沿海及富氯環(huán)境下的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施長期面臨耐久性挑戰(zhàn)：氯離子滲入會(huì)破壞鋼筋保護(hù)層并引發(fā)腐蝕開裂。當(dāng)常規(guī)材料被再生或廢棄物替代時(shí)，該問題更為復(fù)雜。研究團(tuán)隊(duì)利用人工智能技術(shù)輔助可持續(xù)混凝土設(shè)計(jì)，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）與響應(yīng)面法（RSM）結(jié)合，成功提升了再生骨料混凝土（RAC）的抗氯離子滲透性能。

研究團(tuán)隊(duì)整合了既往文獻(xiàn)中的729組再生骨料混凝土配比數(shù)據(jù)庫，涵蓋六個(gè)核心變量：磨細(xì)高爐礦渣粉（GGBFS）、廢橡膠顆粒（WCR）、再生粗骨料（RCA）、水膠比（W/B）、膠凝材料用量（BC）及養(yǎng)護(hù)齡期（CA）。原始試驗(yàn)采用快速氯離子遷移法測定氯離子擴(kuò)散系數(shù)（DCl?），數(shù)值越低代表抗?jié)B性越好。試件為直徑100毫米、高200毫米的圓柱體，經(jīng)7天、28天或91天養(yǎng)護(hù)后截取50毫米高樣塊進(jìn)行測試，每組每個(gè)齡期取三個(gè)試件平均值。

在預(yù)測路線上，ANN模型識(shí)別出配合比、養(yǎng)護(hù)條件與抗氯離子性能間的非線性關(guān)系。數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后按70%訓(xùn)練、15%驗(yàn)證、15%測試劃分，Zui終選定6-12-1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（6個(gè)輸入變量、12個(gè)隱藏神經(jīng)元、1個(gè)輸出），并輔以十折交叉驗(yàn)證評(píng)估穩(wěn)定性。RSM則提供顯式數(shù)學(xué)關(guān)系，便于工程師分析各變量及其交互作用對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊憽?/p>

結(jié)果顯示，ANN預(yù)測精度顯著優(yōu)于RSM。完整數(shù)據(jù)集上，ANN決定系數(shù)（R2）達(dá)0.9935，均方根誤差（RMSE）為0.227×10?12 m2/s，平均誤差（MAE）為0.178×10?12 m2/s；RSM對(duì)應(yīng)指標(biāo)分別為0.9717、0.480和0.377×10?12 m2/s。約98%的ANN預(yù)測值落在實(shí)測結(jié)果±6%區(qū)間內(nèi)，RSM約為86%。十折驗(yàn)證平均R2為0.969，證實(shí)模型性能穩(wěn)定且非依賴單一數(shù)據(jù)劃分。

材料組分對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊懸?guī)律明確：增加礦渣粉含量可降低氯離子遷移率，歸因于水化硅酸鈣生成增多及基體致密化；而再生粗骨料比例上升通常會(huì)增加擴(kuò)散系數(shù)，因其殘留砂漿易引入孔隙與微裂縫。但建模表明，該劣勢可通過補(bǔ)充材料部分抵消，尤其是礦渣粉的協(xié)同作用。廢橡膠顆粒對(duì)降低擴(kuò)散系數(shù)影響較小，提高水膠比則會(huì)加劇滲透。此外，增加膠凝材料用量與延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間均能提升抗?jié)B性，說明獨(dú)立選用再生材料未必Zui優(yōu)，需綜合調(diào)控配比。

基于上述規(guī)律，研究通過優(yōu)化得出推薦配比：膠凝材料中摻入40%礦渣粉、2.7%廢橡膠顆粒，粗骨料中摻入3.5%再生粗骨料，水膠比0.35，膠凝材料用量425千克/立方米，養(yǎng)護(hù)齡期91天。該組合預(yù)測氯離子擴(kuò)散系數(shù)降至5.81×10?12 m2/s，補(bǔ)充材料摻量達(dá)46.2%。

該研究展示了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模如何縮短實(shí)驗(yàn)室積累向工程配比設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化路徑。作者指出，未來多目標(biāo)優(yōu)化需納入力學(xué)性能、工作性、成本、碳排放、收縮及其他耐久性指標(biāo)，這是推動(dòng)AI輔助配比設(shè)計(jì)直接應(yīng)用于工程實(shí)踐的關(guān)鍵下一步。相關(guān)成果已發(fā)表于《Scientific Reports》。