淮安市人事考试中心-建筑工程工作总结

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安 徽 建 筑 大 学
材料与化学工程学院

《自密实混凝土设计与评价》CDIO项目

个人总结报告


课题名称 自密实混凝土的设计与实践
年级专业 14无机非金属材料工程
组 数
指导教师
学生姓名
学 号

2017 年 6 月

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文献综述

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一、自密实混凝土简介
混凝土是由胶凝材料( 如水泥) 和各种矿物掺合料、骨料( 如砂石) 及水按
适当比例配 合，拌合形成混合物，经过一定时间的凝结硬化，形成具有力学性能
的人造石材。自密实混凝土（Sel f-Consolidating Concrete 简称 SCC）是指在
自身重力作用下能够流动 、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获
得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。
自密实混凝土拥有众多优点：卓越的流动性和自填充性能，并且不离析、不
泌水，能够保证混凝 土良好的密实性；施工过程中无需振捣，避免了振捣对模板
产生的磨损，并且没有振捣噪音，能够改善工 作环境和安全性；成型后的混凝土
有优异的耐久性，不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补 ，能够改
善混凝土的表面质量
[1]
。
自密实混凝土具有砂率较高、胶凝材 料掺量较大、高效减水剂用量较大等特
点，这些特点使得自密实混凝土与普通混凝土的配合比设计大不相 同。再加上自
密实混凝土对原材料的要求比较严格，各种原材料因地域性不同所表现出来的材
料 组成和性质有着天壤之别。所以，针对于某一地区的原材料性能合理地进行自
密实混凝土的配合比设计有 重要的意义
[2]
。
二、研究的目的及意义
从1988年日本有了关于自 密实混凝土的首篇报道以来，自密实混凝土的发
展已有几十年的历史。本文首先将对其进行综述，概括介 绍国内外关于自密实混
凝土的基本研究应用结论，这为系统地认识自密实混凝土并进一步开展相关研究< br>工作奠定了基础。
1、国内对自密实混凝土的研究

国内对自密实混凝土的研 究与应用开始于90年代初期。1987年冯乃谦教授
提出了流态混凝土概念，奠定了这一研究的基础。 1993年，北京城建集团构件
厂在研制出C60-C80大流动性高强度混凝土的基础上开始着手于免 振捣自密实
高性能混凝土的研制，于1996年获得了免振捣自密实混凝土的国家专利。之后，
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[3]

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中建一局、中国铁道建筑总公司及深圳、济南、天津 、宁夏等地陆续有了自密实
混凝土应用于工程实践的报道。2003年广州西卡建筑材料公司天津分公司 先后
在天津和北京举办“高性能混凝土、自密实混凝土研讨会”，推动了津京地区自
密实高性能 混凝土的发展。此外，清化大学的廉慧珍教授、覃维祖教授、武汉工
业大学的马保国教授、哈尔滨工业大 学的巴恒静教授、福州大学的郑建岚教授、
中南大学的谢友均教授、山东建工学院的李志明教授以及江苏 建材研究院、天津
市建筑科学研究院等对自密实混凝土做了大量研究工作，促进了我国自密实混凝
土的发展。
2、国外对自密实混凝土的研究

