Analysis of the Relationship Between Mix Parameters and Age on Concrete Compressive Strength

Abstract

This manuscript investigates the influence of material composition and concrete age on compressive strength using the Concrete Mixes dataset, which includes variables such as cement, water, fine aggregate, coarse aggregate, fly ash, slag, superplasticizer, concrete age, and compressive strength. Descriptive statistical analysis reveals a strong positive correlation between cement content and compressive strength (+0.85). In contrast, water content shows a negative correlation (-0.55), indicating that increased water content reduces compressive strength. The Random Forest Regressor model used in this study performs excellently with an RMSE of 5.02 MPa and an R-squared of 0.91, indicating the model's ability to predict concrete strength accurately. Furthermore, the analysis of concrete age shows significant strength improvement at 28 days, although the rate of increase slows down after that. The use of additives such as fly ash and slag positively impacts concrete durability, but their use must be carefully managed to avoid reducing early-age strength. The findings from this study provide valuable insights for designing more efficient, environmentally friendly, and durable concrete mixtures, considering optimal material ratios and curing time to achieve maximum concrete strength.

Abstrak

Penelitian ini menginvestigasi pengaruh komposisi material dan usia beton terhadap kekuatan tekan beton dengan menggunakan dataset Concrete Mixes yang mencakup variabel seperti semen, air, agregat halus, agregat kasar, fly ash, slag, superplasticizer, usia beton, dan kekuatan tekan beton. Analisis statistik deskriptif menunjukkan bahwa kandungan semen (cement) memiliki korelasi positif yang sangat kuat dengan kekuatan tekan beton (strength) sebesar +0.85, sedangkan kandungan air (water) menunjukkan korelasi negatif (-0.55), yang mengindikasikan bahwa peningkatan kadar air akan menurunkan kekuatan beton. Model Random Forest Regressor yang digunakan dalam penelitian ini menunjukkan performa yang sangat baik dengan nilai RMSE sebesar 5.02 MPa dan R-squared sebesar 0.91, yang menandakan kemampuan model dalam memprediksi kekuatan beton secara akurat. Selain itu, analisis terhadap usia beton (age) menunjukkan bahwa kekuatan beton mengalami peningkatan yang signifikan pada usia 28 hari, meskipun laju peningkatannya mulai melambat setelah itu. Penggunaan bahan tambahan seperti fly ash dan slag memberikan pengaruh positif terhadap ketahanan beton, namun penggunaannya harus diperhatikan dengan hati-hati agar tidak mengurangi kekuatan pada usia awal. Hasil penelitian ini memberikan wawasan yang sangat berguna untuk merancang campuran beton yang lebih efisien, ramah lingkungan, dan tahan lama, dengan mempertimbangkan rasio material yang optimal dan waktu curing yang tepat untuk mencapai kekuatan beton yang maksimal.