Разработка модели машинного обучения для точного производства зеленых цементных композитов, модифицированных отходами гранитного порошка

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13242 (2022) Цитировать эту статью

1302 Доступа

6 цитат

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании была разработана модель машинного обучения для точного производства зеленых цементных композитов, модифицированных гранитным порошком, полученным из карьерных отходов. Для этого использовались и сравнивались модели дерева решений, случайного леса и ансамбля AdaBoost. На основе экспериментального исследования была создана база данных, содержащая 216 наборов данных. База данных состоит из таких параметров, как процент замещения цемента гранитным порошком, время испытаний и условия твердения. Показано, что этот метод проектирования сырых цементных композиционных смесей с точки зрения прогнозирования прочности на сжатие с использованием ансамблевых моделей и всего трех входных параметров может быть более точным и значительно более точным, чем традиционный подход. Более того, насколько известно авторам, искусственный интеллект является одним из наиболее эффективных и точных методов, используемых в сфере проектирования и производства в последние десятилетия. Простота этого метода делает его более подходящим для практики конструирования благодаря простоте оценки входных переменных. Поскольку стремление к сокращению выбросов углекислого газа увеличивается, необходим метод разработки экологически чистых цементных композитов без образования отходов, который был бы более точным, чем традиционные тесты, проводимые в лаборатории.

Применение добавок при производстве так называемых «зеленых цементных композитов» в последнее время играет более важную роль в устойчивом развитии. Это главным образом связано с недавней мировой тенденцией к снижению количества углекислого газа (CO2), образующегося при производстве портландцемента1,2. Эти композиты являются «зелеными» из-за включения примесей отходов и в качестве частичной замены цемента. К таким примесям в основном относятся летучая зола, молотый гранулированный доменный шлак (ГГБФС) и гранитный порошок3,4,5. Дополнительной причиной их использования является тот факт, что эти материалы являются отходами различных промышленных процессов6.

Использование гранитного порошка в качестве добавки в растворы представляет интерес главным образом потому, что этот материал трудно поддается вторичной переработке. Обычно этот отходный минерал хранится, но время его разложения превышает 1 000 000 лет. Гранит чрезвычайно опасен в виде порошка, поскольку частицы порошка часто взвешены в воздухе и попадают в почву и воду. Таким образом, порошки минеральных отходов могут вызывать дыхательную недостаточность у людей и животных. Кроме того, его утилизация приводит к загрязнению воды и опылению растений (что наносит ущерб окружающей среде). Включение отходов минеральных порошков в твердые материалы (такие как раствор или бетон) снижает их вредное воздействие, уменьшая их вредность7. В последнее время все большее число исследований сосредоточено на поведении цементных композитов, содержащих гранитный порошок. Это исследование особенно связано с механическими свойствами затвердевших цементных композитов (например, прочностью на сжатие8, прочностью на изгиб9, прочностью на раскалывание10).

Традиционная методология определения прочности цементных композитов на сжатие требует разрушающих лабораторных испытаний. К сожалению, эти тесты очень дорогостоящие и отнимают много времени. Например, в Евросоюзе испытание одной серии композитов стоит не менее 100 евро. Поскольку эти тесты являются разрушительными, они проводятся на ограниченном количестве образцов, что может привести к неточным результатам. Это делает традиционную методологию неэффективной и увеличивает углеродный след процесса получения механических свойств. Кроме того, поскольку традиционные методы11 не позволяют оценить прочность на сжатие раствора, содержащего большое количество (более 15% массы цемента) гранитного порошка в качестве заменителя цемента, необходим более точный метод. Насколько известно авторам, искусственный интеллект является одним из наиболее эффективных и точных методов, используемых в сфере проектирования и производства в последние десятилетия.