水泥3d抗壓強(qiáng)度不確定度評(píng)定

摘 要：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）和《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017），進(jìn)行綜合測定分析水泥3d抗壓強(qiáng)度不確定度。

關(guān)鍵詞：水泥；抗壓強(qiáng)度；不確定度文章編號(hào)：2095-4085（2024）03-0115-03

0 前言

加入適量水后可形成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的細(xì)粉狀水硬性膠凝材料，通稱為水泥。

長期以來，水泥作為一種建筑膠凝材料，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)對(duì)于水泥的生產(chǎn)與研發(fā)都在不斷地加大投入。國家對(duì)于水泥的質(zhì)量監(jiān)管從未停止，因?yàn)樗噘|(zhì)量關(guān)系到國計(jì)民生。每年的國家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)抽檢都在繼續(xù)并擴(kuò)大抽檢次數(shù)，而且對(duì)于所有建筑建成后的質(zhì)量也采取終身負(fù)責(zé)制，對(duì)于生產(chǎn)者、銷售者和使用者都需要溯源跟蹤。由此看來，水泥的質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)社會(huì)的方方面面，也關(guān)系到國家的穩(wěn)定與發(fā)展。

作為水泥質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)，每年都要對(duì)大量的水泥樣品進(jìn)行檢測試驗(yàn)，在檢測試驗(yàn)中，對(duì)于數(shù)據(jù)的把控就顯得尤為重要。通過對(duì)水泥膠砂3d抗壓強(qiáng)度的不確定度的檢測評(píng)定，在數(shù)據(jù)的差異性中分析不確定度產(chǎn)生的原因，從而減少影響的因素或者減輕其影響程度，以提高實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。不確定度的定義是：利用可獲得的信息，表征賦于被測量量值分散性的非負(fù)參數(shù)。通俗講就是由于數(shù)據(jù)誤差不能消除，對(duì)于測量數(shù)據(jù)的不能確定的程度。它是測量數(shù)據(jù)可信程度的指標(biāo)。不確定度數(shù)值越小，其數(shù)據(jù)的可信程度越大，說明實(shí)驗(yàn)室能力水平越高。反之，不確定度越大，其數(shù)據(jù)的可信程度越小，說明實(shí)驗(yàn)室能力水平越低。所以在檢測機(jī)構(gòu)中，對(duì)于不確定度的確定就顯得尤為重要。

由于水泥成型標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17671-2021將要正式啟用，其操作時(shí)手法與GB/T 17671-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的操作手法有不同的地方。為了試驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，確定新標(biāo)準(zhǔn)的操作手法對(duì)于水泥3d抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性有多大的影響，所以需要用新標(biāo)準(zhǔn)的方法來重新測量實(shí)驗(yàn)室水泥膠砂3d抗壓強(qiáng)度的不確定度，從而增加試驗(yàn)中數(shù)據(jù)的可信程度。

1 試驗(yàn)方法

1.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）； 《測量不確定度評(píng)定和表示》GB/T 27418-2017。

1.2 檢測方法

根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以一組三個(gè)棱柱體上得到的六個(gè)抗壓強(qiáng)度測定儀值的平均值為試驗(yàn)結(jié)果。如果六個(gè)測定值中有一個(gè)超出六個(gè)平均值的土10％時(shí)，剔除這個(gè)結(jié)果不用，再以剩下五個(gè)的平均值為結(jié)果；當(dāng)剩下的五個(gè)測定值中再有超過它們平均值的土10％時(shí)，則此組數(shù)據(jù)結(jié)果作廢；當(dāng)六個(gè)測定值中有兩個(gè)或兩個(gè)以上同時(shí)超出平均值的土10％時(shí)，則此組數(shù)據(jù)結(jié)果作廢［1］。

1.3 試驗(yàn)條件

恒溫實(shí)驗(yàn)室成型溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度不低于50％；恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱溫度（20±1）℃，相對(duì)濕度不低于90％，試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)水池水溫控制在（20±1）℃；恒溫實(shí)驗(yàn)室破型溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度不低于50％。

1.4 主要儀器設(shè)備

電子天平、水泥膠砂攪拌機(jī)、水泥膠砂振實(shí)臺(tái)、電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)、全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱。

2 不確定度測量

2.1 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋，測量結(jié)果數(shù)據(jù)的不確定度來源主要是相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備的讀數(shù)誤差（不可修正的部分）及測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性誤差。而測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性誤差影響因素較多，我們可建立如下的數(shù)學(xué)模型以供分析應(yīng)用：

y=F+R（x1、x2、…、xn）；

y——強(qiáng)度實(shí)際測量值；F——相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備讀數(shù)值；R——測量重復(fù)性誤差的影響因素。

x1、x2、…、xn —各種影響量的影響因素：x1—水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用測試樣品、水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)砂、水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用水的不均勻性因素；x2—強(qiáng)度試驗(yàn)物料配合比的偏差因素；x3—水泥強(qiáng)度膠砂攪拌產(chǎn)生的不均勻性因素；x4—水泥膠砂強(qiáng)度成型造成的不均勻性因素；x5—水泥強(qiáng)度試塊養(yǎng)護(hù)溫濕度的不均勻性因素；x6—水泥強(qiáng)度相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備加荷偏心因素；x7—水泥強(qiáng)度相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備加荷速度不均勻性因素；x8—水泥強(qiáng)度相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備本身的重復(fù)性誤差影響因素；x9—水泥強(qiáng)度試塊之間的誤差因素；x10—水泥強(qiáng)度人為操作的不一致性影響因素；x11—水泥強(qiáng)度抗折試驗(yàn)時(shí)試體破損影響因素；x12—水泥強(qiáng)度成型用蓋板對(duì)試塊的影響因素；x13—其它未知因素的影響情況。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）測量原理，結(jié)合各種影響因素，我們把總的不確定度可以設(shè)為：

