Strwythurau Gwydn a Deunyddiau Adeiladu (RESCOM)
Nod ymchwil i Strwythurau Gwydn a Deunyddiau Adeiladu (RESCOM) yw gwella cynaliadwyedd a gwydnwch yr amgylchedd adeiledig.
Ffocws arbennig o'n gwaith yw datblygu a phrofi deunyddiau biomimetig a strwythurau deallus. Rhan gynyddol bwysig o'r ymchwil hwn yw asesu cylch bywyd a datblygu dulliau ar gyfer gwerthuso perfformiad ymarferol a pherfformiad hirdymor y deunyddiau a'r strwythurau hyn.
Nodwedd nodedig o'n hymagwedd at ddatrys problemau yw'r integreiddio agos rhwng ymchwil arbrofol a rhifiadol.
Mae ymchwil rhifiadol yn ymwneud â datblygu a dilysu modelau cyfrifiannu ar gyfer deunyddiau newydd a rhai presennol sy’n cynnwys sment, a'u cymhwyso i strwythurau go iawn. Mae ymchwil arbrofol RESCOM yn cwmpasu profi effeithiolrwydd deunyddiau newydd, nodweddu deunyddiau a phrofi elfennau strwythurol ar raddfeydd bach a mawr.
Arbenigedd
- Gwyddor deunyddiau
- gwyddor sment a choncrit
- cludiant dŵr mewn systemau sy’n cynnwys sment
- modelu rhifiadol
- peirianneg clyfar
- deunyddiau hunan-iacháu
- deunyddiau cynaliadwy
- peirianneg gwydnwch strwythurol
- peirianneg cadwraeth
- ôl-osod treftadaeth ddiwylliannol
- cadw strwythurau a seilwaith presennol i beryglon naturiol
- asesiad cylch bywyd
- ôl troed carbon
Yr hyn a wnawn
- Ymchwiliad mewn labordy
- modelu rhifiadol ac efelychiadau
- dyluniad strwythurol
- arbrofion ar raddfa peilot ac ar raddfa fawr
- dadansoddiad cylch bywyd (LCA)
- dylunio ac asesu seismig yn seiliedig ar berfformiad
- cryfhau treftadaeth ddiwylliannol
- lleihau risg trychinebau
- gwella gwydnwch yn erbyn peryglon naturiol.
Ymchwil
Mae gan grŵp RESCOM bortffolio amrywiol o ymchwil sy'n cwmpasu profion arbrofol, modelu cyfrifiadurol, modelu risg, a dylunio a rheoli deunyddiau a strwythurau adeiladu gwydn cynaliadwy. Mae gan y grŵp gyfuniad unigryw o arbenigedd a chyfleusterau labordy i ddatblygu ac ymchwilio i ddeunyddiau adeiladu cynaliadwy yn arbrofol ac efelychu eu hymddygiad yn rhifiadol ar sawl graddfa. Mae gweithgareddau ymchwil y grŵp yn disgyn i dri maes ffocws:
Deunyddiau Adeiladu Cynaliadwy
Mae aelodau RESCOM yn cymryd rhan weithredol mewn (i) datblygu a dadansoddi smentau carbon isel, gan wella perfformiad deunyddiau a strwythurau hanesyddol; (ii) deunyddiau biomimetig sy’n cynnwys sment ac wedi'u graddio'n swyddogaethol a chynnwys deunyddiau gwastraff mewn concrit; (iii) efelychiad rhifiadol deunyddiau lled-brau yn gyffredinol; ac (iv) roedd datblygu a dadansoddi ffibr perfformiad uchel yn atgyfnerthu cyfansoddion sy’n cynnwys sment.
Strwythurau Gwydn
Mae gwreiddio gwytnwch mewn strwythurau, trwy eu dyluniad, eu hatgyweirio neu eu hadsefydlu yn gam allweddol wrth gyflawni dyfodol sero net. Mae gweithgareddau grŵp yn y maes hwn yn cynnwys: (i) datblygu offer modelu risg trychineb i ddeall gwydnwch strwythurau agored i niwed pan fyddant yn destun aml-beryglon; (ii) modelu hirdymor ac efelychiadau arbrofol o elfennau strwythurol; (iii) addasu strwythurol ac ail-ffitio ar gyfer gwytnwch yn y dyfodol, gan ddysgu o strwythurau hanesyddol; a (iv) dadansoddi a lliniaru cwymp cynyddol mewn strwythurau presennol trwy archwilio llwybrau llwyth, afreidwydd mewn systemau strwythurol, a gweithredu strategaethau ôl-osod.
Dylunio a yrrir yn ddigidol a gan ddata
Mae technolegau digidol, gan gynnwys deallusrwydd artiffisial a monitro o bell, yn chwarae rhan ganolog wrth wella gwydnwch trwy alluogi monitro amser real, systemau rhybuddio cynnar, a gwneud penderfyniadau sy'n cael eu gyrru gan ddata, gan wella diogelwch a gwytnwch yn wyneb heriau a bygythiadau sy'n esblygu. Mae'r grŵp yn defnyddio nifer o ffrydiau data i fodelu, efelychu, dylunio a dadansoddi deunyddiau a strwythurau newydd a phresennol. Rydym yn defnyddio technegau digidol ar gyfer rhagfynegi perfformiad strwythurol tymor hir ac yn defnyddio technegau modelu cylch bywyd i ddangos y manteision cysylltiedig o ran cost a chylch bywyd i gleientiaid a pherchnogion asedau.
