提升含有工业与农业废弃物的绿色混凝土的机械性能、耐久性，并进行环境影响评估

《Scientific Reports》：Enhancing mechanical performance, durability, and environmental impact assessment of green concrete incorporating industrial and agricultural wastes

　　

摘要

本研究提出了一种基于数据的实验决策框架，用于确定最适合用于绿色混凝土的可持续替代材料，旨在减少建筑行业中的水泥使用量、工业废弃物负担以及对环境的影响。研究通过实验测试了含有不同废弃材料的绿色混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度以及超声脉冲速度，这些材料包括硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土、花岗岩粉、稻壳灰、陶瓷废料、大理石粉、椰壳粉、塑料废料以及底灰。研究还开发了一种结合皮尔逊相关性分析、层次分析法（AHP）和k均值聚类的混合方法，以揭示各种参数之间的复杂关联关系。通过将基于相关性的依赖分析纳入层次分析法，可以得出客观的性能权重，其中抗压强度的权重最高（37%），其次是抗弯强度（25%）、超声脉冲速度（22%）和劈裂抗拉强度（16%）。随后利用k均值聚类将各种材料分为性能最佳组和性能最差组。研究结果表明，硅灰是最为理想且性能均衡的材料，其抗压强度可达48.5 MPa，劈裂抗拉强度为4.0 MPa，抗弯强度为7.5 MPa，超声脉冲速度为4400 m/s，显示出出色的结构性能和耐久性潜力。方差分析证实不同组别之间存在显著差异（p＜0.0001），进一步证明了该分类方法的可靠性。本研究的主要贡献在于提出了一种可扩展的、基于机器学习的多元标准评估框架，能够客观地对可持续水泥替代材料进行排序，从而为高性能绿色混凝土的设计提供可靠的选材依据。