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CN108439922A - 一种混凝土胶结料 - Google Patents

一种混凝土胶结料 Download PDF

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CN108439922A
CN108439922A CN201810299477.2A CN201810299477A CN108439922A CN 108439922 A CN108439922 A CN 108439922A CN 201810299477 A CN201810299477 A CN 201810299477A CN 108439922 A CN108439922 A CN 108439922A
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concrete cement
cement material
concrete
water
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CN201810299477.2A
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黄智慧
许玉
黄浩
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
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Abstract

本发明公开了一种混凝土胶结料，属于建筑材料技术领域。本发明研制的混凝土胶结料是由无机胶凝材料、骨料、可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂组成，其中骨料是由复配铝矾土、炭化稻壳料和钢渣组成，而可降解有机聚合物乳液则是由有机聚合物、水、乳化剂和增稠剂组成，所用的添加剂是由尿素、柠檬酸和葡萄糖构成，在配置产品时，先将无机胶凝材料和骨料加入搅拌机中，搅拌混合后，再一次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，搅拌均匀，即得混凝土胶结料。本发明技术方案制备的混凝土胶结料具有优异的力学性能及耐水性能的特点。

Description

一种混凝土胶结料
技术领域
本发明公开了一种混凝土胶结料，属于建筑材料技术领域。
背景技术
水泥砂浆及水泥混凝土的应用历史悠久，是目前用量最大的重要建筑材料之一。尽管混凝土有很多优点，例如有较高的抗压强度，较强的适应性及经济性等，但也有其自身难于克服的缺陷，如抗拉、抗折强度较低，脆性大，柔性低，自重大，凝结硬化较缓慢，干缩量大，抗化学腐蚀能力不强等。20世纪80年代以前修建的工业与民用建筑中有很大一部分正处在加固和维修时期，而现在在建的一些民用及水工建筑物在施工和使用过程中也经常遇到混凝土质量问题，如蜂窝麻面、空洞、大面积损坏等。为恢复其使用功能，需对其进行修补。一般的修补方法是采用普通混凝土或砂浆作为修补材料，但普通混凝土都存在一个共同的特点，即脆性大而韧性不足。主要表现在抗压强度较高，抗拉强度和粘结强度较低、弹性模量高而变形能力差，若将其用于混凝土修补，容易造成界面粘结不牢、开裂而导致混凝土再度损坏等质量问题，在使用中受到一定限制。
针对上述缺点，近十年来混凝土胶结料受到了科研人员的普遍关注，并进行了大量的研究工作，混凝土胶结料的出现，为混凝土工程的加固、修复等提供了有利的条件，其低成本、高性能、粘结力强、使用方便、性能优良、适用面广、使用可靠方便得优点，受到了越来越多人们的青睐。但是传统混凝土胶结料仍存在力学性能不佳，耐水性差的问题，严重阻碍了其推广与应用。
因此，如何改善传统混凝土胶结料力学性能不佳，耐水性差的缺点，以获取更高综合性能的混凝土胶结料，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统混凝土胶结料力学性能不佳，耐水性差的缺点，提供了一种混凝土胶结料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种混凝土胶结料，是由以下重量份数的原料组成：
无机胶凝材料 80～100份
骨料 120～200份
可降解有机聚合物乳液 30～40份
水 40～50份
巴氏芽孢杆菌 8～10份
添加剂 3～5份
所述骨料是由以下重量份数的原料组成：60～80份复配铝矾土，8～10份炭化稻壳料，8～10份钢渣；
所述可降解有机聚合物乳液是由以下重量份数的原料配置而成：40～60份有机聚合物，80～150份水，8～10份乳化剂，3～5份增稠剂；
所述混凝土胶结料配置过程为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）先将无机胶凝材料和骨料加入搅拌机中，搅拌混合后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，搅拌均匀，即得混凝土胶结料。
所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥，CA-60型铝酸盐水泥，CA-70型铝酸盐水泥或CA-80型铝酸盐水泥中的任意一种。
所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成：10～20份粒径为3.2～5.0mm的铝矾土粉，20～30份粒径为1.2～3.0mm的铝矾土粉，20～30份粒径为0.4～0.9mm的铝矾土粉，10～15份粒径为0.1～0.3mm的铝矾土粉。
所述炭化稻壳料制备过程为：将稻壳粉碎过筛后，置于炭化炉中，于氮气保护状态下，升温至680～880℃，保温炭化4～6h，出料，得炭化稻壳料。
所述钢渣为高炉钢渣、转炉钢渣或平炉钢渣中的任意一种。
所述有机聚合物为聚羟基醋酸、聚羟基丁酸酯、聚乳酸、乳酸-聚乙二醇嵌端共聚物或聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物中的任意一种。
所述乳化剂为茶皂素或卵磷脂中的任意一种。
所述增稠剂为壳聚糖、聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的任意一种。
所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成：8～10份尿素，10～15份柠檬酸，8～10份葡萄糖。
本发明的有益效果是：
本发明首先采用无机胶凝材料和有机聚合物乳液复配使用，产品使用后，在无机胶凝材料固化过程中，水泥从乳液中吸收水分，进行水化反应并逐渐硬化固化，而乳液则因为失水而变稠，最后结合形成连续的有机物，形成的有机物填充于水泥形成的水化凝胶网络体系中，且本申请所添加的聚合物主链大都是由脂肪族结构单元组成，通过易水解的酯链连接而成，且主链柔软，加入后，有利于改善混凝土固化后的脆性，提高韧性，再者，该类聚合物在后期使用过程中，可被体系中添加的微生物降解，降解后原本聚合物占据的空间得以释放，另外，在微生物作用下，其代谢产物可与水泥水化产生的游离钙离子结合，形成碳酸钙结晶，且由于微生物细胞表面带有负电荷，一旦有晶体产生即可被微生物细胞表面吸附，因此，微生物的存在还可以起到诱导碳酸钙晶体生长的作用，使碳酸钙晶体填充于聚合物消失后留下的孔隙中，又因为微生物代谢产物和钙离子皆可溶于水中，因此可在混凝土残留的狭小孔隙中扩散，两者相遇后形成碳酸钙沉淀，从而将混凝土内部狭小的孔隙填充，使混凝土内部致密度得到有效提升，产品的后期力学性能得到有效保障；同时，微生物的呼吸作用可产生部分气体，产生的气体可被密实后的混凝土封存于内部，并在混凝土内部产生气阻，从而提高混凝土的耐水性能。
具体实施方式
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过120～180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以400～500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以3～5℃/min速率程序升温至680～880℃，保温炭化4～6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取60～80份复配铝矾土，8～10份炭化稻壳料，8～10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为10：1～30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合2～5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取40～60份有机聚合物，80～150份水，8～10份乳化剂，3～5份增稠剂，混合后，于转速为8000～10000r/min条件下，高速剪切2～3h，出料，得可降解有机聚合物乳液；按重量份数计，依次取80～100份无机胶凝材料，120～200份骨料，30～40份可降解有机聚合物乳液，40～50份水，8～10份巴氏芽孢杆菌，3～5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以80～120r/min转速搅拌混合45～60min后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，继续搅拌混合2～3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥，CA-60型铝酸盐水泥，CA-70型铝酸盐水泥或CA-80型铝酸盐水泥中的任意一种。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成：10～20份粒径为3.2～5.0mm的铝矾土粉，20～30份粒径为1.2～3.0mm的铝矾土粉，20～30份粒径为0.4～0.9mm的铝矾土粉，10～15份粒径为0.1～0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣、转炉钢渣或平炉钢渣中的任意一种。所述有机聚合物为聚羟基醋酸、聚羟基丁酸酯、聚乳酸、乳酸-聚乙二醇嵌端共聚物或聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物中的任意一种。所述乳化剂为茶皂素或卵磷脂中的任意一种。所述增稠剂为壳聚糖、聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的任意一种。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成：8～10份尿素，10～15份柠檬酸，8～10份葡萄糖。
