李 鵬

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局,新疆伊犁 835000)

外加劑減水率測量不確定度評定

李 鵬

(新疆伊犁河流域開發(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。減水率作為檢測外加劑的一項重要指標(biāo)，對判定外加劑品質(zhì)的優(yōu)劣起到重要的作用。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、計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，通過各因素的不確定度評定、合成、擴(kuò)展，最終得出外加劑減水率不確定度，對外加劑減水率檢測結(jié)果的可信度具有指導(dǎo)意義，為客觀、公正評價外加劑的品質(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

測量不確定度[1](uncertainty of measurement)，它是表征合理地賦予被測量值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)[2]。為測量結(jié)果給出的被測量估計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]；不確定度是對指定測量結(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)際的測量結(jié)果的范圍，不確定度是測量可靠性的一種量化的表達(dá)[4]。檢測單位應(yīng)對重要檢測指標(biāo)進(jìn)行不確定度評定[5]。當(dāng)不確定度影響對結(jié)果符合性的判定時，檢測報告中還應(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的一項重要指標(biāo)，對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結(jié)果處于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的臨界值時，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結(jié)果的不確定度。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、計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，通過各因素的不確定度評定、合成、擴(kuò)展，最終得出外加劑減水率不確定度，不僅對外加劑減水率檢測結(jié)果的可信度具有指導(dǎo)意義，而且為客觀、公正評價外加劑的品質(zhì)提供了有力保障。本文結(jié)合本檢測機(jī)構(gòu)對外加劑檢測的實(shí)際情況，對外加劑減水率的不確定度進(jìn)行評定。

1 引起不確定度的各種因素

外加劑減水率檢測，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]，外加劑檢測使用配合比按絕對體積法進(jìn)行計算[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，計算出檢測結(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：測量人員在同條件下進(jìn)行重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；測量設(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結(jié)果的計算公式作為數(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)不確定度的評定，最終經(jīng)過合成、擴(kuò)展，得到不確定度。

5 不確定度的分量評定

通常標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定分為A、B兩類[11]：

A類評定：采用對“觀察列進(jìn)行統(tǒng)計分析”的方法評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度。亦即采用統(tǒng)計方法進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評定(通常采用重復(fù)測量)。

B類評定：根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)、校準(zhǔn)證書、生產(chǎn)廠的技術(shù)說明書、手冊、出版物、常識等其他信息的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評定。

將影響外加劑減水率因素進(jìn)行分類，見表1。

表1 影響外加劑減水率檢測結(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定。

5.1 A類不確定度評定

5.1.1 檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

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。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)，整個過程中檢測人員相同，檢測結(jié)果計算按照數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的標(biāo)示和判定進(jìn)行[13]。檢測結(jié)果見表2。

表2 外加劑減水率檢測結(jié)果統(tǒng)計表

5.1.2 檢測數(shù)據(jù)分析

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

(2)

減水率單次測量的標(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類不確定度評定

5.2.1 稱量設(shè)備的示值誤差

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

表3 儀器設(shè)備稱量原材料的對應(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》要求以絕對體積法進(jìn)行計算。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型臺秤，不確定度為:

(6)

其相對不確定度分別為：

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型臺秤的相對合成標(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型臺秤，不確定度為:

(10)

其相對不確定度分別為：

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型臺秤的相對合成標(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)

在通常的測量中，一般取k=2。當(dāng)取其他值時，應(yīng)說明其來源。因?yàn)橥饧觿p水率的測定和稱量設(shè)備的使用是在重復(fù)條件下，用n次獨(dú)立測量確定1個被測量值，對測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

擴(kuò)展不確定度是被測量可能值包含區(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，擴(kuò)展不確定度用符號Up表示。本文只對擴(kuò)展不確定度中的U進(jìn)行評定。本文通過重復(fù)測量和對測量過程中的儀器設(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，為檢測結(jié)果提供了置信區(qū)間。

有檢測就會有誤差，對誤差的識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產(chǎn)生測量不確定度，對測量不確定度進(jìn)行評定，是為了認(rèn)識誤差產(chǎn)生的因素。在不確定度評定的過程中，本人對影響外加劑減水率檢測的因素考慮不夠全面，分析較為淺薄，還存在較多的認(rèn)識不足，望批評指正，以求達(dá)到共同提高的目的。

[1] 魯紹曾.國際通用計量學(xué)基本術(shù)語[M].北京：中國計量出版社,1993.

[2] 倪育才.實(shí)用測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社,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] 國家認(rèn)可監(jiān)督管理委員會.實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評審準(zhǔn)則[M].北京：中國計量出版社，2006：67-69.

[6] 中國合格評定國家認(rèn)可委員會.測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.

[7] 中國標(biāo)準(zhǔn)化委員會.混凝土外加劑：GB 8076-2008 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[8] 中國建筑科學(xué)研究院.普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程：JGJ55-2011 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[9] 崔偉群.測量誤差與不確定度數(shù)學(xué)原理[M].北京：中國質(zhì)檢出版社,76-79.

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

[11] 李金海.誤差理論與測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社, 2007.

[12] 中國建筑科學(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：中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[13] 國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會.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：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[14] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測量不確定度評定與表示：JJF1059.1-2012 [S].北京:中國計量出版社,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，山東省昌樂縣人，工程師，主要從事水利水電工程質(zhì)量檢測、工程質(zhì)量管理工作.

TV42+4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.020