黃虎剛

(上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司 湖南分公司，湖南 長沙 410116)

瀝青性能優(yōu)劣決定瀝青砼的穩(wěn)定性、耐久性等性能，而軟化點是反映瀝青穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標。近年來很多學者對瀝青軟化點試驗進行了研究分析，如郝樹偉采用不確定度B類判定方法對瀝青軟化點試驗各參數(shù)容許誤差的不確定度進行了評定；張艷秋等研究了超高軟化點瀝青的軟化點測試方法；豆曉娟通過試驗對比分析了各試驗參數(shù)對瀝青軟化點測試結(jié)果的影響；陳金明對瀝青延度儀的測量值進行了不確定度分析；曹恒濤分析了人員、儀器、環(huán)境、操作方法等對瀝青路面滲水系數(shù)測試的影響，對測試結(jié)果進行了不確定度評定。該文采用A類不確定度評定方法，選取低軟化點瀝青試樣，結(jié)合瀝青軟化點儀控制指標進行參數(shù)分析，考慮標準檢測設(shè)備自身誤差，得出各參數(shù)指標誤差引入的相對不確定值，評定瀝青軟化點試驗測量不確定度。

1 瀝青軟化點試驗儀器和原理

瀝青軟化點試驗(環(huán)球法)采用達到JJG(交通)057—2017《瀝青軟化點試驗儀檢定規(guī)程》要求的瀝青軟化點試驗儀，試驗儀主要包含鋼球和鋼球定位器、玻璃燒杯、加熱器、測溫及顯示系統(tǒng)、肩環(huán)及支撐板、溫度計等。

瀝青軟化點試驗按JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行，步驟如下：1)將已裝好試樣的試樣環(huán)及底板、鋼球及定位環(huán)、金屬支架放入恒溫水槽中15 min以上，水槽水溫為(5±0.5)℃；2)將水槽中試樣環(huán)安放在支架圓孔中，安裝定位環(huán)；3)將環(huán)架放入裝有溫度為(5±0.5)℃的蒸餾水的燒杯中，將燒杯放置到墊有石棉網(wǎng)的加熱裝置上；4)將鋼球放在試樣中間位置，開始加熱，使燒杯水溫在3 min內(nèi)的上升速度為(5±0.5)℃/min；5)瀝青試樣受熱軟化并逐漸下墜，讀取試樣與下層底板接觸時水溫，控制讀數(shù)精度在0.5 ℃。

2 試驗參數(shù)

(1)鋼球參數(shù)。直徑9.53 mm，容許誤差0.02 mm；質(zhì)量 3.5 g，容許偏差0.05 g。

(2)肩環(huán)參數(shù)。肩環(huán)上徑19.80 mm，容許誤差0.10 mm；肩環(huán)下徑15.90 mm，容許誤差0.10 mm；肩環(huán)高度6.40 mm，容許誤差0.10 mm。

(3)肩環(huán)底面與下落高度基準線垂直距離參數(shù)。垂直距離25.00 mm，容許誤差0.40 mm。

(4)溫度計。量程0～100 ℃，分度值0.5 ℃。

3 誤差分析

根據(jù)試驗儀器、材料參數(shù)和試驗人員操作過程將試驗誤差分為兩類：

第一類為瀝青軟化點試驗儀器及材料性能誤差，包括儀器中鋼球質(zhì)量誤差Δm和直徑誤差Δr、肩環(huán)尺寸誤差ΔL(包含肩環(huán)上徑誤差ΔL1、肩環(huán)下徑誤差ΔL2和肩環(huán)高度誤差ΔL3)、肩環(huán)底面與下落高度基準線垂直距離誤差Δh、溫度監(jiān)測系統(tǒng)誤差ΔT。

第二類為試驗人員自身觀測能力引入的誤差，包括試樣表面平整度差異引入的誤差ΔZ1、觀測溫度計讀數(shù)不同引入的誤差ΔZ2。

4 試驗儀器不確定度的參數(shù)分析

4.1 參數(shù)分析方法

采用A類不確定度分析方法進行參數(shù)分析。由于試驗人員自身觀測能力引入的誤差無法量化，主要針對第一類試驗誤差進行不確定度分析。考慮試驗次數(shù)的有限性，利用有限次試驗結(jié)果的標準偏差來近似反映試驗中標準偏差。采用貝塞爾法計算標準偏差：

