外加剂减水率测量不确定度评定

李 鹏

(新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆伊犁 835000)

外加剂减水率测量不确定度评定

李 鹏

(新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆伊犁 835000)

随着科学技术的进步，外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺和料及水以外的第5种必备材料。减水率作为检测外加剂的一项重要指标，对判定外加剂品质的优劣起到重要的作用。根据检测数据的统计分析、计量器具的误差及仪器设备自身等实际情况进行类别判定，通过各因素的不确定度评定、合成、扩展，最终得出外加剂减水率不确定度，对外加剂减水率检测结果的可信度具有指导意义，为客观、公正评价外加剂的品质提供了有力保障。关键词：外加剂；减水率；不确定度

0 前 言

测量不确定度[1](uncertainty of measurement)，它是表征合理地赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数[2]。为测量结果给出的被测量估计值的可能误差的量度。确定与不确定揭示和反映事物变化发展过程中的必然与偶然、清晰与模糊、精确与近似之间的关系。确定性是指客观事物联系和发展过程中有规律的、必然的、清晰的、精确的属性[3]；不确定度是对指定测量结果范围的描述，在特定的置信水准内，预期地包含了实际的测量结果的范围，不确定度是测量可靠性的一种量化的表达[4]。检测单位应对重要检测指标进行不确定度评定[5]。当不确定度影响对结果符合性的判定时，检测报告中还应包括不确定度信息[6]。

外加剂作为除水泥、粗细骨料、掺和料及水以外的第5种必备材料，减水率是混凝土外加剂检测的一项重要指标，对判定混凝土外加剂品质的优劣起到重要的作用。当混凝土外加剂减水率的检测结果处于国家标准要求的临界值时，判定混凝土外加剂品质是否合格，就需要给出外加剂检测结果的不确定度。根据检测数据的统计分析、计量器具的误差及仪器设备自身等实际情况，进行类别判定，通过各因素的不确定度评定、合成、扩展，最终得出外加剂减水率不确定度，不仅对外加剂减水率检测结果的可信度具有指导意义，而且为客观、公正评价外加剂的品质提供了有力保障。本文结合本检测机构对外加剂检测的实际情况，对外加剂减水率的不确定度进行评定。

1 引起不确定度的各种因素

外加剂减水率检测，按照GB 8076—2008《混凝土外加剂》规范要求，使用标准水泥，细度模数为2.6～2.9的中砂，粒径为(5～10)、(10～20) mm的骨料[7]，外加剂检测使用配合比按绝对体积法进行计算[8]。分别拌和不掺外加剂(A)与掺外加剂(B)的2种混凝土，2种混凝土拌和物的坍落度均满足(80±10) mm要求，根据2种混凝土拌和物的单位用水量，计算出检测结果。影响混凝土立方体抗压强度的不确定度主要因素包括：测量人员在同条件下进行重复测量引入的标准不确定度；测量设备引入的标准不确定度。

2 数学模型

将外加剂减水率检测结果的计算公式作为数学模型[9]，即：

(1)

式中：WR为减水率，%；WO为基准混凝土单位用水量，kg/m3；W1为掺外加剂混凝土单位用水量，kg/m3。

3 仪器设备

外加剂检测减水率所需主要仪器设备有：60 L单卧轴强制式搅拌机[10]；TGT-100型台秤，示值误差±50 g；AGT-10型案秤，示值误差±5 g；JA12002型电子天平，示值误差±0.01 g。

4 不确定度的组成及表示

不确定度由各分量不确定度组成，最后合成不确定度。不确定度的组成是根据科学模型中每个相关因素分别进行A类标准不确定度与B类标准不确定度的评定，最终经过合成、扩展，得到不确定度。

5 不确定度的分量评定

通常标准不确定度评定分为A、B两类[11]：

A类评定：采用对“观察列进行统计分析”的方法评定标准不确定度。亦即采用统计方法进行的标准不确定度进行评定(通常采用重复测量)。

B类评定：根据过去的经验、校准证书、生产厂的技术说明书、手册、出版物、常识等其他信息的标准不确定度进行评定。

将影响外加剂减水率因素进行分类，见表1。

表1 影响外加剂减水率检测结果不确定度的因素表

根据A、B两类方法分别进行外加剂减水率不确定度的评定。

5.1 A类不确定度评定

5.1.1 检测数据统计分析

为减少外加剂自身均匀性产生的影响，采用AE型引气剂配置成1.0%溶液进行检测。按照混凝土拌和物试验规程要求[12]，将不掺外加剂的基准混凝土(X)和掺外加剂的受检混凝土(Y)分别与减气剂拌和，每拌和1次为1组，每次拌和0.03 m3，共拌和9组。X、Y两种混凝土拌和物均采用相同的标准水泥和粗细骨料，坍落度严格控制在(80±5) mm以内，整个过程中检测人员相同，检测结果计算按照数值修约规则与极限数值的标示和判定进行[13]。检测结果见表2。

表2 外加剂减水率检测结果统计表

5.1.2 检测数据分析

依据贝塞耳公式进行标准差分析[14]，计算减水剂减水率单次测量结果的估计标准偏差，即试验标准偏差：

(2)

减水率单次测量的标准不确定度：

(3)

减水率平均值的标准偏差：

(4)

减水率平均值标准不确定度：

(5)

5.2 B类不确定度评定

5.2.1 称量设备的示值误差

外加剂检测减水率时，需拌制混凝土，在各项原材料进行称量时，因原材料称量精度不同而使用不同的称量设备，由称量仪器设备示值误差所引起的不确定度在此进行B类不确定度评定。仪器设备称量原材料的对应关系及示值误差见表3。

