Buch: Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsvorhaben

Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsvorhaben "R-Beton - Ressourcenschonender Beton - Werkstoff der nächsten Genera

Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 639
Florian Knappe, Joachim Reinhardt, Stefanie Theis, Stephan Kresser, Julia Scheidt, Wolfgang Breit, Bernard Sachsenhauser, Klaus Lorenz, Christoph Müller, Katrin Severins, Johannes Haufe, Anya Vollpracht
Hrsg.: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e.V. -DAfStb-, Berlin
2022, 222 S., 297 mm, Softcover
Beuth
ISBN 978-3-410-65850-4

Inhalt

Die Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsprojekt "R-Beton - Ressourcenschonender Beton - Werkstoff der nächsten Generation" sind in den Heften 639, 640, 641, aufgeteilt auf drei thematische Schwerpunkte, in der Schriftenreiche des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton veröffentlicht. Das gemeinsam in allen drei Heften abgedruckte Vorwort stellt das Gesamtprojekt mit seinen Zielen, Hintergründen und der Projektstruktur vor. Die Verringerung des Rohstoff- und Materialverbrauchs gehört zu den wesentlichen Herausforderungen unserer Zeit. Ein effizienter Umgang mit natürlichen Ressourcen ist eine zentrale Forderung, die auch die Wettbewerbsfähigkeit eines Sektors beeinflusst. Gerade das Bauwesen ist aufgrund seines hohen Materialbedarfs eine Schlüsselwirtschaft zur Erzielung spürbarer Fortschritte auf diesem Gebiet. Bei einer jährlichen Betonherstellung in Deutschland von ca. 100 Mio. cbm besteht ein großes Optimierungspotenzial. Etwa die Hälfte dieser Menge wird als Konstruktionsbeton verbaut. Der übrige Teil wird für technisch weniger anspruchsvolle Betone in Betonwaren, Verdämmungen im Bergbau etc. verwendet. Die Verbundpartner haben sich die Frage gestellt, wieso sich in Deutschland, einem der innovativsten Länder Europas und der Welt, rezyklierte Gesteinskörnung in der Betonproduktion als ressourcenschonende Ausgangsstoffalternative noch nicht etabliert hat. Die Antwort liegt betontechnologisch betrachtet in den zahlreichen restriktiven Randbedingungen begründet, die für eine praxisgerechte Verwendung kaum einen Anreiz, aber eine Reihe von Hemmnissen bieten. Erklärtes Ziel der Verbundpartner war es, die aufgezeigten Schwierigkeiten auf der Basis von wissenschaftlichen Untersuchungen auszuräumen und somit dazu beizutragen, dass in der Zukunft der Einsatz von rezyklierter Gesteinskörnung, wenn bei ganzheitlicher Betrachtung sinnvoll, eine breite praktische Anwendung erfährt.

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Stoffstrom, Recyclingbeton, Ressourcenschonung, Gesteinskörnung, Verfahrenstechnik, Anwendungsbereich, Betonzusatzmittel, Zementherstellung, Frischbeton, Recycling,

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Der immer tiefgreifendere Einzug der Digitalisierung in allen Phasen des Bauens und die detaillierte Zusammenstellung von Instandsetzungsstrategien für den Hoch- und Ingenieurbau sind die bestimmenden Themen des Beton-Kalender 2022. In drei eigenständigen Beiträgen wird ein umfassender Überblick zum derzeitigen Regelwerk für den Schutz und die Instandhaltung von Betonbauwerken in Deutschland, Österreich und der Schweiz gegeben. In weiteren Beiträgen wird über neue Erhaltungsstrategien für Brücken und Bundesfernstraßen in Deutschland berichtet. Abgerundet wird dieser erste Themenkomplex mit einer kritischen und wegweisenden Diskussion um die Nachhaltigkeit im Betonbau. Unter dem Schwerpunkt "Digitalisierung" findet sich ein umfassender Überblick zum aktuellen Stand von digitaler Fertigung im Betonbau und den Herausforderungen, welche das digitale Bauen und Planen für Ingenieure bereithalten. In weiteren Beiträgen wird über die Möglichkeiten des Einsatzes schwacher Künstlicher Intelligenz für ingenieurtechnische Anwendungen und den aktuellen Stand der additiven Fertigung im Betonbau berichtet. Weitere Beiträge befassen sich mit den Besonderheiten der Tragwerksplanung im Bestand, speziell in Österreich, sowie mit den Möglichkeiten zur Verstärkung von Tragwerken mit Carbonbeton. Den Abschluss des Kalenders 2022 bildet ein Hintergrundbeitrag zur Notwendigkeit und den Zielen der Neufassung der DAfStb-Richtlinie "Belastungsversuche an Betonbauwerken" sowie der vollständige Abdruck der Richtlinie in der Ausgabe von Juli 2020 im Kapitel "Normen und Regelwerke".