4.2 儀器中鋼球質(zhì)量的不確定度參數(shù)分析

測量模型：

Δm=md-3.5-m0

式中：Δm為質(zhì)量偏差(g)；md為標準天平顯示質(zhì)量(g)；m0為標準天平質(zhì)量修正值(g)。

Ur(md)=0.108 0/3.5=0.030 8

(2)標準天平修正值引入的不確定度。從標準天平檢定證書得知，標準天平裝置修正值m0擴展不確定度U0=0.003 g、k=2，則標準天平修正值引入的不確定度為：

U(m0)=0.003/2=0.001 5

(3)合成不確定度為：

4.3 儀器中鋼球尺寸的不確定度參數(shù)分析

測量模型：

Δr=rd-9.53-r0

式中：Δr為尺寸偏差(mm)；rd為標準外徑千分尺顯示讀數(shù)(mm)；r0為標準外徑千分尺尺寸修正值(mm)。

Ur(rd)=0.004 7/9.53=0.000 5

(2)標準外徑千分尺修正值引入的不確定度。從標準外徑千分尺檢定證書得知，標準天平裝置修正值r0擴展不確定度U0=0.000 4 g、k=2，標準外徑千分尺修正值引入的不確定度為：

U(r0)=0.000 4/2=0.000 2

(3)合成不確定度為：

4.4 儀器中肩環(huán)尺寸的不確定度參數(shù)分析

測量模型：

ΔL=Ld-Ls-L0

式中：ΔL為尺寸偏差(mm)；Ld為標準卡尺顯示讀數(shù)(mm)；Ls為肩環(huán)尺寸設(shè)計值(mm)；L0為標準外徑千分尺尺寸修正值(mm)。

表1 肩環(huán)尺寸測量數(shù)據(jù) mm

Ur(Ld1)=0.023 4/19.8=0.001 18

Ur(Ld2)=0.011 9/15.9=0.000 7

Ur(Ld3)=0.013 6/6.4=0.002 13

(2)標準卡尺修正值引入的不確定度。從標準卡尺檢定證書得知，標準天平裝置修正值L0擴展不確定度U0=0.003 mm、k=2。標準卡尺修正值引入的不確定度為：

U(L0)=0.003/2=0.001 5

(3)合成不確定度為：

U(ΔL)=

0.003 64

4.5 肩環(huán)底面與下落高度基準線垂直距離的不確定度參數(shù)分析

測量模型：

Δh=hd-25.0-h0

式中：Δh為尺寸偏差(mm)；hd為標準卡尺顯示讀數(shù)(mm)；h0為標準卡尺修正值(mm)。

Ur(hd)=0.020 8/25.0=0.000 83

(2)標準卡尺修正值引入的不確定度。從標準卡尺檢定證書得知，標準天平裝置修正值h0擴展不確定度U0=0.003 mm、k=2，標準卡尺修正值引入的不確定度為：

U(h0)=0.003/2=0.001 5

(3)合成不確定度為：

4.6 溫度監(jiān)測系統(tǒng)不確定度參數(shù)分析

測量模型：

ΔT=Ts-Td-T0

式中：ΔT為溫度偏差(℃)；Ts為瀝青軟化點儀顯示讀數(shù)(℃)；Td為標準溫度計顯示讀數(shù)(℃)；T0為標準溫度計讀數(shù)修正值(℃)。

Ur(Td)=0.097 4/60.0=0.001 62

(2)標準溫度計讀數(shù)修正值引入的不確定度。從標準溫度計檢定證書得知，標準溫度計讀數(shù)修正值T0擴展不確定度為U0=0.005 ℃、k=2，標準溫度修正值引入的不確定度為：

U(T0)=0.005/2=0.002 5

(3)合成不確定度為：

4.7 瀝青軟化點試驗測量不確定度的判定

綜上，瀝青軟化點試驗測量的合成相對不確定度為：

以普通瀝青軟化點65 ℃為例，得出瀝青軟化點試驗測量的合成標準不確定度為：

U=0.031 25×65.0=2.031 ℃

4.8 擴展不確定度

選取置信率為95%，包含因子k=1.96，相應擴展不確定度為：

U′=1.96×2.031=3.981 ℃

5 結(jié)論

(1)瀝青軟化點試驗中，各參數(shù)相對不確定度分量如下：鋼球質(zhì)量U(Δm)=0.030 84；鋼球直徑U(Δr)=0.000 54；肩環(huán)尺寸U(ΔL)=0.003 64；肩環(huán)底面與下落高度基準線垂直距離U(Δh)=0.001 71；溫度監(jiān)測系統(tǒng)U(ΔT)=0.002 98。

(2)瀝青軟化點試驗測量中，軟化點儀合成標準不確定度U=2.031 ℃，擴展不確定度U′=3.981 ℃，k取1.96。

(3)瀝青軟化點試驗測量不確定度中，軟化點儀設(shè)備參數(shù)誤差約為實際結(jié)果的6.1%，其中鋼球質(zhì)量誤差占比最大。