工程材料檢測中不確定度的評定方法研究

【摘 要】在工程項(xiàng)目中，材料質(zhì)量與整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量有著直接關(guān)系，材料檢測性能的高低是控制建筑工程質(zhì)量的基礎(chǔ)和先決條件。因此在工作中把好建筑材料質(zhì)量關(guān)，做好工程材料檢測十分關(guān)鍵。但是由于目前工作中還存在著種種不足和缺陷，因此為了提高測量的不確定度的可靠性，就必須要在工作中采用合理的測量不確定度的評定程序，從而保證工作質(zhì)量要求。本文重點(diǎn)探索了工程材料檢測定義和其中存在不確定度，并對評定程序和方法進(jìn)行了分析與總結(jié)，這對今后類似測量工程的不確定度評價(jià)十分關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】工程項(xiàng)目；施工材料；不確定度；評定方法

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國建筑事業(yè)也呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢。工程材料作為整個(gè)工程項(xiàng)目中的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，其材料質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)工程的建設(shè)質(zhì)量和效益。因此在目前工作中做好監(jiān)測與控制工作十分關(guān)鍵，對于促進(jìn)建筑工程的施工效益極為重要。在目前的材料檢測工作中，通常都是從監(jiān)測工作人員工作經(jīng)驗(yàn)入手，以檢測項(xiàng)目、試件取樣和環(huán)境因素等多個(gè)方面進(jìn)行全面綜合分析的，是對材料各項(xiàng)性能都進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)的一項(xiàng)綜合性工作模式和工作流程。

一、工程材料檢測和不確定度概述

1.工程材料檢測

在目前的建筑工程項(xiàng)目中的材料應(yīng)用范圍較為廣泛，也是目前工程中最值得我們關(guān)注和重視的一部分。就目前的材料選擇中，隨著我國生產(chǎn)技術(shù)的提高，各種新材料、新工藝不斷的涌現(xiàn)了出來，也促使了各種新材料的不斷出現(xiàn)。這就給工程材料檢測帶來了一定的不便和影響。目前我們常說的工程材料包含著土木工程和建筑工程中所使用的各種材料的統(tǒng)稱，也是整個(gè)工程項(xiàng)目中最為關(guān)鍵的一部分。由于在目前的社會(huì)發(fā)展中，建筑工程材料不僅局限于防水、防潮等多種因素的影響，同時(shí)也促使了各種材料質(zhì)量要求的提高和工作模式。在目前的工程項(xiàng)目中，材料檢測通常都是從根本上進(jìn)行檢查的過程，從而保證工程的材料質(zhì)量。由于在施工中材料質(zhì)量直接決定著整個(gè)工程的施工質(zhì)量，因此我們就必須要對建筑材料進(jìn)行全面、深入和系統(tǒng)的檢測。一般在材料檢測中，首先要確定檢測項(xiàng)目，由于施工中各種材料的應(yīng)用復(fù)雜繁瑣，材料體系項(xiàng)目眾多，因此在檢測的過程中需要對材料進(jìn)行一定的分類和歸納，然后按照國家、行業(yè)以及當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)部門的規(guī)定進(jìn)行全面、系統(tǒng)分析。其次，在材料選擇中必須要使得材料具備良好的代表性，一般都是每一批材料抽取其中具有代表性的樣品來進(jìn)行監(jiān)測，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接關(guān)系著材料檢測的準(zhǔn)確性。再次，在工作中要合理的控制材料選擇數(shù)量，對于數(shù)量的選擇十分重要，其材料數(shù)量的多少?zèng)Q定著實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和檢測標(biāo)準(zhǔn)。但是，在實(shí)際檢測中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)取樣不具有代表性、取樣的數(shù)量不夠、取樣方法不正確等問題。要提高建筑材料的質(zhì)量就是要使材料質(zhì)量，材料質(zhì)量檢測的頻數(shù)應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定。

2.不確定度概念

測量誤差和測量不確定度都是表征測量結(jié)果的參數(shù)。根據(jù)VIM（國際通用計(jì)量學(xué)基本術(shù)語）的規(guī)定，測量誤差被定義為“測量結(jié)果減去被測量的真值”；而測量不確定度被定義為“與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，表征合理地賦予被測量值的分散性”。我國過去長期采用測量誤差來表征測量結(jié)果的離散性，因?yàn)楦鶕?jù)我國傳統(tǒng)的最大測量誤差理論，測量儀器提供的檢測結(jié)果中實(shí)際上已經(jīng)包含了該測量結(jié)果的測量誤差和溯源性方面的信息。例如：當(dāng)采用一把游標(biāo)卡尺去檢測一個(gè)工件的外形尺寸時(shí)，所獲得的雖然是該工件的外形尺寸檢測值，但實(shí)際上其中包含了兩個(gè)信息：一個(gè)是檢測結(jié)果的溯源性，另一個(gè)是這個(gè)檢測結(jié)果的離散性（也稱測量誤差）。只不過這兩者都是通過對該游標(biāo)卡尺進(jìn)行計(jì)量檢定而被賦予了該游標(biāo)卡尺后，再通過檢定合格的游標(biāo)卡尺賦予給了該工件的檢測值。即通過將游標(biāo)卡尺與具有溯源性的測量標(biāo)準(zhǔn)比對，將測量標(biāo)準(zhǔn)所含量值的不確定度賦予了該游標(biāo)卡尺的同時(shí)也將這個(gè)具有溯源性的測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性賦予了該游標(biāo)卡尺。

