JP3748435B2 - 溶着補強用繊維シート - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材を補強するための補強用繊維シートに関し、更に詳しくは、一般的な建築構造物、例えば、建築物の柱、梁、スラブ、壁、橋脚、橋桁、床版、トンネル覆工等に対して補強用として使用される補強用繊維シートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
通常、建築構造物は、種々の外力、衝撃、振動等を受ける状態にあることから、建築基準等に合わせた厳密な構造設計(耐震設計、強度設計等)がなされている。
しかし、阪神大地震等による地震の倒壊状態から建築構造物(例えば高速道路等の橋脚)は、意外なほど強度的に劣るものであることが明かになった。
それは、建築構造物の構造設計の他に、その材質(例えばコンクリート等)の強度低下に問題があるためとされている。
【0003】
このようなことから建築構造物を補強して強度を向上させる対応策が必要となっている。
しかし、既に作られた建築構造物の構造自体を新たに造り変えることや、その材質を変更することは技術的にもまたコストの面からも難しい。
そのため、現時点では、既に建築されている建築構造物(例えば、建屋の柱、高速道路橋脚等)を補強するため、その周囲に補強材である鋼板を取り付ける手法が多く採用されている。
しかし、鋼板は、重量が嵩み搬入に手間取ることや、溶接等の手段が必要である等の欠点があることから、鋼板の代わりに、補強のための繊維シートを補強対象部材の周囲に接着等により貼り付け固定する方法が開発された。
【0004】
この方法として、例えば特許文献1に示すような構築物の補強方法がある。
この方法は、支持体シートの両面に強化繊維を一方向に配列して接着した一方向配列強化繊維シートを使って構築物に貼り付け補強する方法で、一般に、施工効率が良いとされている。
構築物の表面に貼り付けるには、施工性の点から支持シートは極力柔軟性に富むことが重要であるが、支持シートがクロス状とかフィルム状であるために、シート全体としてはいまいち柔軟性に劣ることが欠点である。
また、他の方法として、例えば特許文献2に示すような構造物の補強方法がある。
【0005】
この方法では、アラミド補強繊維群を一単位として、それを間隔を持って畝状に配列させ、この畝状の繊維群を補強繊維で束ね、畝間で経編組織で絡ませて結束させたアラミド補強繊維シートとしている。
そして、このアラミド補強繊維シートを補強対象物に接着させることにより補強している。
この方法では、前者のものよりは柔軟性があるが、畝間で絡みが生じているために、この部分の厚さが厚くなり必ずしも満足できる柔軟性は得られない。
また、絡み部分を有しているがためにシート全体として厚さにムラができる欠点がある。
【0006】
更にまた、他の方法として、例えば特許文献3に示すような複合成形体強化用基布がある。
これは、高強度、高剛性及び高弾性率を有するマルチフィラメントの無撚糸または甘撚糸を経糸とし、接着剤を含む甘撚糸または無撚糸を緯糸とし、多数配列した経糸の片面に緯糸を重ね、その交点において両者を接着させて得られる複合成形体強化用基布であり、コンポジットとして使用するものである。
しかし、緯糸において、接着剤の付与状態によって、マルチフィラメントの経糸に対して、接着強度が異なるためにムラができること、極端には接着剤が付与されない部分が生じてその部分で経糸との接着不可となること、更にまた、製造する場合、緯糸に対する接着剤の付与工程が余分に必要であること等の難点がある。
【0007】
【特許文献1】
特許第2819333号公報
【特許文献2】
特開平10−102364号公報
【特許文献3】
特開昭59−83619号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる実情を背景に、上記の問題点を克服するためになされたものである。
すなわち、本発明は、厚さムラが極力少なく且つ柔軟性に優れ、しかも施工性にも優れた補強用繊維シート及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かくして、本発明者は、このような課題背景に対して、鋭意研究を重ねた結果、繊維束を結束しなくても、施工時に、補強対象物に接着された補強繊維糸がその表面に対して浮き上がらない程度に両側面から保持されていれば施工性に問題ないことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。
