Z比分數在混凝土配制強度試驗驗證中的應用

仲新華，馬 驊，樓梁偉，王 娟，李享濤，裘智輝

(1．中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2．高速鐵路軌道技術國家重點實驗室，北京 100081;3．邢臺市邢衡高速公路管理處，河北 邢臺 054000;4．邢臺市交通科學研究所，河北 邢臺 054000)

Z比分數在混凝土配制強度試驗驗證中的應用

仲新華1，2，馬 驊3，樓梁偉1，2，王 娟4，李享濤1，2，裘智輝1，2

(1．中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2．高速鐵路軌道技術國家重點實驗室，北京 100081;3．邢臺市邢衡高速公路管理處，河北 邢臺 054000;4．邢臺市交通科學研究所，河北 邢臺 054000)

對混凝土配制強度進行多方驗證，既是混凝土質量控制的常用手段，也是建設管理的重要環節。長期以來，由于缺乏對多方驗證檢測結果進行科學評價的依據，常常引發對驗證處置結果的爭論。本文以某高速公路建設中3個施工單位實驗室和3個監理單位實驗室對相同的2個混凝土配合比進行驗證的強度檢測結果為依據，采用穩健Z比分數的方法，對強度檢測結果進行統計分析。依據統計得出的實驗室間的Z比分數ZB和實驗室內Z比分數ZW，分別對施工單位和監理單位實驗室的檢測能力做出評價，并對評價結果為不滿意或存疑的實驗室提出處置建議。

Z比分數 混凝土強度 室間驗證 室內驗證

在土木工程建設中，混凝土強度是結構耐久性的重要保證，施工過程中參建各方對混凝土強度的質量控制非常重視，對混凝土配制強度進行多方試驗驗證即是其中的管理要求之一。根據我國的建設管理模式，混凝土配制強度的多方驗證主要指施工單位和監理單位采用相同的原材料和配合比，在各自的實驗室中對混凝土進行成型、養護和強度測試的平行試驗過程。這期間受到人員、設備、環境等各種不確定因素的影響，相同配合比的混凝土在不同實驗室間的強度試驗結果必然產生一定的差異。實際工作中，當驗證各方的強度試驗結果差別較大，或者監理單位的強度試驗結果低于混凝土配制強度，導致監理單位不認可施工單位的強度試驗結果時，各方對這種事實性的差異存在較大爭議。由于施工單位和監理單位實驗室的技術等級相同，因此雙方實驗室對混凝土配制強度的試驗驗證過程實際上可采用相應的統計方法進行評價。

Z比分數檢驗法是標準化的方法，是國際和中國合格評定國家認可委員會(CNAS)普遍采用的統計方法，適用于對單產品或樣品對的試驗室間比對和試驗室內比對結果的評價［1-3］。本文以6個實驗室對2組混凝土配制強度驗證的試驗數據為例，采用Z比分數的穩健統計方法，以標準四分位數間距為估計值，通過計算和比較實驗室間Z比分數ZB和實驗室內Z比分數ZW，對各方實驗室的檢測能力作出評價。

1 混凝土配制強度與試驗條件

1.1 混凝土配制強度

假定生產過程中混凝土強度呈正態分布，且實際強度不低于95%設計強度的保證率時，混凝土的配制強度 fcu，0可由下式確定

式中，fcu，k為強度標準值，σ為混凝土強度標準差。

混凝土強度標準差可由施工企業根據原材料品質、混凝土強度等級以及企業的質量管理水平等影響因素確定。因此，不同的施工單位可取用不一樣的強度標準差，生產管理水平較高的企業，可取用較低值的強度標準差。當施工企業未形成可統計的強度標準差時，也可按《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ 55—2011)［4］的推薦將強度標準差取值為 6 MPa，此時，強度等級為C50的混凝土配制強度為59.9 MPa。

1.2 試驗條件

參與混凝土配制強度驗證的實驗室共6個，其中3個施工單位實驗室編號分別為甲、乙、丙，3個監理單位實驗室編號分別為丁、戊、己。

混凝土原材料:采用相同規格及料源的混凝土原材料，骨料晾曬干燥。

混凝土配合比:兩個配合比混凝土設計強度等級均為C50，其中一個配合比采用單摻粉煤灰方案，另一配合比采用雙摻粉煤灰和礦渣粉方案。

混凝土成型:采用強制式攪拌機對混凝土拌合180 s，在標準振實臺上密實15 s，然后覆蓋塑料膜養護24 h后拆模。

試件數量和尺寸:各實驗室每次成型試件1組，分2次共成型試件2組，混凝土試件尺寸為150 mm×150 mm ×150 mm。

混凝土養護:養護溫度(20±2)℃，濕度≥95%，養護齡期 28 d［5-6］。

2 統計方法及處理

2.1 統計方法(Z比分數)

Z比分數的構成公式為［7］

式中，x為參加驗證的強度試驗結果;X為強度真值或指定值，本文取為強度檢測值的中位數;s為滿足計劃要求變動性的合適估計值，是試驗過程不同實驗室合成標準不確定度的反映，本文取為標準四分位數間距(NIQR)。

2.2 統計處理及說明

6個實驗室共12組混凝土試件的抗壓強度試驗結果和采用Z比分數穩健統計處理結果見表1。

表1 混凝土強度的試驗結果及統計處理

表中參數及計算過程說明如下:

1)混凝土強度Y1為單摻粉煤灰配合比。

2)混凝土強度Y2為雙摻粉煤灰和礦渣粉配合比。

3)中位數為參與統計的檢測值按大小次序排列居中的數值，當統計量為偶數時，為中間兩數值的平均值。

4)標準四分位數間距NIQR為等于四分位間距(IQR)乘以一個因子(0.741 3)。四分位間距是高四分位數值和低四分位數值的差值，數值越大，說明離散程度越高，反之，說明離散程度越小。低四分位數值是低于結果1/4處的最近數值，高四分位數值是高于結果3/4處的最近數值。

5)穩健變異系數CV為標準四分位數除以中位數，相當于經典的變異系數。

6)標準化的和值S=(Y1+Y2)/。

7)實驗室間Z比分數ZB=(S－中位數)/NIQR。

8)標準化的差值D=(Y1－Y2)/。

9)實驗室內Z比分數ZW=(D－中位數)/NIQR。

3 評價標準與結果分析

3.1 Z比分數的評價標準

1)|Z|≤2，表明實驗室檢測能力合格。

2)2＜|Z|＜3，表明實驗室存在問題，應鼓勵實驗室分析檢查其能力。2＜|Z|＜3的置信概率為95%。

3)|Z|≥3，表明實驗室處于離群狀態，該實驗室的能力應評為不滿意，應采取有效的糾正措施。|Z|≥3的置信概率為99%。

3.2 Z比分數序列直方圖分析

實驗室間和實驗室內的Z比分數序列直方圖見圖1及圖2。圖中縱坐標±3.0處各有一條實橫線，表示檢測結果是否出現離群值的分界線;縱坐標±2.0處各有一條虛橫線，表示檢測結果有可能存在問題的分界線。

圖1 ZB分數序列直方圖

圖2 ZW分數序列直方圖

4 結論

1)除戊實驗室外，其他實驗室間的分析結果均為滿意，表明實驗室檢測能力良好。戊實驗室檢測結果雖然高于配制強度，但采用Z比分數進行統計的結果顯示其檢測值處于離群狀態(|ZB|＞3.0)，分析結果為不滿意，應對試驗過程進行復查并采取有效的糾正措施。

2)除乙實驗室外，其他實驗室內的分析結果均為滿意，表明實驗室檢測結果穩定。乙實驗室對2組試件的檢測結果雖然均高于配制強度，但采用Z比分數進行統計的結果顯示其檢測值處于存疑狀態(|ZW|＞2.0)，表明兩次試驗過程的一致性存在過大偏差，應進一步檢查分析其能力。

3)甲、丙、丁、己四個實驗室的|ZB|值和|ZW|值均＜2，表明檢測能力均合格。根據統計評價的規定，雖然已實驗室對編號為Y2的配合比強度驗證結果低于配制強度，但不影響甲、丙、丁三個實驗室對該試驗驗證過程的認可。因此，應放行甲、丙兩施工單位對混凝土配合比的使用。

［1］中華人民共和國國家標準．GB/T 27025—2008 檢測和校準實驗室能力的通用要求［S］．北京:中國標準出版社，2000．

［2］中國實驗室國家認可委員會．能力驗證指南［M］．北京:中國計量出版社，2001．

［3］劉璐．公路檢測實驗室能力驗證體系的研究與完善［D］．遼寧:大連理工大學，2011．

［4］中華人民共和國行業標準．JGJ 55—2011 普通混凝土配合比設計規程［S］．北京:中國建筑工業出版社，2011．

［5］中華人民共和國建設部．GB/T 50081—2002 普通混凝土力學性能試驗方法標準［S］．北京:中國建筑工業出版社，2003．

［6］胡在良，張佰戰，董承全．鐵路高性能混凝土基樁檢測波速與強度關系的研究［J］．鐵道建筑，2011(7):94-98．

［7］國家質量技術監督局．GB/T 15483.1—1999 利用實驗室間比對的能力驗證——第1部分:能力驗證計劃的建立和運作［S］．北京:中國標準出版社，2002．

Application of Z-score to strength test verification of concrete mix-preparation

ZHONG Xinhua1，2，MA Hua3，LOU Liangwei1，2，WANG Juan4，LI Xiangtao1，2，QIU Zhihui1，2

(1．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China;2．State Key Laboratory for Track Technology of High-Speed Railway，Beijing 100081，China;3．Xing-Heng Highway Management Office，Xingtai Hebei 054000，China;4．Xingtai Traffic Science Research Institute，Xingtai Hebei 054000，China)

Validating the concrete strength in many ways is not only the common measure for concrete quality control but also an important part of construction management．Due to the lack of scientific evaluation basis for multi-verification test results，argument aroused by verification disposal results has often happened for a long time．Based on strength test results of 2 same concrete mix proportion verification in 3 construction units and 3 supervision laboratories of one high speed way construction，this paper adopted the robust Z ratio fraction method，made statistical analysis for strength test results，got ZB which is the Z ratio fraction between the laboratories and ZW which is the Z ratio fraction inside the laboratory according to statistics，evaluated the test ability of construction and supervision units respectively，and put forward treatment suggestions for the dissatisfied or open laboratory．

Z ratio fraction;Concrete strength;External validation;Indoor test

TU528

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．46

1003-1995(2013)04-0149-03

2012-11-26;

2013-01-16

中國鐵道科學研究院基金項目(2011YJ87);河北省公路技術開發項目(XHKY2011-10)

仲新華(1971— )，男，江蘇吳江人，研究員，碩士。

(責任審編 李付軍)