椰纤维增强油棕壳轻骨料混凝土的冲击性能、抗裂韧性与耐久性研究及机器学习预测

《Scientific Reports》：Durability and impact resilience of OPS coir fibre reinforced concrete with experimental insights and machine learning predictions

　　**摘要**冲击性能与抗裂韧性是评估动态荷载下混凝土的关键参数，而耐久性则决定其抵抗风化及化学侵蚀的长期能力。油棕壳（OPS）是一种极具前景的可持续轻骨料，有望提升混凝土的冲击性能与耐久性。本研究探讨了椰纤维增强OPS混凝土的耐久性、冲击性能与抗裂韧性，重点关注纤维长度与板边界条件的影响，并在不同养护龄期与条件下进一步评估了耐久性。实验采用300 mm见方、厚度30 mm的板件进行低速度冲击加载测试，并结合支持向量机（SVM）与人工神经网络（ANN）进行机器学习预测。机器学习模型预测了初始开裂时的响应，并通过图形优化技术确定最优响应。研究结果表明，冲击性能与抗裂韧性随纤维长度及支撑构型的变化显著提升。在四支撑构型下，采用50 mm椰纤维时冲击性能达到135焦耳、抗裂韧性达到631 N/mm2的峰值水平，且纤维效应在简支板中最为显著。机器学习模型对冲击与开裂响应进行了有效预测，其中ANN的预测精度最高（R2 = 0.76），SVM-Linear次之。耐久性评估显示，水养护试件的渗透率降低高达97%，这归因于孔隙密封及水化反应持续进行所导致的潜在堵塞效应。总体而言，OPS–椰纤维增强混凝土展现出优异的冲击韧性与耐久性，适用于以耐久性与抗冲击性能为首要考量的可持续建筑应用。