مطالعه آزمايشگاهي و پيش‌بيني مقاومت فشاري بتن پرمقاومت حاوي پودر كاشي ضايعاتي با استفاده از روش برنامه‌نويسي بيان ژن

Experimental investigation and prediction of compressive strength of high-strength concrete containing waste ceramic powder using gene expression programming

حجم بالاي دي‌اكسيدكربن توليد شده در كارخانه‌هاي توليد سيمان و امكان‌سنجي استفاده مجدد از ضايعات كارخانه‌ها در سال‌هاي اخير به يكي از اصلي‌ترين دغدغه‌هاي مراكز تحقيقاتي و مجامع زيست‌محيطي تبديل شده است. براين‌اساس هدف اصلي اين تحقيق، امكان‌سنجي استفاده مجدد از ضايعات با محوريت كاشي ضايعاتي، به‌عنوان يك ماده آلومينوسيليكات نيمه‌فعال براي جايگزيني درصدي از سيمان مصرفي در بتن است. پودر كاشي ضايعاتي علاوه بر فعال‌سازي پتانسيل استفاده از يك ضايعات در بتن، مصرف سيمان را نيز كاهش مي‌دهد. براين‌اساس در اين تحقيق از درصدهاي جايگزيني سيمان بين 0 تا 50 درصد در سه نسبت آب به سيمان 0/3 ، 0/4 و 0/5 در چارچوب 24 طرح اختلاط براي انجام آزمايش مقاومت فشاري استفاده شده است. در ادامه براي ارائه يك مدل محاسباتي قابل‌استفاده، از روش برنامه‌نويسي بيان ژن، براي پيش‌بيني مقاومت فشاري نمونه‌ها استفاده شده است. نتايج تحقيق آزمايشگاهي حاكي از آن است كه در نسبت آب به سيمان 0/3 در سن 90 روزه، نمونه حاوي 20 درصد پودر كاشي ضايعاتي به مقاومت فشاري 72/57 مگا پاسكال رسيده است. اين عدد تقريباً با نمونه كنترل برابري نموده و در نتيجه استفاده از اين درصد جايگزيني براي اين نسبت آب به مواد سيماني توصيه مي‌شود. در نهايت نيز نتايج حاكي از عملكرد بسيار مناسب روش برنامه‌نويسي بيان ژن با افزايش تعداد كروموزوم و افزايش ضريب همبستگي بين داده‌هاي آزمايشگاهي و عددي تا 98 درصد مي‌باشد. بنابراين روش برنامه‌نويسي بيان ژن به واسطه ارائه يك رابطه تحليلي و دقت بالا نسبت به ساير روش‌ها از برتري قابل‌توجهي برخوردار است.

The high volume of carbon dioxide produced in cement plants and the feasibility of reusing waste materials from factories in recent years has become one of the main concerns of research centers and environmental associations. Therefore, the main purpose of this research is to evaluate the feasibility of reusing waste materials with a focus on waste ceramic powder (WCP), as a semi-active aluminosilicate material that can be replaced as a percentage of cement used in concrete. WCP, in addition to activating the potential of using a waste material in concrete, can also reduce cement consumption. Therefore, in this research, cement replacement percentages between 0 and 50% in three water to cement ratios of 0.3, 0.4 and 0.5 in 24 concrete mixtures have been used to perform compressive strength tests. In order to provide a usable computational model, the gene expression programming (GEP) method has been used to predict the compressive strength of the samples. The results of experimental research indicate that in the ratio of water to cement 0.3 at the age of 90 days, the sample containing 20% of WCP has reached a compressive strength of 72.57 MPa. This result is almost equal to the control sample and therefore the use of this percentage is recommended for this ratio of water to cementitious materials. Finally, the results indicate the very good performance of the GEP method by increasing the number of chromosomes and increasing the correlation coefficient between experimental and numerical data up to 98%. Therefore, the GEP method has a significant advantage over other methods by providing an analytical relationship and high accuracy.