表3 仪器设备称量原材料的对应关系及示值误差表

5.2.2 混凝土配合比

依据GB 8076—2008《混凝土外加剂》中砂率、骨料比例等相关规定，按照JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计》要求以绝对体积法进行计算。经9组混凝土拌和，拌制0.03 m3不掺外加剂的基准混凝土(X)平均材料用量见表4，拌制0.03 m3掺外加剂的受检混凝土(Y)平均材料用量见表5。

表4 基准混凝土(X)拌和0.03 m3的平均材料用量表

表5 受检混凝土(Y)拌和0.03 m3的平均材料用量表

5.2.3 B类标准不确定度评定

(1) 基准混凝土因称量设备引起的不确定度

1) 分量1：TGT-100型台秤，不确定度为:

(6)

其相对不确定度分别为：

① 28.868/9300=0.310%；

② 28.868/22510=0.128%；

③ 28.868/13520=0.214%；

④ 28.868/20280=0.142%。

在基准混凝土中TGR-100型台秤的相对合成标准不确定度：

(7)

2) 分量2：AGT-10型案秤，不确定度为:

其相对不确定度为：

2.887/5 574=0.052%

(8)

3) 基准混凝土X拌和物用水量不确定度的组成分析，见表6。

表6 基准混凝土不确定度分析表

将(5)、(7)、(8)带入公式中，基准混凝土X的合成标准不确定度为：

(9)

(2) 受检混凝土Y因称量设备引起的不确定度

1) 分量1：TGT-100型台秤，不确定度为:

(10)

其相对不确定度分别为：

① 28.868/9300=0.310%；

② 28.868/20850=0.138%；

③ 28.868/13620=0.212%；

④ 28.868/20440=0.141%。

在受检混凝土中，TGR-100型台秤的相对合成标准不确定度：

(11)

2) 分量2：AGT-10型案秤，不确定度为：

其相对不确定度为：

2.887/5151=0.056%

(12)

3) 分量3：JA12002型电子天平，不确定度为:

其相对不确定度为：

0.006/38.7=0.016%

(13)

4) 受检混凝土拌和物用水量不确定度的组成分析，见表7。

表7 受检混凝土不确定度分析表

将(5)、(11)、(12)、(13)带入公式中，受检混凝土的合成标准不确定度为：

(14)

5.3 减水率合成标准不确定度

外加剂减水率数学模型中包含基准混凝土单位用水量WO和受检混凝土单位用水量W1，因此外加剂减水率的合成标准不确定度就由基准混凝土的不确定度与受检混凝土的不确定度2部分组成[15]。

减水率合成标准不确定度为：

(15)

5.4 外加剂减水率扩展不确定度

扩展不确定度分为U和Up两种。一般情况下报告扩展不确定度U。

扩展不确定度U由合成不确定度uc乘以包含因子k得到[16]。

U=kuc

(16)

在通常的测量中，一般取k=2。当取其他值时，应说明其来源。因为外加剂减水率的测定和称量设备的使用是在重复条件下，用n次独立测量确定1个被测量值，对测量值和合成不确定度uc所表征的概率分布可近似为正态分布，取包含因子k=2，把uc=0.633%代入式(16)得到外加剂减水率的扩展不确定度U=1.266%。

6 结 语

扩展不确定度是被测量可能值包含区间的半宽度。扩展不确定度分为U和Up两种，一般情况下报告扩展不确定度为U。当要求扩展不确定度所确定的区间具有接近于规定的包含概率p时，扩展不确定度用符号Up表示。本文只对扩展不确定度中的U进行评定。本文通过重复测量和对测量过程中的仪器设备的精确度所引起的误差进行分量、合成、扩展等评定，最终得到混凝土外加剂减水率的扩展不确定度U，为检测结果提供了置信区间。

有检测就会有误差，对误差的识别及其后的修正不可能完全精确，这种不精确性的本身将会产生测量不确定度，对测量不确定度进行评定，是为了认识误差产生的因素。在不确定度评定的过程中，本人对影响外加剂减水率检测的因素考虑不够全面，分析较为浅薄，还存在较多的认识不足，望批评指正，以求达到共同提高的目的。

[1] 鲁绍曾.国际通用计量学基本术语[M].北京：中国计量出版社,1993.

[2] 倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国计量出版社,2009.

[3] 刘宝碇,彭锦.不确定度理论教程[M].北京：清华大学出版社,2005.

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

[5] 国家认可监督管理委员会.实验室资质认定评审准则[M].北京：中国计量出版社，2006：67-69.

[6] 中国合格评定国家认可委员会.测量不确定度要求的实施指南: CNAS-GL05:2011[S/OL].[2012-09-26][2016-11-24].http://www.docin.com/p-448448471.html:1-4.

[7] 中国标准化委员会.混凝土外加剂：GB 8076-2008 [S].北京：中国标准出版社,2009.

[8] 中国建筑科学研究院.普通混凝土配合比设计规程：JGJ55-2011 [S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[9] 崔伟群.测量误差与不确定度数学原理[M].北京：中国质检出版社,76-79.

[10] 中国建筑科学院.混凝土试验用搅拌机：JG3036-2009[S].北京：中国标准出版社,2009.

[11] 李金海.误差理论与测量不确定度评定[M].北京：中国计量出版社, 2007.

[12] 中国建筑科学研究院.普通混凝土拌合物性能试验方法标准：GB/T50080-2002 [S].北京：中国建筑工业出版社,2003.

[13] 国家标准管理委员会.数值修约规则与极限数值的标示和判定：GB/T8170-2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[14] 国家质量技术监督局.测量不确定度评定与表示：JJF1059.1-2012 [S].北京:中国计量出版社,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

李鹏(1981- )，男，山东省昌乐县人，工程师，主要从事水利水电工程质量检测、工程质量管理工作.

TV42+4

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.020