 조인트의 밀봉에 관한 것이다. 콘크리트 포장의 조인트에서 도입슬롯의 밀봉의 기본적인 기능은 물 및 모래, 작은 돌 및 다른 이물질과 같은 비압축성 고체재료의 침입을 방지하는 것이다. 본질적으로 펌핑(pumping)에 의한 주된 이유 때문에, 조인트를 통한 물의 침입은 포장의 내구성에 나쁜 영향을 미치게 되고, 포장을 구성하는 그라인딩(grinding)의 배출에 의해 기초층의 품질저하를 발생시키며, 이에 따라 콘크리트 보드가 보호되지 않고, 침식이 발생하게 된다.(이는 펌핑현상(pumping phenomenon)으로 잘 알려져 있다.)

상기에서 언급된 것과 같은 불편함을 해결하고 및/또는 최소화하기 위해, 본 발명의 출원인은 기초/포장의 일체형 시스템을 개발하였고, 일체형 시스템은 폴리스티렌 블럭과 특별한 하중전달부재로 구성된 포장을 구비한 기초를 사용한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 하중을 스스로 흡수, 저하, 이동시킴으로써 구조적인 강점을 갖고, 반면에 결합축의 부등침하와 마모층을 제공함이 없이 가해진 힘을 견디며, 이러한 힘에 의해 발생된 마멸을 방지하는 하중전달부재에 의해 형성된 조인트를 갖는 반연속 시멘트 콘크리트 포장을 사용하는 것이다. 이러한 포장은 자연토와는 독립적이고, 반연속 콘크리트 포장을 지지하기 위한 기층과 보조기층으로써 작용하는 기초에 부설된다.

본 발명의 시스템에 사용되는 하중전달부재는 기본적으로 포루투갈 특허 제102947호에 공개된 선행기술의 부재이지만, 기초에 폴리스티렌을 사용하기 위해 개선된 부재이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템은 조인트의 도입을 위해 하중전달부재를 구비하는 포장을 사용하고, 반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템에 있어서, 고밀도 팽창 폴리스틸렌 블럭을 구비한 기초를 포함하고, 상기 기초는 반연속 시멘트 콘크리트 포장을 지지하며, 상기 포장 거푸집틀이 상기 기초의 상기 폴리스틸렌 블럭에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 일체형 기초 시스템은 물리적 특성과 화학적 특성을 유지하고, 밀도/무게/체적을 유지하며, 탄성계수와 변형계수(㎏/㎤)를 유지한다. 또한, 열구배에 관한 특성이 변화하지 않고, 밀봉을 유지하며, 100년 이상의 내용연한을 갖는다. 더욱이, 콘크리트 수축 모멘트에서 마찰계수를 감소시키고, 중장비의 도움없이 수작업으로 부설이 가능하다. 또한, 콘크리트 포장을 위한 거푸집을 제공하여 작업속도를 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 일체형 기초 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 신축이음(expansion and contraction joint)의 개략도를 나타낸다.
도 3은 시공이음(construction joint)의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 일체형 기초 시스템의 다른 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 일체형 기초 시스템의 하중전달부재의 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 일체형 기초 시스템의 하부전달부재의 주된 정면도를 나타낸다.

이하에서 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 변형예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.

종래 포장콘크리트에 있어서, 적절한 기초가 콘크리트 처리되는 포장지역에 적용되어 건설되고, 이러한 기초는 슬래브의 연속에 의해 형성된 각각의 다수의 스트립을 포함한다. 차례로, 슬래브는 거푸집틀(formwork)에 의해 제한된다. 최종적으로 슬래브의 콘크리트 처리가 시공된다.

