北方地区粘结干粉砂浆耐久性能研究.docx
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北方地区粘结干粉砂浆耐久性能研究
北方地区粘结干粉砂浆耐久性能研究
目录
摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论……………………………………………………………………………1
1.1研究的背景、意义和目的……………………………………………………1
1.1.1研究的背景………………………………………………………………1
1.1.2研究的意义和目的………………………………………………………2
1.2国内外研究应用现状…………………………………………………………3
1.3干粉砂浆应用中存在的问题…………………………………………………5
1.4主要的研究内容………………………………………………………………6
第2章粘结干粉砂浆的作用机理……………………………………………………7
2.1粘结干粉砂浆的各成分及其作用机理………………………………………7
2.1.1粘结材料…………………………………………………………………7
2.1.2添加剂………………………………………………………………9
2.1.3矿物外加剂………………………………………………………………9
2.1.4骨料………………………………………………………………………9
2.2聚合物改性砂浆的作用机理以及对砂浆性能的改善………………………9
第3章实验的准备…………………………………………………………………12
3.1材料原材料……………………………………………………………………12
3.1.1实验用瓷砖和聚合物保温苯板…………………………………………12
3.1.3浸泡试验的化学药品………………………………………………………13
3.1.4水泥………………………………………………………………………13
3.2实验设备………………………………………………………………………14
3.2.1砂浆常规实验仪器…………………………………………………………14
3.2.2实验用拉拔仪………………………………………………………………15
3.2.3实验用搅拌机………………………………………………………………15
3.2.4实验用压块制备……………………………………………………………16
3.2.5耐久试验设备………………………………………………………………17
3.2.6实验辅助设备………………………………………………………………20
3.3试验安排………………………………………………………………………21
3.3.1C型粘结砂浆的耐久性试验计划………………………………………21
3.3.2P型粘结砂浆的耐久性试验计划………………………………………22
第4章试验过程和数据处理………………………………………………………24
4.1干粉砂浆的常规性能试验……………………………………………………24
4.1.1砂浆稠度试验……………………………………………………………24
4.1.2砂浆滑移性试验…………………………………………………………25
4.1.3砂浆含水率试验…………………………………………………………26
4.2干粉砂浆粘结强度变化趋势…………………………………………………27
4.2.1C型粘结干粉砂浆粘结强度随时间变化………………………………28
4.2.2P型粘结砂浆的粘结强度与养护时间关系…………………………29
4.3干粉砂浆耐久性能试验试样制备……………………………………………31
4.3.2C型粘结干粉砂浆耐久性能试验试样制备…………………………31
4.3.3P型粘结干粉砂浆耐久性能试验试样制备…………………………33
4.4粘结干粉砂浆各种耐久性指标的试验对比研究………………………34
4.4.1粘结干粉砂浆各种环境下粘结强度比较………………………………34
4.4.2浸水后的粘结强度…………………………………………………36
4.4.3热老化处理后的粘结强度………………………………………………37
4.4.4冻融循环后的拉伸胶粘强度……………………………………………39
4.4.5氯盐浸泡后的粘结强度…………………………………………………40
4.4.6Na（OH）浸泡后的粘结强度……………………………………………41
4.4.7Ca（OH）2浸泡后的粘结强度……………………………………………42
4.4.8加速碳化试验后的粘结强度……………………………………………43
4.4.9硫酸盐侵蚀后的粘结强度………………………………………………45
第5章影响粘接干粉砂浆耐久性的因素分析……………………………………47
5.1粘结干粉砂浆失效原因分析…………………………………………………47
5.2施工工艺的影响………………………………………………………………47
5.2.1传统施工已的缺点………………………………………………………47
5.2.2粘结干粉砂浆使用方法…………………………………………………48
5.2.3干粉砂浆使用时的注意事项……………………………………………48
5.3干粉砂浆常规性能对粘结质量的影响因素…………………………………49
5.3.1稠度对粘结性能的影响………………………………………………49
5.3.2灰砂比对粘结性能的影响………………………………………………49
5.3.2养护制度对粘结性能的影响……………………………………………49
第6章工程应用实例与经济性分析………………………………………………50
6.1产品的行业背景………………………………………………………………50
6.1.1市场描述……………………………………………………………………50
6.1.2市场竞争性分析……………………………………………………………50
6.1.3市场预测和市场容量………………………………………………………51
6.2工程实例………………………………………………………………………52
6.3社会效益………………………………………………………………………53
6.3.1工程质量评价………………………………………………………………51
6.3.2节能与环保评价…………………………………………………………54
6.3.3干粉砂浆的发展前景………………………………………………………51
6.1.3市场预测和市场容量………………………………………………………51
结论……………………………………………………………………………………56
参考文献………………………………………………………………………………57
摘要
干粉砂浆是一种高科技新型建筑材料，具有提高工程质量，缩短工期，减少用工、保护环境、降低成本等优势。
粘结干粉砂浆是其中一类最重要的干粉砂浆种类，具有灵活性、多样性、适应性强等优势，可满足不同工程用户需要，在我国具有广阔的发展前景。
北方地区的气候环境使粘结砂浆长期处于冷热、干湿、冻融等周期循环的自然条件影响之下，必然会引起砂浆材料与被胶结材料之间结合强度的衰减，影响到粘接质量。
为使建筑物和保温系统本身保持必要的安定性。
需要对用于瓷砖和外保温系统粘结的干粉砂浆进行针对北方地区环境特点的耐久性试验，研究其粘结强度影响因素。
本文研究用青岛虹海建材有限公司的粘结瓷砖和保温聚苯板的两种干粉粘结砂浆（分别为C型和P型）经耐久处理后的粘接强度与经过标准养护的同龄期砂浆的粘结强度对比试验分析评估粘结干粉砂浆的各项耐久指标。
分析其粘结强度变化原因，并讨论各种耐久处理措施对其粘接性能的影响。
具体试验包括：
1.粘结干粉砂浆的常规性能试验如：
稠度，流动度，滑移性等。
2.标准养护条件下粘结强度随养护时间增加的趋势试验。
