供應商和消費者在使用擴展度來評定新拌混凝土合格率時的潛在風險

Wilfried Hinrichs, Braunschweig

翻譯：胡灶銀

（建筑材料工業技術情報研究所，北京100024）

將新拌混凝土擴展度檢測結果作為混凝土稠度的評定標準具有明顯的不穩定性。這種不穩定性與產品本身和測試過程有關。本文將主要介紹混凝土出廠檢測及交付檢測時，隨著混凝土稠度增加，對測量誤差進行定量分析?？紤]到混凝土自身稠度波動，供應商和消費者在使用稠度等級為F3～F5的混凝土時所承擔的風險和產品合格率將借助于數據分析，在DIN EN 206-1標準的基礎上進行評定。數據顯示，在某些情況下，新拌混凝土的合格率減小，供應商與消費者所承擔的風險相應增加。根據DIN EN206-1在執行合格率修訂標準時，主要風險承擔方為供應商，消費者則要承擔產品延遲交付的風險。只有通過采用新的解決途徑，才有可能將風險平均分配。

1 前言

德國工業標準DIN EN206-1[1]的使用范圍包括用于各種混凝土制品和生產方式。該標準確定了產品的要求及合格評定標準?；炷梁细衤蕶z測以及標準的制定將根據DIN1045-2[2]在德國使用守則上加以補充說明。

稠度，作為混凝土合格率的評定標準，是新拌混凝土的一大特性。在混凝土出廠時或是供應商向消費者交付混凝土之前，必須根據標準DIN EN 12350-5[3]對混凝土的擴展度進行實驗。實驗結果將按照合格標準DIN EN 206-1表18的各項指標予以評估。

本文主要介紹擴展度測量誤差對混凝土合格率評估的影響程度。由于測量誤差導致混凝土合格率評估出現偏差，也就是我們所說的I型和II型錯誤。由于測量誤差本身不會對合格率評估造成重大影響[4]，檢測結果與建筑法規無關，這樣將致使供應商和消費者的利益首先受到危及。

2 測試結果的不確定性

作為一個明確指標，測量誤差不會對建筑產品、建筑結構的測試造成重大影響。即使在遵守結構公差的報告中，由于在可接受的安全系數范圍內，測量誤差通常會被視為無關緊要。中央核心標準用來檢測建筑結構和構件是否符合預先制定的目標。即使沒有明確提及測量誤差要求，也已將這一要求暗含在內。其重要程度既不會明示也不會被進一步考慮。

在如下所舉出的建筑領域實例中，測量誤差或者是所謂的“不合格率”產生了重大影響。

通常情況下，只有在降低安全系數或是局部安全受到威脅時才會重視誤差因素。進一步來說，以數值為基礎的建筑產品穩定性理念屬于評估合格率的重要因素之一。這些數據主要來自于測試結果。在測試時憑借經驗對設備可靠性進行預測也會造成數據誤差。整合所得數據導致所謂“數據至上理念”[5]的形成。大部分情況下，測量誤差不會造成重大影響，因為建筑物的安全性評定標準與混凝土的穩定性必然關系。

另一個最新趨勢是從經過認證的檢測實驗室中收集測量誤差的相關聯數據。而根據DIN EN ISO / IEC 17025標準[6]上的要求，檢測中心在提供數據的同時，必須提供充分的相關信息說明。近年來，此領域發展迅速。使用案例文件[7]的出臺就是一個最好的佐證。由于歐盟委員會通過 “新使用方案”[8]決議，這一主題將賦有更重要意義。

3 風險管理

根據國際風險管理重要國際文件修訂案，量化檢測量誤差愈加重要。隨著人們對技術風險管理系統的日益重視，在原本對風險評估就不陌生的建筑領域，風險管理的作用也日益顯著。例如，國際標準化組織12 491[9]就包含諸多與風險相關的基本定義和風險計算方法，且多用于質保領域。在這些規定中，測量誤差就顯得無足輕重。根據上述背景，各風險參量的作用如下：

RP 指的是產品未達到檢測標準，卻符合使用要求時，供應商所承擔成本增加風險。因為在此種情況下，供應商不得不增加這些所謂“不合格”產品的清理費用及其他費用，如垃圾處理費等。

RC指的是產品雖然達到檢測標準，卻不符合使用要求時，消費者所承擔的相應風險。即消費者簽收了不符合工作要求的產品，在使用過程中不得不增加額外費用，例如產品的再加工費用。