Cyfleusterau
Mae gan ddefnyddwyr grŵp RESCOM fynediad at gyfleusterau arbrofol pwrpasol i ddylunio, paratoi, nodweddu a phrofi deunyddiau adeiladu, yn ogystal â chyfres gynyddol o offer i efelychu heneiddio a dirywio.
Prosiectau
System Imiwneiddio Biomimetig ar gyfer Diogelu Strwythurau Gwaith Maen Hanesyddol a ariennir gan Ymddiriedolaeth Leverhulme, Cymrodoriaeth ECF 235
Mae newid yn yr hinsawdd yn gwneud ein treftadaeth adeiledig yn agored i beryglon mwy eithafol. Mae’n rhaid i dechnolegau atgyweirio cerrig hanesyddol esblygu mewn ymateb i'r rhain, gan hyrwyddo strategaeth cadwraeth wydn, hirdymor newydd. Wedi'i osod yn gyfan gwbl o fewn y cymal morter, mae'r dechnoleg arfaethedig yn cynnwys rhwydweithiau fasgwlaidd dargludol biomimetig sy'n cynnal asiantau iachâd sy'n cael eu rhyddhau pan eir y tu hwnt i ddifrod trothwy. Dewisir asiantau iacháu i fod yn gydnaws â'r gofynion cadwraeth ac yn sympathetig iddyn nhw.
Technolegau Atgyweirio Uwch Amlswyddogaethol Hunan-iacháu mewn Systemau sy’n cynnwys Sment (SMARTINCS), € 4M, 2019 - 2023 (cytundeb yr UE 860006)
Bydd y prosiect SMARTINCS a ariennir gan yr UE yn hyfforddi cenhedlaeth newydd o ymchwilwyr cam cynnar creadigol ac entrepreneuraidd (ESRs) wrth atal dirywiad seilwaith concrit newydd trwy strategaethau hunan-iacháu arloesol. Bydd hefyd yn eu hyfforddi mewn technolegau atgyweirio datblygedig ar gyfer cynnal seilwaith concrit presennol. Mae'r prosiect yn dwyn ynghyd arbenigedd cyflenwol sefydliadau ymchwil sy'n arloesi mewn deunyddiau sment clyfar, wedi'u cryfhau gan gwmnïau blaenllaw ar hyd cadwyn werth SMARTINCS, yn ogystal ag asiantaethau ardystio a chyn-safoni.
Prosiectau blaenorol
Peirianneg Carbonad a achosir gan Ficrobau trwy Efelychiadau Maint Meso, £1 miliwn 2019-2022
Mae peirianwyr wedi cynnig datrysiad chwyldroadol, a ysbrydolwyd gan natur: deunyddiau hunan-iacháu sy'n gallu hunan-atgyweirio o ganlyniad i weithgaredd metabolaidd bacteria. Y prif fecanwaith o iacháu concrit yw'r dyddodiad calsiwm carbonad a achosir gan ficrobau (MICP), sy'n llenwi craciau y deunydd sydd wedi'i ddifrodi. Yn y prosiect hwn rydym yn anelu at ddarparu sail ddamcaniaethol newydd i ragweld y cyfuniadau mwyaf addawol o facteria a choncrid, unwaith y bydd cyfansoddiadau cemegol penodol i gymhwyso concrit yr amgylchedd amgylchynol yn cael eu nodi. Bydd hyn yn sefydlu patrwm newydd ar gyfer dylunio systemau bacteria concrit yn ddigidol a bydd yn galluogi trosglwyddo technoleg ar draws y sector adeiladu. Darllenwch ragor am y prosiect.
Deunyddiau Gwydn am Oes (RM4L) 2017 – 2022 £4.8 miliwn (Cyfeirnod EPSRC: EP/P02081X/1)
Mae Deunyddiau Gwydn am Oes (RM4L)"yn brosiect a ariennir gan EPSRC ac mae’n cael ei gynnal gan ymchwilwyr ym Mhrifysgolion Caerdydd, Caerfaddon, Bradford a Chaergrawnt.
Mae'r prosiect yn cynnwys pedair thema ymchwil sy'n mynd i'r afael â: hunan-iacháu craciau ar sawl graddfa; hunan-iacháu difrod llwytho sy'n ddibynnol ar amser ac sy’n gylchol; hunan-ddiagnosis ac imiwneiddio yn erbyn niwed corfforol; a hunan-ddiagnosis ac iacháu difrod cemegol.