도면으로부터 알 수 있는 것처럼, 기초(foundation, 1)는 일체형 기초 시스템의 내용연한(useful life)에 걸쳐서 안정적으로 유지되는 호모폴리머와 같은 고밀도 팽창 폴리스틸렌 블럭(polystyrene block)을 적용하는 것에 의해 형성되고, 기초의 기술적인 특성(밀도,변형계수)은 웨스터가드 모듈(Westergaard modulus)[K/㎤]의 변경 없이 정상상태를 이루게 된다. 기초(1)는 전체적인 구조의 전달량을 보장하고, 단부에 형성되어야만 한다. 시방서에 의한 밀도와 크기를 갖는 폴리스틸렌 블럭이 자연토(natural soil, 2)의 위에 부설된다. 표면의 수준오차(levelling error)는 3m의 룰러(ruler)에서 5㎜ 초과하지 않아야 한다.

적절한 거푸집틀을 형성하기 위해서, 종래 기술에서처럼 다양한 세립자의 불활성재와 가능한 골조(frame)를 채울 필요가 없다.

본 발명의 일체형 기초 시스템에 사용되는 기층과 보조기층의 기초(1)에 있어서, 기초가 고밀도 팽창 폴리스틸렌으로 형성되기 때문에, 기초는 이러한 재료의 내용연한을 걸쳐서 변화되지 않는 아래와 같은 특별한 기술적인 특징을 구비한다.

- 물리적 특성과 화학적 특성을 유지한다.

- 밀도/무게/체적을 유지한다.

- 탄성계수와 변형계수(㎏/㎤)를 유지한다.

- 열구배(thermal gradient)에 관한 특성의 변화가 일어나지 않는다.

- 밀봉을 유지한다.

- 균일한 지지을 유지한다.

- 100년 이상의 내용연한을 갖는다.

- 콘크리트 수축이 일어나는 순간에 마찰계수를 감소시킨다.

- 중장비의 도움없이 수작업으로 부설이 가능하다.

- 콘크리트 포장(pavement, 3)을 위한 거푸집틀을 제공한다.

- 물을 배출하기 위한 슬로프를 구비한다.

- 특별한 상황에서, 박스의 개방이 요구되지 않는다.

- 물을 배출하기 위한 배수로(gutter)를 구비한다.

- 펌핑된 콘크리트를 사용하여, 많이 붕괴된 콘크리트에 부설하는 것이 가능하다.

- 펌프로 퍼올려지고, 콘크리트 복도(corridor)에 접근이 용이하기 때문에, 콘크리트의 부설을 단순화한다.

- 작업속도를 증가시킬 수 있다.

폴리스틸렌 블럭의 사용은 종래 기초의 기층과 보조기층을 대체한다. 또한, 이러한 폴리스틸렌 블럭은 연속적인 콘크리트 포장을 위한 적절한 거푸집틀을 제공한다. 거푸집틀의 높이는 초기 시방서의 높이에 의해 결정된다. 수평 허용오차는 1㎝와 2㎝ 사이의 길이에서 정해진다. 거푸집틀 부재의 길이는 시방서의 높이에 따라 수평을 맞추고 부설을 하기 위해서 제한된다.

기초(1)와 결과적인 거푸집틀을 부설한 후에, 규정된 작업 시방서에 따라 포장(pavement, 3)에 콘크리트 처리가 된다.

콘크리트 공정은 다음 단계를 포함한다.

준비

길이방향 프로파일의 배치는 지형정밀계측기(topographic precision instrument)의 도움으로 공사현장에 적용된다. 규정된 높이는 최대 50m의 간격으로 콘크리트 복도의 바깥쪽 지면에서 단단한 곳에 놓인 스테이크(stake)에 의해 확인되고, 이에 따라 정밀한 길이방향 프로파일이 시공될 슬래브의 최종높이에 평행하게 형성된다. 곡선의 경우에는, 시방서의 프로파일을 정확히 준수하기 위해서 스테이크 사이의 거리가 감소된다. 콘크리트작업의 적어도 하루 전에 스테이크의 위치설정이 이루어져야 한다. 만약에 검사허가를 받기 위한 부분적인 방해가 없다면, 조인트의 준비와 하중전달부재의 위치는 연속적인 시공을 보장하기 위해서 약 50m의 거리로 콘크리트 처리를 시작한다.

