陳偉，徐亦東,朱才岳

（1.浙江大學寧波理工學院土木工程實驗中心，浙江 寧波 315100；2.寧波蛟川構件有限公司，浙江 寧波 315221）

0 引言

建筑材料是一切土木建筑的基礎， 而建材的力學性能是其性能中最重要的一個方面， 抗折強度是水泥或者混凝土力學性能中需要檢測的一個重要指標，由于受到試件制備、養(yǎng)護、檢測等過程中諸多因素的影響， 檢測結果經常出現(xiàn)一定的偏差。 為了避免檢測過程中不確定性影響建筑材料的正常使用，一般需要提高相應的安全系數(shù)，從而在建筑設計、施工過程中造成建材浪費。 而對于現(xiàn)有建筑工程的力學性能檢測中， 也有可能產生一定的偏差， 進而造成安全事故隱患或者影響建筑材料充分發(fā)揮作用。 因此有必要對現(xiàn)有抗折強度檢測整個過程中對結果產生影響的各個因素加以分析，并通過實驗和計算確定其誤差來源及大小。本研究利用P·O42.5水泥為原料，根據(jù)GB/T 17671-1999標準對其28 d抗折強度進行測定，并對試件從制備到利用WEW-300萬能試驗機檢測過程中有可能產生誤差的因素進行分析，利用數(shù)學公式或者實驗數(shù)據(jù)對由之造成的不確定進行評價，為土木工程建筑設計、施工等提供一定參考數(shù)據(jù)。

1 實驗

1.1 實驗原料

P·O42.5水泥， 寧波海螺水泥股份有限公司；ISO 標準砂，廈門艾思歐標準砂有限公司；自來水；濟南試金WEW-300萬能試驗機。

1.2 實驗方法

使用P·O42.5水泥，按照水泥：砂質量比為1：3配制膠砂， 根據(jù)GB/T 17671-1999標準對膠砂抗折強度進行測定。

2 膠砂抗折強度影響因素及不確定性分析

2.1 試件尺寸

試件成型過程中，試件的寬度和高度是由模具尺寸控制，選取模具公差為±0.5 mm，所以模具引入的尺寸不確定度為：

而測試過程中，試件長度是由試驗機的下方支撐圓柱確定的，抗折試驗機支撐圓柱之間的距離L的誤差為±0.1%，而試件長度為100 mm，因此其尺寸不確定度為：

2.2 試驗壓力示值

抗折試驗機的壓力值標準誤差為±1.0%，因此其不確定度為：

根據(jù)抗折強度計算公式可以知道，試件抗折強度在測試過程中的不確定度由所受載荷，試件的b、h、L有關，因此，測量過程中的不確定度為：

經過計算，得到在測試過程中引入的不確定度為U（fm1）=1.01%。

2.3 荷載速度

根據(jù)GB/T 17671-1999標準中規(guī)定， 試件所受荷載為（2 400 ±200） N/s條件下進行，因此分別考察2 200 N/s、2 400 N/s、2 600 N/s條件下試塊的抗折強度，并確定其不確定度，結果如表1所示。

表1 荷載速度對抗折強度影響表

通過表1測得的不同荷載速度下試件的抗折強度，從中可以看出，試塊在2 400 N/s條件下的平均抗折強度為7.500 MPa， 而在2 200 N/s和2 600 N/s條件下， 試塊的平均抗折強度分別為7.533 MPa和7.433 MPa，以2 400 N/s時的平均抗折強度為標準值，計算得到在試驗荷載速度為2 200 N/s和2 600 N/s條件下的標準差為（以2 400 N/s時的算術平均值為標準值）：

根據(jù)不確定評定標準可知，S（fm）=U（fm），計算由此帶來的不確定度為：

2.4 養(yǎng)護溫度

根據(jù)GB/T 17671-1999標準中規(guī)定，養(yǎng)護溫度為（20±2）℃，因此在超級恒溫水浴箱中，分別于18 ℃、20 ℃和22 ℃養(yǎng)護溫度下的試件進行抗折強度測試，結果如表2所示。