3.腐蚀介质硫酸盐，氯盐的浸泡腐蚀试验。
4.Na（OH）、Ca（OH）2等强碱浸泡侵蚀试验。
5.加速碳化，老化，冻融循环等特殊环境下的粘结性能试验
实验表明该砂浆的两种类型都有很好的早期强度发展，28天强度高于国家标准要求的特殊环境下的砂浆粘结强度1.6倍到2.5倍。
从各项耐久试验结果看来所有经过耐久处理的粘结干粉砂浆粘结强度都不同程度的低于标准养护条件下的粘结强度，但是远远高于国家标准规定的特殊使用环境下的粘结强度国家标准值，说明该砂浆粘结性能良好，耐久性能满足标准要求。
同时本文也以工程实例分析了预拌干粉砂浆对普通砂浆的经济优越性。
关键词干粉砂浆砂浆耐久性抗盐侵蚀性能抗强碱腐蚀性能热老化性能碳化冻融循环
第1章绪论
1.1研究的背景、意义和目的
1.1.1研究的背景
砂浆是建筑工程中应用十分广泛的一种重要建筑材料。
在建筑工程中，建筑砂浆的用量仅次于混凝土，其水泥用量占全部建筑工程水泥用量的25%一40%。
而在我国，传统上，绝大部分建筑砂浆是在施工现场配制的。
现场配制的砂浆由于受各种条件限制，通常存在计量准确度低、质量稳定性差、收缩性大、粘结强度低、抗渗性差、易剥落等技术问题，是建筑工程胶结砂浆层开裂、砖空鼓脱落、墙体渗漏等质量问题发生的主要原因。
社会的不断进步使得人们在改善基础设施和居住条件的同时，对环境的要求也越来越高。
传统的砂浆现场拌制方式己经不适应社会发展的要求，也无法满足砂浆品种多样化的需求[5]。
针对现场拌制砂浆的这些缺点，为节约资源，保护环境，根据党的十六大提出的走新型工业化道路的要求，国家商务部、公安部、建设部、交通部下发国家商改发[2007]205号文《关于限期禁止现场搅拌砂浆的城市名单》青岛列第二批（自2008年7月1日起执行）。
青岛市也下发青建发[2008]179号文《关于在我市限期禁止现场搅拌砂浆，使用预拌的通知》。
要求应采取措施，鼓励发展预拌混凝土和干混砂浆，将限期禁止在城市城区现场搅拌混凝土纳入工作日程[1]。
干粉砂浆（干混、预拌砂浆），是建材领域新兴的干粉材料之一，干粉砂浆是通过针对特定产品将所有必要的组份（如胶凝材料、骨料和聚合物添加料）在严格控制的条件下在干拌砂浆工厂混合生产的。
高品质胶凝材料、骨料和添加料始终以适当的比例进行混合，因此可以确保砂浆一贯的高品质。
干粉砂浆较普通砂浆有下列优点：
（1）产品质量高，不同用途的砂浆对材料的抗收缩、抗龟裂、保温、防潮等特性的要求不同，且施工要求的和易性、保水性、凝固时间等也不同。
这些特性需要按照科学的配方和严格配制才能实现，而大规模自动化生产出来的干粉砂浆，产品质量可靠且保证了产品满足特殊的质量要求。
（2）生产效率高。
干粉砂浆不但大大提高施工速度，而且便于施工管理以及现代化施工机具的推广使用。
（3）对环境污染少，便于大规模集中生产干混料，原材料损耗低浪费少[2]。
图1-1砂浆在建筑工程的应用
干粉砂浆通常分为如图1-1描述的以下几大类，
（1）粘结砂浆（包括墙地砖胶结砂浆、外墙保温粘结砂浆等）;
（2）抹面砂浆（包括外墙腻子、抹灰砂浆、装饰砂浆等）:
（3）地坪砂浆（包括底层、表层的自流平砂浆、耐磨地坪砂浆等）;
（4）砌筑砂浆（包括砖砌砂浆、修补砂浆等）。
1.1.2本课题研究的目的和意义
干粉砂浆类陶瓷墙地砖与保温材料胶粘剂是通过在普通砂浆干拌料中掺加乳胶粉、纤维素醚、增稠剂等高分子聚合物来提高其粘结能力的干粉砂浆[3]。
它能在墙面、地面、保温板材、装饰材料（主要指外墙饰材以及混凝土界面等各种表面之间形成具有较强粘结能力的薄层，并将它们紧密结合在一起。
干粉砂浆类陶瓷墙地砖胶粘剂主要应用领域:
墙地砖粘结、石材粘结、新老混凝土（砂浆）界面处理、外墙外保温用粘结、找平用粘结、板缝用粘结等方面[4]。
粘结砂浆主要用于外墙外保温系统，瓷砖胶粘剂，抹面砂浆，装饰砂浆等，砂浆的性能会受周围环境温度的影响，同时砂浆自身的水化反应，会带来膨胀或收缩。
