常見建材檢測中的誤差分析與數據處理

◎ 浙江大經建設股份有限公司 許志斌

0 引言

從事工程質量檢測的有關人員，對于日常檢測中所遇到的面廣量大的建筑材料檢測，應將其作為房屋質量檢測的重要基礎工作來對待，從思想上重視它，技術上嚴格把關，控制試驗過程各環節的誤差，科學地進行數據處理，從而客觀、科學、公正地開展房屋質量檢測工作。其建筑材料檢測試驗的重要性在于：一是按國家有關質量試驗標準，應用科學技術手段，取得代表質量特征的有關數據；二是作為施工依據和全面、客觀、準確反映工程質量的真實水平，以期達到管理、控制工程質量和正確評價工程質量的目的；三是保證工程建設的安全性、合理性以及降低成本。

1 誤差分析

根據誤差產生的原因與性質，常分為系統誤差、過失誤差和偶然誤差三類。

1.1 系統誤差

常因試驗方法不正確或限于試驗條件無法消除的因素造成，系統誤差有一定的規律，當對量測數據進行判別，發現有系統誤差后，可根據其規律找出原因，通過改進試驗方法，加強儀器儀表的檢定等手段消除產生系統誤差的因素；對于一些限于試驗條件，無法消除的系統誤差，需引入修正值對量測數據進行修正。從數據上看，常見的系統誤差有固定與變化兩類，固定的系統誤差是在整個量測數據中始終存在一個符號不變的固定數字偏差，如試驗機的零點飄移，就會產生這種固定的系統誤差；變化的系統誤差可能是由于變化的外界條件所致，如水泥試驗時對溫、濕度的要求就是基于這種原因，要求水泥試驗室溫控制在18 ～22℃，相對濕度大低于50% ，樣品、拌和水 、設備和工具的溫度保持與室溫一致，養護箱溫度20±1 ℃，相對濕度不低于 90% ，養護試件水溫控制在 20±1 ℃ 等等，這些要求都是為了提高試驗的穩定性與準確度，減少系統誤差。不變的系統誤差往往不易從數據中發現，只能用幾種不同的量測方法或同時用幾種量測儀器對同一量測對象進行測定，從而對量測數據進行校核；對于變化的系統誤差，依據數據前后順序進行分析其偏差規律，判斷是否存在周期性的變化或累進的規律，分析其產生的因素，進而作出相應的處理。

1.2 過失誤差

過失誤差又名“粗差”，主要是由于試驗者粗心大意所致，如讀錯儀表刻度、記錄錯誤等等。此類誤差數值很大，使試驗結果顯然與事實不符，必須從量測數據中剔除。一般情況下，可憑經驗來剔除過失誤差，但帶有較大的主觀因素，較好的方法是利用偶然誤差的正態分布理論，選擇一個鑒別值去和各個測定值的偏差進行比較，按照正態分布規律，絕對值越大的誤差出現的概率越低，而且其數值不會超過某一范圍。

1.3 偶然誤差

由于大量的、未被控制或因控制代價太大而不加控制的微小因素影響，使量測值在最后一位數字上總存在差異，由此引起的誤差叫偶然誤差。引起偶然誤差的原因有偶然因素對量測儀表的影響如電源電壓不穩、儀表內部摩擦間隙等的不規則變化、測試人員對儀表末位數的估計得不準確以及周圍環境條件的干擾等等。偶然誤差帶有隨機性質，無法從試驗方法上加以防止，它們服從正態分布的統計規律，因此又稱隨機誤差。在量測數據中剔除了過失誤差并盡可能地消除和修正了系統誤差之后，剩下的主要是偶然誤差，量測誤差分析就是對偶然誤差的大小進行估計以便確定測定值的誤差。

2 數據處理

2.1 數據處理的三個參數

由于測定值是真值與誤差之和，誤差是隨機變量，導致測定值也是隨機變量，反映隨機變量有三個重要的統計特征數：算術平均值(也稱“數學期望”) 、標準誤差和變異系數。下面就介紹一下這三個參數：

樣本(數據即測量值) 的均值是表示數據的集中位置，通常用算術平均值作為均值因誤差有正有負，因此求均值后，正負誤差消去了一部分，從而顯露了試驗數據的真實面貌，所以算術平均值的作用就是消除數據中的一些局部的、隨機的波動，表征了數據的集中位置。

(2)標準誤差 S：

標準誤差又稱樣本均方差、標準離差、標準差。算術平均值是一組數據的重要標志，它反映了隨機變量的平均狀況，但僅僅知道樣本均值是不夠的，要了解測量值在算術平均值附近的分散和偏差程度，通過標準誤差就能反映出來，S值越大，數據離散性就越大，反之 S值越小，數據離散性就越小。

如果兩組同性質的數據標準誤差相同，則可知兩組數據各自圍繞其均值的偏差程度相同，它與兩個均值大小是否相同無關，而實際上考慮相對偏差是很重要的，而變異系數正是表示了標準誤差與算術平均值的比值，通常用于衡量數據的相對偏差程度。

2.2 結果評定方式

由于建材材性及試件制作、幾何尺寸等因素造成的變化，使得建材試驗時樣本數據存在一定的離散性，為了正確評價其物理力學性能，應在誤差分析的基礎上，根據不同的試驗對象及標準要求，確定不同的數據處理方法，都是根據相應的試驗標準而定。例如混凝土立方體抗壓強度： 以三個試件的算術平均值為該組試件的抗壓強度，三個試件中最大值或最小值如有一個與中間值的差值超過中間值的15%，則把最大值及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值，如兩測試值與中間值相差均超15%時，則此組試驗結果無效。其試驗結果評定時需結合現行相關試驗標準而定。

3.建筑材料檢測數據處理系統結構建立

建筑材料檢測數據處理系統由若干個子系統(每種材料為一個子系統)組成，每個子系統又由原始檢測數據輸入界面(原始記錄表) 、數據處理模塊、檢測結果輸出界面(檢測報告表) 、數據庫、查詢模塊等組成。工程中常用的建筑材料檢測數據處理系統一般由常用水泥、砂、石子、鋼筋原材、混凝土立方體抗壓強度、砂漿立方體抗壓強度 、回彈法檢測混凝土抗壓強度、鉆心法檢測混凝土抗壓強度等子系統組成。 隨著生產的發展和先進科技的不斷涌現，國家規范和標準不斷在修訂，建筑材料檢測數據處理系統也相應地在修改相關內容，進行版本升級。建筑材料檢測數據處理系統的研發與應用，不僅可大幅度提高材料檢測人員的工作效率，把他們從繁雜和枯燥的運算、查表取值、查表對比判斷等工作中解脫出來，而且對本行業出具檢測報告的格式和內容的規范化和標準化、檢測結果信息的數字化管理與網上傳輸，使工程質量監督和監理部門更及時有效地監控在建工程項目的施工質量具有深遠的現實意義。

4.結束語

從誤差分析、數據處理及檢測數據處理系統的建立等三方面作了簡要分析與說明。對建筑物常用建筑材料的測試，是依據國家頒布的標準、規范規程用數據來反映出來的，故必須對試驗數據進行處理與修約，以求最大限度地克服誤差對試驗結果的影響，使數值更接近于“真值”，從而保證建筑材料測定的準確性；同時要實現試驗數據的客觀科學性，還應從試驗方法、儀器、人員、操作等多方面加強工作，方能保證試驗數據達到客觀、科學、公正的要求，從而更好地為建筑質量檢測服務。