مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

پیش‌بینی مقاومت فشاری بتن اصلاح‌شده با پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 گروه آموزشی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و معماری، دانشگاه ملی ملایر، همدان، ایران
2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران
3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه امیرکبیر
10.22065/jsce.2026.560434.3878
چکیده
در این پژوهش، تأثیر پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) به‌عنوان عامل عمل‌آوری داخلی در بتن با استفاده از رویکرد داده‌محور بررسی شد. ابتدا 1200 داده از مقالات منتشرشده در ژورنال‌های معتبر گردآوری و پس از پیش‌پردازش و حذف داده‌های پرت، به 723 رکورد قابل‌اعتماد تقلیل یافت. برای پیش‌بینی مقاومت فشاری بتن حاوی PEG، پنج مدل یادگیری ماشین شامل رگرسیون خطی (LRM)، درخت تصمیم، جنگل تصادفی، XGBoost و ماشین بردار پشتیبان (SVM) آموزش داده شدند و عملکرد آن‌ها با شاخص‌های MAE، RMSE، R² وSI ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدل XGBoost با کمترین مقدار MAE برابر با 496/0 و RMSE برابر با 626/0 و بالاترین مقدار R²، بهترین عملکرد پیش‌بینی را در این مجموعه‌داده ارائه داد. تحلیل اهمیت متغیرها نشان داد که وزن مولکولی PEG نقش تعیین‌کننده‌تری نسبت به درصد مصرف آن دارد، به‌طوری‌که PEG با وزن مولکولی بالاتر (مانند PEG 4000 و PEG 6000) حتی در مقادیر کمتر می‌تواند عملکرد بهتری نسبت به PEG با وزن مولکولی پایین‌تر نشان دهد. همچنین نتایج نشان داد که در بتن‌های پرمقاومت با نسبت آب به سیمان کمتر از 33/0، افزایش کنترل‌شده مقدار PEG می‌تواند به تأمین آب مورد نیاز برای ادامه هیدراتاسیون کمک کند. بر اساس گزارش‌های موجود درتحقیقات انجام شده، استفاده هم‌زمان از PEG و دوده سیلیسی تا حدود 8 درصد می‌تواند موجب بهبود ریزساختار و افزایش تشکیل ژل C–S–H شده و در نتیجه به افزایش مقاومت و دوام بتن کمک کند. در مجموع، این پژوهش با ارائه یک چارچوب پیش‌بینی داده‌محور مبتنی بر XGBoost و بررسی نقش پارامترهایی مانند وزن مولکولی PEG، نسبت آب به سیمان و دوده سیلیسی، می‌تواند به‌عنوان ابزاری کمکی برای طراحی مخلوط بتن‌های عمل‌آوری‌شده داخلی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Machine Learning-Based Prediction of Compressive Strength of Polyethylene Glycol (PEG)-Modified Concrete

نویسندگان English

Amir Farrokhi 1
Hossein Karimpour 2
Farid Mahmoudi Sahebi 3
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Malayer University, Hamedan, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
3 Faculty of Civil Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran
چکیده English

This study investigates the role of polyethylene glycol (PEG) as an internal curing agent in concrete using data mining techniques. A total of 1200 data points were collected from reputable journal publications, and after preprocessing steps such as filtering, normalization, and outlier removal, the dataset was refined to 723 reliable records. Five machine-learning models—Linear Regression (LRM), Decision Tree, Random Forest, XGBoost, and Support Vector Machine (SVM)—were trained to predict the compressive strength of PEG-modified concrete. Model performance was assessed using MAE, RMSE, R², and SI. Among the tested algorithms, XGBoost demonstrated the highest predictive accuracy, achieving an MAE of 0.496 and an RMSE of 0.626, making it both the most reliable and computationally efficient model for forecasting the compressive strength of internally cured concrete. Feature-importance analysis further revealed that PEG’s molecular weight plays a more significant role than its dosage. Higher-molecular-weight PEGs (e.g., PEG 4000 and PEG 6000) delivered greater improvements in strength, even at low replacement levels, compared to lower-molecular-weight variants. In high-strength concrete with a water-to-cement ratio below 0.33, controlling PEG content is crucial to ensure sufficient internal curing water. The combined use of PEG and silica fume—up to 8% replacement—substantially enhanced the density of the C–S–H gel, resulting in notable gains in both compressive strength and durability. Overall, this study presents an XGBoost-based predictive framework for evaluating PEG-induced internal curing effects. The findings offer practical guidance for designing efficient PEG-based internal curing systems, reducing water demand, and supporting concrete production in water-limited regions.

کلیدواژه‌ها English

Internal curing of concrete
Machine learning and data mining
Polyethylene glycol (PEG)
Compressive strength of concrete
Boosting algorithms

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 08 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 06 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 28 اردیبهشت 1405