بهينه سازي طرح مخلوط بتن قليافعال سرباره‌اي حاوي پساب و پيش‌بيني خصوصيات آن با روش‌هاي يادگيري ماشين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

كارشناسي ارشد

بتن يكي از حياتي‌ترين و پركاربردترين مصالح در صنعت ساختمان‌سازي و پروژه‌هاي عمراني به شمار مي‌آيد. در توليد بتن معمولي، سيمان پرتلند نقش اصلي را ايفا مي‌كند؛ اما متأسفانه فرآيند توليد اين نوع سيمان با مصرف بالاي انرژي و انتشار حجم قابل توجهي از گاز دي‌اكسيد كربن همراه است كه تأثيرات زيان‌باري بر محيط زيست دارد. از سوي ديگر، توليد بتن به حجم زيادي از آب نياز دارد، در حالي كه منابع آب شيرين به ‌شدت محدود و در معرض تهديد هستند. با توجه به مصرف بالاي انرژي و انتشار گاز دي‌اكسيد‌كربن در توليد سيمان پرتلند و همچنين نياز بالاي بتن به آب، اين پژوهش با هدف كاهش اثرات زيست‌محيطي و مصرف منابع طبيعي، به بررسي امكان استفاده از انواع پساب به‌جاي آب شرب در توليد بتن قليافعال سرباره‌اي پرداخته است. استفاده از چسباننده‌هاي قليافعال در كنار پساب، راهكاري براي دستيابي به بتن‌هاي با دوام و مقاومت مطلوب، در عين كاهش مصرف آب، انرژي و گازهاي گلخانه‌اي فراهم مي‌كند و گامي مؤثر در توسعه مصالح سبز و پايدار محسوب مي‌شود. پژوهش حاضر شامل آزمايش بر روي نمونه‌هاي بتني قليافعال است كه در تهيه آن‌ها از سرباره به عنوان ماده شبه سيماني و متاسيليكات سديم به عنوان فعال‌كننده قليايي استفاده شده است. همچنين، براي ساخت بتن‌ها از پساب و آب شرب بهره گرفته شده است. به منظور دست يابي به طرحي بهينه با خصوصيات مناسب مكانيكي و دوام مناسب براي بتن قليافعال سرباره اي حاوي انواع پساب، چهار نوع پساب مختلف شامل پساب شهري، پساب كارخانه سنگبري، قند و نساجي مورد استفاده قرار گرفت. درصدهاي جايگزيني پساب به جاي آب شرب در اين پژوهش 25، 50، 75 و 100 درصد انتخاب شده است. علاوه بر اين، بتن‌ در چهار حالت مختلف بدون افزودني، با فوق روان‌كننده، با پودر سنگ و فوق روان‌كننده، با ميكروسيليس و فوق روان‌كننده مورد آزمايش قرار گرفتند. نسبت وزني آب به چسباننده در تمامي نمونه‌ها ثابت و برابر 5/0 در نظر گرفته شده است. همچنين نسبت متاسيليكات سديم به سرباره مقادير 18/0، 20/0، 22/0 و 24/0 و عيار چسباننده‌هاي مختلف 300، 350، 400 و 450 كيلوگرم بر متر مكعب انتخاب شده است كه در مجموع منجر به 1024 طرح مخلوط متفاوت شده است. براي كمينه كردن تعداد آزمايش‌ها و دستيابي به طرح مخلوط بهينه با بالاترين مقاومت و دوام، 16 طرح مخلوط طبق روش طرح آزمايش تاگوچي ساخته و مورد ارزيابي قرار گرفتند. آزمايش‌هاي مختلف خواص مكانيكي و دوام بر روي اين طرح‌ها انجام شده است. نتايج اين پژوهش نشان داد كه نه تنها توليد بتن با خصوصيات مناسب با انواع پساب امري ممكن است، بلكه راهكاري مؤثر، اقتصادي و پايدار در راستاي كاهش مصرف منابع آب شيرين و مديريت بهينه پسماندهاي صنعتي و شهري ارائه مي‌دهد. در عين حال، بهره‌گيري از چسباننده‌هاي قليافعال به جاي سيمان پرتلند و استفاده از پساب، سبب كاهش اثرات زيست‌محيطي، كاهش هزينه‌هاي توليد و ارتقاي عملكرد كلي بتن مي‌گردد. در مجموع، اين رويكرد را مي‌توان گامي مؤثر در مسير توسعه‌ي بتن سبز و تحقق ساخت‌وساز پايدار دانست. در اين پژوهش همچنين از روش‌هاي يادگيري ماشين براي پيش‌بيني و بهينه‌سازي خواص مكانيكي و دوام بتن قليافعال سرباره‌اي استفاده شد. الگوريتم‌هايي مانند نزديك‌ترين همسايه، درخت تصميم، جنگل تصادفي، رگرسيون خطي و AdaBoost مورد بررسي قرار گرفتند. در بين آن‌ها، الگوريتم AdaBoost با ضريب تعيين بالاتر از 9/0 بهترين عملكرد را در پيش‌بيني مقاومت‌هاي فشاري، كششي، خمشي و شاخص‌هاي دوام بتن نشان داد. جنگل تصادفي نيز با R² بالاي 85/0 عملكرد قابل قبولي داشت. در مقابل، الگوريتم‌هاي ساده‌تر دقت پايين‌تري در پيش‌بيني خواص بتن داشتند. در مجموع، مدل‌هاي تقويتي مانند AdaBoost به دليل دقت بالا و توانايي شناسايي الگوهاي پيچيده، ابزارهايي مؤثر براي كاهش هزينه و زمان آزمايش‌هاي تجربي محسوب مي‌شوند.

234572

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان