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建設管理局,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建設管理局,新疆伊犁 835000)

隨著科學技術的進步，外加劑已成為除水泥、粗細骨料、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，對判定外加劑品質的優劣起到重要的作用。根據檢測數據的統計分析、計量器具的誤差及儀器設備自身等實際情況進行類別判定，通過各因素的不確定度評定、合成、擴展，最終得出外加劑減水率不確定度，對外加劑減水率檢測結果的可信度具有指導意義，為客觀、公正評價外加劑的品質提供了有力保障。關鍵詞：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，與測量結果相聯系的參數[2]。為測量結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展過程中的必然與偶然、清晰與模糊、精確與近似之間的關系。確定性是指客觀事物聯系和發展過程中有規律的、必然的、清晰的、精確的屬性[3]；不確定度是對指定測量結果范圍的描述，在特定的置信水準內，預期地包含了實際的測量結果的范圍，不確定度是測量可靠性的一種量化的表達[4]。檢測單位應對重要檢測指標進行不確定度評定[5]。當不確定度影響對結果符合性的判定時，檢測報告中還應包括不確定度信息[6]。

外加劑作為除水泥、粗細骨料、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，對判定混凝土外加劑品質的優劣起到重要的作用。當混凝土外加劑減水率的檢測結果處于國家標準要求的臨界值時，判定混凝土外加劑品質是否合格，就需要給出外加劑檢測結果的不確定度。根據檢測數據的統計分析、計量器具的誤差及儀器設備自身等實際情況，進行類別判定，通過各因素的不確定度評定、合成、擴展，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果的可信度具有指導意義，而且為客觀、公正評價外加劑的品質提供了有力保障。本文結合本檢測機構對外加劑檢測的實際情況，對外加劑減水率的不確定度進行評定。

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》規范要求，使用標準水泥，細度模數為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2種混凝土拌和物的單位用水量，計算出檢測結果。影響混凝土立方體抗壓強度的不確定度主要因素包括：測量人員在同條件下進行重復測量引入的標準不確定度；測量設備引入的標準不確定度。

2 數學模型

將外加劑減水率檢測結果的計算公式作為數學模型[9]，即：

(1)

式中：WR為減水率，%；WO為基準混凝土單位用水量，kg/m3；W1為摻外加劑混凝土單位用水量，kg/m3。

3 儀器設備

外加劑檢測減水率所需主要儀器設備有：60 L單臥軸強制式攪拌機[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科學模型中每個相關因素分別進行A類標準不確定度與B類標準不確定度的評定，最終經過合成、擴展，得到不確定度。

5 不確定度的分量評定

通常標準不確定度評定分為A、B兩類[11]：

A類評定：采用對“觀察列進行統計分析”的方法評定標準不確定度。亦即采用統計方法進行的標準不確定度進行評定(通常采用重復測量)。

B類評定：根據過去的經驗、校準證書、生產廠的技術說明書、手冊、出版物、常識等其他信息的標準不確定度進行評定。

將影響外加劑減水率因素進行分類，見表1。

表1 影響外加劑減水率檢測結果不確定度的因素表

根據A、B兩類方法分別進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 檢測數據統計分析

為減少外加劑自身均勻性產生的影響，采用AE型引氣劑配置成1.0%溶液進行檢測。按照混凝土拌和物試驗規程要求[12]，將不摻外加劑的基準混凝土(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準水泥和粗細骨料，坍落度嚴格控制在(80±5) mm以內，整個過程中檢測人員相同，檢測結果計算按照數值修約規則與極限數值的標示和判定進行[13]。檢測結果見表2。

表2 外加劑減水率檢測結果統計表

5.1.2 檢測數據分析

依據貝塞耳公式進行標準差分析[14]，計算減水劑減水率單次測量結果的估計標準偏差，即試驗標準偏差：

(2)

減水率單次測量的標準不確定度：

(3)

減水率平均值的標準偏差：

(4)

減水率平均值標準不確定度：

(5)

5.2 B類不確定度評定

5.2.1 稱量設備的示值誤差

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

表3 儀器設備稱量原材料的對應關系及示值誤差表

5.2.2 混凝土配合比

依據GB 8076—2008《混凝土外加劑》中砂率、骨料比例等相關規定，按照JGJ55—2000《普通混凝土配合比設計》要求以絕對體積法進行計算。經9組混凝土拌和，拌制0.03 m3不摻外加劑的基準混凝土(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類標準不確定度評定

(1) 基準混凝土因稱量設備引起的不確定度

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%。

在基準混凝土中TGR-100型臺秤的相對合成標準不確定度：

(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 基準混凝土不確定度分析表

將(5)、(7)、(8)帶入公式中，基準混凝土X的合成標準不確定度為：

(9)

(2) 受檢混凝土Y因稱量設備引起的不確定度

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準不確定度：

(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準不確定度為：

(14)

5.3 減水率合成標準不確定度

外加劑減水率數學模型中包含基準混凝土單位用水量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準不確定度就由基準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]。

減水率合成標準不確定度為：

(15)

5.4 外加劑減水率擴展不確定度

擴展不確定度分為U和Up兩種。一般情況下報告擴展不確定度U。

擴展不確定度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。當取其他值時，應說明其來源。因為外加劑減水率的測定和稱量設備的使用是在重復條件下，用n次獨立測量確定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展不確定度U=1.266%。

6 結 語

擴展不確定度是被測量可能值包含區間的半寬度。擴展不確定度分為U和Up兩種，一般情況下報告擴展不確定度為U。當要求擴展不確定度所確定的區間具有接近于規定的包含概率p時，擴展不確定度用符號Up表示。本文只對擴展不確定度中的U進行評定。本文通過重復測量和對測量過程中的儀器設備的精確度所引起的誤差進行分量、合成、擴展等評定，最終得到混凝土外加劑減水率的擴展不確定度U，為檢測結果提供了置信區間。

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生測量不確定度，對測量不確定度進行評定，是為了認識誤差產生的因素。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，還存在較多的認識不足，望批評指正，以求達到共同提高的目的。

[1] 魯紹曾.國際通用計量學基本術語[M].北京：中國計量出版社,1993.

[2] 倪育才.實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：清華大學出版社,2005.

[4] MSA測量系統分析(第四版)[M/OL].[2013-04-21][2016-11-24].http://www.docin.com/p-638846705.html:49-50.

[5] 國家認可監督管理委員會.實驗室資質認定評審準則[M].北京：中國計量出版社，2006：67-69.

[6] 中國合格評定國家認可委員會.測量不確定度要求的實施指南: CNAS-GL05:2011[S/OL].[2012-09-26][2016-11-24].http://www.docin.com/p-448448471.html:1-4.

[7] 中國標準化委員會.混凝土外加劑：GB 8076-2008 [S].北京：中國標準出版社,2009.

[8] 中國建筑科學研究院.普通混凝土配合比設計規程：JGJ55-2011 [S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[9] 崔偉群.測量誤差與不確定度數學原理[M].北京：中國質檢出版社,76-79.

[10] 中國建筑科學院.混凝土試驗用攪拌機：JG3036-2009[S].北京：中國標準出版社,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] 中國建筑科學研究院.普通混凝土拌合物性能試驗方法標準：GB/T50080-2002 [S].北京：中國建筑工業出版社,2003.

[13] 國家標準管理委員會.數值修約規則與極限數值的標示和判定：GB/T8170-2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[14] 國家質量技術監督局.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量檢測、工程質量管理工作.

TV42+4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.020