Z比分数在混凝土配制强度试验验证中的应用

仲新华，马 骅，楼梁伟，王 娟，李享涛，裘智辉

(1．中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2．高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081;3．邢台市邢衡高速公路管理处，河北 邢台 054000;4．邢台市交通科学研究所，河北 邢台 054000)

Z比分数在混凝土配制强度试验验证中的应用

仲新华1，2，马 骅3，楼梁伟1，2，王 娟4，李享涛1，2，裘智辉1，2

(1．中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2．高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081;3．邢台市邢衡高速公路管理处，河北 邢台 054000;4．邢台市交通科学研究所，河北 邢台 054000)

对混凝土配制强度进行多方验证，既是混凝土质量控制的常用手段，也是建设管理的重要环节。长期以来，由于缺乏对多方验证检测结果进行科学评价的依据，常常引发对验证处置结果的争论。本文以某高速公路建设中3个施工单位实验室和3个监理单位实验室对相同的2个混凝土配合比进行验证的强度检测结果为依据，采用稳健Z比分数的方法，对强度检测结果进行统计分析。依据统计得出的实验室间的Z比分数ZB和实验室内Z比分数ZW，分别对施工单位和监理单位实验室的检测能力做出评价，并对评价结果为不满意或存疑的实验室提出处置建议。

Z比分数 混凝土强度 室间验证 室内验证

在土木工程建设中，混凝土强度是结构耐久性的重要保证，施工过程中参建各方对混凝土强度的质量控制非常重视，对混凝土配制强度进行多方试验验证即是其中的管理要求之一。根据我国的建设管理模式，混凝土配制强度的多方验证主要指施工单位和监理单位采用相同的原材料和配合比，在各自的实验室中对混凝土进行成型、养护和强度测试的平行试验过程。这期间受到人员、设备、环境等各种不确定因素的影响，相同配合比的混凝土在不同实验室间的强度试验结果必然产生一定的差异。实际工作中，当验证各方的强度试验结果差别较大，或者监理单位的强度试验结果低于混凝土配制强度，导致监理单位不认可施工单位的强度试验结果时，各方对这种事实性的差异存在较大争议。由于施工单位和监理单位实验室的技术等级相同，因此双方实验室对混凝土配制强度的试验验证过程实际上可采用相应的统计方法进行评价。

Z比分数检验法是标准化的方法，是国际和中国合格评定国家认可委员会(CNAS)普遍采用的统计方法，适用于对单产品或样品对的试验室间比对和试验室内比对结果的评价［1-3］。本文以6个实验室对2组混凝土配制强度验证的试验数据为例，采用Z比分数的稳健统计方法，以标准四分位数间距为估计值，通过计算和比较实验室间Z比分数ZB和实验室内Z比分数ZW，对各方实验室的检测能力作出评价。

1 混凝土配制强度与试验条件

1.1 混凝土配制强度

假定生产过程中混凝土强度呈正态分布，且实际强度不低于95%设计强度的保证率时，混凝土的配制强度 fcu，0可由下式确定

式中，fcu，k为强度标准值，σ为混凝土强度标准差。

混凝土强度标准差可由施工企业根据原材料品质、混凝土强度等级以及企业的质量管理水平等影响因素确定。因此，不同的施工单位可取用不一样的强度标准差，生产管理水平较高的企业，可取用较低值的强度标准差。当施工企业未形成可统计的强度标准差时，也可按《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)［4］的推荐将强度标准差取值为 6 MPa，此时，强度等级为C50的混凝土配制强度为59.9 MPa。

1.2 试验条件

参与混凝土配制强度验证的实验室共6个，其中3个施工单位实验室编号分别为甲、乙、丙，3个监理单位实验室编号分别为丁、戊、己。

混凝土原材料:采用相同规格及料源的混凝土原材料，骨料晾晒干燥。

混凝土配合比:两个配合比混凝土设计强度等级均为C50，其中一个配合比采用单掺粉煤灰方案，另一配合比采用双掺粉煤灰和矿渣粉方案。

混凝土成型:采用强制式搅拌机对混凝土拌合180 s，在标准振实台上密实15 s，然后覆盖塑料膜养护24 h后拆模。

试件数量和尺寸:各实验室每次成型试件1组，分2次共成型试件2组，混凝土试件尺寸为150 mm×150 mm ×150 mm。

混凝土养护:养护温度(20±2)℃，湿度≥95%，养护龄期 28 d［5-6］。

2 统计方法及处理

2.1 统计方法(Z比分数)

Z比分数的构成公式为［7］

式中，x为参加验证的强度试验结果;X为强度真值或指定值，本文取为强度检测值的中位数;s为满足计划要求变动性的合适估计值，是试验过程不同实验室合成标准不确定度的反映，本文取为标准四分位数间距(NIQR)。

2.2 统计处理及说明

6个实验室共12组混凝土试件的抗压强度试验结果和采用Z比分数稳健统计处理结果见表1。

表1 混凝土强度的试验结果及统计处理

表中参数及计算过程说明如下:

1)混凝土强度Y1为单掺粉煤灰配合比。

2)混凝土强度Y2为双掺粉煤灰和矿渣粉配合比。

3)中位数为参与统计的检测值按大小次序排列居中的数值，当统计量为偶数时，为中间两数值的平均值。

4)标准四分位数间距NIQR为等于四分位间距(IQR)乘以一个因子(0.741 3)。四分位间距是高四分位数值和低四分位数值的差值，数值越大，说明离散程度越高，反之，说明离散程度越小。低四分位数值是低于结果1/4处的最近数值，高四分位数值是高于结果3/4处的最近数值。

5)稳健变异系数CV为标准四分位数除以中位数，相当于经典的变异系数。

6)标准化的和值S=(Y1+Y2)/。

7)实验室间Z比分数ZB=(S－中位数)/NIQR。

8)标准化的差值D=(Y1－Y2)/。

9)实验室内Z比分数ZW=(D－中位数)/NIQR。

3 评价标准与结果分析

3.1 Z比分数的评价标准

1)|Z|≤2，表明实验室检测能力合格。

2)2＜|Z|＜3，表明实验室存在问题，应鼓励实验室分析检查其能力。2＜|Z|＜3的置信概率为95%。

3)|Z|≥3，表明实验室处于离群状态，该实验室的能力应评为不满意，应采取有效的纠正措施。|Z|≥3的置信概率为99%。

3.2 Z比分数序列直方图分析

实验室间和实验室内的Z比分数序列直方图见图1及图2。图中纵坐标±3.0处各有一条实横线，表示检测结果是否出现离群值的分界线;纵坐标±2.0处各有一条虚横线，表示检测结果有可能存在问题的分界线。

图1 ZB分数序列直方图

图2 ZW分数序列直方图

4 结论

1)除戊实验室外，其他实验室间的分析结果均为满意，表明实验室检测能力良好。戊实验室检测结果虽然高于配制强度，但采用Z比分数进行统计的结果显示其检测值处于离群状态(|ZB|＞3.0)，分析结果为不满意，应对试验过程进行复查并采取有效的纠正措施。

2)除乙实验室外，其他实验室内的分析结果均为满意，表明实验室检测结果稳定。乙实验室对2组试件的检测结果虽然均高于配制强度，但采用Z比分数进行统计的结果显示其检测值处于存疑状态(|ZW|＞2.0)，表明两次试验过程的一致性存在过大偏差，应进一步检查分析其能力。

3)甲、丙、丁、己四个实验室的|ZB|值和|ZW|值均＜2，表明检测能力均合格。根据统计评价的规定，虽然已实验室对编号为Y2的配合比强度验证结果低于配制强度，但不影响甲、丙、丁三个实验室对该试验验证过程的认可。因此，应放行甲、丙两施工单位对混凝土配合比的使用。

［1］中华人民共和国国家标准．GB/T 27025—2008 检测和校准实验室能力的通用要求［S］．北京:中国标准出版社，2000．

［2］中国实验室国家认可委员会．能力验证指南［M］．北京:中国计量出版社，2001．

［3］刘璐．公路检测实验室能力验证体系的研究与完善［D］．辽宁:大连理工大学，2011．

［4］中华人民共和国行业标准．JGJ 55—2011 普通混凝土配合比设计规程［S］．北京:中国建筑工业出版社，2011．

［5］中华人民共和国建设部．GB/T 50081—2002 普通混凝土力学性能试验方法标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2003．

［6］胡在良，张佰战，董承全．铁路高性能混凝土基桩检测波速与强度关系的研究［J］．铁道建筑，2011(7):94-98．

［7］国家质量技术监督局．GB/T 15483.1—1999 利用实验室间比对的能力验证——第1部分:能力验证计划的建立和运作［S］．北京:中国标准出版社，2002．

Application of Z-score to strength test verification of concrete mix-preparation

ZHONG Xinhua1，2，MA Hua3，LOU Liangwei1，2，WANG Juan4，LI Xiangtao1，2，QIU Zhihui1，2

(1．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China;2．State Key Laboratory for Track Technology of High-Speed Railway，Beijing 100081，China;3．Xing-Heng Highway Management Office，Xingtai Hebei 054000，China;4．Xingtai Traffic Science Research Institute，Xingtai Hebei 054000，China)

Validating the concrete strength in many ways is not only the common measure for concrete quality control but also an important part of construction management．Due to the lack of scientific evaluation basis for multi-verification test results，argument aroused by verification disposal results has often happened for a long time．Based on strength test results of 2 same concrete mix proportion verification in 3 construction units and 3 supervision laboratories of one high speed way construction，this paper adopted the robust Z ratio fraction method，made statistical analysis for strength test results，got ZB which is the Z ratio fraction between the laboratories and ZW which is the Z ratio fraction inside the laboratory according to statistics，evaluated the test ability of construction and supervision units respectively，and put forward treatment suggestions for the dissatisfied or open laboratory．

Z ratio fraction;Concrete strength;External validation;Indoor test

TU528

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．46

1003-1995(2013)04-0149-03

2012-11-26;

2013-01-16

中国铁道科学研究院基金项目(2011YJ87);河北省公路技术开发项目(XHKY2011-10)

仲新华(1971— )，男，江苏吴江人，研究员，硕士。

(责任审编 李付军)