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

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• دانیال نصر ¹
• رضوان باباگلی ²
• نادر دهاقین ³

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

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

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

10.22067/jfcei.2025.92575.1351

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

---

عنوان مقاله [English]

The Effect of Bagasse Ash and Polypropylene Fibers on the Mechanical Performance of Concrete and Its Prediction Using Machine Learning

نویسندگان [English]

• Danial Nasr ¹
• Rezvan Babagoli ²
• Nader Dahaghin ³

¹ Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Khorasgan branch, Islamic Azad University, Khorasgan, Isfahan, Iran

² Department of Civil Engineering, University of Science and Technology of Mazandaran, Behshahr, Iran

³ Department of Civil Engineering, Khorasgan branch, Islamic Azad University, Khorasgan, Isfahan, Iran

چکیده [English]

In this study, polypropylene fibers (0, 1, 3, and 5%) and bagasse ash (0, 10, 20, 30, 40, and 50%) were used as partial cement replacements, along with a superplasticizer at 2.5% of the cementitious materials. The mechanical strength and durability of the modified concrete were evaluated at 28 and 90 days. Additionally, the study explored the application of machine learning models, including CatBoost, LightGBM, and an Ensemble model, for predicting the compressive and flexural strength of fiber- and bagasse-reinforced concrete. The results indicated that the CP3B20 mix—containing 3% polypropylene fibers and 20% bagasse ash—demonstrated the best performance among the tested mixtures. It achieved a compressive strength of 41.7 MPa compared to 32 MPa for the control mix, a flexural strength of 14.9 MPa versus 5 MPa, a water absorption rate of 0.9% versus 5%, and permeability of 320 coulombs compared to 3149 coulombs for the control mix. The Ensemble model exhibited high accuracy, with an R² of 0.85–0.90 for compressive strength and 0.92 for flexural strength, and RMSE values of 1.50–2.00 MPa and 0.65–1.10 MPa, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

• Green Concrete
• Polypropylene Fibers
• Bagasse Ash
• Resistance
• Durability