外加劑減水率測(cè)量不確定度評(píng)定

李 鵬

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局,新疆伊犁 835000)

外加劑減水率測(cè)量不確定度評(píng)定

李 鵬

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局,新疆伊犁 835000)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，外加劑已成為除水泥、粗細(xì)骨料、摻和料及水以外的第5種必備材料。減水率作為檢測(cè)外加劑的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)判定外加劑品質(zhì)的優(yōu)劣起到重要的作用。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)量器具的誤差及儀器設(shè)備自身等實(shí)際情況進(jìn)行類別判定，通過(guò)各因素的不確定度評(píng)定、合成、擴(kuò)展，最終得出外加劑減水率不確定度，對(duì)外加劑減水率檢測(cè)結(jié)果的可信度具有指導(dǎo)意義，為客觀、公正評(píng)價(jià)外加劑的品質(zhì)提供了有力保障。關(guān)鍵詞：外加劑；減水率；不確定度

0 前 言

測(cè)量不確定度[1](uncertainty of measurement)，它是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)[2]。為測(cè)量結(jié)果給出的被測(cè)量估計(jì)值的可能誤差的量度。確定與不確定揭示和反映事物變化發(fā)展過(guò)程中的必然與偶然、清晰與模糊、精確與近似之間的關(guān)系。確定性是指客觀事物聯(lián)系和發(fā)展過(guò)程中有規(guī)律的、必然的、清晰的、精確的屬性[3]；不確定度是對(duì)指定測(cè)量結(jié)果范圍的描述，在特定的置信水準(zhǔn)內(nèi)，預(yù)期地包含了實(shí)際的測(cè)量結(jié)果的范圍，不確定度是測(cè)量可靠性的一種量化的表達(dá)[4]。檢測(cè)單位應(yīng)對(duì)重要檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行不確定度評(píng)定[5]。當(dāng)不確定度影響對(duì)結(jié)果符合性的判定時(shí)，檢測(cè)報(bào)告中還應(yīng)包括不確定度信息[6]。

外加劑作為除水泥、粗細(xì)骨料、摻和料及水以外的第5種必備材料，減水率是混凝土外加劑檢測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)判定混凝土外加劑品質(zhì)的優(yōu)劣起到重要的作用。當(dāng)混凝土外加劑減水率的檢測(cè)結(jié)果處于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的臨界值時(shí)，判定混凝土外加劑品質(zhì)是否合格，就需要給出外加劑檢測(cè)結(jié)果的不確定度。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)量器具的誤差及儀器設(shè)備自身等實(shí)際情況，進(jìn)行類別判定，通過(guò)各因素的不確定度評(píng)定、合成、擴(kuò)展，最終得出外加劑減水率不確定度，不僅對(duì)外加劑減水率檢測(cè)結(jié)果的可信度具有指導(dǎo)意義，而且為客觀、公正評(píng)價(jià)外加劑的品質(zhì)提供了有力保障。本文結(jié)合本檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)外加劑檢測(cè)的實(shí)際情況，對(duì)外加劑減水率的不確定度進(jìn)行評(píng)定。

1 引起不確定度的各種因素

外加劑減水率檢測(cè)，按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》規(guī)范要求，使用標(biāo)準(zhǔn)水泥，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.9的中砂，粒徑為(5～10)、(10～20) mm的骨料[7]，外加劑檢測(cè)使用配合比按絕對(duì)體積法進(jìn)行計(jì)算[8]。分別拌和不摻外加劑(A)與摻外加劑(B)的2種混凝土，2種混凝土拌和物的坍落度均滿足(80±10) mm要求，根據(jù)2種混凝土拌和物的單位用水量，計(jì)算出檢測(cè)結(jié)果。影響混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的不確定度主要因素包括：測(cè)量人員在同條件下進(jìn)行重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；測(cè)量設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2 數(shù)學(xué)模型

將外加劑減水率檢測(cè)結(jié)果的計(jì)算公式作為數(shù)學(xué)模型[9]，即：

(1)

式中：WR為減水率，%；WO為基準(zhǔn)混凝土單位用水量，kg/m3；W1為摻外加劑混凝土單位用水量，kg/m3。

3 儀器設(shè)備

外加劑檢測(cè)減水率所需主要儀器設(shè)備有：60 L單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)[10]；TGT-100型臺(tái)秤，示值誤差±50 g；AGT-10型案秤，示值誤差±5 g；JA12002型電子天平，示值誤差±0.01 g。

4 不確定度的組成及表示

不確定度由各分量不確定度組成，最后合成不確定度。不確定度的組成是根據(jù)科學(xué)模型中每個(gè)相關(guān)因素分別進(jìn)行A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度與B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定，最終經(jīng)過(guò)合成、擴(kuò)展，得到不確定度。

5 不確定度的分量評(píng)定

通常標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定分為A、B兩類[11]：

A類評(píng)定：采用對(duì)“觀察列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析”的方法評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度。亦即采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評(píng)定(通常采用重復(fù)測(cè)量)。

B類評(píng)定：根據(jù)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)、校準(zhǔn)證書(shū)、生產(chǎn)廠的技術(shù)說(shuō)明書(shū)、手冊(cè)、出版物、常識(shí)等其他信息的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評(píng)定。

將影響外加劑減水率因素進(jìn)行分類，見(jiàn)表1。

表1 影響外加劑減水率檢測(cè)結(jié)果不確定度的因素表

根據(jù)A、B兩類方法分別進(jìn)行外加劑減水率不確定度的評(píng)定。

5.1 A類不確定度評(píng)定

5.1.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

為減少外加劑自身均勻性產(chǎn)生的影響，采用AE型引氣劑配置成1.0%溶液進(jìn)行檢測(cè)。按照混凝土拌和物試驗(yàn)規(guī)程要求[12]，將不摻外加劑的基準(zhǔn)混凝土(X)和摻外加劑的受檢混凝土(Y)分別與減氣劑拌和，每拌和1次為1組，每次拌和0.03 m3，共拌和9組。X、Y兩種混凝土拌和物均采用相同的標(biāo)準(zhǔn)水泥和粗細(xì)骨料，坍落度嚴(yán)格控制在(80±5) mm以內(nèi)，整個(gè)過(guò)程中檢測(cè)人員相同，檢測(cè)結(jié)果計(jì)算按照數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的標(biāo)示和判定進(jìn)行[13]。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 外加劑減水率檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

5.1.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

依據(jù)貝塞耳公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差分析[14]，計(jì)算減水劑減水率單次測(cè)量結(jié)果的估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，即試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

(2)

減水率單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(3)

減水率平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差：

(4)

減水率平均值標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(5)

5.2 B類不確定度評(píng)定

5.2.1 稱量設(shè)備的示值誤差

外加劑檢測(cè)減水率時(shí)，需拌制混凝土，在各項(xiàng)原材料進(jìn)行稱量時(shí)，因原材料稱量精度不同而使用不同的稱量設(shè)備，由稱量?jī)x器設(shè)備示值誤差所引起的不確定度在此進(jìn)行B類不確定度評(píng)定。儀器設(shè)備稱量原材料的對(duì)應(yīng)關(guān)系及示值誤差見(jiàn)表3。

表3 儀器設(shè)備稱量原材料的對(duì)應(yīng)關(guān)系及示值誤差表

5.2.2 混凝土配合比

依據(jù)GB 8076—2008《混凝土外加劑》中砂率、骨料比例等相關(guān)規(guī)定，按照J(rèn)GJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)》要求以絕對(duì)體積法進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)9組混凝土拌和，拌制0.03 m3不摻外加劑的基準(zhǔn)混凝土(X)平均材料用量見(jiàn)表4，拌制0.03 m3摻外加劑的受檢混凝土(Y)平均材料用量見(jiàn)表5。

表4 基準(zhǔn)混凝土(X)拌和0.03 m3的平均材料用量表

表5 受檢混凝土(Y)拌和0.03 m3的平均材料用量表

5.2.3 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

(1) 基準(zhǔn)混凝土因稱量設(shè)備引起的不確定度

1) 分量1：TGT-100型臺(tái)秤，不確定度為:

(6)

其相對(duì)不確定度分別為：

① 28.868/9300=0.310%；

② 28.868/22510=0.128%；

③ 28.868/13520=0.214%；

④ 28.868/20280=0.142%。

在基準(zhǔn)混凝土中TGR-100型臺(tái)秤的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(7)

2) 分量2：AGT-10型案秤，不確定度為:

其相對(duì)不確定度為：

2.887/5 574=0.052%

(8)

3) 基準(zhǔn)混凝土X拌和物用水量不確定度的組成分析，見(jiàn)表6。

表6 基準(zhǔn)混凝土不確定度分析表

將(5)、(7)、(8)帶入公式中，基準(zhǔn)混凝土X的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(9)

(2) 受檢混凝土Y因稱量設(shè)備引起的不確定度

1) 分量1：TGT-100型臺(tái)秤，不確定度為:

(10)

其相對(duì)不確定度分別為：

① 28.868/9300=0.310%；

② 28.868/20850=0.138%；

③ 28.868/13620=0.212%；

④ 28.868/20440=0.141%。

在受檢混凝土中，TGR-100型臺(tái)秤的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(11)

2) 分量2：AGT-10型案秤，不確定度為：

其相對(duì)不確定度為：

2.887/5151=0.056%

(12)

3) 分量3：JA12002型電子天平，不確定度為:

其相對(duì)不確定度為：

0.006/38.7=0.016%

(13)