国外对自密实混凝土的研究报道较早 出现于日本。1988年夏，东京大学冈
村甫研制室第一次成功地配制出自密实混凝土。次年，在东京举 行了自密实混凝
土的公开实验，会后许多大建筑公司开始了自密实混凝土的开发。1991年就有
13家总承包公司的研究人员在东京大学实验室研究自密实高性能混凝土，1992
年出席日本混凝土 学会关于自密实混凝土年会的单位增至30家。至1994年底，
日本已有28个建筑公司掌握了自密实 混凝土的技术，可见其发展速度是很快的。
其它国家也逐渐开始研制自密实混凝土。事实上，上世纪80 年代早期挪威建造
的混凝土结构海上石油平台，由于配筋密集且结构庞大无法对混凝土振捣，所配
制使用的混凝土实际上是依靠重力密实。法国于1995年开始研制免振捣自密实
混凝土，瑞典、德国 、新加坡、瑞士等国家也相继研制成功并获得应用，荷兰自
1999年开始已将自密实混凝土用于预制建 筑构件的生产。
3、自密实混凝土的应用现状
目前，自密实混凝土已广泛应用于各类工业民 用建筑、道路、桥梁、隧道及
水下工程、预制构件中，国内也已有自密实混凝土用于特殊结构施工报道， 如大
型爆炸洞、水工建筑物、窄径深孔井桩、钢管混凝土等。
加拿大、英国有报道通过高掺量 粉煤灰生产出28天强度为28-46MPa和
30-35MPa的自密实混凝土；世界上跨度最大（主 跨1990m）的悬索桥一明石海峡
大桥工程是自密实高性能混凝土成功应用的典范。明石桥的2个锚锭 分别使用了
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24万m3m和15万m3m强度为25MPa 的自密实混凝土。由于采用自密实高性能混
凝土施工新技术，使两个锚锭的施工从两年办缩短到两年，缩 短工期20%；美国
西雅图双联广场是迄今为止自密实高性能混凝土用于实际结构中强度最高的，实测28d强度119MPa，91d强度145MPa，由于采用了超高强的自密实高性能混凝
土降 低了结构成本30%。
国内也有C30，C40自密实混凝土的研究和应用。2002年C100高性 能混凝
土在北京率先成功应用于国家大剧院工程后，2004年4月沈阳远吉大厦钢管混
凝土柱 采用自密实混凝土浇灌，28天强度等级达到C100。深圳、上海、北京等
城市已应用自密实混凝土浇 筑了4万余立方米。主要应用于地下暗挖、配筋形状
较为密实、复杂等无法浇筑和振捣的部位。解决了施 工扰民的问题，缩短了浇筑
工期。
三、课题研究内容

1、自密实混凝土配合比设计方法研究
在参考大量文献、总结各种已有混凝土配合比设计方法 的基础上，提出一种
新的自密实混凝土配合比设计方法。该方法应力求满足自密实混凝土对于原材料的敏感性要求，考虑到具体材料的特性而变化其中的参数取值，并能体现不同参
数对于自密实混凝土 相应性能的影响。
2、水泥和矿物掺合料与减水剂相容性问题的试验研究
净浆的流 变性能对自密实混凝土的工作性有很大影响。要保证所用高效减水
剂应该与水泥和矿物掺合料之间彼此相 容，并且为了满足浆体的流动性、保水性
和粘聚性等多方面要求，各材料用量应该有一个合理的范围本文 采用一种水泥、
两种新型高效减水剂和三种矿物掺合料，按“混凝土外加剂对水泥的适应性检测
方法”，分别研究了各材料组分在不同水灰比和不同比例搭配条件下的浆体流动
性，为自密实混凝土配合 比试验提供参考数据。
3、自密实混凝土配合比试验研究
按照本文提出的自密实混凝土配合 比设计方法设计初步配合比，探讨各参数
对于混凝土性能的影响，并针对所用原材料得出其合理用量范围 ;在保证良好工
作性的基础上，研究自密实混凝土的力学性能;在现有试验条件下，争取扩大强
度范围，配制出不同强度等级的自密实混凝土。
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四、自密实混凝土性能
1、混凝土工作性

对于混凝土拌合物的工 作性，众多学者曾给出自己不同的定义。工作性涵义
的广泛和难于定量化表示是它最大的特点与普通混凝 土和一般大流动性混凝土
相比，自密实混凝土的工作性内涵有所扩大，具体体现在以下四个方面: （1）高流动性:保证混凝土能够在自重作用下克服内部阻力(包括胶凝材料的粘
滞性与内聚力以及 骨料颗粒间的摩擦力)和与模板、钢筋间的粘附性，产生流动
并填充模板与钢筋周围。
（2） 高稳定性:保证混凝土质量均匀一致，在浇注过程中砂浆与骨料不会离析，
浇注后不会泌水与沉降分层。
（3）通过钢筋间隙能力:保证混凝土穿越钢筋间隙时不发生阻塞。
（4）填充密实性:保证 混凝土填充模板，并自行排出浇灌过程中带入的气泡达到
成型密实。是流动性、稳定性和间隙通过性的综 合表现。
2、技术特点

