demolicion y rotura de rocas con cementos expansivos

DEMOLICION Y ROTURA DE ROCAS CON CEMENTOS EXPANSIVOS Mikel Ureta, Jon Urrestarazu y Alexander Simn

DEMOLICION Y ROTURA DE ROCAS CON CEMENTOS EXPANSIVOSJON URRESTARAZU MIKEL URETA ALEXANDER SIMN

Descripcin general de los cementos expansivos, desde sus caractersticas hasta su mtodo de utilizacin, pasando por el modo de fabricarlos y sus cualidades mas destacables.


INDICETEMA PAG.

Historia del cemento expansivo.2-3

Qu es el cemento expansivo?.........................................3

Composicin del cemento expansivo4

Modo de empleo5-7

Usos del cemento expansivo.8-12

Evolucin del cemento expansivo.13-14

Seguridad.14-15

Bibliografa..16

USO DE EXPLOSIVOS


1. HISTORIA DEL CEMENTO EXPANSIVO

La palabra cemento se aplica a toda sustancia que posea propiedades adhesivas, cualquiera que sea su origen. La palabra proviene del latn caementum=piedra sin escuadrar.

Hasta el siglo XVIII puede decirse que los nicos conglomerantes empleados en la construccin fueron los yesos y las cales hidrulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un inters notable por el conocimiento de los cementos. Una vez desarrollado este sector tambin se desarroll el sector de los cementos expansivos.

La tecnologa utilizada por este cemento es la reaccin qumica de hidratacin. Esta reaccin qumica se emplea desde la antigedad, se utiliz en la construccin de las pirmides de Egipto para la extraccin y elaboracin de grandes bloques de granito. Trata en incorporar agua a un compuesto.

Utilizaban cuas de madera y las mojaban con agua; por efecto de la reaccin qumica de hidratacin se produca una tremenda fuerza expansiva y la consiguiente rotura. Los cementos demoledores, mezclados con agua producen la reaccin qumica de hidratacin generando una fuerza expansiva de 7.000 a

9.000 T/m2.

A mediados de los aos setenta del siglo XX, un ingeniero y qumico italiano, Rossano Vannetti, comienza el estudio y el desarrollo de la formulacin moderna del cemento expansivo. A base


de carbonatos de calcio, consigue desarrollar una formulacin que le permite regular a voluntad el tiempo de reaccin del producto, y por tanto, a base de catalizadores de la reaccin, controlar los tiempos de rotura.Este hecho diferencial le permite, partiendo de un pequeo laboratorio en la Toscana italiana, en Casteglione de la Pesacia, funda el que hoy es un gran imperio industrial(Grupo CEG), mercantil y econmico en torno a este producto. Establece fbricas y sedes comerciales en los cinco continentes y en relativamente poco tiempo se convierte en el mayor productor mundial de cemento expansivo, con industrias en Italia, Brasil, Argentina, Egipto y Sudfrica.

2. QUE ES EL CEMENTO EXPANSIVO?

El cemento expansivo es un agente demoledor no explosivo pulverulento y de color grisceo, cuyo componente base es la Cal inorgnica.

El cemento expansivo, mezclado con el porcentaje adecuado de agua provoca, por reaccin qumica de alto poder, una enorme tensin expansiva, superior a las 9.000 toneladas. Generalmente son suficientes de 500 a 3.000 toneladas para demoler todo tipo de roca y hormign.

El cemento expansivo produce la rotura: De una forma segura De una manera precisa

Sin gases Sin chispas


Con vibracin 0 Sin explosin Sin ruido de martilleo ni

temblor

Sin problemas de accesibilidad

Sin contaminacin Sin atentados ecolgicos

Una de las caractersticas ms interesante de las mostradas anteriormente es la de que el cemento expansivo no es ningn tipo de explosivo. Eso hace que lo pueda utilizar cualquier persona puesto que no hace falta la ley que est sujeta a los explosivos. Esto conlleva que no hace falta papeleo de ningn tipo a la hora de la utilizacin de este producto.