u2c（y）=u2（R）+u2（a）+u2（b）+u2（c）。

2.2 不確定度源分析及分量評(píng)定

2.2.1 成型試塊u（R）的評(píng)定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017），R的各因素影響多而且復(fù)雜。我們把水泥樣品按標(biāo)準(zhǔn)操作成型，然后按標(biāo)準(zhǔn)要求到指定的齡期進(jìn)行破型，通過壓力試驗(yàn)機(jī)的觀測數(shù)值讀數(shù)，通過A類評(píng)定進(jìn)行水泥試塊的不確定度評(píng)定，讓各個(gè)因素同時(shí)起作用，通過用試驗(yàn)數(shù)據(jù)來評(píng)定它的綜合影響。做重復(fù)性試驗(yàn)，攪拌10鍋水泥膠砂，然后成型，每鍋產(chǎn)生6塊試驗(yàn)試塊，得到m=10組試體，每組n=6個(gè)試塊試驗(yàn)結(jié)果，共產(chǎn)生m×n=60個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表1）。

我們合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后根據(jù)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）標(biāo)準(zhǔn)得到公式：

∑6i=1∑10j=1（Rij-R—）2）mn（mn-1），

i=1，2，3……6（n）， j=1，2，3……10（m）。

代入相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到s（R—）=0.12MPa，故u（R）=s（R—）=0.12MPa，R—=35.0MPa。

2.2.2 壓力試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)說明書不確定度u（a）評(píng)定

根據(jù)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）標(biāo)準(zhǔn)的解釋，壓力試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)說明書的不確定度屬于B類不確定度。所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)不確定度通過將該不確定度除以對(duì)正態(tài)分布的包含因子來得到。所以根據(jù)壓力試驗(yàn)設(shè)備檢定證書可以得到：ΔR=0.3%×R—，R—=35.0MPa，∴ΔR=0.10 MPa。取正態(tài)分布k=2，根據(jù)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）標(biāo)準(zhǔn)要求可以得到：u（a）=ΔR2=0.102=0.05MPa。

2.2.3 壓力試驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)確度等級(jí)不確定度u（b）評(píng)定

壓力試驗(yàn)機(jī)最大荷載為300kN，其準(zhǔn)確等級(jí)為1級(jí)，其準(zhǔn)確度為±1%，所以可以確定估值誤差的范圍落在-1%到1%之間的概率為1，而估值落在-1%到1%之外的概率為0［2］。可以得到：ΔF=1%×R—=0.35MPa，R—=35.0MPa。根據(jù)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）標(biāo)準(zhǔn)要求可以得到：取矩形分布，所以u(píng)（b）= ΔF3=0.353=0.20MPa。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）關(guān)于不確定度分量的解釋，用以上方法得到的不確定度分量對(duì)測量結(jié)果的不確定度貢獻(xiàn)較大時(shí)，為謹(jǐn)慎起見，需要獲得其他數(shù)據(jù)來進(jìn)一步研究，從而進(jìn)一步的論證不確定度分量的影響。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋，在實(shí)際概率分布中這種階躍式不連續(xù)函數(shù)通常是不符合的，很多情況是靠近邊界的數(shù)值要比靠近中點(diǎn)的數(shù)值要少，所以用對(duì)稱梯形分布來代替矩形分布。當(dāng)梯形上頂部為0時(shí)，數(shù)值分布變?yōu)槿欠植?，所以根?jù)公式u（b）=ΔF6=0.356=0.14MPa。

根據(jù)以上兩種分布所得到的數(shù)值來看，數(shù)據(jù)還是有一定差距的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋我們可以看到，兩種計(jì)算方式都是對(duì)的，只是對(duì)于數(shù)值的分布情況存在差異。在這里我們還是選擇矩形分布，雖然數(shù)值影響較大，但是在沒有太多數(shù)據(jù)佐證的情況下還是取更大分布區(qū)域的矩形分布，選擇u（b）= ΔF3=0.353=0.20MPa。

2.2.4 數(shù)字顯示儀器的分辨力u（c）評(píng)定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）規(guī)定， 數(shù)值修約到0.1MPa。于是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋，我們可以理解為數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度為u（c）=0.290.1=0.029 MPa。

3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

由于各影響量之間相互獨(dú)立，根據(jù)以上各個(gè)影響分量的評(píng)定，可以合成水泥膠砂3天抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)不確定度，帶入相應(yīng)的數(shù)據(jù)我們可以得到以下公式：

uc（y）=u2（R）+u2（a）+u2（b）+u2（c）=0.122+0.052+0.202+0.0292=0.24 MPa

4 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋取包含概率為95.45%，包含因子k=2，則水泥膠砂3d抗壓強(qiáng)度擴(kuò)展不確定度并代入數(shù)據(jù)：

U=kuc（y）=20.24=0.48 MPa

5 結(jié)語

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）和《測量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T 27418-2017），我們得到水泥膠砂3d抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.24MPa，取包含概率為95.45%，包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為0.48MPa。由以上數(shù)據(jù)可以看出，影響水泥3天抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響因素主要是壓力試驗(yàn)機(jī)的精度，其次是試塊的重復(fù)性檢測數(shù)值穩(wěn)定性。那么在以后的改進(jìn)中我們可以把壓力試驗(yàn)機(jī)的精度提高，還有在試驗(yàn)中注意影響試塊強(qiáng)度數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的因素，在以后的試驗(yàn)中讓試驗(yàn)示值更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

［1］GB/T 17671-2021，水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）［S］.

［2］GB/T 27418-2017，測量不確定度評(píng)定和表示［S］.