同普通混凝土相比，自密实混凝土在配合比设计上对原材质 量和用量有更高
的要求，主要表现在如下方面：
(1)高效减水剂是自密实混凝土产 生的前提。自密实混凝土随着高效减水剂
的发展而产生的，减水剂对其性能有决定响。减水剂的作用相当 于振捣棒，均匀
分散水泥颗粒于水形成浆体，骨料通过浆体浮力和粘聚力悬浮于水泥浆中。《自
密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006）
［4］
中规定，宜选用聚羧酸系高效
减水剂，当需要提高混凝土拌和物粘聚性时，自密实混凝土中可掺入增粘剂。
(2 )自密实混凝土对水泥的要求。水泥强度等级根据混凝土的试配强度等级
选择，同时考虑与减水剂相容性 问题，通常自密实混凝土比普通混凝土水泥用量
多、水泥强度等级高。《自密实混凝土应用技术规程》中 规定，使用矿物掺合料
的自密实混凝土，宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
(3)自密实混凝土对骨料的要求。自密实混凝土对骨料有较高的要求，《自
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密实混凝土应用技术规程》规定，粗骨料宜采用连续级配或2个单粒径级配 的石
子，最大粒径不宜大于20mm；石子的含泥量≤1.0％、泥块含量≤0.5％、针片
状 颗粒含量≤8％；石子孔隙率＜40％。
(4)超细矿物掺合料是配制自密实混凝土的必要条件。超细 矿物掺合料是自
密实混凝土配制不可缺少的条件，它们可以提高拌合物的流动性、减少水泥用量
和水化热，并通过二次火山灰效应参与水化进程，提高混凝土后期强度。常用的
超细矿物掺合料有粉煤灰 、矿粉和硅粉，矿物掺合料的细度和吸水量是重要的参
数，一般认为直径小于0.125mm的细矿物掺 合料对自密实混凝土更有利，并且要
求0.063mm孔径筛的通过率大于70％。
五、自密实混凝土设计
1、设计原材料
自密实混凝土具有特殊的工作性能，这使得它在原材料上比普通振捣混凝
土要求更为细致严格。
1、水泥 理论上各种水泥都可用于配制自密实混凝土，品种的选择决定于对
混凝土强 度、耐久性等的要求;但考虑到工作性要求及坍落度经时损失小，应优
先选择C
3
A和 碱含量小、标准稠度需水量低的水泥。
2、骨料 自密实混凝土应选择质地坚硬、密实、洁净 的骨料，含泥量、杂质
要少。粗骨料针片含量少，最大粒径一般在16mm~20mm范围，且间断级配 往往优
于连续级配砂在混凝土中存在双重效应，一是圆形颗粒的滚动减水效应;二是比
表面积大 ，需水量高这两种相互矛盾的效应决定了必须根据水泥、掺合料、外加
剂等情况综合考虑来选取砂率。宜 选用级配良好的中砂或粗砂。
3、化学外加剂 宜采用减水率在20%以上的高效减水剂，复 合使用高效减水
剂和普通减水剂也可获得较好效果。减水剂的掺量以及与水泥、矿物掺合料的相
容性应经试验确定除此之外，也可掺入增粘剂和引气剂等外加剂。
