建筑材料檢測數(shù)據(jù)的不確定度控制分析

柴金錦

（杭州蕭山建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，浙江杭州 311200）

0 引言

如今我國建筑市場快速發(fā)展，各建筑工程對材料質(zhì)量要求越來越高，建筑材料作為建筑工程以及建筑行業(yè)的基礎(chǔ)，材料質(zhì)量直接關(guān)系行業(yè)發(fā)展和建筑安全。因此對建筑材料檢測及數(shù)據(jù)評估有重要地位。數(shù)據(jù)不確定度是衡量數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標。采取有效控制手段嚴格管理不確定度，能夠保證建筑材料檢測數(shù)據(jù)準確性，輔助評估材料治療。

1 建筑材料不確定度檢測的意義

檢測不確定度是表示檢測值的分散性和賦予性，和測量結(jié)果存在密切關(guān)聯(lián)，不確定度在本質(zhì)上是標準偏差，給予置信區(qū)間固定范圍。根據(jù)數(shù)據(jù)測量的特點，不確定度可以分為兩種，分符合統(tǒng)計規(guī)律的和不符合統(tǒng)計規(guī)律的兩種。符合統(tǒng)計規(guī)律的需要計算數(shù)據(jù)標準差，不符合統(tǒng)計規(guī)律的則需要詳細了解測量儀器、測量方法以及檢定證書等，通過評定分析確定測量結(jié)果的可信度。檢測不確定度根本目的在于被測量值以及被測定結(jié)果的確認，在貿(mào)易活動、日常生活以及科學技術(shù)中十分重要。測量結(jié)果決定著試驗和科研的成敗，甚至直接關(guān)系到經(jīng)濟利益和社會安全。在報告測量結(jié)果前需要對測量結(jié)果質(zhì)量進行說明，表明測量結(jié)果置信度。測量不準確度則作為定量表述測量結(jié)果質(zhì)量，在很大程度上可用性和可信性都會影響不確定度，因此在測量結(jié)果中標注不確定度，才是完整的測量報告。

與精密度、準確度和誤差不同，不確定度是評價檢測結(jié)果質(zhì)量的指標，表示被測材料質(zhì)量范圍，能夠反映不同測量誤差對測量數(shù)據(jù)的影響，反映無法分布規(guī)律和數(shù)據(jù)分散性。精密度則表示隨機誤差程度，在多次測量中和真值的接近程度。準確度表示檢測數(shù)據(jù)和真值的一致程度，反映檢測結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合。誤差是指由于人為和客觀原因造成檢測結(jié)果不準確，測量結(jié)果和真值不一致的情況以及估算情況，反映測量結(jié)果的偏離情況。可見不確定度的測量要準確辨別誤差數(shù)量。

2 檢測不確定度的原因

無論是國內(nèi)還是國外的建筑行業(yè)，對測量數(shù)據(jù)的確定都十分重要。但由于科學技術(shù)局限，還有很多數(shù)據(jù)無法確定度測量。很多建筑工程越來越重視不確定度，測量結(jié)果質(zhì)量直接關(guān)系建筑行業(yè)的利潤，判斷檢測數(shù)據(jù)是否達到合格標準。如果不確定度未得到嚴格控制，不僅會影響建筑企業(yè)的信譽，還會導(dǎo)致安全事故，甚至企業(yè)要承擔法律責任[1]。不確定度的結(jié)果會對企業(yè)決策產(chǎn)生直接影響。因此獲得測量數(shù)據(jù)后，需要嚴格控制不準確度，準確評估測量結(jié)果的正確性和可信性，從而準確判斷建筑材料的質(zhì)量。在測量不確定度時，還需要采取一系列控制措施，保證測量結(jié)果可靠性和完整性。

3 建筑材料不確定度檢測的原理和控制方法

3.1 原理

不確定度測量是為了表示被測數(shù)據(jù)的分散性，是通過測量結(jié)果相關(guān)參數(shù)表示，不確定度包括人為或儀器的不確定度，包括會引起不確定測量結(jié)果的各種原因。以鋼筋為例，鋼筋主要為圓形，鋼筋拉伸強度是拉伸試驗最大作用力和鋼筋截面積的比值，一般情況下忽略溫度和應(yīng)變率造成的影響。為了確定影響檢測結(jié)果的變量，明確不確定度測量的來源，建立準確度計算模型。在溫度等外界條件保持不變的情況下，拉伸強度可使用公式：u2crel（Rm）=u2rel（F）+4u2rel（d），其中F 表示鋼筋斷裂承受的最大拉伸力，d 表示鋼筋直徑，Rm 表示鋼筋的拉伸強度，使用該公式可以計算鋼筋的拉伸強度。