표면에서 물의 배출은 기초(1)(폴리스틸렌 블럭)의 부설과 동시에 시공되는 배수시스템에 의해 보장된다.

콘크리트로부터 물의 배출을 대비하는 콘크리트 복도의 준비

콘크리트로부터 기초(1)로 어떠한 물도 흡수되는 것을 방지하기 위해서, 기초는 대략 0.2㎜의 슬라이딩 컴플렉스(sliding complex)와 20㎝의 덮개로 항상 덮여있어야 한다.

콘크리트의 구성

콘크리트의 구성은 검사관의 승인을 받아야 한다. 콘크리트의 구성은 각각의 특별한 프로젝트를 위해 미리 제정된 규정에 따라야 한다.

제조, 이송, 및 현장시공

- 제조

제조는 바람직하게는 공사현장에서 이루어지고, 장비는 연속적인 부설공정을 보장하기 위해 충분한 성능을 구비한다.

- 이송

이송유형은 검사관에 의한 승인을 필요로 하고, 그렇지 않으면 시멘트 트럭 배합기 또는 덤프 트럭으로 이송된다.

- 현장시공

현장시공은 진동장치로 이행되고, 바람직하게는 교정룰러(corrective ruler)에 의해 보완된다.

모든 표면변화(surface chagre) 또는 표면 지하수부존작용(surface recharge)이 금지된다.

특별한 위치에서, 콘크리트가 부설될 수 있고 진동니들(vibrating needle)에 의해 수작업으로 부설될 수 있다.

거푸집틀을 따라서 슬래브의 모든 단부는 니들진동을 사용하여 진동되어야 한다.

대기상태

많은 비가 오는 날에는 콘크리트 시공이 허용되지 않는다.

표면처리

코팅의 표면처리는 검사관에 의해 미리 승인된 솔(brush)로 새로운 콘크리트를 솔질하는 것에 의해서 형성된다.

가로 조인트와 길이방향 조인트

모든 가로 조인트와 길이방향 조인트가 하중전달부재에 구비된다.

도 2에 신축이음이 나타나 있다. 톱질된 깊이는 적어도 2㎝이어야 한다.

시공이음

시공이음이 도 3에 나타나 있다. 시공이음은 각각의 일일 생산품의 단부에 형성되거나, 콘크리트 공정이 중단된 경우에 형성된다. 도면에서 알 수 있는 것처럼, 조인트의 표면은 평평해야만 하고, 코팅 표면에 대해 수직이어야 한다. 콘크리트 공정이 재개되자마자, 이러한 조인트가 콘크리트의 반대 방향에 위치되고, 앞선 슬래브의 표면을 효율적으로 분리하기 위해 안티솔(Antisol)과 같은 접착방지제로 적셔진다.

도시된 것처럼 특이하게도 포장(3)은 하중전달부재(load transfer plate, 5)를 구비한 다수의 슬래브(slab, 4)에 의해 형성된다. 하중전달부재(5)는 조인트 인덕터(joint inductor, 8)의 정렬을 위한 2개의 레바(rebar, 7)를 갖춘 2개의 앵커(anchor, 6) 및 하중을 지지하는 순간에 반시계방향으로 회전하고, 하중전달부재(5)에 의해 발생된 모멘트를 지지할 때 시계방향으로 회전하는 볼 조인트(ball joint, 9)로 구성된다. 이러한 볼 조인트(9)는 조인트 인덕터(8)의 아래에 위치되고, 볼 조인트의 중심이 상기 조인트 인덕터(8)에 의해 형성된 조인트의 수직축에 배열된다.

