目标与任务
任务是研究以下过程:- 金属与合金的自修复,防止金属结垢;
- 基于细菌和微胶囊应用的混凝土自修复技术在隧道建设及其他建筑领域的应用;
- 通过感应加热实现沥青混合料和排水沥青混凝土的自修复。该目标将在完成一系列工作后实现,包括开发质量分数高达10%并添加到涂料中的纳米容器和纳米颗粒。将从金属腐蚀行为、摩擦学性能、健康保护以及环境安全等方面对涂层进行评估。
科学成果
- 对封装型自修复沥青混凝土的自修复特性进行了研究。对未老化、短期老化和长期老化的沥青梁试件进行了三点弯曲试验。通过红外光谱法定量测定了自修复前后再生剂的释放速率。
- 研究了科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)的发育及其对混凝土裂缝愈合、预裂后抗压强度恢复、吸附能力、吸水率和混凝土微观结构的影响。在强度增长过程中采用了不同湿度的养护方式。结果表明,细菌能有效愈合混凝土在强度增长过程中产生的微裂缝,从而提高其28天龄期的性能指标。
- 研究表明,在混凝土拌合物中加入假单胞菌(Pseudomonas)可显著提高抗压强度和抗拉强度。与普通混凝土相比,结果显示抗压强度最大提高了16%,抗拉强度最大提高了12%。在5% H2SO4或5% MgSO4溶液处理下,与对照组混凝土相比,细菌混凝土的重量损失更小,抗拉强度更高。
- 采用有限元分析(ANSYS 15.0)研究了细菌浓度(细菌质量占水泥质量的1%、2%和3%)、细菌种类(枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和假单胞菌属)以及加载方式(单点加载、两点加载和四点分布加载)对混凝土梁的影响。从先前的实验研究中选取两根梁并在ANSYS中进行建模。模拟结果表明,最合理的细菌种类是枯草芽孢杆菌,且3%浓度的枯草芽孢杆菌可使梁的强度提高20.2%。
研究成果的应用:以细菌修复剂配方和混凝土混合物配方形式取得的研究成果已移交给领先的设计机构“PI Georeconstruction”有限责任公司和“PSK Venture”有限责任公司进行工业化应用。预计这些成果将用于单体钢筋混凝土建筑及构筑物的设计、后续施工和运营中。
组织与基础设施变革:在实验室的基础上,成立了一个受保护模块化建筑青年实验室。
除首席科学家 G. Kordas 外,实验室还有两名来自印度的知名专家:M. Gunasekaran 和 S. Dixit。
教育与人才再培训
- 实验室的工作成果已用于创建新的硕士课程“聚合物与复合材料力学”,该课程将于 2023 年开始招生。
- 2021-2022 年期间,学生在首席科学家的工作地点进行了实习。
- 2021-2022年期间,举办了两届“自修复结构材料”科学会议。
- 完成并答辩通过了一篇博士论文。
合作伙伴
国立研究型莫斯科国立土木工程大学、顿巴斯国立建筑与土木工程学院、喀山国立建筑与工程大学(俄罗斯)、国立研究型大学“塔什干灌溉与农业机械化工程学院”(乌兹别克斯坦)、哈勒尔·多斯穆哈梅多夫阿特劳大学(哈萨克斯坦):开展联合科学会议、学生交流、教师及研究生实习。
在与中国高校合作过程中,充分利用了圣彼得堡彼得大帝理工大学驻华代表处。