PC指的是在允許的測量誤差內，產品符合各項指標時的概率。其中涉及到供應商所承擔的風險。

在重大國際研討會上，隨著一些概念涵義的擴展，風險和質量管理體系與不穩定性尤其息息相關。在風險分析系統中，風險與不穩定性的內部聯系也日益緊密。考慮到安全因素，產品檢測結果主要是以單據的形式出現。檢測方法在國際重要基礎文件[10]中有所提及，目前也是計量和標準化的國際組織小組討論的主要議題。

4 測量誤差數據分析

以新拌混凝土擴展度測試為例，主要分析測量誤差所造成的風險特性。擴展度測試通常是供應商在混凝土出廠或是消費者驗收前，為確保混凝土符合施工要求，從總樣本中抽取一定量的混凝土來進行的一項測試。信息附錄表中的檢測標準含有部分擴展度測量誤差的數據說明，這些數據主要出自于1987年英國合作實驗所，國際標準化組織ISO 5725[11]的數據大都出自于此。擴展度的標準差包括基準標準差24.6mm，比較標準差32.5mm。

隨著混凝土技術的發展，這些早期數據標準已遠不能滿足施工要求。因此德國預拌混凝土工業協會在刊物上提供了可靠的交貨檢測數據標準。數據表1主要介紹了不同擴展度等級和擴展度的極限值。圖1則主要以擴展等級為F4的新拌混凝土為例，測得不同強度等級混凝土的擴展度。

為了精確地將所得數據與檢測標準數據進行比較，需注意以下事項：

⑴ 檢測結果必須在保持技術一致性的基礎上獲取，例如：所抽取的混凝土樣品均出自同一混凝土產品；

⑵ 在可控的時間段內，檢測條件（檢測工具、檢測環境、檢測員等）必須保持一致；

⑶ 數據必須全面，即使是那些超出允許誤差范圍的數據也應記錄在內；

⑷ 每次取料條件必須保持一致。

總的來說，數據表1中的各項數據滿足檢測標準，可以作為目前數據比較的參考。擴展度介于470mm至570mm之間的混凝土稠度等級為F3到F5。根據數據表1中的第二列和第三列可以推導出如下公式：

標準差Sm= 0.21×擴展度-88 （1）

擴展度為555mm的試樣，標準差為28.5mm。DIN EN12350-5中的標準差Sr =24.6mm為測量誤差地準確預測提供了重要依據。標準差的預測值Sm的適用范圍是擴展度在450mm至640mm之間的預拌混凝土，此外，預測值Sm還可以推測出擴展度的變化趨勢。

數據表1：混凝土出廠檢測值

5 產品特性的不穩定性

進行風險評估時，除了考慮測量誤差外，還需要對普通新拌混凝土稠度變化進行定量評定。作為描述產品性能的一個變量Sp值，需要相對較精確的測試方法，所得數據則常用來說明產品的性能是否良好。在有些擴展度測試中，測試結果大多直接與測試過程相關。其他的測試方法的可行性較低，因為所測得結果大多與實際情況不符。混凝土稠度變量的預測值可能是隨機的，也可能是按性能顯示的。

圖1 混凝土擴展度檢測結果

當然，上述提到的標準差體現了產品可塑性——檢測樣品局部稠度不同的影響。然而在檢測標準中影響甚微，因為產品只能按照均勻性進行測試。在合作試驗程序中，這一現象非常普遍。用于計算基準標準差的數據首先會在較短的時間內通過批量測試獲得，然后通過與原先訂立的標準差進行比較，并得出結論，Sp在Sm所占比重小。

6 風險預測及合格率測算

目前，供應商和消費者的風險評估已不是一個新鮮話題。在60年代，德語國家就已開始使用數據統計學原理[12]。如今除了存在大量的參考文獻外，還有很多與此相關的參考標準，如標準DIN ISO 2859-1[13]。而這些國際最新的研究資料都用來作為不穩定性評估參考，衡量對合格率測算的影響程度。

根據標準DIN EN206-1中的表6，本文中所提及的擴展度等級均有相對應等跨度的上限和下限值。與表6不同，該標準表18中顯示某些測試結果的上下限跨度值并不相等。Rp(供應商風險值)、Rc(消費者風險值)以及Pc(合格率)之間的等式則根據不對等偏差的使用情況進行推導。圖2以圖表的形式說明了風險值計算依據。要驗證這種專為計算合格率而推導的函數關系的可行性，則還需進行更多的實驗。

