ENTECA 2013
IX Encontro Tecnológico da Engenharia Civil e Arquitetura
1 a 3 de outubro de 2013
Massa Unitária do gesso reciclado e convencional
Olindo Savi 1
Rafael Alves de Souza 2
Antonio Mário Manicardi Filho 3
Germano Romera 4
Juares José Pereira 5
RESUMO
A massa unitária é uma característica que merece atenção no estudo dos agregados porque atua
diretamente no desempenho das argamassas, na dosagem e no consumo dos aglomerantes. Já para
os aglomerantes, como o gesso, que necessitam ser dissolvido, a característica esperada é a do
aumento da superfície específica, que amplia a área de contato entre o soluto e o solvente, no caso a
água. A norma brasileira estabelece limites mínimos para a massa unitária do gesso, esta limitação
sugere ser uma forma de garantir ao mesmo tempo a distribuição granulométrica, a forma dos grãos
e a capacidade de empacotamento do material. Resultados de publicações científicas sobre o
assunto, alguns apresentados nesta pesquisa, indicam que a massa unitária do gesso reciclado
apresenta valores abaixo do limite da norma, mesmo para os de elevada finura, que no gesso
convencional tendem a apresentar massas unitárias mais elevadas, em muitas publicações, com
valores muito abaixo dos limites mínimos estabelecidos pela norma brasileira. Nesta pesquisa foram
realizados ensaios de massa unitária com pó de gesso de fundição reciclado, obtido em obras de
construção e demolição e em indústria de pré-moldados de gesso. Também foram realizados ensaios
com o gesso convencional, para se estabelecer parâmetros de comparação. Os resultados
apresentaram baixos valores de massa unitária do gesso reciclado, e análises feitas utilizando a
microscopia eletrônica de varredura indicam que a redução da massa unitária do gesso reciclado é
influenciada pela forma de organização dos cristais de gesso, que apresenta arranjo diferente do
observado para o gesso convencional, além do que, o gesso reciclado apresenta propensão natural
de formação de grumos.
Palavras-chave: Microscopia Eletrônica de Varredura. Massa Unitária do gesso. Módulo de finura.
Gesso reciclado.
1
Prof. Me., Universidade Estadual de Maringá-UEM, Departamento de Tecnologia-DTC, [email protected]
Prof. Dr., Universidade Estadual de Maringá-UEM, Departamento de Engenharia Civil-DEC,
[email protected]
3
Mestrando, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia UrbanaPEU, [email protected]
4
Prof. Me., Universidade Estadual de Maringá-UEM, Departamento de Tecnologia-DTC, [email protected]
5
Mestrando, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia UrbanaPEU, [email protected]
2
1. INTRODUÇÃO
Os conceitos de sustentabilidade estão vinculados a existência e a continuidade da
humanidade no planeta (LOPES et al., 2011). Para Jacobi (2003), diante do grande consumo de
recursos naturais, um número cada vez maior de empresas tem incorporado em suas estratégias os
conceitos de desenvolvimento sustentável, como forma de enfrentar as questões ecológicas, e dar
respostas à necessidade de promover a harmonia nos processos ambientais e socioeconômicos,
maximizando a produção e mantendo a garantia de condições para atender as necessidades humanas
no momento atual e no futuro. A visão tradicional de preservação ambiental baseada no controle de
poluição, com o tratamento, minimização e inertização dos resíduos, segundo Hinz et al. (2006),
serve apenas para remediar o problema, sendo necessário implementar ações com a finalidade de
eliminação total da geração de resíduos.
Em alguns processos de produção, entre eles o gesso, não há como evitar a geração de
resíduos, e a reciclagem é uma das formas de garantir a sustentabilidade do setor. Por ser um
material de baixo custo, a reciclagem se torna menos atrativa (FERREIRA et al., 2003).
O estudo das características do gesso reciclado é imprescindível para o estímulo da
implantação de unidades reclicadoras, principalmente para atender as demandas dos pequenos
geradores. Esta pesquisa foi delineada com a finalidade de investigar a massa unitária do gesso
reciclado, buscando compreender a variação que apresenta em relação ao gesso convencional.