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Ingmar Borchers, Christoph Müller, Aleksandar Pancic, Jürgen Schnell, Maik Seidel, Anya Vollpracht, Lia Weiler
Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsvorhaben "R-Beton - Ressourcenschonender Beton - Werkstoff der nächsten Genera
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Die Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsprojekt "R-Beton - Ressourcenschonender Beton - Werkstoff der nächsten Generation" sind in den Heften 639, 640, 641, aufgeteilt auf drei thematische Schwerpunkte, in der Schriftenreiche des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton veröffentlicht. Das gemeinsam in allen drei Heften abgedruckte Vorwort stellt das Gesamtprojekt mit seinen Zielen, Hintergründen und der Projektstruktur vor. Die Verringerung des Rohstoff- und Materialverbrauchs gehört zu den wesentlichen Herausforderungen unserer Zeit. Ein effizienter Umgang mit natürlichen Ressourcen ist eine zentrale Forderung, die auch die Wettbewerbsfähigkeit eines Sektors beeinflusst. Gerade das Bauwesen ist aufgrund seines hohen Materialbedarfs eine Schlüsselwirtschaft zur Erzielung spürbarer Fortschritte auf diesem Gebiet. Bei einer jährlichen Betonherstellung in Deutschland von ca. 100 Mio. m3 besteht ein großes Optimierungspotenzial. Etwa die Hälfte dieser Menge wird als Konstruktionsbeton verbaut. Der übrige Teil wird für technisch weniger anspruchsvolle Betone in Betonwaren, Verdämmungen im Bergbau etc. verwendet. Die Verbundpartner haben sich die Frage gestellt, wieso sich in Deutschland, einem der innovativsten Länder Europas und der Welt, rezyklierte Gesteinskörnung in der Betonproduktion als ressourcenschonende Ausgangsstoffalternative noch nicht etabliert hat. Die Antwort liegt betontechnologisch betrachtet in den zahlreichen restriktiven Randbedingungen begründet, die für eine praxisgerechte Verwendung kaum einen Anreiz, aber eine Reihe von Hemmnissen bieten. Erklärtes Ziel der Verbundpartner war es, die aufgezeigten Schwierigkeiten auf der Basis von wissenschaftlichen Untersuchungen auszuräumen und somit dazu beizutragen, dass in der Zukunft der Einsatz von rezyklierter Gesteinskörnung, wenn bei ganzheitlicher Betrachtung sinnvoll, eine breite praktische Anwendung erfährt.

Raymund Böing, Florian Knappe, Christoph Müller, Jochen Reiners, Joachim Reinhardt, Stefanie Theis
Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsvorhaben "R-Beton - Ressourcenschonender Beton - Werkstoff der nächsten Genera
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Die Schlussberichte zum BMBF-Verbundforschungsprojekt "R-Beton - Ressourcenschonender Beton - Werkstoff der nächsten Generation" sind in den Heften 639, 640, 641, aufgeteilt auf drei thematische Schwerpunkte, in der Schriftenreiche des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton veröffentlicht. Das gemeinsam in allen drei Heften abgedruckte Vorwort stellt das Gesamtprojekt mit seinen Zielen, Hintergründen und der Projektstruktur vor. Die Verringerung des Rohstoff- und Materialverbrauchs gehört zu den wesentlichen Herausforderungen unserer Zeit. Ein effizienter Umgang mit natürlichen Ressourcen ist eine zentrale Forderung, die auch die Wettbewerbsfähigkeit eines Sektors beeinflusst. Gerade das Bauwesen ist aufgrund seines hohen Materialbedarfs eine Schlüsselwirtschaft zur Erzielung spürbarer Fortschritte auf diesem Gebiet. Bei einer jährlichen Betonherstellung in Deutschland von ca. 100 Mio. m3 besteht ein großes Optimierungspotenzial. Etwa die Hälfte dieser Menge wird als Konstruktionsbeton verbaut. Der übrige Teil wird für technisch weniger anspruchsvolle Betone in Betonwaren, Verdämmungen im Bergbau etc. verwendet. Die Verbundpartner haben sich die Frage gestellt, wieso sich in Deutschland, einem der innovativsten Länder Europas und der Welt, rezyklierte Gesteinskörnung in der Betonproduktion als ressourcenschonende Ausgangsstoffalternative noch nicht etabliert hat. Die Antwort liegt betontechnologisch betrachtet in den zahlreichen restriktiven Randbedingungen begründet, die für eine praxisgerechte Verwendung kaum einen Anreiz, aber eine Reihe von Hemmnissen bieten. Erklärtes Ziel der Verbundpartner war es, die aufgezeigten Schwierigkeiten auf der Basis von wissenschaftlichen Untersuchungen auszuräumen und somit dazu beizutragen, dass in der Zukunft der Einsatz von rezyklierter Gesteinskörnung, wenn bei ganzheitlicher Betrachtung sinnvoll, eine breite praktische Anwendung erfährt.