1. COMPOSICION DEL CEMENTO EXPANSIVO

El cemento portland es un polvo fino, que se obtiene de moler la escoria de arcilla con piedra caliza calcinada, a temperatura muy alta. Al aadir agua, se va convirtiendo en una mezcla pastosa hasta llegar a tener la consistencia de la piedra. Por este motivo se usa en construccin de edificios y obras de ingeniera.El mortero y hormign se obtienen al aadir arena y grava.Ha cementos naturales (que solo necesitan calcinado y molido), y una amplia variedad de artificiales, con diferentes tipos de composicin para aportarles propiedades especficas, como el cemento Portland (de origen en esta ciudad inglesa), y el cemento aluminoso.

Tambin, dependiendo de los aditivos, con un mismo tipo de cemento se obtienen diferentes tipos de hormign: normal, arcilloso, bituminoso, asfltico, fraguado rpido, espumoso, resistente al agua, micro poroso, reforzado,... etc.Composicin qumica del cemento Portland:Oxido de calcio (CaO)..................................................................... 60-70%Dixido de silicio (incluyendo 5% de slice libre) (Si O2)................ 19-24%Trixido de aluminio (Al3O3)......................................................... 4 -7 %Oxido frrico (Fe2O3) ..................................................................... 2 -6 %Oxido de magnesio (MgO)..............................................................


despus del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificacin ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E-1. Comnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo:E-1 (K) contiene cemento portland, trialuminosulfato tetraclcico anhidro, sulfato de calcio y xido de calcio sin combinar.E-1 (M) contiene cemento portland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.E-1 (S) contiene cemento portland con un contenido elevado de aluminio triclcico y sulfato de calcio.El uso de cementos expansivos (tpicamente el cemento tipo K) se ha dado principalmente en U.S.A., donde estn sus nicos fabricantes.

2. MODO DE EMPLEO DEL CEMENTO EXPANSIVO

Aunque el uso de los cementos expansivos est muy generalizado y tiene un ratio de uso muy elevado, no se puede utilizar (o ms bien no es efectivo) en todo tipo de rocas, si, por ejemplo, la roca tiene algn tipo de figuracin o alta porosidad el cemento no funcionara correctamente, ya que no reventara la roca sino que rellenara esos huecos que tiene esta naturalmente. Esto es debido a que el cemento se expande por las fisuras y los huecos de la roca. Como ya sabemos el cemento expansivo produce un pequeo aumento de volumen a una alta presin que es lo que rompe, sobre todo aquellas rocas que no sean plsticas y no tengan agujeros; pero una vez expansionado el cemento el aumento de volumen real es muy pequeo, lo que hace imposible romper el tipo de rocas arriba mencionadas.

Por lo tanto el uso de los cementos expansivos se limita a rocas rgidas, duras, resistentes y carentes de figuracin (como lo es el granito, el cual es uno de sus usuarios predilecto) para su utilizacin. As, podramos decir que en un granito funcionara perfectamente, en una calcrea depender del entorno y la situacin y en una carniola no funcionara.

A la hora de utilizar los cementos expansivos no son muchos los conocimientos previos sobre construccin que necesitamos, pero unas nociones bsicas s que son muy importantes. Al igual que a la hora de trabajar con explosivos, la parte ms importante de las operaciones con cementos expansivos es la perforacin. El xito del proceso puede descansar sobre este paso fundamental ya que no es lo mismo utilizar un solo agujero, hacer varios o realizar el trabajo con un u otra separacin.


Como en explotaciones convencionales, si el barreno no se ha efectuado segn las instrucciones, fallara la demolicin. Para ilustrar esta situacin a continuacin se expone una utilizacin del cemento expansivo:

1. Dimetro de barreno: ser de entre 30 y 65 milmetros. En temperaturas superiores a 25 grados centgrados, el dimetro mximo ha de ser de 50 mm, mas adelante analizaremos la importancia de la temperatura en este tipo de demoliciones.

2. Desplazamiento: para calcular el desplazamiento basta con una simple operacin matemtica, multiplicar por diez el dimetro que ha sido utilizado en el barreno.

3. Profundidad: como es lgico la profundidad siempre ha de ser superior al desplazamiento calculado, aunque con un mnimo, en este ejemplo seria de 50 milmetros.

Este ejemplo correspondera a una de las marcas ms conocidas en Espaa de cemento expansivo, la marca CRAS, de la cual podemos ver sus cualidades en un trabajo como el arriba mencionado en la siguiente tabla.

