SBS防水卷材最大峰拉力和延伸率试验结果的研究

马燕，陈颉

（1.新乡市高新建设工程质量检测有限公司，河南 新乡 453000；2.新乡市市政设施管理处，河南 新乡 453000）

弹性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡、玻纤毡、玻纤增强聚酯毡为胎基，以苯乙烯一丁二烯一苯乙烯(SBS)热塑性弹性体作石油沥青改性剂，两面覆以隔离材料制成的防水卷材。具有良好的耐高低温性能，使用寿命长，适用于工业与民用建筑的屋面和地下防水，是各类建筑防水工程中使用量最大的改性沥青类防水卷材[1]。

在建设工程实验室管理中，试验结果的研究体现了实验室水平高低优劣，取决于试验人员素质与水平[2]。研究以数理统计学[3]的假设检验理论为依据，用假设检验的方法评定弹性体改性沥青防水卷材的性能有无显著性差异，通过对试验数据的分析为实验室管理提供量化依据。

1 假设检验的理论依据

一般来说，若某一随机变量是受多种相互独立的随机因素的影响，而每一种随机因素所起的作用又是极其微小的，那么该随机变量就近似服从正态分布[4]。为了对试验数据逐渐深入分析，需要采用几种假设检验方法。

1.1 证明样本数据服从正态分布

首先证明样本数据总体服从正态分布。采用单样本柯尔莫戈洛夫-斯米诺夫（K-S）检验法，研究样本观察值的分布和指定的理论分布是否吻合，证明样本数据符合正态分布检验，判断样本的观察结果是否来自指定的总体[5]。

1.2 证明两批试验取自同一总体

采用两个独立样本曼-惠特尼U检验法。前提假设两个样本分别来自完全相同的总体，目的是检验两批试验数据总体的均值是否有显著的差异，检验比较的是两组的中位数，如果计算结果的显著性水平大于0.05，接受假设检验，实验设备不需要调整；如果计算结果的显著性水平小于0.05，则拒绝接受假设检验。曼-惠特尼U检验通过检验两个总体分布各自的中心位置是否相同，证明两批试验数据是否取自同一总体[10]，检验两独立样本均值差异性，它不需要考虑样本是否符合正态分布，但是要求两个独立样本分布是相同的。

1.3 证明数据随机性

采用游程Runs检验法判断样本数据顺序是否为随机产生[4]。如果检验结果显著性水平大于0.05，可以接受假设检验，证明试验数据随机性无显著性差异，试验数据是随机产生的。如果计算结果的显著性水平小于0.05，则拒绝接受假设检验，表明试验可能存在随机误差或系统误差，实验人员需要调整试验环境[10]。

1.4 配对样本t检验

配对样本t检验适用正态分布条件，检验两个相关样本是否来自具有相同均值的总体。将来源相同、性质相同的两个个体配成一对，然后对配对的两个个体随机的实施不同处理，再根据所得的试验数据检验两种处理方法的效果[5]。

2 试验方法

使用SPSS25.0为计算工具。采用经过技术监督部门检定合格的同一试验机，型号为天辰WDW-10。试验材料采用4mm厚SBS防水卷材，卷材生产单位分别为北京东方雨虹防水股份有限公司 (简称A)、新乡市金太阳防水材料有限公司(简称B)、河南开来日月防水科技有限公司(简称C)、新乡锦绣防水有限公司(简称D)。检测项目为纵向、横向的最大峰拉力和延伸率，检测标准采用GB18242-2008弹性体SBS改性沥青防水卷材、GB/T 26528-2011防水用弹性体(SBS)改性沥青。将检测项目最大峰拉力和延伸率纵向、横向样本进行配对。显著性水平假设为0.05。

根据检测标准[6]规定，试样制备尺寸为宽度50mm，长度350mm；试样数量为纵向、横向各25片。操作时，将试件夹在拉伸试验机的夹具中，夹具间距离为（200±2）mm，试验机夹具中线与试件长度方向的中线保持一致。标准试验条件为（23±2）℃，夹具移动的恒定速度为（100±10）mm/min。记录拉力和对应的夹具间距离，去除任何夹具10mm以内断裂或在试验机夹具中滑移超过极限值的试验结果[8]。分别记录每个方向的试件的拉力值和延伸率，计算平均值。

