水泥3d抗壓強度不確定度評定

摘 要：根據標準《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）和《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017），進行綜合測定分析水泥3d抗壓強度不確定度。

關鍵詞：水泥；抗壓強度；不確定度文章編號：2095-4085（2024）03-0115-03

0 前言

加入適量水后可形成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結在一起的細粉狀水硬性膠凝材料，通稱為水泥。

長期以來，水泥作為一種建筑膠凝材料，在各個領域得到了廣泛的應用，很多企業對于水泥的生產與研發都在不斷地加大投入。國家對于水泥的質量監管從未停止，因為水泥質量關系到國計民生。每年的國家級、省級、市級抽檢都在繼續并擴大抽檢次數，而且對于所有建筑建成后的質量也采取終身負責制，對于生產者、銷售者和使用者都需要溯源跟蹤。由此看來，水泥的質量關系到整個社會的方方面面，也關系到國家的穩定與發展。

作為水泥質量檢測機構，每年都要對大量的水泥樣品進行檢測試驗，在檢測試驗中，對于數據的把控就顯得尤為重要。通過對水泥膠砂3d抗壓強度的不確定度的檢測評定，在數據的差異性中分析不確定度產生的原因，從而減少影響的因素或者減輕其影響程度，以提高實驗室數據的準確度。不確定度的定義是：利用可獲得的信息，表征賦于被測量量值分散性的非負參數。通俗講就是由于數據誤差不能消除，對于測量數據的不能確定的程度。它是測量數據可信程度的指標。不確定度數值越小，其數據的可信程度越大，說明實驗室能力水平越高。反之，不確定度越大，其數據的可信程度越小，說明實驗室能力水平越低。所以在檢測機構中，對于不確定度的確定就顯得尤為重要。

由于水泥成型標準GB/T 17671-2021將要正式啟用，其操作時手法與GB/T 17671-1999標準規定的操作手法有不同的地方。為了試驗數據更準確，確定新標準的操作手法對于水泥3d抗壓強度數據的穩定性有多大的影響，所以需要用新標準的方法來重新測量實驗室水泥膠砂3d抗壓強度的不確定度，從而增加試驗中數據的可信程度。

1 試驗方法

1.1 依據標準

《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）； 《測量不確定度評定和表示》GB/T 27418-2017。

1.2 檢測方法

根據《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）標準規定，以一組三個棱柱體上得到的六個抗壓強度測定儀值的平均值為試驗結果。如果六個測定值中有一個超出六個平均值的土10％時，剔除這個結果不用，再以剩下五個的平均值為結果；當剩下的五個測定值中再有超過它們平均值的土10％時，則此組數據結果作廢；當六個測定值中有兩個或兩個以上同時超出平均值的土10％時，則此組數據結果作廢［1］。

1.3 試驗條件

恒溫實驗室成型溫度（20±2）℃，相對濕度不低于50％；恒溫恒濕養護箱溫度（20±1）℃，相對濕度不低于90％，試驗養護水池水溫控制在（20±1）℃；恒溫實驗室破型溫度（20±2）℃，相對濕度不低于50％。

1.4 主要儀器設備

電子天平、水泥膠砂攪拌機、水泥膠砂振實臺、電動抗折試驗機、全自動壓力試驗機、恒溫恒濕養護箱。

2 不確定度測量

2.1 數學模型

根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋，測量結果數據的不確定度來源主要是相關試驗設備的讀數誤差（不可修正的部分）及測量數據的重復性誤差。而測量數據的重復性誤差影響因素較多，我們可建立如下的數學模型以供分析應用：

y=F+R（x1、x2、…、xn）；

y——強度實際測量值；F——相關試驗設備讀數值；R——測量重復性誤差的影響因素。

x1、x2、…、xn —各種影響量的影響因素：x1—水泥強度試驗用測試樣品、水泥強度試驗用標準砂、水泥強度試驗用水的不均勻性因素；x2—強度試驗物料配合比的偏差因素；x3—水泥強度膠砂攪拌產生的不均勻性因素；x4—水泥膠砂強度成型造成的不均勻性因素；x5—水泥強度試塊養護溫濕度的不均勻性因素；x6—水泥強度相關試驗設備加荷偏心因素；x7—水泥強度相關試驗設備加荷速度不均勻性因素；x8—水泥強度相關試驗設備本身的重復性誤差影響因素；x9—水泥強度試塊之間的誤差因素；x10—水泥強度人為操作的不一致性影響因素；x11—水泥強度抗折試驗時試體破損影響因素；x12—水泥強度成型用蓋板對試塊的影響因素；x13—其它未知因素的影響情況。