El agua en la utilizacin del cemento expansivo:

La cantidad de agua es muy importante como puede apreciarse en el grfico, en este caso (concreto para los cementos expansivos CBA) hay tres tipos de agua, cuyo efecto viene representado en el grfico. Podemos alcanzar las 9.000 Toneladas por metro cuadrado con la lnea verde. Nos quedamos por bajo con la azul y con la negra aumentamos muchsimo el tiempo de rotura y disminuimos mucho la presin del cemento. Como se puede apreciar la cantidad de agua va a venir limitada por el producto en concreto que se utilice, por las indicaciones de cada fabricante y sobre todo por los efectos y duraciones que queramos conseguir. As, en general, con cantidad abundante de agua el cemento

Consumo de CRAS por metro de profundidad segn el dimetro de barreno utilizado

Peso: 1,40 kg 3,25 kg 5,30 kg

Dimetro 32 mm 50 mm 65 mm


tarda algo mas de tiempo en endurecerse y pierde efectividad, y con poca agua puede no abarcar lo suficiente.

La temperatura en la utilizacin de cemento expansivo: como se puede ver en la figura, la temperatura es muy importante y hay que tenerla en cuenta, pues de ello depende el tiempo de rotura. De 10-30 en 10 horas se alcanzan los resultados, sin embargo en una temperatura de 5-20 los resultados, segn se ve en la curva de color azul, pierden tanto en fuerza como en tiempo de accin, siendo mucho ms lentos los de 0-5 donde los resultados se obtienen despus de las 50 horas, como se ve en la curva de color negro.

El dimetro de los barrenos en la utilizacin de cementos expansivos: como es lgico el dimetro del barreno tiene una influencia directa en el resultado de la demolicin o la rotura de rocas. Una de las grandes ventajas de lo cementos expansivos frente a los explosivos es que pueden ser utilizados con la misma eficacia en todo tipo de dimetros. En todo caso cada fabricante es el que debe indicar los dimetros aconsejables para cada tipo de roca con su producto en concreto y por lo tanto sera errneo indicar unos valores como absolutos, no obstante, para que sirva como gua podemos decir que el dimetro idneo es de 4 - 4,5 centmetros. Los dimetros inferiores a 3,5 no son aconsejables. En la siguiente tabla se puntualizan mejor las medidas para rocas duras, blandas, etc.


Teniendo en cuenta todo lo arriba mencionado: el agua, la temperatura, el dimetro de perforacin, el agujero. Podramos decir que ya estamos preparados para utilizar el cemento expansivo. Para hacerlo basta con seguir unas pautas paso por paso para que la demolicin o la rotura sea perfecta:

Dosificacin: poner en un balde un 28%-30% de agua (que no pase de 15 en verano) y con una batidora hacer una masa uniforme y sin grumos.

Carga: llenar el agujero hasta arriba. En grandes obras puede utilizarse la bomba de carga

Accin expansiva y rotura: por efecto de la hidratacin, el cemento expansivo genera una tremenda y progresiva fuerza expansiva (superior a las 7.500 Tn/m2, cuando para la rotura de la roca ms dura son necesarias 2.000 Tm/m2). En pocas horas se producir la rotura. La potencia va aumentando progresivamente y unos dos das despus puede llegar a lograr la fuerza mxima.

Agujeros con agua o grietas: Se resuelve usando tubo o saco de poliuretano de dimetro ligeramente superior al del barreno. mnimo del tubo: 30 mm.

1. USOS DEL CEMENTO EXPANSIVO

Como ya hemos explicado con anterioridad el cemento expansivo es una alternativa seria, segura y econmica a los explosivos convencionales, por tanto, sus usos se extienden como sustituto de estos y son factibles en prcticamente todos los campos en los que trabajan los explosivos ms algunos otros en los que estos son peligrosos o inutilizables. Podemos decir por tanto que tienen un campo de utilizacin universal, tanto en grandes obras o megaproyectos, como en pequeas demoliciones o incluso demoliciones caseras. Pero sobre todo los cementos expansivos adquieren importancia en los casos en los que la utilizacin de explosivos convencionales no es adecuada o incluso peligrosa:

Escaso volumen Problemas de vibraciones Imposicin administrativa


Imposibilidad de esperar el tiempo para obtener un permiso de voladura

No es posible ejecutar el trabajo con martillo hidrulico, ni con voladura

En todos los casos arriba mencionados el uso de cementos expansivos se vuelve indispensable ya que todas sus ventajas se adaptan a las necesidades de esas situaciones y de muchas otras. En el caso de las canteras de granito, por ejemplo, las pruebas efectuadas en canteras sudafricanas de granito Rojo frica con cemento rompedor no explosivo han dado como resultado un aumento de hasta el 10% en la cantidad de granito aprovechado. La prueba efectuada mostr que se trata de un proceso econmico y que el aumento de la produccin es importante (hasta un 50%), ya que se reduce el nmero de perforaciones que hay que realizar. Con los procedimientos convencionales, se necesita una perforacin cada 10 cm, mientras que con el cemento aumenta la produccin y en el proceso ya no es necesario paralizar ninguna operacin en curso.

Intentaremos resumir sus usos en una pequea lista:

1. En trabajos domsticos, aunque no es lo ms habitual si es factible ya que no necesita experiencia ni autorizacin alguna, al contrario que los explosivos.

2. En vaciados entre edificaciones, sobre todo en el mbito nacional, ya que en Espaa esta tecnologa es la ms esperada en el campo de la construccin y la edificacin.

3. En demoliciones de construcciones de hormign armado, como pudieran ser muros, zapatas, diques, presas, pilares, etc. debido a su gran efectividad en este tipo de roturas frente al martillo hidrulico.

4. En demoliciones submarinas, se trata prcticamente de la nica opcin en este tipo de trabajos, ya que los explosivos no son una buena opcin bajo el mar y las maquinarias no estn lo suficientemente desarrolladas.

5. En demoliciones realizadas en el entorno de carreteras, en las cuales se puede trabajar sin tener que interrumpir el trfico, sin la utilizacin de maquinaria pesada y sin los riesgos evidentes que conlleva el uso de explosivos.

6. En canteras de granito, donde el corte limpio que genera y la ausencia de microfisuras permite racionalizar el proceso de produccin al no tener que tomar las medidas de seguridad inherentes a otras tecnologas.

Como hemos podido apreciar en la lista anterior los usos del cemento expansivo son mltiples, aunque, evidentemente todos estn ligados a la demolicin.


Como sabemos el cemento expansivo produce la rotura por efecto o reaccin de hidratacin de alto poder, produciendo una enorme tensin expansiva, superior a las 7.000 toneladas por metro cuadrado.La fragmentacin se produce entre los agujeros, previamente cargados con cemento expansivo, por la enorme tensin expansiva que ejerce este sobre lo que tenga alrededor (en este caso la roca), esto lo podemos apreciar en la siguiente fotografa.

Esta enorme tensin acta como fuerza de compresin (A) y a la vez en ngulo recto fuerza de traccin (B). La demolicin se producir cuando esta fuerza de traccin supere a la resistencia a demoler. No debemos olvidar que siempre tendremos que disponer (en la bancada o bolo a demoler) de, al menos, una cara libre o salida.

A continuacin analizaremos los tipos de demolicin ms tpicos que se pueden realizar con cementos expansivos.

Demolicin de bolos o rocas sueltas : en este caso los cementos expansivos nos permiten saber la orientacin de la rotura y la lnea de corte, logrando una separacin limpia y sin residuos mencionables, basndose en el principio lgico de que esta se producir siempre entre los agujeros ms prximos.


Rotura TransversalL-1 < L-2

L-1=0,5 m

Rotura LongitudinalL-1 < L-2

L-1=0,5 m

Rotura en CuadrculaL-1 = L-2

L-1=0,5 m

Rotura en TresbolilloL-1 < L-2

L-1=0,5 m

Demolicin de estructuras de hormign armado : por lo general las armaduras de hormign armado no ofrecen resistencia y por lo tanto la rotura se produce de parte a parte, como se puede apreciar en la siguiente figura.