이러한 볼 조인트(9)는 하중전달의 순간에 굽힘/마찰에 의해 발생된 응력으로부터 콘크리트 슬래브를 해제시키고, 기초(1)가 하중으로부터 발생된 굽힘 모멘트에 영향을 받지 않는 것을 허용하며, 이에 따라 슬래브(4)는 본질적으로 압축응력을 받게 되고, 통상의 슬래브 기초보다 보다 매우 높은 안전계수를 보장하며, 슬래브(4)의 기초(1)의 긴 수명을 보장하게 한다. 따라서, 하중전달의 순간에 굽힘/마찰에 의해 발생된 응력으로부터 콘크리트 슬래브(4)를 해제시키는 볼 조인트(9)는 콘크리트 슬래브(4)를 더 긴 시간 동안 압축하게 되고, 즉 바꿔말하면 슬래브를 영구적인 응력으로부터 해제시키고, 회전하중에 의해 발생된 진동의 대부분을 제거하게 된다.

슬래브(4)의 기하학적인 특징은 다음과 같다.

- 명목상 두께 : 슬래브에 작용하는 힘에 좌우되어 가변적이다.

- 사이드 그레이드(side-grade) : 형성 단면 프로파일에서 알 수 있는 것처럼 일반적으로 2%이다.

- 명목상 길이 : 슬래브에 작용하는 힘에 좌우되어 5m에서 8m 사이의 값을 갖는다.

- 명목상 폭 : 슬래브에 작용하는 힘에 좌우되어 5m에서 8m 사이의 값을 갖는다.

이러한 슬래브(4)에 다음과 같은 것들이 작용된다.

1 - 때때로 회전하중과 정지하중;

2 - 콘크리트 수축에 의해 발생된 수평하중;

3 - 마찰에 의해 발생된 수평하중;

4 - 하중전달에 의해 결합축의 지지물에서 발생된 슬래브(4)의 파괴;

5 - 펌핑현상과 같은 액체 또는 물의 침투현상

결과적으로, 본 발명은 모든 유형의 불리한 상태에서 성공적인 시험을 거친 포장에 관한 것으로, 본 발명은 조인트를 위한 지지물의 새로운 착상을 가지며, 상기에서 언급된 것처럼 본 발명은 하중전달의 순간에 굽힘/마찰에 의해 발생된 응력으로부터 콘크리트 슬래브(4)를 해제시키는 볼 조인트(9)를 구비한 하중전달부재(5)로 구성되고, 이러한 볼 조인트는 기초가 하중으로부터 발생된 굽힘 모멘트에 영향을 받지 않도록 하고, 이에 따라 슬래브(4)는 본질적으로 압축응력을 받게 된다. 사실, 볼 조인트(9)에 의해 폴리스틸렌 블럭을 구비한 기초(1)가 형성될 수 있다.

화학제/희석액으로부터 기초(1)를 보호하기 위해 조인트 밀봉이 요구된다. 이러한 조인트 밀봉은 조인트 인덕터(8)의 배치에 의해 보증되고, 밀봉은 물(액체) 의 배출을 위한 특정한 슬로프를 구비하며, 완벽한 밀봉을 형성하기 위해 조인트 인덕터(8) 위에 있는 조인트에 주입된 실리콘 형태의 밀봉재(2개의 구성성분을 구비)가 함께 사용된다.

마찬가지로, 기초(1)는 기초의 상부와 측부를 걸쳐 플라스틱재료로 코팅되어야 한다. 수축할 때, 플라스틱재료는 콘크리트 슬래브(4)의 마찰계수를 약 2.5에서 0.5까지 감소시키는 것을 가능하게 한다. 포장(3)표면의 유출에 의해 발생된 어떠한 화학적인 공격에도 대항할 수 있도록 플라스틱재료는 폴리스틸렌 블럭을 밀봉한다.

경제적 측면

본 발명의 시스템에 있어서, 이하에서 설명되는 것과 같은 전통적인 문제점과 비교하여, 이러한 포장을 부설하고 사용함에 따라 비용을 절감할 수 있다.