2. O GESSO
A maior parcela do gesso utilizado no Brasil é de origem da natureza. Trata-se de um pó
branco, produzido a partir da calcinação do minério de gipsita. O gesso pode também ser obtido em
processos industriais (NATURES's ,2007). O gesso natural tem origem no minério de Gipsita, ou
Gipso, que se apresenta em estado sólido, e é um sulfato hidratado natural de cálcio (CaSO4.2H2O)
de baixa dureza. Para Cunningham et al. (1952), o gesso pode se apresentar como di-hidrato
(CaSO4.2H2O), como hemi-hidrato (2CaSO4.H2O) ou como anidrita (CaSO4)
O gesso é produzido em diversos países do mundo, com um consumo anual, segundo
Bezerra (2009), de cerca de 125 milhões de toneladas, das quais o Brasil participa com cerca de
2.000.000 de toneladas. Com produção voltada basicamente para suprir o consumo interno, o Brasil
aparece como 16º produtor mundial, mas as previsões é que tenha o consumo duplicado até 2030.
No Brasil o gesso é largamente utilizado como material de acabamento, especialmente na produção
de placas de forros e elementos decorativos.
Para Bezerra (2009), o gesso é ainda pouco utilizado no Brasil, o consumo é relativamente
pequeno, quando comparado com o dos países mais desenvolvidos ou que possuem longa tradição
de seu uso na construção. Em 2010, segundo Lyra Sobrinho et al. (2011), foi produzido no Brasil
cerca de 2.750.000 ton, para um consumo interno ligeiramente superior, da ordem de 2.820.000 ton.
As reservas brasileiras de gipsita, segundo Bezerra (2009), apresentam volumes
significativos e estão localizadas em nove estados das regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste do
país: Amazonas, Pará, Maranhão, Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Pernambuco, Bahia e
Tocantins. Segundo Bezerra (2009), a maior produção brasileira do gesso no Brasil está
concentrada principalmente nos estados de Pernambuco, Ceará, Maranhão e Tocantins, em regiões
do semi-árido nordestino, e também na região amazônica.
John & Cincotto (2003) estimam que há perdas nos processos de fabricação e aplicação dos
produtos de cerca de 5% do total do gesso produzido no Brasil, que conforme as estimativas de
Lyra Sobrinho et al. (2011), podem representar cerca de 137.500 toneladas anuais, considerando-se
o gesso aplicado na construção civil e na produção de elementos de decoração. Trata-se de um
volume expressivo, o que justifica a preocupação com a sustentabilidade do setor.
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3. MASSA UNITÁRIA
A massa unitária, também chamada de massa específica aparente ou massa barométrica
(BAUER, 2001), é definida pela NBR 12127:1991 - MB-3468 como a relação entre a massa não
compactada do material e o seu volume. Esta difere da massa específica real, que representa a
massa absoluta, sem considerar a presença dos vazios. A massa unitária pode ser definida também
como a quantidade de massa possível de ser acomodada em um recipiente de volume unitário
(CARNEIRO et al. ,1997).
A massa unitária, para Carneiro et al. (1997), é um parâmetro relevante para os agregados no
estudo de desempenho das argamassas, pois esta pode afetar a dosagem, interferindo diretamente
no consumo de aglomerantes o reduzindo a capacidade de retenção da consistência das argamassas.
Para os aglomerantes, embora tenha seus valores definidos e limitados, pode representar ao mesmo
tempo a distribuição granulométrica, a formas dos grãos e a capacidade de empacotamento.
A massa unitária do gesso convencional, segundo Bauer (2001), apresenta variação entre
0,70 e 1,00, e tem relação direta com o grau de finura. Para Campos et al. (2007) a massa unitária é
influenciada pelo índice de vazios e pela massa específica da rocha que originou o material.
Para a NBR 13207:1994, a massa unitária do gesso deve ser superior a 700 kg/m³, no
entanto, trabalhos publicados (Tabela 1), indicam haver uma grande variabilidade nos valores da
massa unitária do gesso reciclado, inclusive apresentando valores abaixo dos normatizados.