Jakob Schoof
massiv robust bewehrt
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Stahlbeton gilt als Allzweckwaffe des modernen Bauens: Kein anderer tragender Baustoff ist so gut formbar und hat ähnlich gute Schall- und Brandschutzeigenschaften. Das Buch illustriert diese Vielseitigkeit anhand von rund 20 Gebäudebeispielen und Fachbeiträgen aus dem Hoch- und Ingenieurbau. Ausführliche Projektbeschreibungen sowie zahlreiche Detailzeichnungen machen den Entwurfs- und Bauprozess der Hallen, Brücken, Bahnhöfe und Bürohäuser nachvollziehbar. Die Beiträge aus Forschung und Praxis porträtieren zugleich einen Baustoff im Wandel. Die Stahlbetonbauten früherer Jahrzehnte bilden ein Erbe, dessen Sanierung und Unterhalt uns bis heute in Atem hält. Auch auf den Umgang mit dieser Bausubstanz wirft das Buch einen kritischen Blick.; Reinforced concrete is the go-to powerhouse of modern construction: no other load-bearing building material is as malleable with similarly good noise and fire protection properties. The book illustrates this versatility with around 20 building examples and specialist articles from the fields of structural and civil engineering. In-depth project descriptions and numerous detailed drawings show the design and construction process of these halls, bridges, railway stations, and office buildings. Articles informed by research and practice also portray a building material in transformation. Still, the reinforced concrete buildings of earlier decades also constitute a legacy, and their restoration and maintenance continue to fascinate us to this day. The book also takes a critical look at the handling of this building material.

Melanie Prager
Zum Tragverhalten mikrobewehrter Ultrahochleistungsbetone
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2019, 210 S., zahlr. Abb. farbig und s/w. 21 cm, Softcover
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Ultrahochleistungsbeton besitzt aufgrund seiner hohen Gefügedichte hervorragende Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften. Die optimierte hohlraumarme Kornpackung führt jedoch zu einem gegenüber Normalbeton weitaus spröderen Materialverhalten. Um die Duktilität der Betonmatrix zu erhöhen, werden dem Ultrahochleistungsbeton daher üblicherweise hochfeste Mikrodrahtfasern zugegeben. In der vorliegenden Arbeit wird auf Basis umfassender experimenteller Untersuchungen der Ersatz dieser Mikrodrahtfasern durch eine Mikrobewehrung untersucht. Nachteil des Einsatzes von Mikrodrahtfasern innerhalb der UHPC-Matrix stellt deren zufällige Ausrichtung und Verteilung dar. Zur Bemessung von Bauteilen aus mikrodrahtfaserbewehrtem UHPC wird daher aufgrund der Berücksichtigung der hohen Streuung und Unsicherheiten der Ansatz hoher Sicherheits- und Abminderungsfaktoren erforderlich. Die vorgestellte Mikrobewehrung in Mattenstruktur aus geschweißten Einzeldrähten wird vor dem Einfüllen des UHPC in die Schalung eingebaut und ist somit in Lage und Ausrichtung bekannt, was einen effizienten Einsatz ermöglicht. Auf Basis experimenteller Untersuchungen werden Materialmodelle definiert und ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, welches in der Lage ist, das Trag- und Verformungsverhalten des mikrobewehrten UHPC realitätsnah abzubilden. In Analogie zum Stahlbetonbau wird ein Bemessungsmodell zur Bestimmung der Druck-, Zug- und Biegetragfähigkeit vorgestellt. Die entwickelten Bemessungstafeln zur Bemessung von Bauteilen mit Rechteckquerschnitt unter reiner Biegung berücksichtigen die Verwendung unterschiedlicher Stahlgüten. Die zugehörigen grafischen Hilfsmittel zur Bestimmung der erforderlichen Anzahl an Mikrobewehrungsmatten in Abhängigkeit von Maschenweite und Durchmesser erlauben eine einfache Dimensionierung des Verbundmaterials. Neben den Aspekten der Tragfähigkeit werden auch die Dauerhaftigkeitseigenschaften von mikro- und faserbewehrtem UHPC mit Hilfe des CDF Tests miteinander verglichen. Hinsichtlich der Abwitterung und inner

