Особенности проектирования радиационно-защитных конструкций с эффектом самовосстановления структуры бетона

1.

Аспирант: Ван Минюань
Научный руководитель: Руднов В.С.
Кандидат геолого-минералогических наук
Доцент
Кафедра Строительных конструкций и механики грунтов

2.

01
02
03
04

3.

01

4.

Актуальность работы
потребности
В настоящее время быстрыми темпами увеличивается количество энергопотребителей по всей
территории РФ, что в свою очередь стимулирует активный рост линий передач и преобразования
электроэнергии, в том числе в отдаленных районах страны с суровыми климатическими условиями.
Коррозия
арматуры
Снежная
буря
Принципиальная схема линий передачи и преобразования
электроэнергии в РФ
проникновение в
трещину
Неравномерная
осадка фундамента
Суровые климатиические условия приводят
кбыстрому разрушению бетонных коиструкций
1

5.

Актуальность работы
Цель и задачи
Суровая на окружающая среда
является основной причиной
разрушения фундаментов опор
ЛЭП
Недостатки состаа
бетонного материала и
форма фундамента
При совместном воздействии сложной окружающей среды и множества факторов
проблема растрескивания фундамента становится существенной.
Цель : Исследование технологии предотвращения и
контроля трещин и применения бетонного фундамента
исследование1
Микрокапсулирован
ная технология
самовосстанавливаю
щегося
приготовления
бетона
исследование 2
Механизм и
эффект влияния
самозаживления
трещин в бетоне
исследование3
исследование 4
исследование5
исследование6
Цифровая модель для
проверки механизма
самовосстановления и
эффективности
Антикоррозийны
й процесс и
механизм
действия
самовосстанавлив
ающегося бетона
Анализ
противодействия
растрескиванию и
коррозии
самовосстанавлива
ющегося бетона
Оценка
работоспособности
самовосстанавлива
ющегося бетонного
фундамента в
сложных условиях
2

6.

Актуальность работы
Научные цели
Совместное действие внутренней динамики, внешне воздействия и инженерных
нарушений приводит к новым явлениям и новым законам
Физическая природа твердения бетона под действием фактора длительной службы
и самовосстановления
Концепция проектирования конструкционных материалов формирует комплексныи
подход производству, использованию и обслуживанию материалов
Оригинальное новшество базовой теории обеспечивает независимую и
контролируемую технологию для увеличения срока службы материала
Развитие тенденций в области конструкционных материалов за счет снижения затрат
на к техническое обслуживание и увеличение срока службы конструкций
3

7.

Актуальность работы
Новизна
Построена цифровая микрокапсульная микроскопическая модель и создана платформа цифрового
моделирования в сочетании множества факторов на основе языков Abaqus и Python
Этилцеллюлоза и парафиновый воск использовались в качестве стеновых материалов для
приготовления микрокапсул, которые легко разбивались под напряжением кончиков трещин, а
нанокремнезем использовался для улучшения механических свойств и герметизирующих свойств
стеновых материалов.
Использование высокоактивной микрокристаллической целлюлозы и силиката натрия в качестве
основного материала, и использование реакции силиката натрия с водой для получения
минеральных кристаллов характеризуется реализацией целей восстановления.
Путем моделирования сложной среды выявлен синергетический эффект микрокапсул и графена в
материалах на основе цемента, механизм и влияние на восстановление структуры, механизм
коррозионной стойкости и трещиностойкости
4

8.

02

9.

Проведенные исследования
1 часть
Разработка и приготовление микрокапсул силиката натрия
Электропроводность раствора, армированного металлическим волокном, проводимость
волокна с низким содержанием в цементной основе плохая, а волокно с высоким содержанием
трудно перемешивать и легко пассивировать в щелочной среде
Смешанный материал
сердечника
Сжатие частиц
готовое изделие
Процесс
приготовления
микрокапсул
(физический метод)
Круглые пеллеты
Прикрепите материал
стены
Просеивание гранул
Смешанный материал
cтен
сушка
Готовый материал
сердцевины
5

10.

Проведенные исследования
2 часть
Влияние монолегированных микрокапсул силиката натрия/бентонита
на свойства композитов на основе цемента
Технический принцип
самовосстановления
Na2SiO3 + Ca(OH)2 = CaSiO3↓+ 2NaOH
2Na2·nNa2SiF6+2(n+1)H2O→6NaF+(n+1)Si(OH)4
(1) Оболочка микрокапсулы
разрывается, окружающая влага
проникает в трещину за счет
капиллярного действия, а силикат
натрия в материале ядра
затвердевает в присутствии воды.
(2) Фторсиликат натрия и вода
дополнительно реагируют с образованием
Si(OH)4 со свойствами геля, которые
восстанавливают трещины в форме
склеивания. В то же время бентонит в
материале сердцевины поглощает воду и
расширяется, заполняя трещины.
Испытание свойств материала: статическое
испытание + испытание SEM + анализ XPS
(1) Эффект дозировки
микрокапсул
(2)Прочность на сжатие
через 28д после ремонта
(3)Скорость восстановления (4)Микротестирование
прочности на сжатие
и тестирование XPS
Внешняя стенка микрокапсулы
полностью охватывает
материал сердцевины и хорошо
связывается с материалом.
Эффект репарации
микрокапсул положительно
коррелировал с количеством
микрокапсул и временем
репарации.
Определенное количество
микрокапсул способно
улучшить прочность материала
на сжатие
6

11.