4、矿物掺合料 可采用各 种母岩的磨细石粉、粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等矿
物掺合料改善自密实混凝土的流动性能和抗离析能力， 提高硬化混凝土的强度和
耐久性。不同矿物掺合料复合使用具有超叠加效应，配制自密实混凝土通常将两
种矿物掺合料复合使用。
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2、自密实混凝土配合比设计方法研究
混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本且最重要 的一个问题传统的
配合比设计方法是计算——试配法，其计算依据是在普通混凝土组成与性能一般
规律的基础上，计算得到粗略配合比，再经试配调整得到以强度为主要指标的配
合比，我国几十年来一 直沿用这种方法。随着各种新型混凝土的不断发展，混凝
土在材料组成上逐渐复杂化，对拌合物的工作性 及硬化后的力学、耐久性能的要
求也越来越高。因此，适用于普通混凝土的配合比设计方法已经不能满足 其它类
型混凝土在材料和性能上的高要求，而在任何情况下都能通用的混凝土配合比是
不存在的 ，需要不同的配合比设计方法来设计满足不同要求的混凝土。
1.普通混凝土配合比设计方法
传统的普通混凝土配合比设计方法
[5]
，通过合理确定水灰比、单位用水量和
砂率 三个基本参数，进而得出水泥、水、砂和石子这四项组成材料的实际用量。
上述三个基本参数与混凝土的 各项性能之间有着密切的关系:在组成材料一定的
情况下，水灰比对混凝土的强度和耐久性起着关键的作 用;单位用水量反映了水
泥浆与骨料之间的比例关系，在水灰比一定的条件下，它是控制拌合物流动性的
主要因素;而砂率对混凝土拌合物的和易性，特别是其中的粘聚性和保水性有{良
大影响。 < br>普通混凝土配合比设计方法是以经验为基础的半定量设计方法，水灰比、单
位用水量和砂率三个参 数中，只有水灰比按计算确定，而计算公式中有的参数也
是由回归分析所得，其它两参数均需查表选择。 这些表是人们长期以来生产普通
混凝土的实践经验的总结，它在一定程度上反映了普通混凝土配合比的一 般规
律。
随着粉煤灰在混凝土中的应用不断扩大，出现了所谓的粉煤灰混凝土超量取
代法。它是在普通混凝土基准配合比设计的基础上，根据混凝土的强度等级和水
泥的品种选择合适的粉煤 灰取代水泥百分率，从而求出每立方米混凝土的水泥用
量，再按所选的超量系数求得粉煤灰的单位用量， 砂的实际用量由粉煤灰超出所
取代水泥的体积扣除同体积砂得到，其它组分用量仍沿用普通混凝土配合比 设计
中的值。该方法是目前商品混凝土搅拌站所普遍采用的方法。
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在《普通混凝土配合比设计规程》中，用以确定单位用水量和砂率值的表中
的控制因素是碎石、卵石的最大粒径、坍落度和水灰比，其中的坍落度和水灰比
的范围难以满足 大流动性和低水灰比混凝土的要求，也没有充分考虑高效减水剂
和矿物掺合料对混凝土工作性的调节作用 。