【0010】
即ち、本発明は、(1)、強化繊維糸を一方向に多数配列して成る束シートに対して、該束シートの表裏両側面に束シートとは異なる方向に熱溶着性を有する単一温度で全体的に溶融する単一材料の緯糸を圧接溶着し、該緯糸を径方向に潰して束シートを一体に保持したことを特徴とする建築構造物の周囲面に貼り付けて補強するための補強用繊維シートに存する。
【0011】
そして、(2)、異なる方向が、束シートに対して直角方向である補強用繊維シートに存する。
【0012】
そしてまた、(3)、異なる方向が、束シートに対して傾斜した方向である補強用繊維シートに存する。
【0013】
そしてまた、(4)、表裏両側面の各緯糸が、傾斜しており、一方側から見て同じ傾斜度である補強用繊維シートに存する。
【0014】
そしてまた、(5)、表裏両側面の各緯糸が、傾斜しており、一方側から見て異なる傾斜度である補強用繊維シートに存する。
【0015】
そしてまた、(6)、表裏両側面の各緯糸が、傾斜しており、一方側から見て表側面と裏側面では異なる傾斜度であり、表側面と裏側面とでは各緯糸が交差している補強用繊維シートに存する。
【0016】
そしてまた、(7)、表裏両側面の各緯糸のピッチ間隔が表側面と裏側面とでは異なっている補強用繊維シートに存する。
【0017】
そしてまた、(8)、表裏両側面の各緯糸のピッチ間隔が表側面と裏側面とでは同じである補強用繊維シートに存する。
【0018】
そしてまた、(9)、強化繊維糸がアラミド繊維又は炭素繊維である補強用繊維シートに存する。
【0019】
そしてまた、(10)、緯糸は、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアクリルニトリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ボリオレフィン系繊維、又はポリウレタン系繊維である補強用繊維シートに存する。
【0020】
本発明は、この目的に沿ったものであれば、上記1〜10の中から選ばれた2つ以上を組み合わせた構成も採用可能である。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
この補強用繊維シートは、一般的な建築構造物、例えば、建築物の柱、梁、スラブ、壁、橋脚、橋桁、床版、トンネル覆工等に対して補強用として有用されるものである。
特に、それらの建築構造物の周囲面に貼り付けて補強することが、多く行われる。
【0022】
【第1の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)はその平面図を示し、(B)はその側面図を示す。
補強用繊維シートAは、一方向に配列されている強化繊維糸1Aが多数本集まった束シート1がベースとなっている。
また更に強化繊維糸1Aは、多数の繊維(数百本〜数千本程度)よりなる。
強化繊維糸1Aの太さ(繊度)は、通常、1000〜30000dT(デシテックス)のものが採用され、無撚糸又は甘撚糸が使われる。
強化繊維糸1Aの材質としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維等が使用される。
【0023】
束シート1の目付としては、例えば、100〜800g/m2 程度が採用される。
このような束シート1の表裏両側面に束シート1の長さ方向とは異なる方向に緯糸2,3が溶着されて補強用繊維シートが形成されている。
このような補強用繊維シートAにおいては、緯糸2,3が、多数本集まった強化繊維糸1Aよりなる束シート1を、両側面(すなわち表側面及び裏側面)から把持するように添わせて配置されているために、束シート全体が一体となって的確に保持される。
【0024】
この実施の形態では、緯糸2,3は、束シート1の方向に対しては直角方向に配置されており、しかも表側面に溶着される緯糸2と、裏側面に溶着される緯糸3とは、同じ間隔(ピッチ)Pで配置されている。