Mae'r themâu hyn yn dod â thechnolegau cyflenwol at ei gilydd gan ddefnyddio arbrofion labordy, modelu rhifiadol a threialon safle sydd, o dan arweiniad partneriaid diwydiannol y prosiect (Costain, Jacobs, HS2, Highways England, Micropore, Asiantaeth yr Amgylchedd, Cemex, ac ati), yn mynd i'r afael ag ystod amrywiol o gymwysiadau fel concrit sy’n cael ei gastio yn y fan a'r lle a choncrit sydd wedi’i rag-gastio, systemau atgyweirio, troshaenau a systemau geodechnegol. Mae natur yr ymchwil yn amrywiol ac yn gyffrous, gan gwmpasu gweithredoedd ffisigocemegol sylfaenol systemau iacháu arloesol.
Rhestr o gyhoeddiadau perthnasol
- Balzano, B.et al. 2021. Enhanced concrete crack closure with hybrid shape memory polymer tendons. Engineering Structures 226.
- De Nardi C. et al. 2020. Development of 3D printed networks in self-healing concrete. Materials 13(6).
- Freeman, B. L. and Jefferson, T. 2020. The simulation of transport processes in cementitious materials with embedded healing systems. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 44(2).
Self-healing geological construction materials and structures (GEOHEAL), 2018 – 2020, €183k (EU agreement 745891)
Yn ystod prosiect GEOHEAL, canolbwyntiodd ein hamcanion ar ddatblygu, cymhwyso ac asesu mecanweithiau iacháu biolegol a hunan-iacháu ar gyfer atgyweirio ac atal difrod mewn deunyddiau adeiladu heb sment, er enghraifft carreg naturiol. Mae cydnawsedd uniongyrchol y cynhyrchion iacháu biolegol, fel calsit, gyda deunyddiau cerrig, yn galluogi eu cymhwyso mewn cadwraeth treftadaeth, a gostyngiad sylweddol mewn costau cynnal a chadw mewn strwythurau presennol a newydd. Darllenwch fwy am waith maen hunan-iacháu
Materials 4 Life (M4L), 2013 – 2016, £1.7 miliwn (EPSRC Reference: EP/K026631/1)
Roedd y prosiect hwn yn cynnwys datblygu cenhedlaeth newydd o ddeunyddiau adeiladu hunan-iacháu unigryw, amlbwrpas a chadarn, sy'n hunan-iacháu dros raddfeydd gofodol ac amserol lluosog.
Cynhaliwyd y prosiect gan gonsortiwm o Brifysgolion Caerdydd, Caerfaddon a Chaergrawnt, tri o'r sefydliadau academaidd gorau yn y DU, sydd â'r cymysgedd rhyngddisgyblaethol gofynnol o sgiliau ac arbenigedd peirianneg sifil a gwyddoniaeth ac sydd mewn sefyllfa unigryw i arwain y fenter ymchwil newydd a heriol hon yn genedlaethol ac yn rhyngwladol. Arweiniodd y prosiect at lwybr safle cyntaf y DU o goncrit hunan-iacháu. Rhagor o wybodaeth am brosiect M4L.
Rhestr o gyhoeddiadau perthnasol
- Davies et al. Large Scale Application of Self-Healing Concrete: Design, Construction, and Testing. Frontiers in Materials, 2018.
- A shape memory polymer concrete crack closure system activated by electrical current. Smart Materials and Structures, 2018.
- Botusharova et al. Augmenting Microbially Induced Carbonate Precipitation of Soil with the Capability to Self-Heal. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2020.
Dyma’r tîm
Professor R. (Bob) Lark
Professor / Sêr Cymru Research Chair in Neurobiology
Rhwydweithiau
Hunan-wella fel atgyweirio strwythurau concrit (SARCOS), 2016 – 2021
Mae SARCOS yn un o Weithredoedd COST yr UE (CA15202) gyda'r nod o ddarparu fframwaith i hyrwyddo gweithredu atebion arloesol a chynaliadwy ar gyfer ymestyn oes gwasanaeth strwythurau concrit.
O dan SARCOS, trefnwyd cyfarfodydd rhyngwladol, ysgolion hyfforddi ar gyfer ymchwilwyr, cynadleddau a theithiau gwyddonol tymor byr, gan arwain at gydweithio ffrwythlon rhwng y grŵp RML4 a phrifysgolion a sefydliadau Ewropeaidd eraill.
Rhwydwaith a chysylltiadau eraill
Mae tîm RESCOM wrthi yn cydweithio â Rhwydwaith Ymchwil Deunyddiau Caerdydd, a grwpiau eraill o'r Brifysgol, ac mae'n ymwneud yn weithredol â sefydliadau allanol fel RILEM, ICE, COSTAIN, Highways England.
Y camau nesaf
Ymchwil sy’n gwneud gwahaniaeth
Mae ein hymchwil yn gwneud gwahaniaeth i fywydau pobl wrth i ni gweithio ar draws disgyblaethau er mwyn ymgodymu â phrif heriau sy’n wynebu’r gymdeithas, yr economi ac ein hamgylchedd.
Ymchwil ôl-raddedig
Mae ein graddau ymchwil yn rhoi'r rhyddid i chi i archwilio pwnc arbennig mewn dyfnder ymhlith ymchwilwyr blaenllaw.
Ein heffaith ymchwil
Mae'r astudiaethau achos hyn yn rhoi sylw i rai o'r meysydd lle rydym yn cael effaith ymchwil gadarnhaol.