实例1
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至880℃，保温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份炭化稻壳料，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取60份有机聚合物，150份水，10份乳化剂，5份增稠剂，混合后，于转速为10000r/min条件下，高速剪切3h，出料，得可降解有机聚合物乳液；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，40份可降解有机聚合物乳液，50份水，10份巴氏芽孢杆菌，5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述有机聚合物为聚羟基醋酸。所述乳化剂为茶皂素。所述增稠剂为壳聚糖。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成10份尿素，15份柠檬酸，10份葡萄糖。
实例2
按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取60份有机聚合物，150份水，10份乳化剂，5份增稠剂，混合后，于转速为10000r/min条件下，高速剪切3h，出料，得可降解有机聚合物乳液；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，40份可降解有机聚合物乳液，50份水，10份巴氏芽孢杆菌，5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述有机聚合物为聚羟基醋酸。所述乳化剂为茶皂素。所述增稠剂为壳聚糖。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成10份尿素，15份柠檬酸，10份葡萄糖。
实例3
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至880℃，保温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份炭化稻壳料，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，50份水，10份巴氏芽孢杆菌，5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成10份尿素，15份柠檬酸，10份葡萄糖。
实例4
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至880℃，保温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份炭化稻壳料，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，40份天然橡胶乳液，50份水，10份巴氏芽孢杆菌，5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入天然橡胶乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成10份尿素，15份柠檬酸，10份葡萄糖。
实例5
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至880℃，保温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份炭化稻壳料，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取60份有机聚合物，150份水，10份乳化剂，5份增稠剂，混合后，于转速为10000r/min条件下，高速剪切3h，出料，得可降解有机聚合物乳液；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，40份可降解有机聚合物乳液，50份水，5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水和添加剂，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述有机聚合物为聚羟基醋酸。所述乳化剂为茶皂素。所述增稠剂为壳聚糖。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成10份尿素，15份柠檬酸，10份葡萄糖。
实例6
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至880℃，保温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份炭化稻壳料，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取60份有机聚合物，150份水，10份乳化剂，5份增稠剂，混合后，于转速为10000r/min条件下，高速剪切3h，出料，得可降解有机聚合物乳液；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，40份可降解有机聚合物乳液，50份水，10份酵母菌，5份添加剂，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、酵母菌和添加剂，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述有机聚合物为聚羟基醋酸。所述乳化剂为茶皂素。所述增稠剂为壳聚糖。所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成10份尿素，15份柠檬酸，10份葡萄糖。
实例7
将稻壳倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉置于炭化炉中，以500mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至880℃，保温炭化6h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取80份复配铝矾土，10份炭化稻壳料，10份钢渣，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，即为骨料；按重量份数计，依次取60份有机聚合物，150份水，10份乳化剂，5份增稠剂，混合后，于转速为10000r/min条件下，高速剪切3h，出料，得可降解有机聚合物乳液；按重量份数计，依次取100份无机胶凝材料，200份骨料，40份可降解有机聚合物乳液，50份水，10份巴氏芽孢杆菌，先将无机胶凝材料和骨料加入混凝土搅拌机中，以120r/min转速搅拌混合60min后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌，继续搅拌混合3h，即得混凝土胶结料。所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥。所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成20份粒径为5.0mm的铝矾土粉，30份粒径为3.0mm的铝矾土粉，30份粒径为0.9mm的铝矾土粉，15份粒径为0.3mm的铝矾土粉。所述钢渣为高炉钢渣。所述有机聚合物为聚羟基醋酸。所述乳化剂为茶皂素。所述增稠剂为壳聚糖。
对比例：济南某化工有限公司生产的混凝土胶结料。
将实例1至7所得的混凝土胶结料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：按照GB/T17671对试件进行标准养护28d后检测试件抗压强度及抗折强度，并计算压折比；
2.耐水性：参照JT/T 1129检测试件24h吸水率。
具体检测结果如表1所示：
表1：力学性能及耐水性能具体检测结果
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的混凝土胶结料具有优异的力学性能及耐水性能的特点，在建筑材料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (9)