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Forschungsberichte

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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

Steffen Overmann, Anya Vollpracht
Aktualisierung des Bewertungskonzepts zur Umweltverträglichkeit von Beton
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3388
2021, 28 S., 16 Abb. u. 6 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Dieses Projekt schließt inhaltlich an ein 2019 abgeschlossenes Projekt an, das die Überarbeitung des aktuellen Bewertungskonzepts zur Umweltverträglichkeit von Beton des DIBt behandelte. Anlass des vorherigen Projekts war die Absenkung der Geringfügigkeitsschwellen (GFS) vieler umweltrelevanter Parameter durch die Bund-/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) im Jahr 2016 gegenüber den GFS von 2004. Eine Übernahme der aktuellen GFS von 2016 in das derzeit gültige Bewertungskonzept würde dazu führen, dass viele normkonforme Betone die Anforderungen nicht mehr erfüllen. Das überarbeitete Konzept würde ohne Berücksichtigung der Wechselwirkungen eluierter Substanzen mit dem Boden zu einer weiteren Senkung der zulässigen Freisetzungen führen. Es wurde jedoch gezeigt, dass sich bei Berücksichtigung der Sorption mittels eines für einen niederländischen Standardsandboden durch geochemische Modellierung berechneten Kd-Werts im Modell die zulässigen Freisetzungen wesentlich erhöhen. Dieser Kd-Wert ist jedoch relativ hoch und erscheint daher für eine Worst-Case-Betrachtung nicht geeignet. Daher wurden in diesem Vorhaben Mindest-Kd-Werte ermittelt, die gemäß des Bewertungskonzeptes zur Einhaltung der Anforderungen für normkonforme Betone führen würden.

CONPrint3D-Ultralight - Herstellung monolithischer, tragender Wandkonstruktionen mit sehr hoher Wärmedämmung durch schalungsfreie Formung von Schaumbeton

Viktor Mechtcherine, Jens Otto, Frank Will, Viacheslav Markin, Christof Schröfl, Venkatesh Naidu Nerella, Martin Krause, Charlotte Dorn, Mathias Näther
CONPrint3D-Ultralight - Herstellung monolithischer, tragender Wandkonstruktionen mit sehr hoher Wärmedämmung durch schalungsfreie Formung von Schaumbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3181
2020, 127 S., 78 Abb. u. 35 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Beton-3D-Druck ist eine kontinuierliche, schalungsfreie Bautechnologie nach dem Prinzip der additiven Fertigung, die wirtschaftliche Errichtung von Bauwerkstrukturen unter Baustellenbedingungen ermöglicht. Das Projekt beschäftigte sich mit der Erweiterung des Verfahrens auf Schaumbeton mit dem Ziel, die Grundlagen einer Technologie zur Erstellung tragender Wände zu entwickeln. Schaumbeton zeichnet sich durch geringe Rohdichte und gute Wärmedämmeigenschaften aus. Die entwickelten Schaumbetone, technologischen und baustofflich-analytischen Prozesse und Verfahren, sowie die Maschinenelemente einschließlich deren Integration stellen elementare Grundlagen dar, die zur großtechnischen und baupraktischen Umsetzung von schalungsfreien Formgebungsverfahren mit Schaumbetonen notwendig sind. Die Projektergebnisse können von Baustoff- und Zusatzmittelherstellern, Baumaschinenherstellern sowie Baufirmen genutzt werden, um mit beschränktem Aufwand aus dem prototypisch nachgewiesenen 3D-Druck von Schaumbeton marktfähige Produkte und Technologien mit ausgeprägten Alleinstellungsmerkmalen weiterzuentwickeln. Die erfolgte positive Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Bauverfahrens stellt eine ausgezeichnete Grundlage für deren Überführung in die Baupraxis dar.

