混凝土抗压强度检测结果的不确定度评定

混凝土抗压强度检测结果的不确定度评定

梁超荣 李伟

佛山市三水区建筑工程质量检测站 广东 佛山 528100

摘要：依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2019，建立数学模型，对采用YA-2000型电液式压力试验机进行混凝土抗压强度试验的检测结果进行不确定度评定。在检测过程中，分析测量不确定度的各种来源并加以比较，得出影响不确定度大小的主要因素依次为压力自动测量系统精度、测量重复性、试件尺寸的数值修约。

关键词：混凝土；抗压强度；不确定度

Uncertainty evaluation of concrete compressive testing results

Liang Chaorong, Li Wei

( Sanshui Construction Quality Test Center, Foshan Guangdong, 528100, China)

Abstract:According to GB/T 50081-2019《Standard for test methods of concrete physical and mechanical properties》, the paper establishes a mathematical model to evaluate uncertainty of concrete compressive strength testing results which are tested by YA-2000 electro-hydraulic pressure testing machine. During the test, analyze and compare various sources of measurement uncertainty, it is concluded that the main factor affecting the uncertainty is followed by the accuracy of the automatic pressure measurement system, the repeatability of the measurement and the the data rounding of the specimen size.

Keywords:concrete; compressive strength; uncertainty

1 引言

目前建筑工程检测中，检测机构主要依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2019进行混凝土抗压强度检测，检测结果为工程施工、监督部门提供有效依据。在《检测和校准实验室能力认可准则》（ISO/IEC 17025:2017）中规定^[1]，检测实验室应具有并应用评定测量不确定度的程序，说明检测机构开展不确定度的评定，是实验室认证认可的要求。2019年发布了《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019），替代了2002版本，其中增加了基本规定：试件的边长和高度宜采用游标卡尺进行测量，应精确至0.1mm^[2]。之前国内学者多数测量数据较少，且使用钢直尺对混凝土受压面积测量引入的不确定度进行评定。本文通过使用分度值为0.01mm的电子数显卡尺对试件进行尺寸测量，并且测量数据足够，在现有方法的基础上完善了不确定度的分析评定方法，进一步减小了测试误差，提高了试验室检测结果的可信程度，对工程指标和工程质量进行更加准确的评价。

2 技术规定

2.1 测量对象

边长为150mm的C30强度等级的立方体试件。

2.2 测量仪器

YA-2000型电液式压力试验机（测量范围0~2000 kN，准确度1级），电子数显卡尺（测量范围0~300mm，分度值0.01mm），游标量角器（测量范围0~360⁰，分度值2'），塞尺（测量范围0.02~1.00 mm）。

2.3 测量环境条件

温度20±2℃，相对湿度50±10%

2.4 测量方法

由同一个搅拌站拌制的60块边长为150mm的C30混凝土立方体试件，在规定标准养护条件下养护28d后，取出测量混凝土试块的边长、不平度和不垂直度。经测量：这60块试件的边长均在150±0.5mm，上压面夹角均在90⁰±0.25⁰，选用0.07mm的塞尺测量试件承压面的平面度，结果0.07mm塞尺均未通过。然后以11.25~18.00 kN/s的加荷速率进行加荷，直至混凝土破坏，并记录破坏时的荷载。依据GB/T 4883-2008检验^[3]，这60块试件破坏时的荷载数值没有离散数据，将这60个数据的算术平均值作为C30强度等级的强度值（精确至0.1 MPa）。

3 确定被测量和测量方法

混凝土抗压强度检测执行标准为：《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019），根据测量试件破坏载荷和试件承压面积，求得混凝土立方体试件抗压强度值。

4 建立数学模型

混凝土立方体试件抗压强度的计算公式如下：

式中：f_cc：混凝土立方体试件抗压强度（MPa）；

F：试件破坏载荷（N）；

A：试件承压面积（mm²）

5 分析测量不确定度的各种来源

混凝土立方体抗压强度测量不确定度的来源包括：样品原材料、搅拌、成型、养护的不均匀性、测量工具、试验环境条件、检测设备、分辨力、检测方法缺陷等^[4]。由于试验在同一环境下检测，加荷速率在规定范围内进行，并对不平度和不垂直度有严格要求，且这60块试件均由同一搅拌站拌制，因此由试验条件变化、加荷速率、不平度和不垂直度引入的相对标准不确定度可以忽略不计。故混凝土抗压强度检测结果的不确定度的分量主要归为以下两类：