この間隔(ピッチ)Pは、例えば、5mm、10mm、15mm等のように、いわゆる粗な状態に配置されている。
そして一方向から見た場合に同じ位置に重ならないようになっている(尚、図1は、表側面と裏側面の緯糸がそれぞれ半ピッチずれているものを示す)。
緯糸2,3としては、束シートに対して加熱して溶着することができる性質(すなわち熱溶着性)を有するものが使用される。
【0025】
例えば、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアクリルニトリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ボリオレフィン系繊維、又はポリウレタン系繊維等が使用される。
そして、緯糸2,3の糸形態としては、紡績糸、モノフィラメント糸、或いはマルチフィラメント糸が使用される。
【0027】
次に、このように補強用繊維シートを製造する方法を示す。
図2は、補強用繊維シートを製造方法を概略的に示した図である。
まず、前もって、強化繊維糸1Aを一定の本数(例えば、数百本程度)にまとめて独立した束状の繊維束Xとなった状態とする。
この束状の状態となった繊維束Xを複数束、例えば20束、水平方向に並べて束シート1とした状態で、束シート1の長さ方向に一定速度で供給する。
もっとも、このように繊維束Xにした後、更に束シート1に形成するようなことなく、いきなり、強化繊維糸1Aを多数の本数、水平方向に並べて束シート1とすることも可能である。
【0028】
この供給移動する束シート1に対して、表側面と裏側面に、束シート1の方向と直角方向に緯糸2を供給していく。
ここで緯糸2は、先述したように熱を加えることにより溶融して束シートに溶着できる性質を持つものである。
緯糸が供給される時は、一時的に、束シート1の移動が停止され、その状態で緯糸が直角方向に添付される。
【0029】
この場合、具体的には、例えば緯糸2を供給する給糸口Kを束シート1を横切るように、束シート1の長さ方向と直角方向に移動し、束シート1上に垂下していくことで束シート1の上に緯糸2が添付される。
なお、後述するように、緯糸2が供給される時に、束シート1が停止されないと、給糸口Kから出た緯糸2は、束シート1の方向とは傾斜する方向に添付されることとなる(図4参照)。
もっとも、図示はしないが、緯糸2を束シート1の移動速度と同じ速度で移動しながら、且つ束シート1を横切るように移動させることで、直角方向に緯糸2を添付させることも当然可能である。
【0030】
さて、束シート1の上に添付された緯糸2は、束シートに対して溶着されなければならない。
そのため、今度は、緯糸2が添付された状態の束シート1を加熱して、緯糸2を溶融させる。
その場合、具体的には、図2に示すように、束シート1を一対の回転する加熱ローラRの間に通過させ、束シートに対して緯糸を圧着することが好ましい。
【0031】
緯糸は、このように加熱と圧力を受けて束シートの表面に圧接溶着されるのである。
この場合、ローラにより加熱と圧力を受けた緯糸は、径方向に潰されるために圧接面積が大きくなって確実に束シートに固着され、且つこの緯糸の部分で厚さも目立たなくなる。
【0032】
束シート1の表側面への緯糸2の圧接溶着が済んだら、その後、同様にして、束シート1の裏側面へ緯糸3を添付する(この場合、別工程で束シート1が裏返し状態となって移動し、同様に、その上に緯糸2が垂下されて添付される)。
そして、緯糸2が添付された状態の束シートを加熱して、上述のように、また緯糸2を溶融させ加圧して束シートの上に圧接溶着させる。
このようにして緯糸2,3は束シート1の両側面に(すなわち束シート1の表裏両側面)に圧接溶着されることにより、束シート1はバラバらにならずに一体に保持される。
【0033】
この補強用繊維シートAにおいては、緯糸2,3が束シート1(多数の繊維糸よりなる)の表面に添って溶着されているために、緯糸2,3は常に真っ直ぐな状態(すなわち上下方向の曲がりがない状態)にあり、他の糸との絡みがない。
しかも、束シート1の表裏両側面に緯糸2,3が配置されているために、先述した従来のシートとは異なって、束シート1を構成する強化繊維糸1Aが的確に保持される。
【0034】
また、緯糸2,3は、先述のように間隔をおいて溶着されているために、いわゆる粗な状態にあり、補強用繊維シート全体としては、比較的薄くまた柔軟性に優れたものとなる。