Tabela 1 - Módulo de finura x Massa unitária do gesso reciclado
Fonte
Modulo de Finura Massa Unitária (kg/m³)
0,66
580,00
Harada & Pimentel (2009)
0,69
620,00
0,72
530,00
Lima & Camarini (2011)
0,47
447,65
0,24
1.033,00
Antunes (1999)
0,15
1.133,81
0,27
1.109,73
0,48
640,00
Fiano & Pimentel (2009)
0,47
590,00
A massa unitária possui uma relação direta com grau de finura (inversa em relação ao
módulo de finura), conforme se observa no gráfico da Figura 1, que apresenta os valores indicados
na Tabela 1.
Figura 1 - Massa unitária do gesso reciclado x Módulo de finura.
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A curva de tendência no gráfico da Figura 1, que possui a melhor correlação dos valores,
não apresenta relação linear. A curva apresenta uma determinação (R2) de 0,86, que corresponde à
uma correlação (r) de 0,93, o que indica uma forte correlação dos dados. O fator de determinação de
0,86 significa que o modelo pode explicar 86% do resultado (FONSECA et al., 1985), ou seja,
estatisticamente 86% do valor da massa unitária é explicado pelo módulo de finura do gesso, assim,
cerca de 14% da massa unitária é explicada por outros fatores e por erros amostrais.
Com base no modelo estatístico, pode-se inferir, que para que o limite do valor da massa
unitária da NBR 13207:1994 seja atendido, o módulo de finura não poderá ultrapassar 0,4.
4. RESULTADOS DA PESQUISA
4.1
Materiais e métodos
A pesquisa foi delineada para o estudo da massa unitária do gesso reciclado, a partir de uma
amostra de 5 kg retirada do material coletado em caçambas de deposição de resíduos de industrias
(40%), de obras de construção e reforma (45%) e de obras de demolição (15%). O material foi
moído e pulverizado e calcinado à temperatura de 170 ºC, com permanência em estufa por 2 horas,
com carga de 1 kg.
Os ensaios de laboratório foram realizados para caracterização do gesso quanto ao módulo
de finura e a massa unitária. Estudos complementares foram realizados com Lupa Tecnível® com
capacidade de ampliação da imagem em 40x e com o uso da Microscopia Eletrônica de Varredura
(MEV) visando investigar o comportamento do gesso reciclado quanto a formação dos grãos.
O módulo de finura foi obtido aplicando-se os procedimentos da NBR 12127:1991 - MB3468, através de peneiramento manual com ciclos de 8 séries de 25 movimentos em cada pesagem,
utilizando as peneiras da série normal para gesso de 0,840, 0,420, 0,210 e 0,105 mm. A massa
unitária foi obtida conforme a NBR 12127:1991 - MB-3468, utilizando funil, peneira com malha de
2,4 mm e um recipiente cilíndrico com diâmetro de 100 mm e altura de 125 mm.
Para as pesagens foi utilizada balança de precisão Bel - Mark 2200®, com capacidade para
2,20 kg e resolução de 0,01 gramas.
Foram realizados também ensaios com gesso convencional de fundição, obtido no mercado,
cujos resultados foram utilizados para a comparação direta com os do gesso reciclado.
4.2. Resultados experimentais
O módulo de finura foi obtido através de 2 ensaios, realizados conforme a NBR 12127:1991
- MB-3468, com peneiramento manual (Figura 2), utilizando-se como critério para realização das
pesagens de verificação, um ciclo de 8 séries de 25 movimentos. Após cada ciclo de peneiramento,
foi feita a verificação do peso utilizando-se a balança Bel – Mark 2200® (Figura 3).
Figura 2 - Peneiramento manual
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Figura 3 - Pesagem
4
Os resultados obtidos, gesso reciclado e convencional, foram sistematizados na Tabela 2
(gesso reciclado ) e Tabela 3 (gesso convencional).