二、材料檢測中不確定度的評定方法

1.工程概況

從原則上講，在給出任何測量結(jié)果的同時(shí)均應(yīng)該給出測量結(jié)果的不確定度。在國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作中，ISO/IEC17025：1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該有能力對所有的檢測結(jié)果進(jìn)行不確定度的評定。

本文結(jié)合“工程試驗(yàn)檢測中心”國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作，對測量不確定度評定中，如何建立數(shù)學(xué)模型，如何分析與計(jì)算不確定度分量，非線形數(shù)學(xué)模型處理，包含因子的取值，以及是否需要計(jì)算自由因子等問題，提供一些具體的實(shí)用性的解決思路。本方法適合于檢測實(shí)驗(yàn)室的測量不確定度的評定。

2.試驗(yàn)原理

鋼筋試件的截面為圓形。拉伸強(qiáng)度以試驗(yàn)過程中最大作用力除以試件的截面積表示。忽略溫度和應(yīng)變率對測量結(jié)果的影響。試件直徑用千分尺測量。

3.數(shù)學(xué)模型

第一步找出所有對測量結(jié)果有影響的影響量，即所有的測量不確定度來源，再建立滿足測量所要求準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)模型。

在溫度和其他條件不變時(shí)，鋼筋拉伸強(qiáng)度表示為：u2crel（Rm）=u2rel（F）+4u2rel（d）

式中，Rm—抗拉強(qiáng)度（MPa）；

F—試件斷裂時(shí)的拉力（N）；

S—試件截面積（mm2）；

d—試件直徑（mm）。

由于上述數(shù)學(xué)模型存在顯著的非線形，所以不確定度傳播定律中的所有不確定度全部改用相對不確定度來表示，而不需考慮高階項(xiàng)。

4.測量不確定度的評定步驟

4.1計(jì)算各測量不確定度分量

4.1.1直徑測量引入的不確定度分量

試件標(biāo)稱直徑10mm，直徑測量不確定度由兩部分組成，即千分尺的示值誤差導(dǎo)致的不確定度和操作者所引入的測量不確定度。

4.1.2拉力Fm測量所引入的不確定度分量

拉力F的測量不確定度來源于儀器校準(zhǔn)的不確定度，儀器的測量不確定度和讀數(shù)不確定度等方面。以滿刻度為200KN，分度值為0.5KN的指針式儀表為例，若可以估讀到五分之一分度，即0.1KN，依相對值估計(jì)為0.05%。由于被測件不一定在滿刻度處斷裂，并且在選擇儀器的測量范圍時(shí)通常使斷裂時(shí)指針的位置不小于滿刻度的五分之一。

5.測量不確定度報(bào)告

拉伸強(qiáng)度Rm=（509.3±5.6）MPa。其中擴(kuò)展不確定度U=5.6MPa是由標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc=2.8MPa乘以包含因子k=2得到。

6.評定方法效果評價(jià)

實(shí)踐表明，對于工程材料力學(xué)測量中不確定度的評定，用直接評定法無法評定的具有一定難度的檢測項(xiàng)目，都可參照上述方法進(jìn)行評定。該評定法對檢測結(jié)果不確定度的評定具有可行性，并且提高了試驗(yàn)結(jié)果測量不確定度的準(zhǔn)確性和可靠性，解決了不確定度評價(jià)中的某些難點(diǎn)。本研究證實(shí)了中國合格評定國家認(rèn)可委員會(huì)新發(fā)布的CNAS-GL10：2006《材料理化檢驗(yàn)測量不確定度評估指南及實(shí)例》所給予的指導(dǎo)是正確的。該方法實(shí)施效果，必將在今后工程材料檢測中得以彰顯。

三、結(jié)束語

總之，建筑材料質(zhì)量的檢測與控制有其難點(diǎn)，難就難在建筑材料大部分是在建設(shè)系統(tǒng)以外生產(chǎn)的，而社會(huì)上生產(chǎn)的建筑工業(yè)產(chǎn)品偽劣品太多，需要建設(shè)系統(tǒng)采取行政管理手段，備案措施，檢驗(yàn)等措施來保證工程質(zhì)量。