Проведенные исследования
3 часть
Влияние однолегированного оксида графена на свойства композитов на основе цемента
Кислородсодержащие функциональные группы на поверхности оксида графена реагируют с продуктами гидратации
цемента C-S-H и CH с образованием прочной ковалентной связи для соединения оксида графена с C-S-H и CH для
улучшения механических свойств цементного раствора.
SEM Большинство производимых
продуктов являются гранулированными а
некоторые представляют собой
стержневидные структуры
(1) Прочность на сжатие
(2) Двухполюсный метод измерения сопротивления
VS
IL
(3) Эффекты проводимости
Оксид графена обладает
заполняющим и тормозящим
растрескивание действием в
цементной основе, что может
улучшить плотность цементного
камня и, таким образом,
повысить прочность.
Оптимальное содержание
графена также позволяет
значительно улучшить
электропроводность вяжущих
материалов
7

12.

03

13.

Публикации по тепе диссертации
Публикации по тепе диссертации
публикация
Код журнала
Страна
Efficiency of Self-Healing
Cementing Materials
Wang Mingyuan, Tang
Dyunyan, Rudnov V.S.,
Xiao Xinyuan
Global Journal of Researches in Engineering
2023. Vol. 23 Issue 2 pp. 11-22
Online ISSN: 2249-4596 &
Print ISSN: 0975-5861
Композитный импактфактор: 8.747
США
2
Эффективность
самовосстанавливающихся
вяжущих материалов
Ван Минюань, Руднов
Василий Сергеевич, Тан
Дунян, Сяо Синьюань
Строительство, архитектура и техносферная
безопасность(публикация в журнале "Lecture
Notes in Civil Engineering"Scopus)
Ожидает публикации
Россия
3
Investigation of Sulfate Erosion
Resistance of Graphene
Oxide/Microencapsulated
Concrete
Wang Mingyuan, Nan
Jiaming, Cheng Zhihe
Material Reports
2022, Vol.17, No.13(публикация в EI, CSCD,
WJCI)
ISSN 1005-023X
Композитный импактфактор: 2.189
Китай
Tема
Aвтор
1
NO
8

14.

Публикации по тепе диссертации
Выступления на конференциях
NO
Tема
Aвтор
Kонференции
Код журнала
Страна
1
Ход теоретических
исследований микробных
минерализованных материалов
на гелиновой основе
Тан Дунян, Ван
Минюань,
Бондаренко С.Н,
Руднов В.С
Новые горизонты - 2022: сборник IX БелорусскоКитайского молодежного инновационного форума 1011 ноября 2022 г – Минск: БНТУ, 2022. – Т. 1. – С. 4445
https://rep.bntu.by/handle
/data/125507
Беларусь
2
Технико-экономическая
демонстрация создания
самовосстанавливающегося
бетона на основе языка Python
Тан Дунян, Ван
Минюань,
Бондаренко С.Н,
Руднов В.С
Беларусь-Китай: контуры инновационнотехнологического сотрудничества: сборник
материалов научно-практической конференции, 19-20
октября 2023 г – Минск: БНТУ, 2023. – С. 131-133
ISBN 978-985-583-980-5
Беларусь
3
Research progress on the types
of mineralization and deposition
mechanisms of existing
microbial metabolism
Wang Mingyuan,
Tang Dongyang,
Rudnov V.S
Proceeding of the International Conference “Scientific
research of the SCO countries: synergy and integration”,
November 11, 2023/ Beijing, PRC – C. 103-108
ISBN 978-5-905695-82-7
Китай
4
Исследование свойств
микрокапсул, содержащих
компоненты для
самовоccтановления бетона
Тан Дунян, Ван
Минюань, С.Н.
Бондаренко, С.Н.
Ковшар
III Международной научно-практической конференции
«Дорожное строительство и его инженерное
обеспечение», прошедшей 27-28 октября
2022 г – Минск: БНТУ, 2022. – Т. 1. – С. 44-45
https://rep.bntu.by/handle
/data/125166
Беларусь
9

15.

Науиные достижения
Науиные достижения
10

16.

04

17.

Планирование
Планирование
2022.09—2023.06
ЭТАПЫ РАБОТЫ
Q1
Q2
Q3
2023.07—2024.09
Q4
Q1
Q2
Q3
2024.10—2025.06
Q4
Q1
Q2
Q3
2025.07—2026.06
Q4
Q1
Q2
Q3
Q4
Подготовьте обзор литературы
Экспериментов план тестирования
Получение 1-ой партии продукта
Проверка работоспособности и
механизма ремонта ЖБИ
Цифровая пмодель
Изучение влияния сложных сред на
эффективность продукта
Улучшайте продукт на основе
данных испытаний оптимизация
гранул
Полные полевые испытания
натурные эксперименты
11

18.

Планирование
2024.01-09 план
Анализ поведения растрескивания микрокапсул на основе XFEM
В ABAQUS коммуникационные отношения среды скриптов языка Python используются для вторичной
разработки
ABAQUS взаимодействует со
средой сценариев языка Python
Агрегированный код суждения
о пересечении и логика
Модели микрокапсул с разным
диаметром и разным соотношением
Микрокапсульная бетонная
модель
12

19.

Планирование
Оценочные показатели
2024.01 - 2024.09 Оценочные показатели
2 публикация в журнале Scopus
5 тезисов докладов накона
13