また、特に、束シートにおける繊維束間は、従来のような補助糸による絡みは無く、緯糸2,3が略真っ直ぐに延びて結合されているために、束シート1の内部にある強化繊維糸1Aの一部に動きの自由度が発生して、補強用繊維シート全体としての柔軟性の向上に寄与することとなる。
【0035】
この実施の形態の補強用繊維シートAを実際に現場で施工する場合は、柔軟なために補強対象物のコーナー面も的確に馴染ませることができ、且つ緯糸2,3が粗な状態であるために樹脂材(接着剤)を束シート内部に容易に浸透させることができる。
さて、この実施の形態では、束シートに対する緯糸の溶着は、加熱ローラによる圧接溶着の例を示したが、必ずしもこの手段による必要はない。
例えば、赤外線等の光線を使った加熱方法も当然採用可能である。
また、鉄粉等の導電物質を含む緯糸を誘導加熱する方法も可能である。
【0036】
【第2の実施の形態】
図3は、本発明の実施の形態である補強用繊維シートの拡大概略図であり、(A)はその平面図を示し、(B)はその側面図を示す。
この場合も、前述した第1の実施の形態と同じように、補強用繊維シートAの補強に寄与する繊維は、一方向に配列されている強化繊維糸1Aであり、このような強化繊維糸1Aが多数本集まってベースである束シート1が形成される。
そして、このような束シート1の表裏両側面に束シート1の方向とは異なる方向に緯糸2,3が溶着されて補強用繊維シートが形成されている。
【0037】
この実施の形態が第1の実施の形態と異なるところは、第1の実施の形態では、緯糸2,3が、束シート1の長さ方向(配列方向)と直角方向であるのに対して、ここでの実施の形態では緯糸2,3が束シート1の長さ方向(配列方向)と直角方向に対して、一定の傾斜角(θ)を有することである。
すなわち、この緯糸2,3は、傾斜角θで一定距離、間隔を開けて粗な状態で束シート1に溶着されている。
そして表側面の緯糸2の傾斜角θ1と裏側面の緯糸3の傾斜角θ2とは同じであり、一方側から見た場合に平行になっていて、両緯糸2,3は交差しない。
【0038】
図4は、このような補強用繊維シートの製造方法を概略的に示した図である。
補強用繊維シートAを製造するには、例えば、束シート1を移動させたまま、その移動方向と直角方向に緯糸2の給糸口Kを移動すればよい。
または束シート1の移動を停止させた状態で、その長さ方向の直角方向に対して一定の傾斜角度で移動させてもよい。
この束シートと緯糸との相互の移動速度により、傾斜角θを調整して自由な大きさに設定することができる。
また、束シート1に対する緯糸2の溶着は、先述したように、例えば、束シート1と緯糸2,3は、加熱ローラ等を使って圧着する方法が採用される。
【0039】
【第3の実施の形態】
図5は、本発明の実施の形態である補強用繊維シートの拡大概略図であり、(A)はその平面図を示し、(B)はその側面図を示す。
この場合も、前述した第2の実施の形態と同じように、補強用繊維シートAの補強に寄与する繊維は、一方向に配列されている強化繊維糸1Aであり、このような強化繊維糸1Aが多数本集まってベースである束シート1となっている。
【0040】
この実施の形態が第2の実施の形態と異なるところは、第2の実施の形態では、裏側面と表側面の両側面の緯糸2,3が、束シート1の長さ方向(配列方向)と直角方向に対し同じ一定の傾斜角(θ1=θ2)を有するのに対して、異なる傾斜角θ1(表側面)、傾斜角θ2(裏側面)を有することである(θ1=−θ2)。
そして、一方側から見た場合に表側面の緯糸2と裏側面の緯糸3とは、交差部Jを有するものである。
【0041】
【第4の実施の形態】
図6は、第4の実施の形態を示すものである。
この実施の形態は、第1の実施の形態における表側面の緯糸2の間隔(すなわちピッチ)P1と、裏側面の緯糸3の間隔P2とを異にしたものである(P1≠P2)。
【0042】
【第5の実施の形態】
図7は、第5の実施の形態を示すものである。
この実施の形態は、第2の実施の形態における表側面の緯糸2の傾斜角θ1と裏側面の緯糸3の傾斜角θ2とを異にしたものである。
しかし、両側面の緯糸2,3とも、一方側から見た場合に、次の図8に示すように、交差部Jはない。
【0043】
【第6の実施の形態】
