بهينه‌سازي طرح مخلوط بتن قليافعال سرباره‌اي فوق توانمند با استفاده از روش آماري تاگوچي و يادگيري ماشين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

بتن فوق توانمند با خصوصيات مكانيكي و دوامي برتر خود شناخته مي‌شود. از طرفي به دليل استفاده زياد از سيمان پرتلند در طرح مخلوط اين بتن، استفاده گسترده از آن با محدوديت‌هاي جدي روبرو است. توليد سيمان موجب انتشار گاز دي‌اكسيد كربن و مصرف مواد معدني طبيعي مي‌شود كه به تخريب محيط زيست منجر مي‌شود. بتن قليافعال فوق توانمند با جايگزيني سيمان پرتلند با مواد جانبي صنعتي مانند سرباره كوره بلند و ميكروسيليس ضمن حفظ برتري‌هاي بتن فوق توانمند سيماني، پايداري بيش‌تري داشته و به حفظ محيط زيست كمك مي‌كند. براي توسعه طرح مخلوط بتن قليافعال فوق توانمند، فهم روابط پيچيده و غير خطي اثرگذاري متغيرهاي مختلف بر خصوصيات اين بتن ضروري است. از طرفي ساخت تمام طرح‌هاي آزمايشي لازم باعث صرف زمان، مواد و مصالح و انرژي بسيار زياد مي‌شود. براي كاهش تعداد ساخت‌هاي آزمايشگاهي از 512 به 32 ساخت آزمايشگاهي و صرفه‌جويي در زمان و هزينه، در اين تحقيق از روش آماري تاگوچي-گري استفاده شد. در ابتدا با استفاده از تحليل تاگوچي تاثير پارامترهاي نوع عمل‌آوري، نسبت ميكروسيليس به چسباننده، نسبت متاسيليكات به چسباننده، درصد حجمي الياف و نسبت آب به چسباننده بر مقدار جريان، مقاومت فشاري، مقاومت خمشي بتن قليافعال سرباره‌اي فوق توانمند بررسي شد. نتايج نشان داد الياف فولادي بخصوص در نسبت حجمي 3% بيشترين تاثير مثبت را بر مقاومت فشاري و مقاومت خمشي مي‌گذارد. پس از آن نوع عمل‌آوري تاثيرگذار ترين پارامتر بود، طوري كه عمل‌آوري پوششي نسبت به عمل‌آوري محيطي موجب بهبود قابل توجه خصوصيات مكانيكي شد. بالاترين مقاومت فشاري 28 روزه و مقاومت خمشي به‌دست آمده به‌ترتيب 28/135 و 58/22 مگاپاسكال بود. نسبت آب به چسباننده تاثيرگذارترين پارامتر بر مقدار جريان نمونه‌ها بود. طوري كه در نسبت آب به چسباننده 37/0 بالاترين و در نسبت 31/0 پايين‌ترين رواني به‌دست آمد. سپس با روش گري سعي در بهينه‌سازي پارامترها با در نظر گرفتن چند خصوصيت به‌صورت همزمان، به‌عنوان مثال مقاومت فشاري 28 روزه و مقاومت خمشي و مقدار جريان، شد. در ادامه به كمك يادگيري ماشين و با استفاده از 6 مدل رگرسيون خطي، درخت تصميم، جنگل تصادفي، K-نزديك‌ترين همسايه، گراديان بوست و گراديان بوست تقويت شده به پيش‌بيني مقاومت فشاري بتن قليافعال سرباره‌اي فوق توانمند پرداخته شد. پس از آموزش مدل‌ها بر روي مجموعه داده حاصل از ساخت‌هاي آزمايشگاهي و همچنين نتايج پيش‌بيني تاگوچي و سپس ارزيابي مدل‌ها، مدل گراديان بوست با مقدار R2 برابر %93/99 و MAE برابر 406/0 مگاپاسكال قوي‌ترين مدل در پيش‌بيني مقاومت فشاري بتن قليافعال سرباره‌اي فوق توانمند و بالاتر از مدل‌هاي گراديان بوست تقويت‌شده (%83/99 R2=)، جنگل تصادفي (%6/98 R2=) و ديگر مدل‌ها شناخته شد. ضعيف‌ترين عملكرد مربوط به مدل رگرسيون خطي بود. در ادامه به كمك آناليز SHAP تاثير متغيرها بر مقاومت فشاري انجام شد تا ميزان و نوع اثرگذاري هر يك از متغيرها بر پيش‌بيني مقاومت فشاري بررسي شود. بررسي نتايج نشان داد نوع عمل‌آوري، الياف فولادي، ميزان استفاده از آب و سن نمونه‌ها به‌ترتيب اثرگذارترين متغيرها بر مقاومت فشاري بتن قليافعال سرباره‌اي فوق توانمند هستند.

238157

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان