19863

17156

كارشناسي ارشد

سازه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

پانزده، 102ص. : مصور، جدول، نمودار

1403/08/02

كتابنامه

مهندسي عمران

مهندسي عمران

1403/08/05

23078978

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.

Concrete is one of the most widely used materials in civil engineering projects. Ordinary concrete is typically made using Portland cement. However, the production process of Portland cement is associated with the emission of a significant amount of carbon dioxide, leading to substantial environmental damage. One approach to mitigate these environmental impacts is to replace Portland cement binders with alkali-activated slag, which can be utilized in many civil engineering projects. Additionally, in recent years, the use of recycled materials in concrete has gained considerable attention. Recycled asphalt aggregate, obtained from the demolition of old asphalt pavements, is one such material. Moreover, given the widespread availability of seawater and the increasing scarcity of freshwater as a natural resource in recent years, the potential use of seawater in concrete has become increasingly significant and should not be overlooked. The use of seawater in concrete production is particularly advantageous in arid regions such as the Middle East, where there is heavy reliance on costly desalination processes to produce freshwater, or in coastal areas facing freshwater scarcity but have easy and economical access to seawater. The present study involves testing alkali-activated concrete samples, which were prepared using slag as a cementitious material, sodium metasilicate as an alkali activator, as well as recycled asphalt aggregate, seawater from the Persian Gulf, and ordinary (potable) water. To examine the parameters influencing the mechanical properties of concrete with the aforementioned components, recycled asphalt aggregate replacement levels of 25%, 50%, 75%, and 100%, water-to-binder ratios of 0.49, 0.50, 0.51, and 0.52, sodium metasilicate-to-slag ratios of 0.16, 0.18, 0.20, and 0.22, and binder contents of 300, 350, 400, and 450 kg/m³ were considered, resulting in 256 mix designs. To minimize the number of experiments and achieve an optimal mix design with the highest strength while accessing the results of other designs, 16 mix designs were selected using the Taguchi experimental design method. These mixes were subjected to compressive, flexural, and tensile strength tests. The analysis of the results revealed that the compressive strength of concrete made with seawater decreased by 5% to 35% at 7 days compared to the corresponding mix made with ordinary water, depending on the amount of water used in the mix and the replacement level of recycled asphalt aggregate. This strength reduction decreased at 28 and 90 days, ultimately leading to a decrease in compressive strength of 5% to 25% compared to the corresponding mix made with ordinary water. The results indicate that by optimizing the mix components, a composition suitable for civil engineering and construction projects, particularly in areas facing freshwater and natural aggregate shortages, can be achieved.

كياچهر بهفرنيا

عليرضا سلجوقيان , مريم داعي