図8は、第6の実施の形態を示すものである。
この実施の形態は、第3の実施の形態における表側面の緯糸2の傾斜角θ1と裏側面の緯糸3の傾斜角θ2とを異にしたものである。
そして、一方側から見た場合に表側面の緯糸2と裏側面の緯糸3とは、交差部Jを有する。
【0044】
【第7の実施の形態】
図9は、第7実施の形態を示すものである。
この実施の形態は、第3の実施の形態における表側面の緯糸2のみ傾斜角θ1を零(束シートの長さ方向と直角方向)としたものである。
製造方法は、第1の実施の形態と第3の実施の形態の製造方法を合わせた方法で可能となる。
【0045】
【他の実施の形態】
以上の他に、第2、第3、第5、第6、第7の実施の形態において、緯糸2,3の間隔(ピッチ)Pを変更することもできる。
【0046】
次に、補強用繊維シートを使った参考例を示す。
【0047】
【参考例1】
強化繊維糸として東邦テナックス(株)製 炭素繊維 UT−500(24K)〔16000Tex〕を用いた(尚、1K=1000本)。
その強化繊維糸を300g/ m2目付けになるように50cm幅でシート状にして束シートとした。
この束シートに、緯糸の熱溶着性繊維として三菱レイヨン(株)製コンジュゲート糸190dT(デシテックス)―30f(フィラメント)を束シートの方向に対して直角になるように10mm間隔で表裏両側面に配置した。
【0048】
緯糸は、表側面と裏側面とを半ピッチずれた(図1参照)。
尚、このコンジュゲート糸(ポリオレフィン糸)は 芯部:ポリプロピレン、鞘部:ポリエチレン(重量比は50/50)である。
緯糸が配置された束シートを、5 m/ 分の速さで移動させて、130℃の加熱ローラで過熱圧着により溶着し、補強用繊維シートを得た。
【0049】
次に、この補強用繊維シートに対して、前田工繊株式会社製エポキシ樹脂FFダインD70を下塗り(0.4Kg/ m2 塗り)及び上塗りし(0.2Kg/ m2 塗り)、これを、断面が四角形のコンクリート柱の周囲面に貼り付け施工して補強した。 なお、予めコンクリート表面には接着増強用として前田工繊株式会社製エポキシ樹脂 FFプライマーP10を0.2Kg/ m2 塗布しておいた。
施工後、24時間してから、コンクリート柱の補強された仕上がり面を観察した。
【0050】
【参考例2】
緯糸のコンジュケート糸を束シートの方向に対して60度傾けて(すなわち傾斜角θ:30度)、10mm間隔(ピッチ)で配置した。
この場合、緯糸は、表側面と裏側面とでは交差している方向とした(図5参照)。
また、束シート及び緯糸、更に溶着方法は、参考例1と同じにして補強用繊維シートを得た。
次に、この溶着補強用繊維シートを、参考例1と同じ方法で断面が四角形のコンクリート柱の周囲に貼り付け施工し補強した。
同様に 施工後、24時間してから、コンクリート柱の補強された仕上がり面を観察した。
【0051】
【結果】
上記参考例1及び参考例2の場合の施工時、及び施工後の評価は、次の通りである。
1)束シートを拘束する糸がよこ方向に粗な状態で配置されているため(参考例では10mm間隔)、柔軟性に優れており、施工がし易い。
特に、四角形のコンクリート柱の角部に対する貼り付けが、極めて容易に行えた。
2)樹脂の含浸性が良く、コンクリート面に的確に密着固定される。
3)束シートを拘束する糸が、過熱圧着で潰れているため、厚さむらがなく、仕上がり面が綺麗である。
【0052】
以上、本発明を説明したが、本発明はその目的に沿う限り、実施の形態に限定されることなく種々の変形例が可能である。
例えば、補強用の繊維として炭素繊維やアラミド繊維の他の繊維であっても目的に沿う限りよい。
【0053】
また、製造方法は実施の形態で示したもの以外にも採用可能である。
また、束シートに緯糸を溶着する場合、加熱ロールを使った方法以外の方法は、第1の実施の形態以外の実施の形態でも当然適用可能である。
【0054】
【発明の効果】
強化繊維糸を一方向に多数配列してなる束シートに対して、該束シートの表裏両側面に束シートの方向とは異なる方向に緯糸を溶着した束シートを一体に保持しているために、補強用繊維シートとして柔軟性に優れたものとなる。
【0055】
また表裏がないために施工上、作業が効率良く行える。
また、補強用繊維シートを製造する場合も、接着剤の付与工程がないために、製造工数が少なくてよい。
しかも施工時に固めるために使用する樹脂剤を束シートに対して容易に浸透させることができ、施工上の高品質が保証される。
また束シートに緯糸を加熱圧着して溶着する場合は、緯糸の束シートに対する固着が的確となり、また補強用繊維シート全体として厚さムラが殆ど目立たなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【図2】図2は、第1の実施の形態の補強用繊維シートを製造方法を概略的に示した図である。
【図3】図3は、本発明の第2の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【図4】図4は、第2の実施の形態の補強用繊維シートを製造方法を概略的に示した図である。
【図5】図5は、本発明の第3の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【図6】図6は、本発明の第4の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【図7】図7は、本発明の第5の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【図8】図8は、本発明の第6の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【図9】図9は、本発明の第7の実施の形態である補強用繊維シートを拡大概略図であり、(A)は、その平面図であり、(B)は、側面図である。
【符号の説明】
1…束シート
1A…強化繊維糸
2…緯糸(表)
3…緯糸(裏)
P…間隔(ピッチ)
A…補強用繊維シート
J…交差部
K…給糸口
R…加熱ローラ
X…繊維束
Claims (10)
- 強化繊維糸を一方向に多数配列して成る束シートに対して、該束シートの表裏両側面に束シートとは異なる方向に、単一温度で全体的に溶融する熱溶着性を有する単一材料の緯糸を圧接溶着し、該緯糸を径方向に潰して束シートを一体に保持したことを特徴とする建築構造物の周囲面に貼り付けて補強するための補強用繊維シート。
- 異なる方向が、束シートに対して直角方向であることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 異なる方向が、束シートに対して傾斜した方向であることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 表裏両側面の各緯糸が、傾斜しており、一方側から見て同じ傾斜度であることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 表裏両側面の各緯糸が、傾斜しており、一方側から見て異なる傾斜度であることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 表裏両側面の各緯糸が、傾斜しており、一方側から見て表側面と裏側面では異なる傾斜度であり、表側面と裏側面では緯糸が交差していることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 表裏両側面の各緯糸のピッチ間隔が表側面と裏側面とでは異なっていることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 表裏両側面の各緯糸のピッチ間隔が表側面と裏側面とでは同じであることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 強化繊維糸がアラミド繊維又は炭素繊維であることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
- 緯糸は、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアクリルニトリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリオレフィン系繊維、又はポリウレタン系繊維であることを特徴とする請求項1記載の補強用繊維シート。
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