砂浆在接受室外日光照射和风吹雨淋的条件下，砂浆强度会遭受破坏。
同时由于干粉粘结砂浆中存在一定比例的有机聚合物，同无机材料相比会带来老化的问题。
在这里提到目前的干粉砂浆影响因素中有很多是耐久有关的，但是目前的研究却很少有关耐久研究。
青岛地区属于北方地区，北方地区的气候环境使粘结砂浆长期处于冷热、干湿、冻融等周期循环的自然条件影响之下，砂浆强度会遭受破坏。
同时由于干粉粘结砂浆中存在一定比例的有机聚合物，同无机材料相比更需要考虑特殊环境下老化的问题。
而目前干粉砂浆的耐久行问题却没有得到应有的重视，而针对北方地区特点的耐久问题更没有研究报道。
为使建筑物和保温系统本身保持必要的安定性。
需要对用于瓷砖和外保温系统粘结的干粉砂浆进行针对北方地区环境特点的耐久性试验，研究其粘结强度影响因素。
本课题与青岛即墨兰村镇重点企业虹海建材厂合作，针对北方地区特点，对该厂瓷砖和保温材料粘结干粉砂浆的部分耐久性指标进行试验研究，综合运用所学材料科学研究方法、材料的技术、胶凝材料等专业知识和理论，通过查阅相关文献资料和现行砂浆标准，确定试验方法。
主要研究了粘结砂浆的耐久性能包括抗冻性能、抗碳化性能，抗氯盐、硫酸盐、强碱侵蚀性能。
并针对干粉砂浆的现状，系统地研究上述干粉沙浆的性能对其实际应用的影响、对其在各种环境下的强度的分析，分析探讨环境对其强度的影响。
对粘结砂浆的常规实验和在各种环境下的强度的分析，探讨环境对其强度影响的规律，定性的得到粘结干粉砂浆的耐久性能指标，
1.2国内外研究应用现状
中国对有机高分子聚合物用于混凝土制品、水泥砂浆中的应用研究，开始于20世纪70年代，对干粉砂浆的正式研究始于上世纪80年代末期，目前基本上与国际同步。
1990年在中国同济大学召开第六届聚合物混凝土国际会议，2000年在中国召开第三届亚洲聚合物混凝土国际会议[5]。
国际会议的召开促进了聚合物混凝土制品、聚合物水泥砂浆的开发与应用。
国内对干粉砂浆的研究从组成、开发、影响因素、耐久性等方面都有很多成果，具体研究摘录如下：
鞠丽艳对干粉砂浆的组分选择及几种化学添加剂的性能和作用做了详细的阐述，同时对各种成分之间的相互作用机理进行了分析[6]。
李玉海研究了乳胶粉的种类及添加量和纤素维素醚的种类及养护环境对于抹面砂浆的抗冲击性能的影响，抗裂砂浆的抗冲击性能很大程度受砂浆中一定种类的聚合物含量以及水泥水化程度的影响抗冲击强度随聚合物添加量的提高有显著的提高同时随水泥水化程度的提高而显著降低[7]。
王晓明研究了羟乙基甲基纤维素和乙烯基共聚物这2种聚合物干粉掺量变化对改性水泥砂浆水胶比和凝结时间的影响[8]。
结果表明，单掺羟乙基甲基纤维素增大了砂浆的水胶比，具有明显延长水泥砂浆凝结时间的作用，而且2种聚合物复掺时．羟乙基甲基纤维素含量虽低，但它对凝结时间起主导作用。
天津市建材研究所发表了对干粉砂浆的生产应用技术的研究报告，认为对原材料的优选、原材料相容性的研究以及物料的优化对比研究将进一步丰富完善干拌砂浆的产品系列，有利于干粉砂浆更广泛地应用于建筑工程中，推进行业整体技术水平的提高[9]。
高敏等人探讨了矿物掺合料、化学添加剂和砂对砂浆性能的影响，认为干粉砂浆的集料应该选择级配良好的中砂，矿物掺合料的种类对砂浆的强度和收缩率影响较大。
硅灰和矿渣均使得砂浆的强度和收缩率增大，而粉煤灰使得砂浆的强度和收缩率均降低。
不同的化学外加剂对砂浆的性能影响[10]。
进行应用研究和发展研究的报道还有很多。
张国防等人报告了聚合物干粉对砂浆耐久性的影响，尤其是对抗硫酸盐侵蚀和冻融循环能力的影响[11]。
尤其影响比较大是北京工业大学的兰明章教授对干粉砂浆的耐久性测试方法的研究以及对行业资源综合利用的研究[12]。
目前我国解决了混凝土制品的高性能、高强度、不开裂、防水、抗渗等一系列课题后，成功的应用在长江水下通道、三峡水利工程等国家级重点建筑工程项目上。
我国建筑类粘结剂的大量应用开始于20世纪80年代，到1994年上海出现了小规模生产瓷砖粘结剂类砂浆的工厂。
近几年上海、北京等城市纷纷制订出干粉砂浆应用技术规范等标准，并出台相关政策，以推动干粉砂浆商品化生产在我国的发展。
以瓷砖胶粘剂为例，建设部于2000年发布了JGJ126-2000《外墙饰面砖工程施工及验收规程》，该规程为强制性行业标准，2000年8月l日起实施。
此外在JGJ126-2000《外墙饰面砖工程施工及验收规程》中规定面砖的工艺流程。
上世纪50年代末，欧洲出现了干粉状的预制砂浆。
这种预制产品以其质量优良、施工便捷而逐渐被广泛采用，并成为世界建材行业中发展最快的新产品。
作为商品化的干粉砂浆起源于欧洲的芬兰，它于1958年建立第一家机械化专业生产工厂生产瓷砖粘结剂等干粉产品。
到了上世纪90年代，干粉市场在欧洲发达地区如德国、奥地利、芬兰等已经相当成熟。
德国目前拥有干粉砂浆专业化工厂180家，每一百万人口就需近2个干粉工厂[13]。
芬兰有干粉砂浆工厂10家。
亚洲地区干粉砂浆行业起步较晚，但发展速度极快，新加坡于1984年建立了第一家干粉工厂，迄今规模超过年产20万吨的就有6家干粉砂浆生产工厂；马来西亚也于1987年投产了第一条干粉砂浆生产线生产墙面砂浆；上世纪80年代后期韩国开始大规模使用预拌砂浆，韩国制定了自己国内的规格，相关的部门正在研究开发多品种的预拌砂浆、灰浆和涂漆[14]。
在亚洲的其它地区如日本、泰国、台湾、印度等都有大规模专业生产干粉砂浆的专业厂商，并形成了一定的市场规模。
在以上这些地区，高附加值的干粉产品如瓷砖粘结剂、墙面彩色干粉等已经取代传统产品，低附加值产品如砌筑干粉、抹灰干粉、地面干粉、干粉混凝土等也开始逐渐流行，并迅速壮大形成一个独立的行业。
1.3干粉砂浆应用中存在的问题
我国自上世纪九十年代初发展干粉砂浆以来，目前在全国各地如火如荼全面展开，不同规模的干粉砂浆生产线及不同种类的砂浆产品面向市场。
然而，对于如何快速推广使用干粉砂浆，市场上还存在诸多缺陷，主要问题在以下几个方面：
第一，我国建筑施工现代化技术落后，技术不成熟。
缺少完整的相应规范供给生产、施工使用，且没有相应的技术保障引导施工，由于缺少完整的相应规范，制约了干粉砂浆在工程中的推广。
而且相应的技术保障不足，对引导施工也受到不同程度的影响。
第二，对干粉砂浆认知度不够，人们对生产和生活环境质量要求不高，对建筑施工中产生的粉尘污染重视不够。
干粉砂浆在我国起步较晚，许多建筑投资、施工、监理单位还不熟悉干粉砂浆优点．有些工人对使用干粉砂浆有抵触情绪，在一定程度上阻碍了干粉砂浆的推广。
第三，建筑材料使用过程中受施工方经济利益的影响较为突出。
干粉砂浆的产品成本较高。
价格也相对较高，制约了推广速度。
上海是我国推广干粉砂浆最好的城市，2005年年底，上海普通干粉砌筑砂浆的价格约为现场搅拌砂浆的两倍。
干粉砂浆价格之所以高于现场搅拌砂浆价格，主要是因为砂子要精选烘干，水泥要使用优质的，产品中还需要掺加外加剂。
从综合经济效益来看，其材料成本可以从节约材料和提高施工效率及降低维护费用中得到弥补。
第四，干粉砂浆企业，特别是一些生产外墙保温体系配套砂浆的干粉砂浆生产企业，规模偏小，砂浆品种不丰富。
同国外已经开发了逾千种的干粉砂浆品种相比，国内还不到百种的砂浆产品。
因为使用中出现砂浆不满足功能的现象，给推广使用带来极为不利的影响。
第五，投资大。
干粉砂浆生产线一次性投资大，一般企业难以承受，因此干粉砂浆生产企业相对较少。
再者，由于干粉砂浆的技术含量高，在利用地方材料上有一定的难度，给干粉砂浆的全面推广带来困难。
1.4主要的研究内容
在实验研究中，主要测试其冻融环循、浸水老化、耐热老化试验前后的胶结强度，测试其人工加速碳化后的强度变化和抗氯、硫酸盐的侵蚀性能。
拟采取的研究方法和技术路线：
通过耐久处理的前后粘结强度的实验对比分析，得粘结干粉砂浆的耐久性能。