4) 受檢混凝土拌和物用水量不確定度的組成分析，見(jiàn)表7。

表7 受檢混凝土不確定度分析表

將(5)、(11)、(12)、(13)帶入公式中，受檢混凝土的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(14)

5.3 減水率合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

外加劑減水率數(shù)學(xué)模型中包含基準(zhǔn)混凝土單位用水量WO和受檢混凝土單位用水量W1，因此外加劑減水率的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度就由基準(zhǔn)混凝土的不確定度與受檢混凝土的不確定度2部分組成[15]。

減水率合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(15)

5.4 外加劑減水率擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度分為U和Up兩種。一般情況下報(bào)告擴(kuò)展不確定度U。

擴(kuò)展不確定度U由合成不確定度uc乘以包含因子k得到[16]。

U=kuc

(16)

在通常的測(cè)量中，一般取k=2。當(dāng)取其他值時(shí)，應(yīng)說(shuō)明其來(lái)源。因?yàn)橥饧觿p水率的測(cè)定和稱量設(shè)備的使用是在重復(fù)條件下，用n次獨(dú)立測(cè)量確定1個(gè)被測(cè)量值，對(duì)測(cè)量值和合成不確定度uc所表征的概率分布可近似為正態(tài)分布，取包含因子k=2，把uc=0.633%代入式(16)得到外加劑減水率的擴(kuò)展不確定度U=1.266%。

6 結(jié) 語(yǔ)

擴(kuò)展不確定度是被測(cè)量可能值包含區(qū)間的半寬度。擴(kuò)展不確定度分為U和Up兩種，一般情況下報(bào)告擴(kuò)展不確定度為U。當(dāng)要求擴(kuò)展不確定度所確定的區(qū)間具有接近于規(guī)定的包含概率p時(shí)，擴(kuò)展不確定度用符號(hào)Up表示。本文只對(duì)擴(kuò)展不確定度中的U進(jìn)行評(píng)定。本文通過(guò)重復(fù)測(cè)量和對(duì)測(cè)量過(guò)程中的儀器設(shè)備的精確度所引起的誤差進(jìn)行分量、合成、擴(kuò)展等評(píng)定，最終得到混凝土外加劑減水率的擴(kuò)展不確定度U，為檢測(cè)結(jié)果提供了置信區(qū)間。

有檢測(cè)就會(huì)有誤差，對(duì)誤差的識(shí)別及其后的修正不可能完全精確，這種不精確性的本身將會(huì)產(chǎn)生測(cè)量不確定度，對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定，是為了認(rèn)識(shí)誤差產(chǎn)生的因素。在不確定度評(píng)定的過(guò)程中，本人對(duì)影響外加劑減水率檢測(cè)的因素考慮不夠全面，分析較為淺薄，還存在較多的認(rèn)識(shí)不足，望批評(píng)指正，以求達(dá)到共同提高的目的。

[1] 魯紹曾.國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本術(shù)語(yǔ)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社,1993.

[2] 倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社,2009.

[3] 劉寶碇,彭錦.不確定度理論教程[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[4] MSA測(cè)量系統(tǒng)分析(第四版)[M/OL].[2013-04-21][2016-11-24].http://www.docin.com/p-638846705.html:49-50.

[5] 國(guó)家認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì).實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評(píng)審準(zhǔn)則[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2006：67-69.

[6] 中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).測(cè)量不確定度要求的實(shí)施指南: CNAS-GL05:2011[S/OL].[2012-09-26][2016-11-24].http://www.docin.com/p-448448471.html:1-4.

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[10] 中國(guó)建筑科學(xué)院.混凝土試驗(yàn)用攪拌機(jī)：JG3036-2009[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[11] 李金海.誤差理論與測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社, 2007.

[12] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T50080-2002 [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[13] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會(huì).數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的標(biāo)示和判定：GB/T8170-2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[14] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF1059.1-2012 [S].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2012.

Assessment of Uncertainty of Measurement of Water-reducing Rate of Additives

LI Peng

(Xinjiang Yili River Catchment Development and Construction Administration, Yili, Xinjiang 835000,China)

With development of science and technology, additive become the 5th essential material besides cement, aggregate, admixture and water. As one important index for examining additive, the water reducing rate plays an important role in judging the additive quality. This rate is determined according to analysis on the examining data, errors of measuring devices and instruments as well as it is assessed, combined and extended based on uncertainty of factors. Finally, uncertainty of the water-reducing rate of additives is decided. Reliability of the water reducing rate examined is with guidance significance. Examination of the water reducing rate secures objective and fair assessment of the additive quality. Key words:additive; water reducing rate; uncertainty

1006—2610(2016)06—0077—04

2016-08-04

李鵬(1981- )，男，山東省昌樂(lè)縣人，工程師，主要從事水利水電工程質(zhì)量檢測(cè)、工程質(zhì)量管理工作.

TV42+4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.020