Compressive strength prediction of fly ash-based geopolymer concrete via advanced machine learning techniques
- 1. Cracow University of Technology
- 2. COMSATS University Islamabad
- 3. Prince Sattam Bin Abdulaziz University
- 4. Srinakharinwirot University
Description
Concrete is a widely used construction material, and cement is its main constituent. Production and utilization of cement severely affect the environment due to the emission of various gases. The application of geopolymer concrete plays a vital role in reducing this flaw. This study used supervised machine learning algorithms, decision tree (DT), bagging regressor (BR), and AdaBoost regressor (AR) to estimate the compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete. The coefficient of determination (R2), mean absolute error, mean square error, and root mean square error were used to evaluate the model's performance. The model's performance was further confirmed using the k-fold cross-validation technique. Compared to the DT and AR model, the bagging model was more effective in predicting results, with an R2 value of 0.97. The lesser values of the errors (MAE, MSE, RMSE) and higher values of the R2 were the clear indications of the better performance of the model. Additionally, a sensitivity analysis was conducted to ascertain the degree of contribution of each parameter towards the prediction of the results. The application of machine learning techniques to predict concrete's mechanical properties will benefit the area of civil engineering by saving time, effort, and resources.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخرسانة هي مادة بناء مستخدمة على نطاق واسع، والأسمنت هو المكون الرئيسي لها. يؤثر إنتاج واستخدام الأسمنت بشدة على البيئة بسبب انبعاث الغازات المختلفة. يلعب تطبيق خرسانة البوليمر الجيولوجي دورًا حيويًا في تقليل هذا الخلل. استخدمت هذه الدراسة خوارزميات التعلم الآلي الخاضعة للإشراف، وشجرة القرار (DT)، ورجوع الأكياس (BR)، ورجوع AdaBoost (AR) لتقدير قوة الضغط لخرسانة البوليمر الأرضي القائمة على الرماد المتطاير. تم استخدام معامل التحديد (R2)، متوسط الخطأ المطلق، متوسط الخطأ التربيعي، وخطأ الجذر التربيعي لتقييم أداء النموذج. كما تم تأكيد أداء النموذج باستخدام تقنية التحقق المتبادل من الطية k. بالمقارنة مع نموذج DT و AR، كان نموذج التعبئة أكثر فعالية في التنبؤ بالنتائج، حيث بلغت قيمة R2 0.97. كانت القيم الأقل للأخطاء (MAE، MSE، RMSE) والقيم الأعلى لـ R2 هي المؤشرات الواضحة على الأداء الأفضل للنموذج. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل للحساسية للتأكد من درجة مساهمة كل معلمة في التنبؤ بالنتائج. سيفيد تطبيق تقنيات التعلم الآلي للتنبؤ بالخصائص الميكانيكية للخرسانة مجال الهندسة المدنية من خلال توفير الوقت والجهد والموارد.Translated Description (French)
Le béton est un matériau de construction largement utilisé, et le ciment en est le principal constituant. La production et l'utilisation du ciment affectent gravement l'environnement en raison de l'émission de divers gaz. L'application de béton géopolymère joue un rôle essentiel dans la réduction de ce défaut. Cette étude a utilisé des algorithmes d'apprentissage automatique supervisé, un arbre de décision (DT), un régresseur d'ensachage (BR) et un régresseur AdaBoost (AR) pour estimer la résistance à la compression du béton géopolymère à base de cendres volantes. Le coefficient de détermination (R2), l'erreur absolue moyenne, l'erreur quadratique moyenne et l'erreur quadratique moyenne ont été utilisés pour évaluer la performance du modèle. Les performances du modèle ont été confirmées à l'aide de la technique de validation croisée k-fold. Par rapport au modèle DT et AR, le modèle d'ensachage a été plus efficace pour prédire les résultats, avec une valeur R2 de 0,97. Les valeurs inférieures des erreurs (MAE, MSE, RMSE) et les valeurs supérieures du R2 étaient les indications claires de la meilleure performance du modèle. De plus, une analyse de sensibilité a été menée pour déterminer le degré de contribution de chaque paramètre à la prédiction des résultats. L'application de techniques d'apprentissage automatique pour prédire les propriétés mécaniques du béton profitera au domaine du génie civil en économisant du temps, des efforts et des ressources.Translated Description (Spanish)
