تأثیر خاکستر باگاس و الیاف پلی‌پروپیلن بر عملکرد مکانیکی بتن و پیش‌بینی آن با یادگیری ماشین

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 3، دوره 38، شماره 3 - شماره پیاپی 51، مهر 1404، صفحه 45-74   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2025.92575.1351

نویسندگان

دانیال نصر^{* 1}؛ رضوان باباگلی²؛ نادر دهاقین³

¹استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان(خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، ایران

²گروه مهندسی عمران، دانشگاه علم و فناوری مازندران، بهشهر، ایران

³گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان(خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، ایران

چکیده

در این پژوهش از الیاف پلی‌پروپیلن با مقادیر (0، 1، 3 و 5 درصد) و خاکستر باگاس با مقادیر (0، 10، 20، 30، 40 و 50 درصد) جایگزین سیمان و از فوق روان کننده به میزان 5/2 درصد مواد سیمانی استفاده شد. همچنین مقاومت و دوام بتن حاوی افزودنی های فوق در سنین 28 و 90 روزه مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، این پژوهش به بررسی کاربرد مدل‌های یادگیری ماشین، شامل CatBoost، LightGBM، و یک مدل ترکیبی Ensemble، برای پیش‌بینی مقاومت فشاری و خمشی بتن مسلح به الیاف و باگاس اختصاص دارد. نتایج به دست آمده نشان داد که در صورت استفاده از الیاف پلی پروپیلن و خاکستر باگاس در بتن به صورت هم زمان، طرح (CP3B20) یعنی افزودن 3 درصد الیاف پلی پروپیلن و 20 درصد خاکستر باگاس می تواند بهترین عملکرد را از لحاظ مقاومت فشاری به میزان 7/41 مگاپاسکال در برابر مقاومت فشاری طرح شاهد به میزان 32 مگاپاسکال، مقاومت خمشی به میزان 9/14 مگاپاسکال در برابر مقاومت خمشی طرح شاهد به میزان 5 مگاپاسکال، جذب آب به میزان 9/0 درصد در برابر جذب آب طرح شاهد به میزان 5 درصد و نفوذپذیری به میزان 320 کلومب در برابر نفوذپذیری طرح شاهد به میزان 3149 کلومب، در میان طرح های مورد آزمایش داشته باشد. نتایج نشان داد که مدل Ensemble با R² معادل 0.85-0.90 برای مقاومت فشاری و 0.92 برای مقاومت خمشی، و RMSE به ترتیب 1.50-2.00 MPa و 0.65-1.10 MPa، دقت قابل‌توجهی ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

ملات؛ ژل میکروسیلیس؛ پودر سرامیک ضایعاتی؛ مقاومت مکانیکی؛ دوام بتن

مراجع

[1] A. Hemmati, D. Nazari, and A. Momenabadi, “The effect of fiber length and composition on the compressive and flexural strength of concrete,” Sharif Journal of Civil Engineering, vol. 40, no. 1, pp. 33–41, 2024. (In Persian) https://doi.org/10.24200/j30.2023.61231.3159

[2] M. Mokhtari and R. Fatemian, “Laboratory study of the effect of polypropylene fibers and microsilica on the mechanical properties of concrete,” Civil Engineering and Project Journal, vol. 5, no. 1, pp. 22–37, 2013. (In Persian) https://doi.org/10.22034/cpj.2023.392896.1188

[3] S. R. Mousavi and M. R. Javaheri, “Investigation of compressive and flexural strength of polymer concretes based on epoxy resin containing polyvinyl alcohol and polypropylene fibers,” Concrete Research, vol. 16, no. 2, pp. 57–70, 2023.

[4] M. Piriai and M. Kamasi, “Evaluation of compressive strength and durability of fiber concrete containing polypropylene fiber material, polycarboxylate ether and E207,” Tarbiat Modares Civil Engineering Journal, vol. 22, no. 6, pp. 135–149, 2024. https://doi.org/10.22034/22.6.135

[5] A. Choubdar, A. Farajollahi, and A. Ameli, “The effect of polypropylene fibers on the mechanical strength and durability of concrete containing converter slag,” Journal of Transportation Research, vol. 18, no. 3, pp. 133–152, 2022. (In Persian)

[6] S. A. Mousavi Davoudi and M. H. Khalilpasha, “A study on the structural effects of bagasse sugar cane stem in structural concrete mixture in sulfate and chloride environments,” Concrete Research, vol. 13, no. 3, pp. 137–149, 2020. https://doi.org/10.22124/jcr.2020.14357.1387

[7] H. Shokrani, N. Bakhshi, and A. Roghani Zad, “Laboratory investigation of the properties of bagasse ash as a cement substitute in comparison with other pozzolanic materials,” Esas Journal, vol. 11, no. 24, pp. 72–88, 2019. (In Persian) https://civilica.com/doc/550440

[8] A. Maglad, M. Amin, A. Zeyad, B. Tayeh, and I. Agwa, “Engineering properties of ultra-high strength concrete containing sugarcane bagasse and corn stalk ashes,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 23, pp. 3196–3218, 2023. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.01.197

[9] A. Akbar, F. Farooq, M. Shafique, F. Aslam, A. Rayed, and A. Hisham, “Sugarcane bagasse ash-based engineered geopolymer mortar incorporating propylene fibers,” Journal of Building Engineering, vol. 33, p. 101492, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101492

[10] A. Kumar and A. Gupta, “Investigation of the effect of bagasse ash, hooked steel fibers and glass fibers on the mechanical properties of concrete,” Materials Today: Proceedings, vol. 44, pp. 801–807, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.711

[11] A. Dhawan, N. Gupta, R. Goyal, and K. K. Saxena, “Evaluation of mechanical properties of concrete manufactured with fly ash, bagasse ash and banana fibre,” Materials Today: Proceedings, vol. 44, pp. 17–22, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.006

[12] S. A. Mangi, N. Jamaluddin, M. W. Ibrahim, A. H. Abdullah, A. A. Awal, S. Sohu, and N. Ali, “Utilization of sugarcane bagasse ash in concrete as partial replacement of cement,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 271, no. 1, 2017, p. 012001. https://doi.org/10.1088/1757-899X/271/1/012001

[13] A. Baghaei and M. Dashti, “Investigation of the characteristics of fluids on the strength and fluidity of concrete,” in Proceedings 8^th Annual International Congress of Civil Engineering, Architecture and Urban Development, Tehran, Iran, 2012. (In Persian) https://civilica.com/doc/1655508/