巖棉不燃性試驗不確定度評定

朱靖哲

（廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司）

0 引言

在許多火災(zāi)事故的原因分析中，使用的建筑材料燃燒性能不達標是被提及最多的因素之一，阻燃防火性能優(yōu)秀的建筑材料能夠阻隔火焰的傳播，延緩火勢的擴大，對于減小火災(zāi)造成的損失，保護人員生命及財產(chǎn)安全起到重要作用。GB/T 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》等相關(guān)標準也均對建筑物各部位所使用建筑材料的燃燒性能要求做出了規(guī)定。

不燃性試驗是判定材料燃燒性能達到A 級即不燃性材料的代表性試驗，通過該試驗可得到材料是否具有在高溫環(huán)境下不燃燒的性質(zhì)。本研究按標準GB/T 5464-2010《建筑材料不燃性試驗方法》中的測試方法對巖棉板進行了不燃性試驗，并通過對試驗結(jié)果中爐內(nèi)溫升和質(zhì)量損失率這兩項參數(shù)的深入解析，闡述和分析了在試驗過程中的不確定度來源以及各個不確定度的分量值，最終以合成不確定度的形式體現(xiàn)在結(jié)論當(dāng)中。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

本試驗選用燃燒性能為不燃A1級的防火巖棉；密度80kg/m3，規(guī) 格 數(shù) 量 為（300 mm×300 mm×100 mm）/塊×3塊。

1.2 試驗裝置與設(shè)備

⑴建材不燃性試驗爐，南京江寧分析儀器有限公司生產(chǎn)，設(shè)備型號為JCB-3；

⑵電子天平，量程0～300g，精度0.01g。

1.3 試驗方法

⑴按標準要求制備規(guī)格為直徑（450-2）mm、高（50±3）mm的圓柱體試樣5 個，先于溫度為（23±2）℃，濕度為（50±5）%的條件下進行狀態(tài)調(diào)節(jié)，再置于溫度為（60±5）℃的烘箱中處理（20～24）h，處理完成后冷卻至室溫備試驗；

⑵啟動控制軟件及儀器不燃爐，開啟加熱至不燃爐爐內(nèi)溫度升至(750±5）℃并達到溫度平衡；

⑶將一個試樣用電子天平稱量其試驗前質(zhì)量m1，精確到0.01g，然后將樣品裝入樣品架，放入試驗爐內(nèi)；

⑷若試驗進行至30min 時三支熱電偶溫度達到最終平衡則試驗結(jié)束，若30min 時溫度未達到最終平衡則繼續(xù)試驗直至溫度達到平衡或在試驗時間達到60min時結(jié)束試驗，結(jié)束后應(yīng)重新使爐內(nèi)溫度恢復(fù)至(750±5）℃并達到溫度平衡；

⑸將試驗結(jié)束后將爐中試樣取出放置于干燥皿中，待其冷卻至室溫，稱量試驗后質(zhì)量m2，精確到0.01g；

重復(fù)步驟⑶至步驟⑸直至整組試樣全部完成試驗。

1.4 試驗結(jié)果

針對該組巖棉試樣的5次不燃性試驗結(jié)果如表1。

表1 試驗結(jié)果

表2 爐內(nèi)溫升不確定度分量表

表3 質(zhì)量損失率不確定度分量表

2 爐內(nèi)溫升不確定度評定

2.1 數(shù)學(xué)模型

不燃性試驗爐內(nèi)溫升公式為：

式中：ΔT為爐內(nèi)溫升，℃；Tm為爐內(nèi)最高溫度，℃；Tf為爐內(nèi)最終溫度，℃。Tm與Tf為本試驗中的直接被測量，可在試驗軟件中直接讀??；而ΔT則是由直接被測量Tm和Tf通過函數(shù)關(guān)系確定的間接被測量。

2.2 不確定度來源分析

根據(jù)計算公式中直接被測量Tm與Tf的影響因素，爐內(nèi)溫升ΔT的不確定度來源包括：重復(fù)試驗引入的不確定度、不燃性試驗爐設(shè)備誤差引入的不確定度和爐用K 型熱電偶測量誤差引入的不確定度。其中重復(fù)試驗引入的不確定度屬于A 類不確定度；不燃性試驗爐設(shè)備誤差引入的不確定度和爐用K 型熱電偶測量誤差引入的不確定度屬于B類不確定度。

2.3 A類不確定度評定

對于直接被測量Tm，由貝塞爾公式得到其標準偏差為：

2.4 B類不確定度評定

2.5 合成標準不確定度

對于直接被測量Tm，由A 類及B 類不確定度分量合成得到標準不確定度：

兩直接被測量Tm和Tf為同一組試驗樣品在試驗過程中兩個不同時間點的爐內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，此時認為這兩被測量之間存在具有一定相關(guān)性的可能，因此需進行二者相關(guān)系數(shù)r(Tm，Tf)的計算進行驗證：

2.6 測量結(jié)果與擴展不確定度

依據(jù)爐內(nèi)溫升公式ΔT=Tm-Tf，取五次平行試驗結(jié)果的平均值計算得到ΔT= 1.44℃；

取包含因子k=2，爐內(nèi)溫升ΔT的擴展不確定度為U(ΔT)=2uc（ΔT）=0.658℃；此次不燃試驗爐內(nèi)溫升測量結(jié) 果 不 確 定 度 為ΔT= 1.44℃，U= 0.658℃，k= 2 或ΔT= 1.44℃±0.658℃，k= 2。

3 質(zhì)量損失率不確定度評定

3.1 數(shù)學(xué)模型

不燃性試驗樣品質(zhì)量損失率公式為：

式中：LR為質(zhì)量損失率，%；m1為試驗前試樣質(zhì)量，g；m2為試驗后試樣質(zhì)量，g。m1和m2為本試驗中的直接被測量，可由電子天平直接稱量讀??；而LR則是由直接被測量m1和m2通過函數(shù)關(guān)系確定的間接被測量。

3.2 不確定度來源分析

根據(jù)計算公式中直接被測量m1和m2的影響因素，質(zhì)量損失率不確定度來源包括：重復(fù)試驗引入的不確定度和電子天平稱量誤差引入的不確定度。其中重復(fù)試驗引入的不確定度屬于A 類不確定度；電子天平稱量誤差引入的不確定度屬于B類不確定度。

3.3 A類不確定度評定

3.4 B類不確定度評定

對于直接被測量m1和m2，B 類不確定度均來自于電子天平稱量誤差引入的不確定度。根據(jù)電子天平校準證書可得，當(dāng)包含因子k=2 時，擴展不確定度U=0.03g，因此由電子天平帶來的B類標準不確定度為：

3.5 合成標準不確定度

對于直接被測量m1，由A 類及B 類不確定度分量合成得到標準不確定度：

3.6 測量結(jié)果與擴展不確定度

4 結(jié)語

⑴爐內(nèi)溫升ΔT測量結(jié)果為ΔT= 1.44℃±0.658℃，

⑵從對兩項參數(shù)的不確定度分析中可以看出，影響爐內(nèi)溫升和質(zhì)量損失率結(jié)果的最主要因素為重復(fù)試驗，重復(fù)試驗所帶來的A 類不確定度大于試驗儀器設(shè)備帶來的B類不確定度。

⑶本研究中的兩項參數(shù)均為由試驗直接測得數(shù)值通過函數(shù)關(guān)系確定的間接被測量，合成不確定的過程中，需要注意輸入量間是否存在相關(guān)關(guān)系并進行協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)的計算，輸入量間不同程度的相關(guān)關(guān)系會對合成不確定度結(jié)果帶來對應(yīng)的影響。