Global Journal of Researches in Engineering, E: Civil & Structural, Volume 23 Issue 2

Efficiency of Self-Healing Cementing Materials Эффективность самовосстанавливающихся цементирующих материалов Wang Mingyuan α , Tang Dyunyan σ , Rudnov Vasily Serrgeevich ρ & Xiao Xinyuan Ѡ Annotation- In order to meet the special requirements (for the strength and conductivity of concrete structures) that arise during the transmission of electricity to remote areas of the Russian Federation, a variant of using self-healing concrete is proposed. In this material, it is proposed to use microcapsules obtained by the physical method, consisting of sodium silicate and bentonite clay coated with ethyl cellulose with graphene. The mechanism of action of the capsule is as follows: after external mechanical destruction, access to graphene appears and it acts as a conductive medium, resulting in the cementing properties of the capsule core. In the course of the work, the optimal ratio of graphene and the capsule core was established, which was determined during a number of experiments and microstructure studies. The dependences of the compressive strength and conductivity of the composite on the graphene content in the capsule, the number of microcapsules in concrete and the time of strength gain were also revealed. In the experiments, the average size of microcapsules was 1.25 mm, the grain shape is predominantly spherical with a rough surface and dense structure. The optimal microcapsule content was 2% of the cement binder weight, which corresponds to 0.1% graphene oxide. With an increase in the graphene content, the conductivity of the concrete composite monotonically increases, and the compressive strength increases to a certain limit, and then decreases. After partial destruction of the samples (discontinuity) at the microlevel, the composite material recovered, while the recovery coefficient was 81%, and the recovery coefficient of compressive strength was 57%. Keywords: graphene; microcapsules; self-healing cementing materials, compressive strength; conductivity. Аннотация- С целью удовлетворения специальных требований (по прочности и проводимости бетонных конструкций), которые возникают при передаче электроэнергии в отдаленные районы РФ предложен вариант применения самовосстанавливающегося бетона. В этом материале предлагается использовать микрокапсулы, получаемые физическим методом, состоящие из силиката натрия и бентонитовой глины покрытые оболочкой из этилцеллюлозы с графеном. Механизм действия капсулы следующий: после внешнего механического разрушения появляется доступ к графену и он выступает в качестве проводящей среды в результате чего проявляются цементирующие свойства ядра капсулы. В ходе работы установлено оптимальное соотношение графена и ядра капсул, которое определялось в ходе ряда экспериментов и исследованием микроструктуры. Также выявлены зависимости прочности на сжатие и проводимости композита от содержания графена в капсуле, количества микрокапсул в бетоне и времени набора прочности. В экспериментах средний размер микрокапсул составил 1,25 мм, форма зерен преимущественно сферическая с шероховатой поверхностью и плотной структурой. Оптимальное содержание микрокапсул составило 2% от массы цементного вяжущего, что соответствует 0,1% оксида графена. При увеличении содержания графена проводимость бетонного композита монотонно возрастает, а прочность на сжатие до некоторого предела возрастает, а затем снижается. После частичного разрушения образцов (нарушения сплошности) на микроуровне композитный материал восстановился, при этом коэффициент восстановления составил 81%, а коэффициент восстановления прочности на сжатие – 57%. Ключевые слова: графен; микрокапсулы; самовосстанавливающиеся цементирующие материалы, прочность на сжатие; проводимость. I. Введение 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 (рис.1) с суровыми климатическими условиями. В © 2023 Global Journals Global Journal of Researches in Engineering ( ) E Volume XxXIII Issue II Version I 11 Year 2023 Author α : Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin. Belarusian National Technical University. Author σ : Belarusian National Technical University. Author ρ : Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin. e-mail: v.s.rudnov@urfu.ru Author Ѡ : Chongqing Institute of Building Research Co., Ltd.