梁勝

(吉首市海昇交通建設(shè)有限責(zé)任公司， 湖南 吉首 416000)

瀝青作為瀝青砼最重要的原材料，其性能優(yōu)劣直接決定瀝青砼道路的使用性能。瀝青針入度作為瀝青流變性能的顯示指標(biāo)，其檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度直接影響試驗(yàn)人員對(duì)瀝青性能的判定。近年來(lái)很多學(xué)者對(duì)瀝青針入度試驗(yàn)的不確定度進(jìn)行了分析，如陳柏年對(duì)瀝青針入度試驗(yàn)的誤差來(lái)源進(jìn)行系統(tǒng)闡述，并進(jìn)行了測(cè)量不確定度計(jì)算；劉璐等通過(guò)儀器的精度允許誤差限值對(duì)瀝青針入度儀校準(zhǔn)的不確定度進(jìn)行了分析；武冬生等對(duì)一臺(tái)針入度試驗(yàn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)分析，考慮校準(zhǔn)儀器使用的標(biāo)準(zhǔn)器精度誤差，闡述了儀器各參數(shù)所引入的不確定度分量。該文采用A類(lèi)不確定度評(píng)定方法，對(duì)瀝青針入度儀的控制指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)分析，計(jì)算各指標(biāo)引入的不確定度分量，并進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，導(dǎo)出除瀝青針入度儀外的不確定度分量。

1 瀝青針入度試驗(yàn)儀器和原理

瀝青針入度試驗(yàn)采用符合JJG(交通) 067—2015《瀝青針入度試驗(yàn)儀》要求的瀝青針入度試驗(yàn)儀，試驗(yàn)儀主要包含示值系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)針、盛樣皿、恒溫水箱、溫度計(jì)等。

試驗(yàn)方法：采用一根具有特定形狀的標(biāo)準(zhǔn)針，標(biāo)準(zhǔn)針具有特定的質(zhì)量，在連接桿和砝碼作用下豎直沉入恒溫(25 ℃)的標(biāo)準(zhǔn)瀝青試樣中，下沉?xí)r間為5 s，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)針沉入瀝青的針入度值，一個(gè)針入度值對(duì)應(yīng)0.1 mm。重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，取算術(shù)平均值作為瀝青的針入度值。

2 試驗(yàn)參數(shù)概要

(1) 依據(jù)：GB/T 4509—2010《瀝青針入度測(cè)定法》；JJG(交通)067—2015《瀝青針入度試驗(yàn)儀》。

(2) 示值系統(tǒng)參數(shù)：量程0～400個(gè)針入度值，精度值0.1 mm，誤差控制為1個(gè)針入度值。

(3) 標(biāo)準(zhǔn)針參數(shù)：針體長(zhǎng)度50 mm，允許誤差1 mm；針體直徑1 mm，允許誤差0.05 mm；針柄長(zhǎng)度38 mm，容許誤差1 mm；針總質(zhì)量25 g，允許誤差0.05 g；針連桿質(zhì)量47.5 g，允許誤差0.05 g。

(4) 計(jì)時(shí)設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)：采用電子裝置，時(shí)間精度控制值為0.1 s。

(5) 恒溫裝置參數(shù)：采用恒溫水槽，水槽容積大于10 000 mL，水槽恒定溫度控制精度為0.1 ℃。

3 誤差分析

根據(jù)瀝青針入度試驗(yàn)的試驗(yàn)儀器、材料參數(shù)和試驗(yàn)人員操作過(guò)程將試驗(yàn)誤差分為兩類(lèi)：

(1) 瀝青針入度儀裝置及材料性能誤差，包括儀器位移示值轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的誤差ΔL、儀器設(shè)定針的下沉?xí)r間誤差Δt、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤差ΔT1、恒溫水箱溫度穩(wěn)定性引入的誤差ΔT2及儀器中針、連桿與配重砝碼變化引入的誤差Δm。

(2) 試驗(yàn)人員自身觀測(cè)能力引入的誤差，包括試驗(yàn)人員將針與瀝青表面接觸距離誤差ΔZ1、試驗(yàn)人員所選定的針沉入點(diǎn)不同引入的誤差ΔZ2。