圖2 等級為F3的新拌混凝土的擴展度與產品合格率的函數關系

7 新拌混凝土的合格率調控

標準DIN EN 206-1中表18與表19B緊密相關。一些超出該標準表6范圍的新拌混凝土的合格率也可以通過測試結果進行計算。然而前提是不超過表18中的上下偏差值，不屬于表6范圍內的測試數據結果不能超過規定值。這確保了測試結果多數在規定的框架內。在技術上，將允許極限差值舍棄，這種做法值得懷疑。即使個別新拌混凝土的實驗結果與目標值相差很遠，表19B仍然適用測算混凝土合格率，但這種做法通常會遭到標準制定者的反對。

根據標準DIN EN206-1中的數據，并不能直接或只能有限地預測供貨商和消費者將承擔的風險值。原因如下：

⑴ 在混凝土交付使用時，每個擴展度等級都有相應的目標值。如：等級為F3的新拌混凝土在裝載時擴展度為480mm（F3等級可允許最高值），運輸到施工地后擴展度應盡可能接近目標值450mm。因此，混凝土的實際稠度與運輸有關。

⑵ 在標準DIN EN206-1中盡管規定了AQL=15%，預測消費者承擔風險值。但是產品生產標準中卻沒有消費者用來評估風險的參考值，以及消費者可以要求拒收的衡量標準。

8 使用

在DIN EN12350-5標準基礎上，供應商、消費者風險值及混凝土稠度將通過對3種不同等級的新拌混凝土檢測試驗進行預測：

⑴ 1號新拌混凝土稠度等級為F3（塑性），出廠擴展度為470mm，是這一稠度等級的最高上限值，因為通常在運輸過程中，擴展度將會降低。

⑵ 2號新拌混凝土稠度等級為F4（大流動性），施工地擴展度檢測為520mm，是該稠度等級的平均值，確保該混凝土最大限度符合施工要求。

⑶ 3號新拌混凝土稠度等級為F5（自密實），施工地擴展度檢測為570mm，該稠度等級的最低值。

根據公式（1），1號新拌混凝土的標準差測試結果S1=10.7mm，其他類型的標準差相對較高，分別是S2=21.2mm、S3=31.7mm。在計算風險率Pc時，須先清楚測算要求。準確地說，稠度等級為F3的上限值和F4的下限值為485mm，根據四舍五入原理，這一數值恰巧是兩者之間的中間值。

圖3至圖5是對1號新拌混凝土的具體說明，混凝土的合格率將根據如下3種情況對平均值相同的產品以實際檢測值計算：

理想型：80個測試數據顯示，3種新拌混凝土的擴展度分別是：1號最低值420mm，最高值為480mm；2號最低值為490mm，最高值為550mm；3號最低值是560mm，最高值620mm。根據標準DIN EN 206-1，各等級混凝土的中間值介于最低值和最高值之間。

普通型：3種新拌混凝土的擴展度分別是：1號最低值400mm，最高值510mm；2號最低值470mm，最高值580mm；3號最低值560mm.，最高值620mm。根據標準中表6，20次測試結果不符合各自等級，但在表18所允許的偏差范圍內。根據表19b，接收指數可達到21。這些類別的混凝土均遵循各稠度等級的流動度標準。

極限型：80個測試數據中，大部分數據靠近各等級的最低值或最高值。在這種情況下，根據標準中表6，許多的測試結果不符合各自等級，但卻在表18所允許的偏差范圍內。根據表19b，接收指數低于21。這些類別的混凝土不遵循各稠度等級的流動度標準。

由于表18和表19b的一些數值存在爭議，經過標準委員會的討論，允許部分極限值可以上下浮動10mm。這將會對目前混凝土的生產要求進一步細化。流動度在符合理想型或是普通型標準的基礎上進行計算，擴展度的測試結果呈正態分布也不能直接評定出混凝土合格率好壞，因為部分數值并不在允許的偏差范圍內。合格率差的混凝土的擴展度則不符合上述任一范圍。

測試結果數值呈正態分布是風險評估和混凝土合格率評定的一個重要前提，這也是許多技術領域的一大前提條件。這一條件在很大程度上確保了標準的可靠性。

圖3 稠度等級為F3理想的測試結果

圖4 稠度等級為F3測試結果的實際分配值

圖5 不考慮標準 DIN EN206-1表18時，稠度等級為F3測試結果的極端分配值

9 結論

數據表2包含了上述提到3種情況下的各項數值指標。1號和2號產品測試結果符合正態分布，3號產品的測試結果卻不是。這里指的是在大量數據的基礎上進行推算。所以低于公差的情況將被視為極限情況。各平均值的標準差Sm將通過方程式進行計算。