具体研究方法如下：
1、利用胶结干粉砂浆国家标准（JC/547-94、GB/T-12954-91）进行常规性能测试，如含水率、滑移性等性能。
2、按照国标配制实验式样，利用砼快速冻融设备、碳化测定仪、热老化测定设备、和硫酸盐腐蚀仪等设备进行冻融循环、人工加速碳化、热老化、和硫酸盐侵蚀性能测试。
3，按照国标配制实验式样，使用恒温水浴锅进行浸水老化试验、氯盐和强碱浸泡试验。
4、合理的进行耐久操作后按照国标进行胶结强度测试，与标准养护条件下的同龄期式样进行对比以研究砂浆的耐久性能。
5、分析粘结干粉砂浆中各组分的性能和作用机理，影响粘结干粉砂浆耐久性的因素。
第2章粘结干粉砂浆的作用机理
粘结干粉砂浆成分主要由粘结剂、集料，细分散有机聚合物、化学添加剂、矿物。
在普通水泥砂浆配方中添加少量水溶性有机高分子聚合物粉末（简称：
可再分散乳胶粉、聚合物、胶粉等）及助剂，引起水泥砂浆的性质发生巨大变化，变化作用的机理是，由于使用胶粉品种和助剂的品种不同及掺入量不同，得出的性能结论也不同[15]。
干粉砂浆粘接剂要满足粘接外墙瓷砖及保温材料的粘接要求，必须有较高的粘接强度，有较好的流动性以利于施工操作，有较好的耐水性、抗冻融性和耐热性，还应具有一定的柔韧性。
通常人们对水泥砂浆进行改性，通过添加有机高分子材料和高性能外加剂，来达到提高粘接力，降低弹性模量，改善砂浆的和易性，提高耐久性的目的。
2.1粘结干粉砂浆的各成分及其作用机理
干粉砂浆的成分主要由粘结材料、细分散有机聚合物、化学添加剂、矿物外加剂、砂等组成。
2.1.1粘结材料
粘结剂有普通硅酸盐水泥、白水泥、高铝水泥、天然石膏、无水石膏、半水石膏、石灰、铝酸钙水泥及铝酸水泥组成的复合粘结剂。
2.1.1.1无机粘结材料作用机理
无机粘结材料一般是普通硅酸盐水泥、对于有快硬和其他特殊要求的粘接剂，可采用快硬型的高铝水泥或特种水泥白水泥、高铝水泥。
也可用天然石膏、无水石膏、半水石膏、石灰、铝酸钙水泥及铝酸水泥组成的复合粘结剂[25]。
含有铝酸钙水泥的复合粘结剂在干粉砂浆中用的比较广泛。
主要有两大系列：
①普通硅酸盐水泥一铝酸钙水泥；②铝酸钙水泥一石膏。
2.1.1.2有机粘结材料的作用机理
有机粘接材料的加入可以改善水泥及砂浆的特性，可以改善砂浆施工的和易性。
具有良好的抗裂性和抗冻性；工作性能好，易于快速抹灰。
水泥砂浆是一种非常坚硬、脆性大、柔性差的脆性材料，而建筑施工中通常需要的粘接剂要有柔性，变形性要好。
通过有机粘接剂的加入可以改善水泥砂浆的性能，常用的材料有，聚乙烯醇、可再分散乳胶粉等聚合物薄膜作为有机粘接剂。
在普通水泥砂浆配方中添加少量水溶性有机高分子聚合物粉末（简称：
可再分散乳胶粉、聚合物、胶粉等）及助剂，引起水泥砂浆的性质发生巨大变化，变化作用的机理是，由于使用胶粉品种和助剂的品种不同及掺入量不同，得出的性能结论也不同。
随着聚合物及助剂的加入，水泥砂浆与骨料间形成具有较强粘结力的膜，并堵塞砂浆内部的孔隙来实现的。
水泥水化反应与聚合物成膜同时进行，相互交织在一起的互穿网络结构如图2-1所示[16]。
膜上部分表面有气孔，而气孔表面被砂浆填充，使应力集中降低，并在外力的作用下会产生松弛而不破坏。
聚合物活性基团与固体氢氧钙表面及硅酸盐表面发生物理、化学反应，这种物理、化学反应改善了水泥水化产物与骨料之间的粘结力，改善了砂浆性能，使砂浆的抗弯强度、抗裂性、附着强度、弹性、韧性都有改善，最终可以避免砂浆收缩开裂，还可以减少粘结层的厚度。
聚合物膜抗拉强度比普通砂浆的抗拉强度要大l0倍以上，所以，细分散有机聚合物还可以改善砂浆的抗拉强度。
图2-1A开始搅拌时B第一阶段C第二阶段D第三阶段（硬化阶段）[17]
2.1.2添加剂
化学添加剂的加入可以改善砂浆的施工应用性能，添加量为
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