Tabela 2 - Módulo de finura médio do gesso reciclado
Retido na peneira
Diferença
Peneira
Individual
acumulado
peso
percentual
0,840 mm
0,11 g 0,11 %
0,11 %
0,07 g
63,64 %
0,420 mm
0,44 g 0,44 %
0,55 %
0,10 g
21,84 %
0,210 mm
2,31 g 4,61 %
5,16 %
0,04 g
1,73 %
0,105 mm
7,49 g 14,94 % 20,10 %
0,37 g
4,88 %
Fundo
40,02 g 79,90 %
Total acumulado
25,91 %
Módulo de finura
0,26
Tabela 3 - Módulo de finura médio do gesso convencional
Retido na peneira
Diferença
Peneira
Individual
acumulado
peso
percentual
0,840 mm
0,00 g 0,00 %
0,00 %
0,00 g
0,00 %
0,420 mm
0,04 g 0,04 %
0,04 %
0,01 g
14,29 %
0,210 mm
0,46 g 0,93 %
0,93 %
0,13 g
28,26 %
0,105 mm
3,87 g 7,82 %
7,82 %
0,02 g
0,52 %
Fundo
45,16 g 91,22 %
Total acumulado
9,78%
Módulo de finura
0,10
O módulo de finura do gesso reciclado 0,26 e do gesso convencional 0,10 apresentam
elevado grau de finura e se enquadram nos parâmetros da NBR 13207:1994 como gessos finos.
Apresentam distribuição granulométrica representada no gráfico da Figura 4, onde se verifica que
79,90% do pó de gesso reciclado e 91,22% do gesso convencional possui granulometria inferior a
0,105 mm e 94,84% e 99,04% respectivamente possui diâmetro inferior a 0,210 mm.
Figura 4 - Distribuição granulométrica do gesso reciclado e
convencional.
Os ensaios para a determinação da massa unitária foram realizados de acordo com a NBR
12127:1991 - MB-3468, utilizando um funil, peneira e um recipiente cilíndrico com 100 mm de
diâmetro e 125 mm de altura (Figura 5), com a pesagem feita utilizando-se balança de precisão Bel
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- Mark 2200®, com capacidade para 2,2 kg e resolução de 10 mg. Na aferição da capacidade
volumétrica real do recipiente verificou-se que este possui capacidade volumétrica real de 953 ml,
ou 0,953 litros, o que equivale a 953 cm³.
Figura 5 - Ensaio de verificação da massa unitária do gesso
Os resultados obtidos nos ensaios de verificação da massa unitária do gesso reciclado e
convencional estão apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 - Resultados dos ensaios de massa unitária do gesso
Massa unitária
Tipo
Ensaio Massa Volume
Variação
Individual
Média
1
307,00 g
327,64 kg/m³
-0,40%
Gesso reciclado
328,95 kg/m³
2
309,44 g
330,25 kg/m³
0,40%
937 cm³
642,05 kg/m³
-0,64%
3
601,60 g
Gesso convencional
646,18 kg/m³
4
609,34 g
650,31 kg/m³
0,64%
As massas unitárias obtidas para os gessos apresentam valores inferiores aos estabelecidos
pela NBR 13207:1994, que é de 700 kg/m³, no entanto, o valor apresentado pelo gesso
convencional de fundição está compatível com os verificados por Hincampié Henao & Cincotto
(1997), entre 596 e 606 kg/m3, Bernhoeft (2010), de 686,00 e 688,00 kg/m³ e Pires Sobrinho &
Horowitz (1987), apud Jonh & Antunes (2002), 615,00 kg/m³. Pesquisadores como Cincotto et al.
(1988) também verificaram valores de massa unitária inferiores aos normalizados em 11 marcas de
gesso, de 15 analisadas.
Para o gesso reciclado, os valores, além de não atenderem à norma brasileira, apresentaram
massa unitária média muito baixa, 328,95 kg/m³, e abaixo também dos valores observados por
Harada & Pimentel (2009), de 530,00, 580,00 e 620,00 kg/m3, Lima & Camarini (2011), 447,65
kg/m3 e Fiano & Pimentel (2009), 590,00 e 640,00 kg/m3.