2.固定砂石体积含量法
这种方法我国吴中伟院士和其他学者都曾做过介绍，其简要计算步骤如下:
(1)设定每立方米混凝土 中石子的松堆体积为0.5~0.55m，得到石子用量和砂浆
含量;
(2)设定砂浆中砂体积含量为0.42-0.44,得到砂用量和浆体含量;
(3)根据水 胶比和胶凝材料中的掺合料比例计算得到用水量和胶凝材料总量，最
后由胶凝材料总量计算出水泥和掺合 料各自的用量。但水胶比和掺合料的用量如
何确定没做具体规定。
3
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配合比设计书

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一、实验原料
1) 水泥：海螺牌42.5普通对酸盐水泥
2) 粉煤灰：表观密度2220kgm
3

3) 硅灰：表观密度2190kgm
3

4) 矿渣：表观密度2880kgm
3

5) 粗集料：石（5~20mm）表观密度2720kgm
3

6) 砂：中砂 表观密度2730kgm
3

7) 水：自来水 表观密度1000kgm
8) 外加剂：1.5%聚羧酸系高效减水剂 表观密度1037kgm
3

3
二、配合比计算
1.设计参数
1）强度等级：C30自密实大流态
2）设计依据：《自密实混凝土应用技术规程》JGJT283-2012
《普通混凝土配合比设计规程》JGJ52-2011
《自密实混凝土应用技术规程》CECS203：2006
3）原材料表观密度（kgm³）
原材
料
矿渣
水泥
粉
粉煤
灰
硅灰 砂
石
5-20
mm
石
10-20
mm
石
5-10
mm
水
外加
剂
表观
3050 2880 2220 2190 2730 2720 2720 2720 1000 1037
密度
2.粗骨料体积及质量计算
1）每立方米混凝土中粗骨料的体积Vg，取：0.32m
3

填充性指标 SF1 SF2 SF3
V
g
（m³） 0.32
~
0.35 0.30
~
0.33 0.28
~
0.30
2)每立方米混凝土中粗骨料的质量（mg）计算：
mg = Vg·ρg=0.32×2720=870kgm³
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3.砂浆体积Vm计算

Vm = 1-Vg =1- 0.32 = 0.680 m³
4.砂浆中砂的体积分数（Φs）可取0.42~0.45, 取：0.45
5.每立方米混凝土中砂的体积Vs和质量ms
Vs = Vm·Φs = 0.68× 0.45 = 0.306m³
ms = Vs·ρg= 0.306 × 2730 = 835kgm³
计算配比砂率Sp=49.0%
6.浆体体积Vp计算

Vp = Vm - Vs= 0.68 - 0.306 =0.374m³
7.胶凝材料表观密度ρb计算
水泥 矿渣粉 粉煤灰 硅灰
ρ
3050 2880 2220 2190
kgm³
β 10% 20% 5%
总共： 35%

b

11
2772kgm
3

< br>1

10%20%5%135%


m

c
2880
8.自密实混凝土的配制强度f
cu,0
计算（按JGJ 55-2011计算）：
f
cu,o
≥ f
cu,k
+ 1.645σ = 30 + 1.645×5 =38.2MPa
根据实际工程经验，应提高混凝土 出站强度保证率，即要提高配制强度保证
率，最终要保证结构实体的强度保证率满足要求。因此将保证率 系数从1.645
提高到2.3，对应的保证率由95%提高到98.9%。计算此时的试配强度为：
f
cu,o
≥ f
cu,k
+ 2.3σ = 30 + 2.3×5 =41.5 MPa
9.水胶比计算

m
w
1




10.350.10.90.20.4 0.051.0
0.42f
ce
0.4246.80.44
mb
f
cu,o
1.241.51.2
..

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10.每立方米自密实混凝土中胶凝材料的质量mb计算
10< br>(V
p
V
a
)
1000
470kgm
3

m
b

m
w
10.44

2 7721000
1
m
b

0.374

b

w
11.每立方米混凝土中水的质量（mw）

mw = mb·（mwmb)= 470×0.44= 207 kgm³
12.每立方米混凝土中水泥质量和矿物掺合料的质量

矿渣粉 m
SL
=mb×β
SL
=470×10% =47 kgm³
粉煤灰 m
FA
=mb×β
FA
=470×20% =94 kgm³
硅灰 m
Si
=mb×β
Si
=470×5% =24 kgm³
水泥 m
c
=m
b
-m
m
=470-47-94-24 =305 kgm³
13.外加剂（减水剂）用量计算：（α为外加剂用量，取：1.50%）
mca = mb·α= 470×1.50% = 7.05 kgm³
三、C
30
自密实混凝土配合比：
配合比用量（kgm³）
强度 水胶砂率 容重
石
等级 比 %
kgm³

水泥 矿渣粉 粉煤灰 硅灰 砂
5-20mm

水 外加剂
C30自密实
大流态
0.44 49.0 2370 305 47 94 24 835 870 207 7.05
其中粗集料石子采用两种规格：
细石子（5mm~10mm）：粗石子（10mm~20mm）=3:7
四、方案修改

