紙面石膏板橫向斷裂荷載檢測及不確定度評定

于 文，羅 陽，鄭維柱

（貴州省建材產品質量檢驗檢測院，貴州貴陽 550014）

0 引言

紙面石膏板是一種常見的裝飾裝修材料，芯材是建筑石膏、增強材料和外加劑等混合后澆筑成型的薄層石膏板，石膏板的兩面地粘結護面紙組成。當前貴州紙面石膏板芯材主要使用由工業廢渣生產的建筑石膏，且紙面石膏板廣泛運用在建筑裝飾裝修中，能很好地利用消納工業廢渣。特別是在磷石膏產生大省，每年可以消納大量的磷石膏，是優質資源綜合利用產品。

作為紙面石膏板重要的質量指標，斷裂荷載在產品出廠和監督抽檢均要求檢測，所以斷裂荷載的檢測精度和穩定度很重要，通過對紙面石膏板橫向斷裂荷載檢測結果不確定度分析與評定，分析影響斷裂荷載檢測結果的主要因素，可以為提高檢測精度和穩定度提供技術參考。

1 樣品檢測

1.1 檢測對象

紙面石膏板。

1.2 檢測依據

《紙面石膏板（GB/T9775—2008）》。

1.3 檢測方法

將試件利用恒溫干燥箱進行干燥，溫度為40℃，等樣品恒重后，利用干燥器將時間移動到實驗室冷卻至室溫。實驗室的環境條件為相對濕度為53%，溫度為26℃。

調整抗折試驗機兩個支座的跨距至350mm。把試件正面朝上放置于試驗機的支座上。通過抗折試驗機施加垂直向下的荷載，將試件折斷。加荷速度設定為4N/s。記錄5個試件折斷時候的荷載值。

1.4 數據處理

橫向斷裂荷載計算公式：F=F式中：F-抗折試驗機加荷過程中板材斷裂時的荷載。

以檢測結果的平均值，和單塊檢測結果中的最小值，作為報出值，精確至1N。

1.5 檢測結果

檢測結果見表1。

表1 檢測結果

2 不確定度評定

2.1 建立數學模型

評價標準使用《測量不確定度評定與表示（JJG1059.1—2012）》，根據計算公式，建立紙面石膏板樣品橫向斷裂荷載結果的數學模型，即：F=F。

2.2 測量不確定度的來源分析

就本次紙面石膏板樣品的橫向斷裂荷載檢測而言，引起不確定的因素有：①檢測紙面石膏板的橫向斷裂荷載，是選取5塊試件進行試驗，分別記錄5個試件的檢測結果。5次獨立檢測屬于重復性檢測，結果之間互不相關，屬于A類不確定度；②在進行紙面石膏板橫向斷裂荷載試驗前，利用電熱鼓風干燥箱干燥樣品，標準要求的溫度偏差為±2℃，記錄試驗環境要利用溫度濕度表記錄實驗室條件，標準要求溫度偏差±5℃，相對濕度偏差為±5%。由于測量試驗標準要求相對寬松，因此設備精準度有略微的偏差可以忽略；③紙面石膏板極易吸水，樣品的干燥和檢測如果不是在一個房間進行，樣品有可能會在搬運埋出現樣品吸水的情況，另外由于標準要求的實驗室濕度較大，控制范圍也較大，在此環境下放置至室溫，樣品依然因吸水導致強度發生變化，影響到檢測結果。因樣品吸水導致強度變化的變化為經驗值，屬于B類不確定；④紙面石膏板在進行檢測前，需要將抗折試驗機平行支桿的跨距調整為350mm，在調整過程中需要使用鋼直尺測量跨距長度，鋼直尺的讀數屬于經驗值，精度由檢定證書提供。屬于B類不確定度；⑤紙面石膏板橫向斷裂荷載的加荷設備為抗折試驗機，設備運行為電腦控制，試驗過程自動進行，設備的精度會引起不確定。設備精度由檢定證書提供，屬于B類不確定度；⑥在紙面石膏板橫向斷裂荷載進行檢測時，需要人工將抗折試驗機平行支桿的跨距調整350mm。再將冷卻好的樣品放置在抗折試驗機的平行支桿上，放置時紙面石膏板相對平行支桿的位置和紙面石膏板放置的方向，人工操作對檢測結果的影響為經驗值，屬于B類不確定度。