（1）测量不确定度A类评定：主要是测量重复性引入的相对标准不确定度。

（2）测量不确定度B类评定：包括压力试验机测量引入的相对不确定度、面积测量引入的相对标准不确定度、强度值修约引入的相对标准不确定度。

6 确定各输入量的相对标准不确定度

6.1 测量不确定度A类评定

由于混凝土抗压强度试验是破坏性试验，不可能用标准件来进行重复多次试验，必须在搅拌站实验室内采用同一配合比、在相同养护条件下制作的多组混凝土立方体试件来代替标准件。表1是60组C30混凝土抗压强度检测结果。

表1 60组C30混凝土抗压强度检测结果（MPa）

Table1 Compressive strength of sixty teams C30 concrete samples

用贝塞尔公式计算实验标准偏差为：

则A类标准不确定度为：

因此，由测量重复性引入的相对标准不确定度为：

6.2 测量不确定度B类评定

6.2.1 压力测量相对标准不确定度

（1）由压力自动测量系统检定证书中给出的置信因子k=2时，扩展不确定度U_rel=0.4%，则相对标准不确定度为：

（2）YA-2000型电液式压力试验机，准确度1级，精度为±1.0%，可认为示值出现在±1.0%范围内的任何处都是等概率的，而落于该范围处外的概率基本为零，即是矩形（均匀）分布^[5]。由JJF 1059.1-2012表3可知k= ，则自动测量系统的相对标准不确定度为：

合成的压力测量的相对标准不确定度为：

6.2.2 面积测量的相对标准不确定度

（1）由电子数显卡尺检定证书中给出的置信因子k=2时，示值误差测量结果扩展不确定度U=0.01 mm，则电子数显卡尺的相对标准不确定度为：

（2）按GB/T 50081-2019中3.3.1条要求，试件的边长和高度宜采用游标卡尺进行测量，应精确至0.1mm，区间内服从均匀分布，置信因子k= ，从最大偏离考虑认为区间半宽度 =0.1/2=0.05mm，则试件尺寸测量引入的相对标准不确定度为：

（3）按GB/T 50081-2019中3.3.2条要求，试件各边长、直径和高的尺寸公差不得超过1mm，而边长测量偏差在1mm范围内是等概率的，故 =1mm，置信因子k= ，则数值修约引入的相对标准不确定度为：

由于边长测量所用的电子数显卡尺的示值误差，试件尺寸测量和数值修约三个不确定度分量彼此无关，所以边长测量的相对标准不确定度为：

由于混凝体立方体试件受压面积A为两个边长的乘积，两个边长的不确定度分量线性正相关，则面积的相对标准不确定度为：

6.2.3 强度值修约的相对不确定度

由于混凝土立方体试件抗压强度值，要求精确至0.1 MPa，区间内服从均匀分布，置信因子k= ，区间半宽度 =0.1/2=0.05 MPa，则产生的标准不确定度为：

以60组C30混凝土抗压强度平均值（ =48.1）为例，则相对标准不确定度为：

6.3 不确定度分量见表2

表2 不确定度分量汇总表

Table2 Summary table of uncertainty components

7 混凝土抗压强度f_cc的合成标准不确定度

综上所述，可以确定4个相对标准不确定度分量是彼此独立不相关的，则合成标准不确定度为：

8 确定扩展不确定度

取置信因子k=2，则扩展不确定度为：

9 报告测量结果的不确定度

这60块C30混凝土立方体试件抗压强度的测量及扩展不确定度评定结果为：

10 结语

从表2可以看出影响不确定度大小的主要因素依次为压力自动测量系统精度、测量重复性、试件尺寸的数值修约。为提高混凝土抗压检测结果的可信程度，应尽量减少人为操作的影响，提高检测人员的操作水平，为工程施工、监督部门提供更可靠的试验数据。排除人为因素影响外，应尽量选择合适的压力试验机并定期进行计量和期间核查。

参考文献

[1] 测量不确定度评定与表示JJF1059.1-2012，国家质量技术监督局

[2] 混凝土物理力学性能试验方法标准GB/T 50081-2019，中国建筑工业出版社

[3] 数据的统计处理和解释 正态样本离群值的判断和处理GB/T 4883-2008，中国标准出版社

[4] 郑继，混凝土抗压强度试验结果的不确定度分析，[J]质量检测，2013年第31卷第12期

[5] 李荣炜，徐荣聪，测量不确定度的评定及其在检测实验室中的应用，[J]建筑监督检测与造价，2015.02

作者简介：

梁超荣(1974-)，男，注册结构工程师。

李伟（1991-），男，建筑工程检测工程师。