El hormigón es un material de construcción ampliamente utilizado, y el cemento es su principal constituyente. La producción y utilización de cemento afecta gravemente al medio ambiente debido a la emisión de diversos gases. La aplicación de concreto geopolímero juega un papel vital en la reducción de esta falla. Este estudio utilizó algoritmos supervisados de aprendizaje automático, árbol de decisión (DT), regresor de embolsado (BR) y regresor AdaBoost (AR) para estimar la resistencia a la compresión del concreto de geopolímero a base de cenizas volantes. El coeficiente de determinación (R2), el error absoluto medio, el error cuadrático medio y el error cuadrático medio se utilizaron para evaluar el rendimiento del modelo. El rendimiento del modelo se confirmó aún más utilizando la técnica de validación cruzada k-fold. En comparación con el modelo DT y AR, el modelo de ensacado fue más efectivo para predecir los resultados, con un valor de R2 de 0.97. Los menores valores de los errores (MAE, MSE, RMSE) y mayores valores del R2 fueron los claros indicios del mejor rendimiento del modelo. Además, se realizó un análisis de sensibilidad para determinar el grado de contribución de cada parámetro a la predicción de los resultados. La aplicación de técnicas de aprendizaje automático para predecir las propiedades mecánicas del hormigón beneficiará al área de la ingeniería civil al ahorrar tiempo, esfuerzo y recursos.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التنبؤ بمقاومة الانضغاط لخرسانة البوليمر الجيولوجي القائمة على الرماد المتطاير عبر تقنيات التعلم الآلي المتقدمة
- Translated title (French)
- Prédiction de la résistance à la compression du béton géopolymère à base de cendres volantes via des techniques avancées d'apprentissage automatique
- Translated title (Spanish)
- Predicción de la resistencia a la compresión del hormigón geopolímero a base de cenizas volantes mediante técnicas avanzadas de aprendizaje automático
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4200440573
- DOI
- 10.1016/j.cscm.2021.e00840
References
- https://openalex.org/W1938499478
- https://openalex.org/W1972160050
- https://openalex.org/W1986552847
- https://openalex.org/W1988590033
- https://openalex.org/W1996467734
- https://openalex.org/W1998253841
- https://openalex.org/W2004464359
- https://openalex.org/W2031639432
- https://openalex.org/W2045746104
- https://openalex.org/W2049984966
- https://openalex.org/W2095259135
- https://openalex.org/W2099222536
- https://openalex.org/W2144309009
- https://openalex.org/W2148913518
- https://openalex.org/W2150583969
- https://openalex.org/W2171308009
- https://openalex.org/W2179366628
- https://openalex.org/W2371638596
- https://openalex.org/W2418319674
- https://openalex.org/W2510982517
- https://openalex.org/W2607311066
- https://openalex.org/W2608710759
- https://openalex.org/W2610090978
- https://openalex.org/W2724183050
- https://openalex.org/W2736112913
- https://openalex.org/W2769217008
- https://openalex.org/W2791043882
- https://openalex.org/W2793266980
- https://openalex.org/W2807464630
- https://openalex.org/W2902901541
- https://openalex.org/W2910973699
- https://openalex.org/W2913615002
- https://openalex.org/W2925700532
- https://openalex.org/W2946768262
- https://openalex.org/W2952852102
- https://openalex.org/W2956085207
- https://openalex.org/W2962722107
- https://openalex.org/W2968862935
- https://openalex.org/W2969351247
- https://openalex.org/W2973198867
- https://openalex.org/W2973598007
- https://openalex.org/W2977280727
- https://openalex.org/W2979950223
- https://openalex.org/W2991635643
- https://openalex.org/W3006558275
- https://openalex.org/W3007001206
- https://openalex.org/W3015837740
- https://openalex.org/W3017964923
- https://openalex.org/W3026333547
- https://openalex.org/W3038033549
- https://openalex.org/W3039136928
- https://openalex.org/W3046169907
- https://openalex.org/W3046714567
- https://openalex.org/W3081342661
- https://openalex.org/W3081662941
- https://openalex.org/W3087991416
- https://openalex.org/W3092287678
- https://openalex.org/W3093895805
- https://openalex.org/W3094556934
- https://openalex.org/W3125850143
- https://openalex.org/W3126997349
- https://openalex.org/W3128759053
- https://openalex.org/W3130809182
- https://openalex.org/W3136786661
- https://openalex.org/W3141478277
- https://openalex.org/W3144256623
- https://openalex.org/W3156138614
- https://openalex.org/W3159185355
- https://openalex.org/W3159542470
- https://openalex.org/W3176019015
- https://openalex.org/W3177127973
- https://openalex.org/W3182063184
- https://openalex.org/W3184697131
- https://openalex.org/W3185008998
- https://openalex.org/W3185257966
- https://openalex.org/W3186550570
- https://openalex.org/W3186619160
- https://openalex.org/W3190845164
- https://openalex.org/W3191416055
- https://openalex.org/W3195873309
- https://openalex.org/W3203447664
- https://openalex.org/W3204631755
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W925671768