Bancada fija con varias caras libres: Cuando queremos quitar un repie la demolicin se realizara por etapas para obtener una mayor eficacia. Como hay varias filas de taladros, cargaramos la primera fila con un margen de una hora o treinta minutos de diferencia cargaramos la segunda, y as sucesivamente.Si lo que queremos es dar un nivel a la roca o al repie, el procedimiento ser ms o menos como el anterior, si bien tendramos que dar una fila de taladros horizontales con una ligera inclinacin para favorecer su llenado y limitar el corte. As conseguiramos romper primero la horizontal, a continuacin la primera fila, con un margen de tiempo la segunda, etc.


SIN REPILa cota W=0,5 m. mximo en el fondo del agujero. Dimetro Barreno

40 mm

Malla0,5m x 0,5m

Profundidad

Hasta 10 m.

CON REPIBien con mquina o segn dibujo, tenemos que preparar un primer frente con altura mnima de 0,60 m.

Para acabar cabe destacar que uno de los usos ms comunes de los cementos expansivos se encuentra en las canteras de granito.

Se estima que el uso del cemento expansivo aumenta la produccin en un 100%. Por una parte, al ser un producto no explosivo, se racionaliza el proceso de produccin integral de la cantera. Por otro lado, con el uso del cemento expansivo se precisa de la mitad de agujeros, hecho ste determinante en la produccin. Los desplazamientos de agujeros son de 0,40 metros a 0,50 metros en lugar de los 0,20 metros que son utilizados normalmente mediante los mtodos convencionales.

Con Explosivo Con cemento expansivoMucho escombro De un 25% a un 32% de ahorro de material vendible.


Microfisuras Material limpio y SIN MICROFISURAS

Extraccin de grandes bloques. 540 m3 = Gran potencia. Elaboracin de bloques "in situ". Ahorro de material vendible: recorte

de solo 0,15 m de espesor.

Aumento de produccin del 100%. Al no tener que adoptar medida de seguridad, se racionaliza el proceso de produccin y se reduce la perforacin al 50%.

1. EVOLUCION DEL CEMENTO EXPANSIVO

Como en otros muchos factores cada empresa ha intentado sacar una formula mejorada del cemento expansivo, estos son unos de los ejemplos que hemos encontrado:Mejora de cemento expansivo y mtodo de formar mismo:

More specifically, the expansive cement of the present invention is formed by finely grinding an expansive clinker which


includes a stable calcium alumino sulfate compound, and then blending an amount of the expansive clinker determined by the proportion of the calcium alumino sulfate compound therein with a separately ground cement clinker and gypsum to form an expansive cement composition. Ms concretamente, el cemento expansivo de la presente invencin est formado por una fina molienda de clinker amplia que incluye un aluminio estable compuesto de sulfato de calcio, y luego una cantidad de mezcla del clinker expansiva determinada por la proporcin entre el compuesto de sulfato de calcio aluminio en esto con un separado clnker de cemento y yeso para formar una composicin del cemento expansivo. Clinker: Es el principal componente del cemento, se forma tras calcinar caliza y arcilla a una temperatura que est entre 1350 y 1450 C. El clnker es el producto del horno que se muele para fabricar el cemento.Otra mejora de este componente es el denominado Cras:El CRAS produce la rotura:

De una forma segura De una manera precisa Con vibracin 0 Sin explosin Sin ruido de martilleo ni

temblor

Sin gases Sin chispas Sin problemas de

accesibilidad Sin contaminacin Sin atentados ecolgicos

Adems, no paraliza ningn trabajo en la obra.

Vale para todas las estaciones del ao siempre y cuando el dimetro de barreno sea inferior a 50mm. Supone gran ventaja respecto a los competidores, ya que stos utilizan un producto diferente para cada estacin -es decir, cuatro tipos diferentes- lo que supone, entre otras ventajas, un 75 % de ahorro en material inmovilizado.

El modo de usar el cras es el mismo que cualquier cemento expansivo, explicado posteriormente en la seccin modo de empleo.

Las ventajas del CRAS sobre la maquinaria pesada son: Accesibilidad Velocidad, (20 veces ms rpido que los rompedores hidrulicos o

pica-pica) Vibracin "O" (sin vibracin temblores o martilleo) Mucho ms econmico.

Las singulares caractersticas del CRAS hacen obsoleto el uso de maquinaria pesada. En todo caso puede esta utilizarse en las labores de desescombro, despus de demoler con cras.