4 試驗(yàn)儀器不確定度的參數(shù)分析

4.1 參數(shù)分析方法

采用A類(lèi)不確定度評(píng)定方法進(jìn)行分析?？紤]到試驗(yàn)次數(shù)的有限性，利用有限次試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)近似反映試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)差。采用貝塞爾法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，公式如下：

(1)

4.2 儀器位移示值轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的不確定度參數(shù)分析

用相對(duì)不確定度表示，瀝青針入度試驗(yàn)中假定實(shí)際測(cè)量距離為4.5 mm，則Ur(L)=0.007 6/4.5=0.001 69。

假定試驗(yàn)中瀝青針入度測(cè)量值為45 (0.1 mm)，則儀器位移示值轉(zhuǎn)換系統(tǒng)引入的不確定度分量U(L)=0.001 69×45=0.076 (0.1 mm)。

4.3 儀器設(shè)定針下沉?xí)r間的不確定度參數(shù)分析

用相對(duì)不確定度表示，瀝青針入度試驗(yàn)中針下沉?xí)r間為5 s，則Ur(t)=0.006 3/5=1.26×10-3。

假定試驗(yàn)中瀝青針入度測(cè)量值為45 (0.1 mm)，則針的下沉?xí)r間引入的不確定度分量U(t)=1.26×10-3×45=0.056 7 (0.1 mm)。

4.4 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不確定度參數(shù)分析

用相對(duì)不確定度表示，則Ur(T)=0.011 8/25=4.72×10-4。

假定試驗(yàn)中瀝青針入度測(cè)量值為45 (0.1 mm)，則溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引入的不確定度分量U(T)=4.72×10-4×45=0.021 24 (0.1 mm)。

4.5 標(biāo)準(zhǔn)針、連桿、配重砝碼的不確定度參數(shù)分析

以相對(duì)不確定度表示，則Ur(M)=0.000 46/100=4.6×10-6。

假定試驗(yàn)中瀝青針入度測(cè)量值為45 (0.1 mm)，則針、連桿與配重砝碼的總質(zhì)量引入的不確定度分量U(M)=4.6×10-6×45=2.07×10-4(0.1 mm)。

4.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

0.097 2

4.7 擴(kuò)展不確定度

取置信率為95%，包含因子為1.96，擴(kuò)展不確定度U=1.96×0.097 2=0.190 5。

5 瀝青針入度重復(fù)性試驗(yàn)

選用性能穩(wěn)定的瀝青，由有資質(zhì)的試驗(yàn)員制作瀝青針入度標(biāo)準(zhǔn)試樣，在同一試驗(yàn)環(huán)境下在短時(shí)間內(nèi)完成瀝青針入度的重復(fù)性試驗(yàn)。完成6組試驗(yàn)，每組進(jìn)行3次檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 25 ℃下針入度試驗(yàn)結(jié)果

按式(1)計(jì)算各組試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差，取其平均值，得到試驗(yàn)重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差為：

S=σ=

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ua=S=0.33。取置信率為95%、包含因子為1.96，擴(kuò)展不確定度U=1.96×0.33=0.646 8。

6 結(jié)論

(1) 瀝青針入度試驗(yàn)中針入度儀各參數(shù)的不確定度分量為：示值轉(zhuǎn)換系統(tǒng)U(L)=0.076 (0.1 mm)；針的下沉?xí)r間U(t)=0.056 7 (0.1 mm)；溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)U(T)=0.021 24 (0.1 mm)；針、連桿與配重砝碼的總質(zhì)量U(M)=2.07×10-4(0.1 mm)。

(2) 瀝青針入度試驗(yàn)中針入度儀合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度UC=0.097 2；擴(kuò)展不確定度為0.190 5，包含因子取1.96。

(3) 重復(fù)性試驗(yàn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ua=0.33；擴(kuò)展不確定度為0.646 8，包含因子取1.96。

(4) 已知重復(fù)性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ua和由儀器引入的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度UC，則由試驗(yàn)人員自身觀測(cè)能力引入的不確定度UB=UC-Ua=0.232 8。

(5) 瀝青針入度試驗(yàn)不確定度的主要來(lái)源為試驗(yàn)人員自身的觀測(cè)能力；瀝青針入度儀對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較小。