مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

مدل‌سازی و پیش‌بینی مقاومت فشاری ملات ژئوپلیمری حاوی پوزولان تفتان با روش تاگوچی و الگوریتم GEP

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
3 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشگده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
4 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
10.22065/jsce.2026.554755.3849
چکیده
ملات‌های ژئوپلیمری به‌ عنوان مصالحی پایدار و دوستدار محیط ‌زیست، به‌ دلیل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و استفاده از منابع آلومینوسیلیکاتی جایگزین، گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی سیمان پرتلند در صنعت ساخت‌ و ساز محسوب می‌شوند. با وجود مطالعات گسترده در زمینه بهبود عملکرد مکانیکی این مصالح، پیش‌بینی دقیق مقاومت فشاری با استفاده از روابط ساده و قابل‌اعتماد همچنان یک چالش اساسی است. در این پژوهش، به‌منظور ارائه رابطه‌ای ساده برای پیش‌بینی مقاومت فشاری ملات ژئوپلیمری حاوی پوزولان تفتان، از ترکیب روش طراحی آزمایش تاگوچی، به عنوان بهینه‌ساز تعداد آزمایشات مورد نیاز و الگوریتم برنامه‌ریزی بیان ژنی، به عنوان یک روش تکاملی مبتنی بر یادگیری نمادین برای مدل‌سازی رابطه‌ای غیرخطی بین پارامترها و مقاومت فشاری، استفاده شد. سه پارامتر کلیدی شامل نسبت آب به مواد جامد، نسبت سیلیس به سدیم و درصد جایگزینی سیمان در چهار سطح مختلف بررسی گردید. بر اساس آرایه متعامد تاگوچی، شانزده طرح اختلاط تهیه و مقاومت فشاری نمونه‌ها در سن ۲۸ روز اندازه‌گیری شد. سپس با استفاده از الگوریتم برنامه‌ریزی بیان ژنی، مدل ریاضی برای پیش‌بینی مقاومت فشاری توسعه یافت. نتایج نشان داد نسبت آب به مواد جامد بیشترین تأثیر را بر مقاومت فشاری دارد. جهت ارزیابی دقت مدل پیشنهادی، معیارهای ضریب همبستگی، ضریب نش، میانگین درصد خطا و ریشه میانگین مربعات خطا محاسبه شدند که مقادیر بدست آمده برای آ‌‌ن‌ها به ترتیب برابر است با: 97/0، 93/0، 48/11% و 90/3. براساس این مقادیر مدل ارائه‌شده دقت بالایی در پیش‌بینی مقاومت فشاری داشته و می‌تواند در بهینه‌سازی طرح اختلاط ملات‌های ژئوپلیمری مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling and Prediction of Compressive Strength of Geopolymer Mortar Containing Taftan Pozzolan Using Taguchi Method and GEP Algorithm

نویسندگان English

Ramtin Mahroom Shahraki 1
Hamed Ghohani Arab 2
Mahmoud Miri 3
Arash Naderi 4
1 M.Sc. Student, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 Associate Professor, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Professor, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
4 Assistant Professor, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده English

Geopolymer mortars have attracted considerable attention as sustainable and environmentally friendly alternatives to ordinary Portland cement due to their lower greenhouse gas emissions and the use of natural aluminosilicate resources. However, developing simple, reliable and practical models for predicting their compressive strength remains an important challenge in materials engineering. In this study, a combined approach based on the Taguchi design of experiments and Gene Expression Programming was used to develop a predictive relationship for the compressive strength of geopolymer mortar containing Taftan pozzolan. The Taguchi method was applied to optimize the experimental design and reduce the number of required laboratory tests, while Gene Expression Programming was used to establish a nonlinear relationship between the main parameters and compressive strength. Three key variables including the water-to-solid ratio, silica-to-sodium ratio and cement replacement percentage were considered at four different levels. Based on the Taguchi orthogonal array, sixteen mix designs were prepared and tested for compressive strength at 28 days. The results indicated that the water-to-solid ratio had the greatest influence on compressive strength. The developed model showed good predictive capability, with correlation coefficient 0.97, Nash–Sutcliffe efficiency 0.93, mean absolute percentage error 11.48 percent and root mean square error 3.90, demonstrating reliable prediction accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Geopolymer mortar
Taftan pozzolan
Compressive strength
Taguchi method
Gene Expression Programming

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 02 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 08 اسفند 1404
  • تاریخ پذیرش 05 خرداد 1405