استفاده از آب دريا و سنگ‌دانه بازيافتي آسفالت در بتن قليافعال سرباره‌اي و كاربرد روش‌هاي يادگيري ماشين در پيش‌بيني مقاومت فشاري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

بتن يكي از پرمصرف‌ترين مصالح در پروژه‌هاي عمراني مي‌باشد. در ساخت بتن معمولي از سيمان پرتلند استفاده مي‌شود. فرآيند توليد سيمان پرتلند به دليل توليد مقدار فراوان گاز كربن‌دي‌اكسيد موجب آسيب‌هاي زيست‌محيطي بسياري مي‌شود. يكي از راه‌هاي كاهش اين آسيب‌ها جايگزيني چسباننده‌ي سيمان پرتلند با قليافعال سرباره‌اي مي‌باشد كه مي‌تواند در بسياري از پروژه‌هاي عمراني مورد استفاده قرار گيرد. ازطرفي در سال‌هاي اخير استفاده از مصالح بازيافتي در بتن بسيار مورد توجه قرار گرفته است. سنگ‌دانه بازيافتي آسفالت يكي از اين مصالح مي‌باشد كه از تخريب روسازي‌هاي قديمي آسفالتي حاصل مي‌شود. همچنين با توجه به دسترسي گسترده آب دريا و افزايش كمبود آب شيرين به عنوان يك منبع طبيعي در ساليان اخير در جهان، پتانسيل استفاده از آب دريا در بتن از اهميت بالايي برخوردار است و نبايد آن‌را ناديده گرفت. استفاده از آب دريا در ساخت بتن در مكان‌هاي بياباني مانند خاورميانه كه به طور گسترده به فرآيندهاي گران ‌قيمت نمك‌زدايي براي توليد آب شيرين متكي است و يا مناطق ساحلي كه با بحران آب شيرين مواجه هستند اما دسترسي راحت و اقتصادي به آب دريا وجود دارد، سودمند است. پژوهش حاضر شامل آزمايش برروي نمونه‌هاي بتني قليافعال بوده كه در تهيه‌ي آن‌ها از سرباره به عنوان ماده‌ي شبه سيماني و متاسيليكات‌سديم به عنوان فعال‌كننده‌ي قليايي، همچنين سنگ‌دانه بازيافتي آسفالت و آب درياي خليج فارس و آب معمولي(شرب) استفاده شده است. به‌منظور بررسي پارامترهاي موثر بر خصوصيات مكانيكي بتني با اجزاي اشاره شده از سنگ‌دانه بازيافتي آسفالت با درصد جايگزيني 25، 50، 75 و 100 ، نسبت وزني آب به چسباننده 49/0، 50/0، 51/0 و 52/0، نسبت متاسيليكات سديم به سرباره 16/0، 18/0، 20/0 و 22/0 و عيار چسباننده 300، 350، 400 و 450 كيلوگرم بر متر مكعب در نظر گرفته شد كه منجر به 256 طرح مخلوط مي‌شود. با هدف كمينه كردن تعداد آزمايش‌ها و نيز به دست آوردن طرح مخلوطي بهينه با بالاترين مقاومت و دسترسي به نتايج ساير طرح‌ها، 16 طرح مخلوط طبق روش طرح آزمايش تاگوچي ساخته شد. بر روي اين طرح‌ها آزمايش‌هاي مقاومت فشاري، خمشي و كششي انجام شد. بررسي نتايج به دست آمده نشان داد مقاومت فشاري بتن ساخته شده با آب دريا نسبت به طرح مشابه ساخته شده با آب معمولي متناسب با ميزان آب مصرفي در طرح و ميزان جايگزيني سنگ‌دانه بازيافتي آسفالت از 5 تا 35 درصد در سن 7 روز كاهش مي‌يابد. اين افت مقاومت در سن 28 روز و 90 روز كاهش داشته و نهايتا ميزان افت مقاومت نسبت به طرح مشابه ساخته شده با آب معمولي از 5 تا 25 درصد مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهد با بهينه كردن اجزاي مخلوط مي‌توان به تركيبي رسيد كه براي پروژه‌هاي عمراني به‌ويژه در مناطقي كه با كمبود آب شرب و يا سنگ‌دانه طبيعي مواجه مي باشد، مناسب و كاربردي باشد. استفاده از روش‌هاي يادگيري ماشين در بهينه‌سازي طرح مخلوط بتن به عنوان يك رويكرد نوآورانه و موثر شناخته شده است. اين روش‌ها با بهره‌گيري از داده‌هاي گسترده و الگوريتم‌هاي پيشرفته، قادر به پيش‌بيني دقيق‌تر مقاومت بتن و ديگر ويژگي‌هاي مكانيكي آن هستند و استفاده از آن در بهينه كردن طرح مخلوط از صرف هزينه و زمان زياد براي رسيدن به طرح بهينه جلوگيري مي‌كند و به بهبود عملكرد بتن كمك مي‌كند. در اين پژوهش الگوريتم‌هاي يادگيري ماشين شامل نزديك‌ترين همسايه، درخت تصميم، جنگل تصادفي، آدابوست و رگرسيون خطي براي پيش‌بيني و بهينه‌سازي مقاومت بتن استفاده شدند. در بين اين الگوريتم‌ها الگوريتم جنگل تصادفي براي بتن ساخته شده با آب معمولي با ضريب تعيين 94/0 بهترين عملكرد و الگوريتم رگرسيون خطي با ضريب تعيين 87/0 ضعيف‌ترين عملكرد را نشان داد. همچنين الگوريتم‌هاي درخت تصميم و آدابوست براي بتن ساخته شده با آب دريا با ضريب تعيين 938/0 بهترين عملكرد را نشان داده‌اند و الگوريتم رگرسيون خطي با ضريب تعيين 9/0 ضعيف‌ترين عملكرد را داشته است.

231037

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان