مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

مطالعه آزمایشگاهی بتن خودتراکم حاوی میکروسیلیس و توسعه مدل پیش‌بینی مقاومت فشاری با استفاده از برنامه‌نویسی بیان ژن

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
10.22065/jsce.2026.578894.3948
چکیده
بتن خودتراکم به‌دلیل قابلیت پرکنندگی و تراکم‌پذیری تحت وزن خود، نقش مهمی در بهبود کیفیت اجرا و کاهش مشکلات ناشی از تراکم مکانیکی ایفا می‌کند. با این حال، طراحی مناسب این نوع بتن، به‌خصوص در نسبت‌های پایین آب به مواد سیمانی، نیازمند کنترل هم‌زمان خواص بتن تازه و سخت‌شده است. در این پژوهش، رفتار بتن خودتراکم حاوی میکروسیلیس به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شد و در ادامه، مدلی برای پیش‌بینی مقاومت فشاری با استفاده از روش برنامه‌نویسی بیان ژن توسعه یافت. بدین منظور، ۴۸ طرح اختلاط بتن خودتراکم بر اساس روش ملی طرح اختلاط بتن خودتراکم ساخته شد که از این تعداد، ۴۶ طرح الزامات خودتراکمی را تأمین کردند. متغیرهای اصلی شامل نسبت آب به مواد سیمانی در چهار سطح 0/35، 0/4، 0/45 و 0/5 و درصد جایگزینی میکروسیلیس در سه سطح 0، 5 و 10 درصد بود. خواص بتن تازه با استفاده از آزمایش‌های جریان اسلامپ، قیف V و شاخص چشمی پایداری ارزیابی شد و مقاومت فشاری نمونه‌ها در سنین 7، 28 و 90 روز اندازه‌گیری گردید نتایج نشان داد که جایگزینی میکروسیلیس تا سطح 5 درصد اثر نامطلوبی بر روانی نداشت، اما در سطح 10 درصد موجب کاهش جریان مخلوط و افزایش مصرف فوق‌روان‌کننده شد. همچنین، جایگزینی 5 و 10 درصد از سیمان با میکروسیلیس به‌ترتیب موجب افزایش 9/3 و 18/4 درصدی مقاومت فشاری 28 روزه نسبت به نمونه‌های بدون جایگزینی گردید. به‌منظور پیش‌بینی مقاومت فشاری بتن خودتراکم، از روش برنامه‌نویسی بیان ژن با در نظر گرفتن پارامترهای مؤثر طرح اختلاط استفاده شد. مدل ارائه‌شده با ضریب R2 در حدود 0/90 و مقدار RMSE برابر با 2/59 مگاپاسکال، عملکرد مناسبی در پیش‌بینی مقاومت فشاری نشان داد و یک رابطه تحلیلی صریح و قابل استفاده در طراحی مهندسی ارائه نمود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Study of Self-Compacting Concrete Containing Silica Fume and Development of a Compressive Strength Prediction Model Using Gene Expression Programming

نویسندگان English

Mohammadreza Hajizeinali Bioki 1
Mehdi Khodadad Saryazdi 2
Behrouz Ahmadi-Nedushan 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

Self-Compacting Concrete (SCC), owing to its ability to flow under its own weight and completely fill formwork without the need for mechanical vibration, plays a significant role in improving construction quality and reducing problems associated with inadequate compaction. However, the proper design of SCC, particularly at low water-to-cementitious materials ratios, requires simultaneous control of fresh properties and compressive strength. In this study, the behavior of silica fume-incorporated SCC was experimentally investigated, and a predictive model for compressive strength was subsequently developed using Gene Expression Programming (GEP). A total of 48 SCC mix designs were prepared based on the National SCC Mix Design Method, of which 46 mixtures satisfied the self-compacting criteria. The main variables included the water-to-cementitious materials ratio at four levels (0.35, 0.40, 0.45, and 0.50) and silica fume replacement at three levels (0%, 5%, and 10% by weight of cement). Fresh concrete properties were evaluated through slump flow, V-funnel, and visual stability index (VSI) tests, while compressive strength was measured at 7, 28, and 90 days. The results indicated that silica fume replacement up to 5% had no adverse effect on workability, whereas a 10% replacement level reduced flowability and increased superplasticizer demand. Furthermore, replacing 5% and 10% of cement with silica fume led to an average increase of 9.3% and 18.4%, respectively, in the 28-day compressive strength compared with the control mixtures. For compressive strength prediction, GEP was employed considering the key mix design parameters. The developed model achieved a coefficient of determination (R²) of approximately 0.90 and a root mean square error (RMSE) of 2.59 MPa, demonstrating satisfactory predictive performance and providing an explicit analytical equation suitable for engineering design applications.

کلیدواژه‌ها English

Self-Compacting Concrete
Silica Fume
Fresh Concrete Properties
Compressive Strength
Gene Expression Programming

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 25 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 01 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 17 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 25 مرداد 1405