3 试验结果与分析

3.1 单样本K-S检验结果分析

通过K-S检验，可以推断检测数据是否符合正态分布。当显著性水平小于0.05时拒绝原假设，认为检测数据不符合正态分布，数据有点偏离正态分布。根据中心极限定理，当数据量充分大时，期望值在理论上服从正态分布[11]。如果试验的样本足够大，即使检验结果的显著性水平小于0.05，仍然可以证明数据来自的总体可能服从正态分布。不管样本或者总体符合什么分布，只要抽样分布是正态的，即使检测数据有点偏离正态分布，使用t检验也是可靠有效的。

从表1可见，采用SPSS25.0计算的单样本K-S检验结果中，C最大峰拉力纵向、B延伸率纵向和横向、D延伸率横向的渐近显著性概率偏低，显著性水平小于0.05。可以判定，从这样一个总体中按照现有样本进行纵向、横向抽样，样本数据偏离正态分布。

从表1可见，其它样本的纵向、横向最大峰拉力和延伸率数据显著性水平大于0.05，可以判定其它样本数据基本上服从正态分布。

通过表1计算数据，可以判定C最大峰拉力纵向、B延伸率纵向和横向、D延伸率横向的试验操作过程出现了异常，应该由实验室人员检查试验过程是否符合程序文件和操作手册要求，对影响因素进行纠偏。

样本数据偏离正态分布的原因分析：影响拉伸性能的主要因素比较多，主要包括[8]①仪器设备的影响。拉伸试验机需要按照规定的速度均匀移动夹具，防止夹具滑移超过极限值。②卷材表面如有孔洞，麻面，裂缝，皱褶，露胎等缺陷，则会影响检测结果，会造成误判。裁取拉力试件时，注意切口应垂直整齐。切口不垂直，就会出现坡口，使检测结果偏高或偏低。切口不整齐，试件的边缘就会不平滑，易产生应力集中，使检测结果受到影响。③试验环境条件的影响。沥青防水卷材对温度的敏感性很强，检测结果受环境温度的影响很大，所以试样在拉伸试验前，要在（23±2）℃，和相对湿度为（30%～70%）的条件下，至少放置20h以上。

通过单样本K-S检验结果，分析试验数据是否服从正态分布，据此判定实验室试验过程是否出现异常，是否处于受控状态[10]。

3.2 两个独立样本曼-惠特尼U检验结果分析

对样本试验数据进行两独立样本的曼-惠特尼U检验，根据SPSS25.0检验结果判定来自两独立总体的均值是否存在显著性差异。

单样本K-S检验结果 表1

从表2可见，A、B、C、D样本最大峰拉力纵向和横向的渐近显著性概率（双尾）分别都小于给定的0.05显著性水平。其中试验过程按照标准执行，试验设备不随时间变化，不必调整试验设备。这说明，最大峰拉力纵向和横向的样本试验数据不是取自同一总体。表明在标准试验条件下，同一型号不同厂家弹性体SBS改性沥青防水卷材的纵向、横向最大峰拉力和延伸率有显著性差异。由于试验材料分别采用4mm厚SBS防水卷材，可以认为来自纵向和横向两独立总体均值存在显著差异，判定各生产单位不同生产批次的试验材料，其最大峰拉力纵向和横向材质性能有显著性差异。

A、B、C延伸率纵向和横向的渐近显著性概率（双尾）分别都大于给定的0.05显著性水平，可以判定3个生产单位的延伸率纵向和横向的材质性能没有显著性差异。D延伸率纵向和横向的渐近显著性概率（双尾）小于给定的0.05显著性水平，可以认为来自纵向和横向两独立总体均值存在显著差异，判定它的延伸率纵向和横向的材质性能有显著性差异。检验统计结果表明配对试验数据总体的均值有显著性差异，材质的纵向和横向延伸率有显著性差异。

