纳米贝利特水泥替代与盐类添加剂交互效应对混凝土抗压强度和块体电阻率的影响研究：基于MLP-NSGA-II的多目标优化方法

《Scientific Reports》：Data-driven modeling and optimization of nano-belite cementitious composites incorporating internal NaCl and Na2SO4 additives

　　

摘要

本研究评估了纳米贝利特水泥替代（\(\:0\text{\--}20\%\text{\:wt.}\)）与内掺盐类添加剂（\(\:5\%\text{\:wt.}\)的\(\:\text{NaCl}\)或\(\:{\text{Na}}_{2}{\text{SO}}_{4}\)）对混凝土复合材料抗压强度和块体电阻率（养护期至180天）的交互效应。使用包含225条实验记录的数据集训练了多层感知机（MLP）神经网络，随后将其与帕累托非支配排序遗传算法II（NSGA-II）耦合以优化配合比设计。实验结果表明，在无盐条件下，\(\:10\%\)纳米贝利特替代率可优化微观结构发育，180天时抗压强度达\(\:50.26\text{\:MPa}\)，电阻率达\(\:174.40\text{}{\Omega\:}\cdot\:\text{m}\)。内掺\(\:{\text{Na}}_{2}{\text{SO}}_{4}\)与纳米贝利特具有协同效应，通过二次水化产物促进孔隙细化，使180天抗压强度提升至\(\:52.49\text{\:MPa}\)。相比之下，当纳米贝利特掺量超过\(\:5\%\)时，内掺\(\:\text{NaCl}\)表现出拮抗关系，因孔隙网络中离子迁移率增强而导致电阻率下降。所建立的MLP模型以高精度预测了实验结果（两项指标的\(\:{R}^{2}>0.98\)）。通过NSGA-II进行的多目标优化确定了\(\:9.82\%\)纳米贝利特的平衡最佳替代水平。在该最优掺量下制备的十个独立验证试件与模型预测结果吻合良好，块体电阻率的相对误差为\(\:2.94\%\)，抗压强度的相对误差为\(\:13.13\%\)。此外，由网络权重推导出的显式代数方程提供了一种直接的配合比设计映射工具，无需实时运行机器学习程序。