Para investigar o baixo valor obtido para a massa unitária do gesso reciclado, 327,64 e
330,25 kg/m3, amostras do gesso convencional e reciclado foram submetidas a exames da estrutura
granular, primeiramente utilizando-se uma Lupa Tecnível®, com capacidade de ampliação da
imagem de 40 vezes (Figuras 6 - gesso comercial e Figura 7 - gesso reciclado). A análise
possibilitou observar que o gesso reciclado (Figura 7) apresenta uma propensão para a formação de
aglomerados de partículas (grumos ou flocos), fato este também observado por Canut (2006), já o
gesso convencional (Figura 6) apresenta uma composição mais uniforme, com um melhor
empacotamento
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Figura 6 - Pó de gesso convencional ampliação de 40x.
Figura 7 - Pó de gesso reciclado ampliação de 40x.
Imagens obtidas em Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com amostras de gesso
convencional (Figuras 8) e reciclado (Figura 9), com ampliação de 100x apresenta evidencias de
que o gesso convencional apresenta um melhor empacotamento, com menor formação de grumos
do que o gesso reciclado. O gesso reciclado apresenta a formações de grumos maiores e também em
maiores quantidades.
Figura 8 - Imagem de MEV do pó de
gesso convencional com ampliação de
100x.
Figura 9 - Imagem de MEV do pó de
gesso reciclado com ampliação de 100x.
Pela análise das imagens, o gesso reciclado, além da formação de grumos em maior
quantidade e com maiores dimensões, contém em sua composição uma grande quantidade de
fibrilas (Figura 10), que são resultantes da decomposição das fibras de sisal que estão presentes nos
resíduos de gesso provenientes das obras de demolição de placas de forro, que foram reduzidas a
minúsculas dimensões nos processo de trituração, moagem e pulverização. O sisal é um material
utilizado na composição das pastas colas que promovem a união das placas nos processos de
montagem dos painéis de forro. Uma parcela significativa das fibras são removidas durante o
processo de trituração, moagem e pulverização do gesso, pois estas se aglomeram, facilitando a sua
retirada, contudo, uma porção permanece no interior da massa de gesso reciclado, contribuindo para
a formação dos aglomerados de partículas observados na Figura 7, e provocando o aumento do
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volume de vazios, uma vez que muitas destas fibras estão unidas às partículas do pó de gesso,
dificultando, desta forma, o agrupamento e arranjo da massa de gesso.
Figura 10 - Imagem de amostra do gesso
reciclado obtida com lupa com aumento de 40x
Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura, com ampliação de 8.000 vezes,
com amostras de gesso convencional (Figura 11) e reciclado (Figura 12), apresentam outros
aspectos que diferenciam o gesso convencional de fundição do reciclado, que é a forma como os
cristais se organizam. O gesso convencional se apresenta com arranjo organizado em camadas e
com forma lamelar (Figura 11), enquanto o gesso reciclado apresenta os cristais dispersos e
espaçados (Figura 12), com grande volume de vazios entre eles, o que explicar em parte a menor
massa unitária obtida.
Figura 11 - Imagem de MEV com amostra Figura 12 - Imagem de MEV com amostra
de gesso convencional - ampliação de
de gesso reciclado - ampliação de 8000x.
8000x.
Mesmo apresentando baixos valores de massa unitária, o gesso reciclado utilizado nesta
pesquisa apresentou bom desempenho quanto à resistência à compressão e à flexão em ensaios
realizados por Savi (2012). Nestes os valores apresentaram-se compatíveis e até superiores aos do
gesso convencional de fundição, o que, a princípio, indica que a massa unitária, por si só, não é um
elemento que possa comprometer a resistência dos produtos produzidos com o gesso reciclado.
Há necessidade de se conhecer as razões da limitação da massa unitária para o gesso na
norma técnica pertinente, uma vez que se trata de um material aglomerante e que, na produção da
pasta ou argamassa, deve ser dissolvido, o que a princípio, o diâmetro do grão e a superfície
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específica são as características mais importantes, como descreve Carneiro et al. (1997).
Como se observou nesta pesquisa, embora o gesso reciclado apresente uma baixa massa
unitária, a distribuição granulométrica pouco difere da do gesso convencional de fundição. As
diferenças verificadas são mais expressivas na forma de organização dos grãos (cristais) e a
capacidade de empacotamento. No gesso reciclado apresenta-se um grande volume de vazios entre
os cristais que formam o grão e também formam-se aglomerações (grumos).
