التنبؤ بمقاومة الانضغاط للخرسانة المعاد تدويرها والمُكربنة باستخدام نماذج تعلم آلي قائمة على الانحدار

تحويل الخرسانة القديمة إلى حليف للمناخ

كل عام، تهدم المدن كميات هائلة من الخرسانات، مما يرسل شظايا مكسورة إلى المدافن ويستلزم استخراج حجارة جديدة من المحاجر. تبحث هذه الدراسة في طريقة لإغلاق تلك الحلقة: أخذ الخرسانة المهدرة المسحوقة، واستخدامها لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون، ثم التنبؤ بمدى قوة الخرسانة الجديدة والأكثر خضرة باستخدام أدوات تعلم آلي حديثة. لأي شخص مهتم بالمدن الصديقة للمناخ والاستخدام الأذكى للبيانات، تُظهر هذه العمل كيف يمكن للذكاء الاصطناعي مساعدة المهندسين في تصميم مبانٍ أكثر أمانًا واستدامة من حطام الأمس.

لماذا إعادة استخدام الخرسانة مهمة

الخرسانة موجودة في كل مكان—الطرق، الجسور، الأبراج—وتصنيعها يستهلك كميات هائلة من الصخور الطبيعية والطاقة بينما ينبعث منه كميات كبيرة من CO₂. يمكن أن تقلل الركامات الخرسانية المعاد تدويرها، المصنوعة من سحق الخرسانة القديمة، هذا العبء عبر تقليل التعدين والنفايات المودعة في المدافن. لكن هناك مشكلة: عادةً ما تحمل هذه القطع المعاد تدويرها ملاطًا أسمنتيًا متبقيًا على سطحها، ما يجعلها أكثر مسامية وأضعف من الحجر الطبيعي. وهذا يعني غالبًا أن الخرسانة الجديدة المصنوعة بخلطات متضمنة ركامات معاد تدويرها ليست بنفس القوة أو المتانة، وهو أمر مقلق لسلامة المنشآت.

تقوية الخرسانة المهدرة باستخدام CO₂

لمعالجة هذه المشكلة، لجأ الباحثون إلى التمكربن، وهي عملية يتم فيها إدخال CO₂ بشكل متعمد ليتفاعل مع مركبات في ملاط الخرسانة القديم. داخل جسيمات الركام المعاد تدويرها، يشكل الغاز معادن صلبة تملأ المسام، وتضيق الشقوق الدقيقة، وتقوي مناطق التلامس التي تربط الخرسانة الجديدة. هذا لا يحسّن جودة المادة فحسب—بزيادة الكثافة وتقليل امتصاص الماء—بل يخزن أيضًا CO₂ داخل الخرسانة، محوّلاً النفايات فعليًا إلى مغناطيس صغير للكربون. ركزت الدراسة على الخرسانة المصنوعة بهذه الركامات المعاد تمكربنها وطرحت سؤالًا رئيسيًا: هل يمكننا التنبؤ بدقة بمقاومة هذه الخرسانة الأكثر خُضرة دون إجراء اختبارات مخبرية لا تنتهي؟

تعليم الحواسيب كيفية التنبؤ بالقوة

جمع المؤلفون 108 عينات خرسانية مقاسة بعناية من تجارب سابقة. لكل عينة، سجلوا كيفية إعداد الخلطة (مثل نسبة الماء إلى الأسمنت ومقدار الركام الناعم والخشن المستخدم)، وجودة الركامات (امتصاصها للماء ومقاومتها للسحق)، وقوة الخرسانة الأصلية «الأم»، وكمية CO₂ التي امتصتها قطع الركام المعاد تدويرها، ونسبة الحصى الطبيعي المستبدَل بمادة معاد تدويرها. ثم دربوا عدة نماذج تعلم آلي من نوع الانحدار—تتراوح من صيغ خطية بسيطة إلى أشجار قرار وطرود نماذج—لتعلّم العلاقة بين هذه المدخلات ومقاومة الانضغاط الناتجة.

فك تشابك الخلطات المعقدة باستخدام نماذج ذكية

كان العديد من المكونات المقاسة مترابطة بقوة، وهو ما يمكن أن يربك الأساليب الإحصائية التقليدية. لتبسيط الأمور، جمع الفريق مجموعات من المتغيرات المرتبطة في مؤشرين مركبين: أحدهما يصف كيفية ت proportion of the mix overall (Note: keep original meaning) وترجم؟

الاستشهاد: Gebremariam, H.G., Taye, S. & Tarekegn, A.G. Compressive strength prediction of carbonated recycled aggregate concrete using regression based machine learning models. Sci Rep 16, 5825 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36197-8

الكلمات المفتاحية: الخرسانة المعاد تدويرها, التمكربن, التعلم الآلي, مقاومة الانضغاط, البناء المستدام