表2 養(yǎng)護溫度對膠砂抗折強度影響表

通過表2可以看出，在不同養(yǎng)護溫度下，各自對應的抗折強度分別為：

根據(jù)不確定評定標準可知，S（fm）=U（fm），因此由養(yǎng)護溫度引起的不確定度為：

2.5 養(yǎng)護時間

根據(jù)GB/T 17671-1999標準中規(guī)定， 對于水泥試件，其28 d強度在28 d±8 h時間內進行，因此有可能帶來試件抗折強度的不確定性，分別考察不同養(yǎng)護時間條件下試件的抗折強度，結果如表3所示。

表3 養(yǎng)護時間對膠砂抗折強度影響表

通過表3可以看出，養(yǎng)護時間對試件抗折強度測量結果有一定影響，在不同養(yǎng)護時間下，采用與養(yǎng)護溫度相同處理方法， 計算出養(yǎng)護時間對試件抗折強度試驗引起的標準差為S（fm）=0.0775 MPa，由此帶來的不確定度為U（fm4）=1.03%。

2.6 密實方式

在試件制備過程中， 根據(jù)GB/T 17671-1999標準中規(guī)定，采用振實臺對試件進行密實，不過也允許用振動臺對試件進行密實， 因此考察不同密實方式對試件抗折強度的影響，結果如表4所示。

表4 密實方式對膠砂抗折強度影響表

通過表4可以看出，采用振動臺對砂漿進行密實處理，可以提高試件抗折強度，采用與養(yǎng)護溫度相似計算方法， 計算出采用振動臺密實方式對標準試驗方法帶來的標準差為：

由此帶來的不確定度為U（fm5）=2.10%。

2.7 試驗機顯示儀表誤差

本試驗機為WEW-300萬能試驗機， 顯示儀表誤差為0.3%，則有顯示儀表帶來的不確定度為：

此數(shù)據(jù)是由計算機數(shù)據(jù)采集而帶來的誤差，也可根據(jù)JJF1103-2003計量技術規(guī)范附錄B.3中規(guī)定，一個合格的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所引入的B類相對標準不確定度為0.2%，直接加以引用。

2.8 重復性測試引入的不確定度

根據(jù)GB/T 17671-1999標準中規(guī)定， 每次試驗取3個試塊進行抗折強度試驗， 本研究為測定重復性測試所引入的不確定度，在相同條件下，制備4組12塊試塊，確定其不確定度，試驗結果如表5所示。

表5 重復性測試讀數(shù)對膠砂抗折強度影響表

計算得12塊試塊的算術平均值為：

由此帶來的標準差為：

而根據(jù)不確定評定標準，S（fm）=U（fm），計算由試驗樣品引入的不確定度為：

3.9 不確定度的合成

由于不確定度各自獨立， 因此綜合不確定度為：

根據(jù)《測量不確定度評定與表示》JTF1059-1999中7.9條規(guī)定，取包含因子K=2，則其擴展不確定度為3.85%×2=7.70%。

3 結論

（1）以P·O42.5普通硅酸鹽水泥膠砂為研究對象，根據(jù)GB/T 17671-1999標準對水泥砂漿28 d抗折強度試驗中的影響因素進行分析，試驗證實試件尺寸、壓力示值、荷載速度、試件養(yǎng)護溫度、試件養(yǎng)護時間、試件密實方式、試驗機儀表誤差和取樣重復性等都對抗折強度結果準確性有影響。

（2）通過實驗和計算得出不同影響因素對水泥砂漿抗折強度不確定度的影響大小依次為：密實方式不同2.10%，養(yǎng)護溫度偏差2.07%，取樣重復性讀數(shù)偏差1.50%，荷載速度偏差1.33%，養(yǎng)護時間偏差1.03%， 測試條件偏差1.01%， 計算機數(shù)據(jù)偏差0.20%， 試驗過程中抗折強度的擴展不確定度為7.70%。