實際上只有在某些情況下，1號和3號新拌混凝土流動度的測算才有意義。因為根據標準DIN EN206-1，合格率不是在混凝土出廠時，而是在交付使用時進行測試。測得數據則作為評定對象。2號新拌混凝土則只有在有必要時，才會進行合格率測試。

數據表2中的結果部分體現了標準DIN EN206-1，表格19b中的接收指數只是對DIN EN2859-1規定的測試樣品的指導說明，其中產品驗收質量標準為15%。用于表示接收和拒收的概率為13%。根據DIN EN206-1，混凝土稠度作為評估供應商和消費者風險值的標準時，則應控制在5%到10%之間。由于標準DIN EN 206-1表18中附加了新的評定標準，一些前提數據也相應改變，所以將上述數據與數據表2進行比較，無太大意義。

綜上所述，供應商和消費者所承擔的風險值與測量誤差緊密相關；隨著稠度的增加，這種效果就愈加明顯。檢測本身的不可靠性對理想模式有重大影響。只根據DIN EN206-1中的表6評定合格率，不僅為供應商和消費者帶來巨大的風險，而且合格率即使高達92%也很少被人接受。一般情況下，表18和19b能明顯降低供求雙方的風險，明顯提高混凝土的合格率。在極限情況下，只結合DIN EN206-1中的表6和18，忽略表19b，也必然會增加消費者的負擔。

數據表2：不同使用情況下的風險率和合格率

盡管每個擴展度等級的極限值可以上下浮動10mm，但是生產商和消費者的風險值仍處于高位。但從數值上來說，理想情況和普通情況下的數值穩定，如對于2號新拌混凝土，生產商的風險率為14.1%，消費者為1.7%，混凝土的合格率為95.4%。

10 探討

基于標準DIN EN206-1，DIN ISO2859-1的主旨在于為供求雙方風險平均分配提供數據基礎。在DIN EN206-1中，這一初衷保持不變，主要是因為在界定稠度時技術上需要。從數值上看，風險責任的平均分配必須放棄界定值。在這種情況下，偏差較大的混凝土也因符合施工要求而被接收。如數據表2所示，另外增加的界定值可以延緩供應商的風險。

與理想模式相比，普通模式能明顯降低風險值。表格18中的最值之差充分說明了測試過程的不準確性。由于測試值的不穩定性，最低值之間的偏差為-20mm，最高值的偏差為30mm，乃至更高。根據DIN EN206-1程序，風險責任分配仍不均等。尤其是對于流塑性新拌混凝土，供應商承擔的風險值則更為突出。

相比之下，“極端情況”描述的多是一種非現實情況。即根據標準DIN EN 206-1中表6和表 18中的標準相結合，忽略表格19b。這種情況下，合格率評定則更讓人容易理解。但是這意味著原本可以清楚識別的風險卻因表19b的缺失而被忽略。

上述三種新拌混凝土在三種不同情況下，合格率介于50%到100%之間。在“理想的情況下”92%的合格率并不是最佳狀態。顯然，如果一個產品的屬性平均值越接近所允許的極限值，不合格率也就大大增加。這樣就出現了一個這個問題，隨著測試誤差的增大，大流動性和自密實新拌混凝土在相同的條件下，合格率大大降低。

基本上，生產商可以通過減小產品的結構變化來降低自身風險，也就是說，主要是通過在生產過程中改善新拌混凝土的質地。從圖6中，我們可以清楚地看到隨著稠度的增加，測試誤差對風險率影響的變化趨勢。同時，我們也可以看到，當人們綜合考慮某一種特定產品時，影響程度也可能會降低。按照DIN EN 206-1使新拌混凝土的均勻化對消費者承擔風險的影響很小，因為消費者風險率已經相對較低。例如：根據數據表2，對于流塑型新拌混凝土，供應商的風險的極限值Rp= 15.7%；消費者的最高風險值Rc =1.9%。

由于供應商和消費者對產品要求不同的限制，兩者承擔的風險在數值上可能會比較接近。例如，簽訂含特殊要求的合同協議。具體來說，供應商在運輸稠度等級為F3（DIN EN206-1表6中擴展度為420mm至480mm），擴展度平均值為500mm的新拌混凝土，通過檢測消費者也能接受。由于檢測過程不精確，消費者也將因此承擔一定的風險。稠度較大的新拌混凝土往往會被消費者接受，因為作為一個高評價的產品，價格是相對穩定的。因此，在實踐過程中，即使是在違背了合格率標準的情況下，也經常采用這種風險共擔方式。

11 感謝

衷心感謝德國混凝土攪拌工業協會在新拌混凝土產品數據的提供上給予支持。