2.3 各來源的不確定評定

2.3.1 橫向斷裂荷載重復性試驗引起的不確定度uA F的不確定度uA（F）。

根據表1的結果，得知5次檢測中F的平均值為x-（F）=407.8（N）。

按照貝塞爾公式計算標準差：

2.3.2 加荷設備引起的不確定度ub1

抗折試驗機主要因為傳感器精度造成的不確定可控范圍度，根據校準證書得知傳感器精度的擴展不確定度U=0.43%（擴展因子k取2），加荷設備引起的不確定度為ub1=0.43%/2=0.22%。

2.3.3 長度測量時讀數和鋼直尺精度引起的不確定度ub2

要調整支座之間的跨距為350mm，需要使用鋼直尺測量兩個跨距之間的距離，會因鋼直尺的精度和讀數引起不確定度，其中：

（1）由鋼直尺精度引起的不確定度。本次試驗鋼直尺測量范圍為0～500mm，最大測量長度為500mm，校準證書上顯示鋼直尺的擴展不確定U=10μm（擴展因子k取2），以此計算標準不確定：10μm/2=5μm=0.005mm。

實際測量尺寸為350mm，因此由鋼直尺精度引起的不確定度ub2.1=0.005mm/350mm=0.001%。

（2）由讀數引起的不確定度。鋼直尺在使用讀取每個讀數的概率相等，屬于平均分布；根據鋼直尺的分度值，計算最小讀數的不確定度

實際測量尺寸為350mm，相對標準不確定度：ub2.2=0.6mm/350mm=0.174%。

由于分量彼此獨立，所以長度測量時讀數和鋼直尺精度引起的不確定度為

2.3.4 紙面石膏板樣品吸水引起的不確定度ub3

紙面石膏板樣品吸水不確定度為經驗值，紙面石膏板樣品的含水率對檢測結果影響非常大，樣品含水率越大，強度會越低，而且紙面石膏板極易吸水，如果對實驗環境控制不當，會導致紙面石膏板迅速吸水，影響檢測結果。

紙面石膏板在電熱鼓風干燥箱干燥后，需要在實驗環境下冷卻至室溫，就算嚴格按照標準要求控制實驗室環境，樣品在冷卻過程中依然會吸水，樣品吸水對結果的影響相對其他分量更大，即不確定度更大。本次檢測按照標準要求烘干樣品后，在搬運過程中將樣品放入干燥器進行搬運，并嚴格控制試驗環境，其相對標準不確定度取ub3=2%。

2.3.5 人工操作引起的不確定度ub4

本次檢測中人為因素對檢驗結果的影響主要包括對支座中心距的調整和檢測時對樣品方向的正確放置，均為經驗值。本次檢測人員為同一人，而且試驗時均嚴格按照標準操作，包括樣品狀態控制、對試驗設備調整、試驗時樣品放置，所以，人工操作引起的不確定度ub4=1%。

匯總以上不確定度分量，結果如表2所示。

表2 橫向斷裂荷載檢測中各來源不確定度

2.4 合成標準不確定度

將以上結果合成標準不確定度如下：

2.5 擴展不確定度

本次檢測擴展不確定度：擴展不確定度需要考慮擴展因子，在通常的測量中，檢測結果一般呈正態分布，置信區間包含概率約為95%，擴展因子k取2。則本次檢測擴展不確定度為u（F）=k×uc（F）=2.451%×2=4.902%。

3 結論

通過對本次紙面石膏板橫向斷裂荷載檢測結果進行不確定度的鑒定，可知引起不確定度的因素為重復性測量、樣品吸水以及對支座間跨距的準確調整和檢測時對樣品位置和方向的正確放置；對檢測結果影響較大的因素是樣品吸水和測時對樣品位置和方向的正確放置，其中最難控制因素是樣品吸水，通過嚴格按照標準要求烘干樣品、控制好試驗環境來控制樣品吸水，是提高檢測的準確度和穩定度的關鍵。