3.2 控制方法

3.2.1 檢查不確定度的來源

為保證不確定度的準確性，需要采取嚴格的控制措施。首先需要明確不確定度的來源，可以總結(jié)為：①讀取工具、儀器、儀表等器械時，出現(xiàn)人為讀數(shù)錯誤的問題，造成數(shù)據(jù)不準確；②選取的樣品并不能代表建筑材料的整體水平，樣品不具備普遍性和代表性；③儀器測量或者計量性能有所局限，造成數(shù)據(jù)測量不準確。以建筑玻璃為例，建筑玻璃進行可見光透射檢測，不確定度主要來源于儀器誤差、遮陽系數(shù)、透射比誤差引起的不確定度[2]。由于玻璃檢測結(jié)果差異性較小，儀器具有穩(wěn)定性特征，使測試結(jié)果存在重復(fù)性誤差；④計量標準值以及標準參數(shù)等不適用或不準確；⑤測量方法不合適，無法準確測量建筑材料；⑥溫度、濕度等外界環(huán)境變化過大，影響材料質(zhì)量或外形，從而造成測量不準確；⑦測量方法以及測量程序存在假定性條件等，造成測量數(shù)據(jù)不準確；⑧測量引進的數(shù)據(jù)或者參數(shù)不準確或不適用。明確上述不確定度來源后，針對性加強控制，保證不確定度合理。

3.2.2 遵守檢測控制方法

為嚴格控制不確定度需要嚴格遵守檢測方法，使用量具前需要對量具進行校正。一般情況下使用均勻分布代表儀器的不確定度，不確定度值按照檢定系統(tǒng)以及規(guī)范控制在最大誤差之內(nèi)，示值引起的不確定度要使用根號下誤差最大值評定。不確定度和誤差最大值要滿足其中一個可接受原則，擴展不確定不允許超過誤差最大值的1/3。使用任何工具前均需要進行示值的修正，確保數(shù)據(jù)測量的準確性。

3.2.3 嚴格執(zhí)行控制步驟

控制不確定度檢測，需要嚴格按照規(guī)律和規(guī)章實施操作步驟，保證操作步驟符合規(guī)范。要求檢測人員了解不確定度原理以及操作規(guī)范，熟練使用各種儀器設(shè)備，明確樣品的性質(zhì)，了解實驗過程中的環(huán)境條件。建立被測量和各分量之間的數(shù)學模型，分析不確定度分量以及性質(zhì)。再計算不確定度分量，進行評定。最后合成標準不確定度，對擴展不確定度進行評定。要矯正測量工具，避免測量過程中由于工具誤差產(chǎn)生不必要的影響[3]。其次需要保證不確定度和誤差控制在可接受范圍內(nèi)。最后使用不確定度期間需要及時修正示值。計算不確定度分量，如鋼筋直徑，可能會由于千分尺操作或讀數(shù)錯誤，造成數(shù)據(jù)誤差。因此要嚴格控制人員操作，選樣時不能故意選擇標準材料，要隨機選擇具有代表性的樣品，評估數(shù)據(jù)不確定度。以鋼筋為例，先進行不確定度分量的測量，測量直徑引入不確定度分量。已知鋼筋直徑約為1cm，不確定度主要來源于操作錯誤造成誤差，以及示值讀數(shù)錯誤造成誤差。在讀數(shù)時要使用均勻分布進行估計，將千分尺誤差控制在3 以下，如圖1 所示。

評價建筑鋼材不確定度，主要參考數(shù)據(jù)、經(jīng)驗以及規(guī)范性，評定不確定度需要對鋼材檢測全面評價，評估鋼材形狀以及尺寸，同時檢測各項參數(shù)以及成分含量。在鋼材表面檢測中，檢測不確定度可評估表面特征。表面質(zhì)量直接決定材料銷量好壞。首先確定表面信息，如直徑、橢圓度等數(shù)據(jù)，需要使用直尺等儀器測量。如長度測量，介于合格和不合格之間，需要高度重視讀數(shù)，從而保證質(zhì)量。測量前需要校準量具，提高測量結(jié)果準確性。檢測鋼材力學性能時，主要借助于拉伸試驗測試最大承受力、拉伸強度等數(shù)據(jù)。如果使用度盤指針進行測量，一般情況下最小刻度為0.1kN，最小估讀0.15kN，不確定度分布均勻。因此建議使用數(shù)字化儀表進行讀數(shù)，精確讀數(shù)，降低不確定度分量?，F(xiàn)代拉伸檢驗技術(shù)逐漸使用拉力測試機，借助于拉力傳感器結(jié)合自動控制技術(shù)，集成多種功能，能夠?qū)︿摬睦鞆姸鹊葴蚀_測量，進一步提高測量準確性。此外還會進行鋼材化學成分的測量。我國國家標準對鋼材中各項合金元素以及殘余元素進行要求，要求各元素含量應(yīng)該達到固定標準。若存在成分差異也會影響鋼材化學性能。我國明確規(guī)范材料檢測化學成分的不確定度，要求使用化學分析結(jié)合計算進行測量元素含量，檢測中使用的儀器種類較多，對于操作人員專業(yè)性要求較高，尤其是光譜分析法，需要由專業(yè)人員操作分析，從而保證檢測結(jié)果的準確性。因此需要交給第三方專業(yè)機構(gòu)進行分析，嚴格按照國家要求操作，保證檢測準確性。

圖1 建筑鋼材

4 結(jié)論

綜上所述，建筑材料檢測決定著建筑工程質(zhì)量，關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全。通過對不確定度的評定和意義的分析，提出控制不確定度測量的措施，提高不確定度評定準確度，從而保證建筑材料檢測數(shù)據(jù)的準確性，為建筑材料檢測奠定基礎(chǔ)。未來還需要進一步細化不確定度評定的規(guī)范，加強人員培訓(xùn)，并通過不確定度的分析明確建筑材料測量上存在的弊端，進一步完善建筑材料測量，滿足建筑行業(yè)的健康發(fā)展。