1.一种混凝土胶结料，其特征在于，是由以下重量份数的原料组成：
无机胶凝材料 80～100份
骨料 120～200份
可降解有机聚合物乳液 30～40份
水 40～50份
巴氏芽孢杆菌 8～10份
添加剂 3～5份
所述骨料是由以下重量份数的原料组成：60～80份复配铝矾土，8～10份炭化稻壳料，8～10份钢渣；
所述可降解有机聚合物乳液是由以下重量份数的原料配置而成：40～60份有机聚合物，80～150份水，8～10份乳化剂，3～5份增稠剂；
所述混凝土胶结料配置过程为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）先将无机胶凝材料和骨料加入搅拌机中，搅拌混合后，再依次加入可降解有机聚合物乳液、水、巴氏芽孢杆菌和添加剂，搅拌均匀，即得混凝土胶结料。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述无机胶凝材料为CA-50型铝酸盐水泥，CA-60型铝酸盐水泥，CA-70型铝酸盐水泥或CA-80型铝酸盐水泥中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述复配铝矾土是由以下重量份数的原料复配而成：10～20份粒径为3.2～5.0mm的铝矾土粉，20～30份粒径为1.2～3.0mm的铝矾土粉，20～30份粒径为0.4～0.9mm的铝矾土粉，10～15份粒径为0.1～0.3mm的铝矾土粉。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述炭化稻壳料制备过程为：将稻壳粉碎过筛后，置于炭化炉中，于氮气保护状态下，升温至680～880℃，保温炭化4～6h，出料，得炭化稻壳料。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述钢渣为高炉钢渣、转炉钢渣或平炉钢渣中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述有机聚合物为聚羟基醋酸、聚羟基丁酸酯、聚乳酸、乳酸-聚乙二醇嵌端共聚物或聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述乳化剂为茶皂素或卵磷脂中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述增稠剂为壳聚糖、聚乙烯醇或羧甲基纤维素中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种混凝土胶结料，其特征在于：所述添加剂是由以下重量份数的原料复配而成：8～10份尿素，10～15份柠檬酸，8～10份葡萄糖。
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