Jürgen Schnell, Rabea Sefrin
Nachrechnung von Stahlbetontragwerken mit niedriger Festigkeit
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3156
2019, 167 S., 99 Abb. u. 58 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Standsicherheit von Bestandstragwerken muss bei Umbau oder Nutzungsänderung nach aktuellem Regelwerk nachgewiesen werden. Wird an Bestandstragwerken aus Stahlbeton die charakteristische Betondruckfestigkeit anhand von Bohrkernen ermittelt oder wird sie durch Umrechnung aus Bestandsunterlagen festgestellt, ergeben sich bei älteren Bauwerken sehr oft Festigkeiten unterhalb der Festigkeitsklasse C12/15. Werden Betondruckfestigkeiten < C12/15 angetroffen, besteht in der Praxis große Unsicherheit, wie in solchen Bauwerken regelkonform zu bemessen ist. In der Tendenz führt dies zu einer Unterbewertung der Tragfähigkeit und in der Folge zu Rückbau oder Verstärkungsmaßnahmen. Dies könnte in vielen Fällen vermieden werden, wenn klare Regeln zur Behandlung solcher Tragwerke vorlägen. Aus diesem Grund wurden im Projekt alle relevanten Bemessungs- und Konstruktionsregeln hinsichtlich ihrer Gültigkeit für niederfesten Beton analysiert und für die Praxis kommentiert.

Dauerhafte und wärmedämmende Wandelemente aus Fertigteil-Hybriden aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) und chemisch aufgetriebenen, lufthärtendem, mineralischen Schaumbeton

Bernhard Middendorf, Ekkehard Fehling
Dauerhafte und wärmedämmende Wandelemente aus Fertigteil-Hybriden aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) und chemisch aufgetriebenen, lufthärtendem, mineralischen Schaumbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3128
2019, 71 S., 56 Abb. u. 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Konventionelle Wandelemente bestehen heutzutage meist aus einer Vielzahl an Materialen, um den Anforderungen an den Lastabtrag sowie an den Wärmeschutz nach EnEV zu entsprechen. Diese Materialen werden beispielsweise verklebt, sodass beim Rückbau keine sortenreine Trennung möglich ist. Dieses Problem soll durch das rein mineralische Wandsystem aus zwei UHPC-Schalen, die den wärmedämmenden und lastabtragenden Schaumkern schützen, erzielt werden. Für die Entwicklung eines vollständig mineralischen, tragenden und gleichzeitig wärmedämmenden Wandbauteiles wurden außenliegende ultrahochfeste Betonschalen (UHPC) und ein innenliegender Schaum auf UHPC-Basis zu einem Sandwichwandelement kombiniert. Dabei wurde ein mineralischer, chemisch aufgetriebener, lufthärtender Schaum (CLM-Schaum) auf Basis einer UHPC-Feinkornmischung genutzt, der im Gegensatz zu Porenbeton lufterhärtend ist und keine energieintensive Autoklavierung benötigt.

Bewertung von Rechengrundlagen zur Restfestigkeit von Beton im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht

Jochen Zehfuß, Dominik Felix
Bewertung von Rechengrundlagen zur Restfestigkeit von Beton im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3355
2018, 50 S., 34 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Gesicherte Kenntnisse über die Restfestigkeit von Beton nach einer Brandbeanspruchung sind für die Beschreibung des Materialverhaltens in der Abkühlphase und damit für die Berücksichtigung von natürlichen Bränden erforderlich, insbesondere für die Bewertung der Resttragfähigkeit nach einem Brand. In der aktuellen Fassung der EN 1992-1-2 (EC 2-1-2) sind keine Angaben hinsichtlich der Restfestigkeit von Betonen nach der Abkühlphase enthalten. Umfangreiche Untersuchungen an Betonzylindern zur Bestimmung von Restdruckfestigkeiten nach Brandbeanspruchung sind im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs durchgeführt worden. Zusammen mit internationalen Forschungsergebnissen zu diesem Thema wurden diese zusammengefasst. In diesem Bericht werden die Ergebnisse des o. g. und weiterer Forschungsvorhaben sowie internationaler Literatur für die Normung aufbereitet und Empfehlungen für Regelungen in der überarbeiteten Fassung des EC 2-1-2 für die praktische Anwendung formuliert.

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Zeitschriftenartikel

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Santhanam, Manu
Ermittlung und Bewertung der Kompatibilität zwischen Zement und Zusatzmitteln
BWI - BetonWerk International, 2022

Fromm, Leonhard
Vom Bauschutt zum Baustoff (kostenlos)
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El-Ahwany, Claudia
Important parameters for coloring concrete (kostenlos)
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Gleich, Philipp
Rissbildung im Stahlbeton - wann ist ein Riss ein Schaden?
Immobilien und Bewerten, 2021

Plank, Johann
PCE-based superplasticizers for composite cements containing calcined clay
BFT International, 2021

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