紙面石膏板橫向斷裂荷載檢測(cè)及不確定度評(píng)定

于 文，羅 陽，鄭維柱

（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州貴陽 550014）

0 引言

紙面石膏板是一種常見的裝飾裝修材料，芯材是建筑石膏、增強(qiáng)材料和外加劑等混合后澆筑成型的薄層石膏板，石膏板的兩面地粘結(jié)護(hù)面紙組成。當(dāng)前貴州紙面石膏板芯材主要使用由工業(yè)廢渣生產(chǎn)的建筑石膏，且紙面石膏板廣泛運(yùn)用在建筑裝飾裝修中，能很好地利用消納工業(yè)廢渣。特別是在磷石膏產(chǎn)生大省，每年可以消納大量的磷石膏，是優(yōu)質(zhì)資源綜合利用產(chǎn)品。

作為紙面石膏板重要的質(zhì)量指標(biāo)，斷裂荷載在產(chǎn)品出廠和監(jiān)督抽檢均要求檢測(cè)，所以斷裂荷載的檢測(cè)精度和穩(wěn)定度很重要，通過對(duì)紙面石膏板橫向斷裂荷載檢測(cè)結(jié)果不確定度分析與評(píng)定，分析影響斷裂荷載檢測(cè)結(jié)果的主要因素，可以為提高檢測(cè)精度和穩(wěn)定度提供技術(shù)參考。

1 樣品檢測(cè)

1.1 檢測(cè)對(duì)象

紙面石膏板。

1.2 檢測(cè)依據(jù)

《紙面石膏板（GB/T9775—2008）》。

1.3 檢測(cè)方法

將試件利用恒溫干燥箱進(jìn)行干燥，溫度為40℃，等樣品恒重后，利用干燥器將時(shí)間移動(dòng)到實(shí)驗(yàn)室冷卻至室溫。實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件為相對(duì)濕度為53%，溫度為26℃。

調(diào)整抗折試驗(yàn)機(jī)兩個(gè)支座的跨距至350mm。把試件正面朝上放置于試驗(yàn)機(jī)的支座上。通過抗折試驗(yàn)機(jī)施加垂直向下的荷載，將試件折斷。加荷速度設(shè)定為4N/s。記錄5個(gè)試件折斷時(shí)候的荷載值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

橫向斷裂荷載計(jì)算公式：F=F式中：F-抗折試驗(yàn)機(jī)加荷過程中板材斷裂時(shí)的荷載。

以檢測(cè)結(jié)果的平均值，和單塊檢測(cè)結(jié)果中的最小值，作為報(bào)出值，精確至1N。

1.5 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 檢測(cè)結(jié)果

2 不確定度評(píng)定

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)使用《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJG1059.1—2012）》，根據(jù)計(jì)算公式，建立紙面石膏板樣品橫向斷裂荷載結(jié)果的數(shù)學(xué)模型，即：F=F。

2.2 測(cè)量不確定度的來源分析

就本次紙面石膏板樣品的橫向斷裂荷載檢測(cè)而言，引起不確定的因素有：①檢測(cè)紙面石膏板的橫向斷裂荷載，是選取5塊試件進(jìn)行試驗(yàn)，分別記錄5個(gè)試件的檢測(cè)結(jié)果。5次獨(dú)立檢測(cè)屬于重復(fù)性檢測(cè)，結(jié)果之間互不相關(guān)，屬于A類不確定度；②在進(jìn)行紙面石膏板橫向斷裂荷載試驗(yàn)前，利用電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥樣品，標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度偏差為±2℃，記錄試驗(yàn)環(huán)境要利用溫度濕度表記錄實(shí)驗(yàn)室條件，標(biāo)準(zhǔn)要求溫度偏差±5℃，相對(duì)濕度偏差為±5%。由于測(cè)量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)寬松，因此設(shè)備精準(zhǔn)度有略微的偏差可以忽略；③紙面石膏板極易吸水，樣品的干燥和檢測(cè)如果不是在一個(gè)房間進(jìn)行，樣品有可能會(huì)在搬運(yùn)埋出現(xiàn)樣品吸水的情況，另外由于標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)驗(yàn)室濕度較大，控制范圍也較大，在此環(huán)境下放置至室溫，樣品依然因吸水導(dǎo)致強(qiáng)度發(fā)生變化，影響到檢測(cè)結(jié)果。因樣品吸水導(dǎo)致強(qiáng)度變化的變化為經(jīng)驗(yàn)值，屬于B類不確定；④紙面石膏板在進(jìn)行檢測(cè)前，需要將抗折試驗(yàn)機(jī)平行支桿的跨距調(diào)整為350mm，在調(diào)整過程中需要使用鋼直尺測(cè)量跨距長度，鋼直尺的讀數(shù)屬于經(jīng)驗(yàn)值，精度由檢定證書提供。屬于B類不確定度；⑤紙面石膏板橫向斷裂荷載的加荷設(shè)備為抗折試驗(yàn)機(jī)，設(shè)備運(yùn)行為電腦控制，試驗(yàn)過程自動(dòng)進(jìn)行，設(shè)備的精度會(huì)引起不確定。設(shè)備精度由檢定證書提供，屬于B類不確定度；⑥在紙面石膏板橫向斷裂荷載進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要人工將抗折試驗(yàn)機(jī)平行支桿的跨距調(diào)整350mm。再將冷卻好的樣品放置在抗折試驗(yàn)機(jī)的平行支桿上，放置時(shí)紙面石膏板相對(duì)平行支桿的位置和紙面石膏板放置的方向，人工操作對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響為經(jīng)驗(yàn)值，屬于B類不確定度。

2.3 各來源的不確定評(píng)定

2.3.1 橫向斷裂荷載重復(fù)性試驗(yàn)引起的不確定度uA F的不確定度uA（F）。

根據(jù)表1的結(jié)果，得知5次檢測(cè)中F的平均值為x-（F）=407.8（N）。

按照貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差：

2.3.2 加荷設(shè)備引起的不確定度ub1

抗折試驗(yàn)機(jī)主要因?yàn)閭鞲衅骶仍斐傻牟淮_定可控范圍度，根據(jù)校準(zhǔn)證書得知傳感器精度的擴(kuò)展不確定度U=0.43%（擴(kuò)展因子k取2），加荷設(shè)備引起的不確定度為ub1=0.43%/2=0.22%。

2.3.3 長度測(cè)量時(shí)讀數(shù)和鋼直尺精度引起的不確定度ub2

要調(diào)整支座之間的跨距為350mm，需要使用鋼直尺測(cè)量兩個(gè)跨距之間的距離，會(huì)因鋼直尺的精度和讀數(shù)引起不確定度，其中：

（1）由鋼直尺精度引起的不確定度。本次試驗(yàn)鋼直尺測(cè)量范圍為0～500mm，最大測(cè)量長度為500mm，校準(zhǔn)證書上顯示鋼直尺的擴(kuò)展不確定U=10μm（擴(kuò)展因子k取2），以此計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定：10μm/2=5μm=0.005mm。

實(shí)際測(cè)量尺寸為350mm，因此由鋼直尺精度引起的不確定度ub2.1=0.005mm/350mm=0.001%。

（2）由讀數(shù)引起的不確定度。鋼直尺在使用讀取每個(gè)讀數(shù)的概率相等，屬于平均分布；根據(jù)鋼直尺的分度值，計(jì)算最小讀數(shù)的不確定度

實(shí)際測(cè)量尺寸為350mm，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：ub2.2=0.6mm/350mm=0.174%。

由于分量彼此獨(dú)立，所以長度測(cè)量時(shí)讀數(shù)和鋼直尺精度引起的不確定度為

2.3.4 紙面石膏板樣品吸水引起的不確定度ub3

紙面石膏板樣品吸水不確定度為經(jīng)驗(yàn)值，紙面石膏板樣品的含水率對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響非常大，樣品含水率越大，強(qiáng)度會(huì)越低，而且紙面石膏板極易吸水，如果對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致紙面石膏板迅速吸水，影響檢測(cè)結(jié)果。

紙面石膏板在電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥后，需要在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下冷卻至室溫，就算嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，樣品在冷卻過程中依然會(huì)吸水，樣品吸水對(duì)結(jié)果的影響相對(duì)其他分量更大，即不確定度更大。本次檢測(cè)按照標(biāo)準(zhǔn)要求烘干樣品后，在搬運(yùn)過程中將樣品放入干燥器進(jìn)行搬運(yùn)，并嚴(yán)格控制試驗(yàn)環(huán)境，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度取ub3=2%。

2.3.5 人工操作引起的不確定度ub4

本次檢測(cè)中人為因素對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響主要包括對(duì)支座中心距的調(diào)整和檢測(cè)時(shí)對(duì)樣品方向的正確放置，均為經(jīng)驗(yàn)值。本次檢測(cè)人員為同一人，而且試驗(yàn)時(shí)均嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作，包括樣品狀態(tài)控制、對(duì)試驗(yàn)設(shè)備調(diào)整、試驗(yàn)時(shí)樣品放置，所以，人工操作引起的不確定度ub4=1%。

匯總以上不確定度分量，結(jié)果如表2所示。

表2 橫向斷裂荷載檢測(cè)中各來源不確定度

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將以上結(jié)果合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

2.5 擴(kuò)展不確定度

本次檢測(cè)擴(kuò)展不確定度：擴(kuò)展不確定度需要考慮擴(kuò)展因子，在通常的測(cè)量中，檢測(cè)結(jié)果一般呈正態(tài)分布，置信區(qū)間包含概率約為95%，擴(kuò)展因子k取2。則本次檢測(cè)擴(kuò)展不確定度為u（F）=k×uc（F）=2.451%×2=4.902%。

3 結(jié)論

通過對(duì)本次紙面石膏板橫向斷裂荷載檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行不確定度的鑒定，可知引起不確定度的因素為重復(fù)性測(cè)量、樣品吸水以及對(duì)支座間跨距的準(zhǔn)確調(diào)整和檢測(cè)時(shí)對(duì)樣品位置和方向的正確放置；對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大的因素是樣品吸水和測(cè)時(shí)對(duì)樣品位置和方向的正確放置，其中最難控制因素是樣品吸水，通過嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求烘干樣品、控制好試驗(yàn)環(huán)境來控制樣品吸水，是提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的關(guān)鍵。