显著性差异的原因，可能是各厂家沥青类防水卷材生产工艺或所摻改性剂的不同造成所对应的物理力学性质也各不相同。因此可以用曼-惠特尼U检验结果，判断验证同一型号不同厂家沥青类防水卷材本身的物理力学性质具有较大的差异。

曼-惠特尼U检验统计结果 表2

3.3 数据的随机性检验结果分析

从表3可见，A最大峰拉力纵向和C最大峰拉力横向渐近显著性概率（双尾）分别都小于给定的显著性水平0.05；从表4可见，C纵向延伸率和C横向延伸率渐近显著性概率（双尾）分别都小于给定的显著性水平0.05；则拒绝原假设。说明采集的A、C生产单位纵向和横向卷材试验数据独立性比较差，可以判定试验数据采集不具有随机性。这时需要提醒试验人员注意检查试验数据采集过程是否出现了异常[10]。

最大峰拉力游程检验结果 表3

延伸率游程检验结果 表4

其他样本的最大峰拉力纵向和横向的渐近显著性概率（双尾）分别都大于假设的显著性水平0.05，因此不能拒绝原假设，可以判定其他样本的纵向和横向试验数据独立性更好一点，采集的样本数据是随机产生的，与数据产生方式吻合。

最大峰拉力配对样本t检验结果 表5

3.4 配对样本t检验结果分析

从表5可见，全部样本最大峰拉力纵向和横向的渐近显著性概率（双尾）检验结果，分别都小于假设的显著性水平0.05，样本最大峰拉力纵向和横向的试验数据出现显著性差异，则拒绝原假设，判定样本不是来自具有相同均值的总体。说明每个品牌的防水卷材材质在纵向和横向的材质均匀性方面有本质性差异。

从表6可见，样本延伸率纵向和横向的渐近显著性概率（双尾）检验结果表明，ABC延伸率都大于给定的显著性水平0.05，因此不能拒绝原假设，可以认为样本ABC延伸率纵向和横向没有本质性差异。但是D延伸率小于给定的显著性水平0.05，则拒绝原假设，判定样本不是来自具有相同均值的总体。

延伸率配对样本t检验结果 表6

祖维娜[9]以高分子防水卷材拉伸性能试验作为研究手段，分别对选取的高分子防水卷材进行纵向、横向试样拉伸强度试验。通过对不同温度条件下卷材纵向、横向试样拉伸强度、断裂伸长率的试验分析,可以看出无论常温还是低温，卷材纵向拉断伸长率大于横向拉断伸长率。

祖维娜认为同一型号不同厂家的高分子防水卷材拉伸性能差别较大，原因可能与卷材生产工艺水平和原材料配合比有一定的关系[9]。

t检验结果与祖维娜的结论相吻合。在标准试验条件下，同一型号4个不同生产单位的弹性体SBS改性沥青防水卷材的纵向、横向最大峰拉力和延伸率有显著性差异。拉伸性能差异产生的原因可能与原厂家生产工艺水平和原材料配合比有一定的关系。因此在工程中的应用中应充分考虑卷材铺贴方向在纵向、横向的性能差异。

4 结论

①采用单样本柯尔莫戈洛夫-斯米诺夫(K-S)检验法，可以对样本数据进行正态分布检验。判定试验过程是否处于受控状态。

②采用两独立样本的曼-惠特尼U检验，可以用来判断其来自两独立总体均值是否存在显著差异。判断验证了同一型号不同厂家沥青类防水卷材本身的物理力学性质具有较大的差异。

③采用游程Runs检验法可以检验数据的随机性。可以提醒试验人员注意检查试验数据采集过程是否出现了异常。

④通过假设检验分析，反映实验室的环境影响因素是否异常，可以为改进实验室的管理提供量化依据。

⑤在标准试验条件下，同一型号不同厂家弹性体改性沥青防水卷材的纵向、横向最大峰拉力和延伸率有显著性差异。拉伸性能差异产生的原因可能与原厂家生产工艺水平和原材料配合比有一定的关系。因此在工程中的应用中应充分考虑卷材铺贴方向在纵向、横向的性能差异。