É necessário realizar estudos específicos para investigar se o limitador do massa unitária do
gesso pela norma brasileira no pode ser substituído pela distribuição granulométrica, principalmente
para o gesso reciclado, uma vez que, segundo Petrucci (1998) este é o critério utilizado pelas
normas americanas e francesas, países com grande tradição na utilização do gesso. A distribuição
granulométrica fixando maior grau de finura para o gesso, segundo Vorobiev (1967) fará com que
se aumente a superfície específica, que Guimarães (1997) afirma ser uma característica importante
para a dissolução dos hidratos. A dissolução é, portanto, favorecida, por apresentar maior superfície
de contato entre o gesso (soluto) e a água (solvente), ainda mais para o gesso, que apresenta baixa
solubilidade, segundo Brown et al. (1997), de 9,1x10-6.
5. CONCLUSÃO
Os resultados obtidos apresentaram massa unitária para o gesso convencional e reciclado
com valores abaixo daquele especificado pela norma brasileira, mesmo para gessos de elevado grau
de finura. Pesquisas feitas Hincampié Henao & Cincotto (1997), Bernhoeft (2010), Pires Sobrinho
& Horowitz (1987), apud Jonh & Antunes (2002), Cincotto et al. (1988), Harada & Pimentel
(2009), Lima & Camarini (2011) e Fiano & Pimentel (2009) também apresentaram valores
inferiores aos limites estabelecidas pela norma brasileira. As baixas massas unitárias dos gessos, no
entanto, não tem comprometido outras características físicas, como dureza, resistência à compressão
e à flexão.
Imagens feitas análises utilizando lupas de aumento e microscopia eletrônica de varredura
(MEV), com ampliação de 40 vezes até 8000 vezes, indicaram que o gesso reciclado utilizado nesta
pesquisa apresenta um menor grau de empacotamento, propensão à formação de grumos de grandes
dimensões e uma forma de organização dos cristais diferente da do gesso convencional. O gesso
convencional apresenta os cristais agrupados num formato lamelar e organizado em camadas,
enquanto o gesso reciclado apresenta grãos formados por cristais dispersos e espaçados, com um
grande volume de vazios entre eles. Além disso, o gesso reciclado utilizado nesta pesquisa
apresentou grande quantidade de minúsculas fibras de sisal, remanescentes das fibras que
compunham os resíduos coletados, que embora imperceptíveis à olho nu, aparecem claramente nas
imagens ampliadas 40x. A existência destas fibrilas contribuem para a formação dos grumos, que
existem em grande quantidade no gesso reciclado ensaiado.
Os baixos valores da massa unitária do gesso não tem comprometido outras características
físicas e mecânicas. Embora não esteja claro o objetivo da limitação da massa unitária para o gesso
nas normas brasileiras, ela sugere ser um parâmetro limitador da granulometria. Se assim procede,
tendo em vista os baixos valores verificados principalmente no gesso reciclado, esta limitação pode
ser dada através da limitação das faixas granulométricas do material, como ocorre em países com
grande tradição no uso do gesso como Estados Unidos e França.
A massa unitária tem apresentado baixos valores mesmo para gessos de alto grau de finura,
o que é explicado em parte pela existência de grande quantidade de vazios entre os cristais que
formam o grão. Por ser um aglomerante, o gesso com grandes vazios entre os cristais, apresenta
maior superfície específica, consequentemente com maior superfície de contato entre o soluto
(cristais de gesso) e o solvente (água), apresentando melhor taxa de hidratação e hidrólise, ou seja,
torna-o mais solúvel.
Para permitir a reciclagem do gesso, produzindo-se um material adequado com a norma
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brasileira, faz-se necessária a realização de estudos específicos para investigar se o limitador do
massa unitária do gesso pela norma brasileira pode ser substituído por um critério de
enquadramento na distribuição granulométrica do material, como ocorre nos países com maior
tradição no uso do gesso.
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