- 박스개방을 위한 중장비에 비용을 지출할 필요가 없다.

- 굴착

- 선택된 불활성재의 적용

- 재료의 분무

- 불활성재의 소형화(compactation)

- 불활성재의 수평화

즉, 모든 작업은 기초(1)(기층과 보조기층)를 건설하기 위해 선택된 토양의 부설에 관한 것이다.

기초(1)가 수작업으로 부설될 수 있다는 것을 고려한다면, 포장(3)의 부설을 위한 기층과 보조기층에 관한 전체적인 건설개념은 완전히 혁신적인 것이다.

보존작업이 완전히 필요없는 내구성(100년 이상의 내용연한을 갖는)은 우선적으로 다른 지역에 투자하기 위한 공적법인과 개인법인 모두의 자금을 절약할 수 있다.

이러한 기술에 필요한 적은 비용과 긴 내구성은 이런 종류의 기술을 업으로 실시하는 모든 회사의 접근을 용이하게 한다.

1 : 기초, 2: 자연토,
3 : 포장, 4 : 슬래브,
5 : 하중전달부재, 6 : 앵커,
7 : 레바, 8 : 조인트 인덕터,
9 : 볼 조인트.

Claims (7)

1. 조인트의 도입을 위해 하중전달부재를 구비하는 포장을 사용하고, 반연속 배열을 갖는 호모폴리머/저항성 골재포장을 구비한 일체형 기초 시스템에 있어서,
   고밀도 팽창 폴리스틸렌 블럭을 구비한 기초(1)를 포함하고, 상기 기초는 반연속 시멘트 콘크리트 포장을 지지하며, 상기 포장 거푸집틀은 상기 기초(1)의 상기 폴리스틸렌 블럭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 기초 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 시방서에 의해 확정된 치수를 갖는 상기 폴리스틸렌 블럭이 수작업으로 부설되는 것을 특징으로 하는 일체형 기초 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 조인트 인덕터(8)의 정렬을 위한 2개의 레바(7)를 갖춘 2개의 앵커(6)와 하중을 지지하는 순간에 반시계방향으로 회전하고, 하중전달부재(5)에 의해 발생된 모멘트를 지지할 때 시계방향으로 회전하는 볼 조인트(9)로 구성되는 하중전달부재(5)를 특징으로 하는 일체형 기초 시스템.
   
4. 상기 볼 조인트(9)는 하중전달의 순간에 굽힘/마찰에 의해 발생된 응력으로부터 콘크리트 슬래브를 해제시키고, 기초(1)가 하중으로부터 발생된 굽힘 모멘트에 영향을 받지 않도록 유지하며, 상기 슬래브가 본질적으로 압축응력을 받도록 하는 것을 특징으로 하는 제3항에 따른 기초/포장을 실행하기 위한 방법.
   
5. 상기 볼 조인트(9)는 상기 조인트 인덕터(8)의 아래에 위치되고, 상기 볼 조인트의 중심이 상기 조인트 인덕터(8)에 의해 형성된 조인트의 수직축에 배열되는 것을 특징으로 하는 제3항 또는 제4항에 따른 기초/포장을 실행하기 위한 방법.
   
6. 상기 조인트는 화학제/희석액에 대항하여 기초(1)를 보호하기 위해 밀봉되고, 완벽한 밀봉을 형성하기 위해 상기 조인트 인덕터(8)에 주입된 실리콘 형태의 밀봉재를 구비하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 기초/포장을 실행하기 위한 방법.
7. 수축할 때 슬래브 콘크리트의 마찰계수를 약 2.5에서 0.5까지 감소시키기 위해, 상기 기초(1)가 기초의 상부와 측부를 따라 플라스틱재료로 코팅되고, 동시에 포장표면에서 일어날 수 있는 액체의 유출로부터 상기 폴리스틸렌 블럭을 보호하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 기초/포장을 실행하기 위한 방법.

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