根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）測量原理，結合各種影響因素，我們把總的不確定度可以設為：

u2c（y）=u2（R）+u2（a）+u2（b）+u2（c）。

2.2 不確定度源分析及分量評定

2.2.1 成型試塊u（R）的評定

根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017），R的各因素影響多而且復雜。我們把水泥樣品按標準操作成型，然后按標準要求到指定的齡期進行破型，通過壓力試驗機的觀測數值讀數，通過A類評定進行水泥試塊的不確定度評定，讓各個因素同時起作用，通過用試驗數據來評定它的綜合影響。做重復性試驗，攪拌10鍋水泥膠砂，然后成型，每鍋產生6塊試驗試塊，得到m=10組試體，每組n=6個試塊試驗結果，共產生m×n=60個試驗數據（見表1）。

我們合并樣本標準偏差，然后根據《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）標準得到公式：

∑6i=1∑10j=1（Rij-R—）2）mn（mn-1），

i=1，2，3……6（n）， j=1，2，3……10（m）。

代入相應的試驗數據，得到s（R—）=0.12MPa，故u（R）=s（R—）=0.12MPa，R—=35.0MPa。

2.2.2 壓力試驗設備校準說明書不確定度u（a）評定

根據《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）標準的解釋，壓力試驗設備校準說明書的不確定度屬于B類不確定度。所以根據標準規定，標準不確定度通過將該不確定度除以對正態分布的包含因子來得到。所以根據壓力試驗設備檢定證書可以得到：ΔR=0.3%×R—，R—=35.0MPa，∴ΔR=0.10 MPa。取正態分布k=2，根據《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）標準要求可以得到：u（a）=ΔR2=0.102=0.05MPa。

2.2.3 壓力試驗設備準確度等級不確定度u（b）評定

壓力試驗機最大荷載為300kN，其準確等級為1級，其準確度為±1%，所以可以確定估值誤差的范圍落在-1%到1%之間的概率為1，而估值落在-1%到1%之外的概率為0［2］。可以得到：ΔF=1%×R—=0.35MPa，R—=35.0MPa。根據《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）標準要求可以得到：取矩形分布，所以u（b）= ΔF3=0.353=0.20MPa。

根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）關于不確定度分量的解釋，用以上方法得到的不確定度分量對測量結果的不確定度貢獻較大時，為謹慎起見，需要獲得其他數據來進一步研究，從而進一步的論證不確定度分量的影響。根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋，在實際概率分布中這種階躍式不連續函數通常是不符合的，很多情況是靠近邊界的數值要比靠近中點的數值要少，所以用對稱梯形分布來代替矩形分布。當梯形上頂部為0時，數值分布變為三角分布，所以根據公式u（b）=ΔF6=0.356=0.14MPa。

根據以上兩種分布所得到的數值來看，數據還是有一定差距的，根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋我們可以看到，兩種計算方式都是對的，只是對于數值的分布情況存在差異。在這里我們還是選擇矩形分布，雖然數值影響較大，但是在沒有太多數據佐證的情況下還是取更大分布區域的矩形分布，選擇u（b）= ΔF3=0.353=0.20MPa。

2.2.4 數字顯示儀器的分辨力u（c）評定

根據標準《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）規定， 數值修約到0.1MPa。于是根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋，我們可以理解為數值修約產生的不確定度為u（c）=0.290.1=0.029 MPa。

3 合成標準不確定度評定

由于各影響量之間相互獨立，根據以上各個影響分量的評定，可以合成水泥膠砂3天抗壓強度標準不確定度，帶入相應的數據我們可以得到以下公式：

uc（y）=u2（R）+u2（a）+u2（b）+u2（c）=0.122+0.052+0.202+0.0292=0.24 MPa

4 擴展不確定度評定

根據標準《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017）的解釋取包含概率為95.45%，包含因子k=2，則水泥膠砂3d抗壓強度擴展不確定度并代入數據：

U=kuc（y）=20.24=0.48 MPa

5 結語

根據標準《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-2021）和《測量不確定度評定和表示》（GB/T 27418-2017），我們得到水泥膠砂3d抗壓強度的標準不確定度為0.24MPa，取包含概率為95.45%，包含因子k=2，則擴展不確定度為0.48MPa。由以上數據可以看出，影響水泥3天抗壓強度的標準不確定度的影響因素主要是壓力試驗機的精度，其次是試塊的重復性檢測數值穩定性。那么在以后的改進中我們可以把壓力試驗機的精度提高，還有在試驗中注意影響試塊強度數據穩定性的因素，在以后的試驗中讓試驗示值更穩定。

參考文獻：

［1］GB/T 17671-2021，水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）［S］.

［2］GB/T 27418-2017，測量不確定度評定和表示［S］.