常见建材检测中的误差分析与数据处理

◎ 浙江大经建设股份有限公司 许志斌

0 引言

从事工程质量检测的有关人员，对于日常检测中所遇到的面广量大的建筑材料检测，应将其作为房屋质量检测的重要基础工作来对待，从思想上重视它，技术上严格把关，控制试验过程各环节的误差，科学地进行数据处理，从而客观、科学、公正地开展房屋质量检测工作。其建筑材料检测试验的重要性在于：一是按国家有关质量试验标准，应用科学技术手段，取得代表质量特征的有关数据；二是作为施工依据和全面、客观、准确反映工程质量的真实水平，以期达到管理、控制工程质量和正确评价工程质量的目的；三是保证工程建设的安全性、合理性以及降低成本。

1 误差分析

根据误差产生的原因与性质，常分为系统误差、过失误差和偶然误差三类。

1.1 系统误差

常因试验方法不正确或限于试验条件无法消除的因素造成，系统误差有一定的规律，当对量测数据进行判别，发现有系统误差后，可根据其规律找出原因，通过改进试验方法，加强仪器仪表的检定等手段消除产生系统误差的因素；对于一些限于试验条件，无法消除的系统误差，需引入修正值对量测数据进行修正。从数据上看，常见的系统误差有固定与变化两类，固定的系统误差是在整个量测数据中始终存在一个符号不变的固定数字偏差，如试验机的零点飘移，就会产生这种固定的系统误差；变化的系统误差可能是由于变化的外界条件所致，如水泥试验时对温、湿度的要求就是基于这种原因，要求水泥试验室温控制在18 ～22℃，相对湿度大低于50% ，样品、拌和水 、设备和工具的温度保持与室温一致，养护箱温度20±1 ℃，相对湿度不低于 90% ，养护试件水温控制在 20±1 ℃ 等等，这些要求都是为了提高试验的稳定性与准确度，减少系统误差。不变的系统误差往往不易从数据中发现，只能用几种不同的量测方法或同时用几种量测仪器对同一量测对象进行测定，从而对量测数据进行校核；对于变化的系统误差，依据数据前后顺序进行分析其偏差规律，判断是否存在周期性的变化或累进的规律，分析其产生的因素，进而作出相应的处理。

1.2 过失误差

过失误差又名“粗差”，主要是由于试验者粗心大意所致，如读错仪表刻度、记录错误等等。此类误差数值很大，使试验结果显然与事实不符，必须从量测数据中剔除。一般情况下，可凭经验来剔除过失误差，但带有较大的主观因素，较好的方法是利用偶然误差的正态分布理论，选择一个鉴别值去和各个测定值的偏差进行比较，按照正态分布规律，绝对值越大的误差出现的概率越低，而且其数值不会超过某一范围。

1.3 偶然误差

由于大量的、未被控制或因控制代价太大而不加控制的微小因素影响，使量测值在最后一位数字上总存在差异，由此引起的误差叫偶然误差。引起偶然误差的原因有偶然因素对量测仪表的影响如电源电压不稳、仪表内部摩擦间隙等的不规则变化、测试人员对仪表末位数的估计得不准确以及周围环境条件的干扰等等。偶然误差带有随机性质，无法从试验方法上加以防止，它们服从正态分布的统计规律，因此又称随机误差。在量测数据中剔除了过失误差并尽可能地消除和修正了系统误差之后，剩下的主要是偶然误差，量测误差分析就是对偶然误差的大小进行估计以便确定测定值的误差。

2 数据处理

2.1 数据处理的三个参数

由于测定值是真值与误差之和，误差是随机变量，导致测定值也是随机变量，反映随机变量有三个重要的统计特征数：算术平均值(也称“数学期望”) 、标准误差和变异系数。下面就介绍一下这三个参数：

样本(数据即测量值) 的均值是表示数据的集中位置，通常用算术平均值作为均值因误差有正有负，因此求均值后，正负误差消去了一部分，从而显露了试验数据的真实面貌，所以算术平均值的作用就是消除数据中的一些局部的、随机的波动，表征了数据的集中位置。

(2)标准误差 S：

标准误差又称样本均方差、标准离差、标准差。算术平均值是一组数据的重要标志，它反映了随机变量的平均状况，但仅仅知道样本均值是不够的，要了解测量值在算术平均值附近的分散和偏差程度，通过标准误差就能反映出来，S值越大，数据离散性就越大，反之 S值越小，数据离散性就越小。

如果两组同性质的数据标准误差相同，则可知两组数据各自围绕其均值的偏差程度相同，它与两个均值大小是否相同无关，而实际上考虑相对偏差是很重要的，而变异系数正是表示了标准误差与算术平均值的比值，通常用于衡量数据的相对偏差程度。

2.2 结果评定方式

由于建材材性及试件制作、几何尺寸等因素造成的变化，使得建材试验时样本数据存在一定的离散性，为了正确评价其物理力学性能，应在误差分析的基础上，根据不同的试验对象及标准要求，确定不同的数据处理方法，都是根据相应的试验标准而定。例如混凝土立方体抗压强度： 以三个试件的算术平均值为该组试件的抗压强度，三个试件中最大值或最小值如有一个与中间值的差值超过中间值的15%，则把最大值及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值，如两测试值与中间值相差均超15%时，则此组试验结果无效。其试验结果评定时需结合现行相关试验标准而定。

3.建筑材料检测数据处理系统结构建立

建筑材料检测数据处理系统由若干个子系统(每种材料为一个子系统)组成，每个子系统又由原始检测数据输入界面(原始记录表) 、数据处理模块、检测结果输出界面(检测报告表) 、数据库、查询模块等组成。工程中常用的建筑材料检测数据处理系统一般由常用水泥、砂、石子、钢筋原材、混凝土立方体抗压强度、砂浆立方体抗压强度 、回弹法检测混凝土抗压强度、钻心法检测混凝土抗压强度等子系统组成。 随着生产的发展和先进科技的不断涌现，国家规范和标准不断在修订，建筑材料检测数据处理系统也相应地在修改相关内容，进行版本升级。建筑材料检测数据处理系统的研发与应用，不仅可大幅度提高材料检测人员的工作效率，把他们从繁杂和枯燥的运算、查表取值、查表对比判断等工作中解脱出来，而且对本行业出具检测报告的格式和内容的规范化和标准化、检测结果信息的数字化管理与网上传输，使工程质量监督和监理部门更及时有效地监控在建工程项目的施工质量具有深远的现实意义。

4.结束语

从误差分析、数据处理及检测数据处理系统的建立等三方面作了简要分析与说明。对建筑物常用建筑材料的测试，是依据国家颁布的标准、规范规程用数据来反映出来的，故必须对试验数据进行处理与修约，以求最大限度地克服误差对试验结果的影响，使数值更接近于“真值”，从而保证建筑材料测定的准确性；同时要实现试验数据的客观科学性，还应从试验方法、仪器、人员、操作等多方面加强工作，方能保证试验数据达到客观、科学、公正的要求，从而更好地为建筑质量检测服务。