La maquinaria manual y los martillos neumticos provocan, frente al cras provocan enorme fatiga y penosidad, son muy lentas y muy caras y, en definitiva, para ciertos trabajos resultan obsoletos.

1. SEGURIDAD

A continuacin mostramos uno de los boletines de seguridad para el uso de los cementos expansivos, en este caso cogemos el de la empresa Kayati S.L.

MEDIDAS DE SEGURIDAD A LA HORA DE MANIPULAR EL MATERIAL EXPANSIVO

PROTEGER LOS OJOS LLEVANDO GAFAS DE SEGURIDAD DECALIDAD. ESTE ES UN PRODUCTO ALTAMENTE ALCALINO.SI EL PRODUCTO ENTRA EN CONTACTO CON LOS OJOS,ACLARAR LOS OJOS CON AGUA ABUNDANTE DE FORMAINMEDIATA Y CONSULTAR CON EL OFTALMOLOGO.

LLEVAR SIEMPRE GUANTES DE GOMA PARA PROTEGER LAPIEL DE LA EXPOSICION AL PRODUCTO. SI EL PRODUCTOENTRARA EN CONTACTO CON LA PIEL, ACLARAR CONAGUA, LAVAR CON JABON Y ACLARAR. SI LA IRRITACIONPERSISTE, CONSULTAR CON EL ESPECIALISTA

EVITAR EL MIRAR DIRECTAMENTE AL AGUJERO DONDE SE HA APLICADO EL PRODUCTO DURANTE DIEZ HORAS YA QUE PODRIA OCURRIR UNA SACUDIDA O SALIDA SUBITA DELMATERIAL. DICHA SACUDIDA ES EL RESULTADO DE UN USO INDEBIDO DEL PRODUCTO. PARA EVITAR DICHAS SACUDIDAS HAY QUE LLEVAR A CABO SIEMPRE UN SEGUIMIENTO DE LAS


FORMATIVAS Y PROCEDIMIENTOS, UNA SACUDIDA PODRIA OCASIONARSE ENTRE 3 MAS VECES. EVITAR ACERCARSE AL AREA AFECTADA. OBSERVAR LAS MEDIDAS DE SEGURIDAD Y PRECAUCIONES RECOMENDADEAS

LLEVAR SIEMPRE UNA MASCARA APROPIADA A LA HORADE MEZCLAR Y APLICAR EL PRODUCTO LA INHALACIN EINGESTIN DE ESTE PRODUCTO PRODUCE LOS MISMOSSISTOMAS QUE SI FUERA CEMENTO O CAL. PROHIBIDOCOMER, BEBER O FUMAR DURANTE LA MEZCLA YMANIPULACIN. QUITAR LA ROPA UTILIZADA DURANTEEL PROCESO DE EXPOSICIN AL MATERIAL

CONSEJOS PRACTICOS

1. LA TEMPERATURA CONSTANTE DETERMINARA EL DIAMETRO CORRECTO DEL AGUJERO

2. HAY QUE USAR SIEMPRE AGUA LIMPIA Y FRIA.

3. ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE SEGURIDAD Y MASCARILLA A LA HORA DE MANIPULAR EL MATERIAL

4. NO HAY QUE MIRAR DIRECTAMENTE AL AGUJERO CARGADO

5. MANTENERSE ALEJADO DEL AGUJERO CARGADO DURANTE 10 HORAS

6. ES NECESARIO USAR LAS MEDIDAS ADECUADAS DE DIMETRO DE AGUJERO EN CADA APLICACIN

7. ALMACENAR EL PRODUCTO SIN HUMEDADES

8. NUNCA APLICAR EL PRODUCTO CON OTROS FINES QUE NO SEAN LA RUPTURA DE ROCA O CEMENTO

1. BIBLIOGRAFIA

Cementos expansivos CRAS http://www.kayati.com/es/index.htmlCementos expansivos CBA http://www.cba.es/


Wikipedia, la enciclopedia libre.. http://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_expansivoCementos demoledores. http://www.cementodemoledor.com/Voladuras http://www.voladurasydemoliciones.com/cemento_expansivo.htmLa historia del cemento http://www.cement4sale.com/?cID=42

demolicion y rotura de rocas con cementos expansivos

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