强度 水胶砂率 容重
等级 比 % kgm³
水泥 矿渣粉 粉煤灰 硅灰 砂
C30自密
0.43 47.9 2381 271
实大流态
68 90 23
配合比用量（kgm³）
石 外加
水
5-20mm 剂
898 194 13.33 824
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由于实验中出现了坍落度不符合要求的情况，所以对配合比进行了多次修< br>改，最终C30自密实混凝土配合比设定为：
石头：粗：细=7:3，每15L粗石：9.429 L、细石：4.041L
最终配合比经现场实际设计达到了550mm坍落度的性能要求，粘聚性良好的
拌合物。
成本核算：
水泥325元吨，S95矿渣295元吨，II级粉煤灰136元吨，S105矿 渣305元
吨，碎石5-10mm：85元吨，碎石10-20mm：115元吨，砂91元吨，减水剂
1800元吨，硅灰1000元吨，石灰石粉85元吨，尾矿粉230元吨
根据最终设计方案核算：
原料 水泥 S95矿
渣
价格元
总价

88 20
粉煤
灰
12.24
碎石碎石砂 减水剂 硅灰
5~10mm 10~20mm
22.9 72.29
338元
74.98 24 23
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个人总结
自 密实混凝土具有许多优点和广阔的工程应用前景。目前虽然对自密实混凝
土已经有了较多的试验研究和理 论分析，但还是缺乏系统研究，也没有提出具有
普遍适应性的配合比设计方法。由于自密实混凝土与振实 混凝土不管在性能上还
是组成上都存在明显差异。因此，必须以自密实混凝土的特点为依据，发展出一< br>种新的、有效的配合比设计以及工作性能评价方法，让自密实混凝土更容易在实
际应用中被掌握。
1、砂率变化，可导致集料的空隙率和表面积的变化，因而水泥混凝土拌合
物的和易性也随之变 化。砂率过大，空隙率及表面积大，拌合物干稠，流动性差；
砂率过小，砂浆数量不足流动性降低，且影 响黏聚性和保水性，使拌合物粗涩、
粗骨料离析、水泥浆流失，甚至出现溃散等不良现象。
试验中我们出现了流动度过大现象而且伴有少量泌水，所以后期我们增加了
砂率来改善。
2、 水胶比较小，则水泥浆干稠，水泥混凝土的拌合物流动性低，当水胶比
小于某一极限以下时，在一定施工 方法下就难以保证密实成型；反之，水胶比较
大，水泥浆就稀，拌合物流动性虽然较大，但粘聚性和保水 性就会变差，当水胶
比大于某一极限值时将产生泌水、离析现象，会严重影响混凝土强度。
3 、减水剂是自密实混凝土配制的关键原料，要求既具有高减水率又不造成
拌合物的离析、泌水。采用聚羧 酸高效减水剂，可以在对浆体影响最小的情况下，
改善混凝土的工作性能，同时可以提高混凝土早期强度 。
实验过程中坍落度不达标，未能达到500mm合格值，通过增加少量减水剂可
以改善该情况。
4、骨料性能，自密实混凝土对骨料性能要求很高，应严格控制骨料中的针
片状含量和 级配。对于粗骨料最大粒径的选择，根据试配试验情况，可选择较大
粒径，但不宜超过20mm。骨料中 的含泥量和泥块含量也应严格控制，含泥量和
泥块含量过大不但会增加对用水量和减水剂的需求量，还会 引起混凝土拌和物流
动度异常损失。
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5、矿物掺 合料的加入改善了水泥与减水剂的相容性，表现为增大拌合物的
流动能力，改善离析、泌水、泌浆等情况 ，使拌合物均匀密实。为使混凝土凝土
拌合物达到较好的工作性能，根据净浆流动度试验及自密实混凝土 配合比试验结
果，原状粉煤灰掺量可达60%，最佳掺量为30%左右，本实验掺入量为20%，磨细矿渣约为15%，硅灰应小于5%。

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