建筑材料检测数据的不确定度控制分析

柴金锦

（杭州萧山建筑工程质量检测中心有限公司，浙江杭州 311200）

0 引言

如今我国建筑市场快速发展，各建筑工程对材料质量要求越来越高，建筑材料作为建筑工程以及建筑行业的基础，材料质量直接关系行业发展和建筑安全。因此对建筑材料检测及数据评估有重要地位。数据不确定度是衡量数据质量的关键指标。采取有效控制手段严格管理不确定度，能够保证建筑材料检测数据准确性，辅助评估材料治疗。

1 建筑材料不确定度检测的意义

检测不确定度是表示检测值的分散性和赋予性，和测量结果存在密切关联，不确定度在本质上是标准偏差，给予置信区间固定范围。根据数据测量的特点，不确定度可以分为两种，分符合统计规律的和不符合统计规律的两种。符合统计规律的需要计算数据标准差，不符合统计规律的则需要详细了解测量仪器、测量方法以及检定证书等，通过评定分析确定测量结果的可信度。检测不确定度根本目的在于被测量值以及被测定结果的确认，在贸易活动、日常生活以及科学技术中十分重要。测量结果决定着试验和科研的成败，甚至直接关系到经济利益和社会安全。在报告测量结果前需要对测量结果质量进行说明，表明测量结果置信度。测量不准确度则作为定量表述测量结果质量，在很大程度上可用性和可信性都会影响不确定度，因此在测量结果中标注不确定度，才是完整的测量报告。

与精密度、准确度和误差不同，不确定度是评价检测结果质量的指标，表示被测材料质量范围，能够反映不同测量误差对测量数据的影响，反映无法分布规律和数据分散性。精密度则表示随机误差程度，在多次测量中和真值的接近程度。准确度表示检测数据和真值的一致程度，反映检测结果中系统误差和随机误差综合。误差是指由于人为和客观原因造成检测结果不准确，测量结果和真值不一致的情况以及估算情况，反映测量结果的偏离情况。可见不确定度的测量要准确辨别误差数量。

2 检测不确定度的原因

无论是国内还是国外的建筑行业，对测量数据的确定都十分重要。但由于科学技术局限，还有很多数据无法确定度测量。很多建筑工程越来越重视不确定度，测量结果质量直接关系建筑行业的利润，判断检测数据是否达到合格标准。如果不确定度未得到严格控制，不仅会影响建筑企业的信誉，还会导致安全事故，甚至企业要承担法律责任[1]。不确定度的结果会对企业决策产生直接影响。因此获得测量数据后，需要严格控制不准确度，准确评估测量结果的正确性和可信性，从而准确判断建筑材料的质量。在测量不确定度时，还需要采取一系列控制措施，保证测量结果可靠性和完整性。

3 建筑材料不确定度检测的原理和控制方法

3.1 原理

不确定度测量是为了表示被测数据的分散性，是通过测量结果相关参数表示，不确定度包括人为或仪器的不确定度，包括会引起不确定测量结果的各种原因。以钢筋为例，钢筋主要为圆形，钢筋拉伸强度是拉伸试验最大作用力和钢筋截面积的比值，一般情况下忽略温度和应变率造成的影响。为了确定影响检测结果的变量，明确不确定度测量的来源，建立准确度计算模型。在温度等外界条件保持不变的情况下，拉伸强度可使用公式：u2crel（Rm）=u2rel（F）+4u2rel（d），其中F 表示钢筋断裂承受的最大拉伸力，d 表示钢筋直径，Rm 表示钢筋的拉伸强度，使用该公式可以计算钢筋的拉伸强度。

3.2 控制方法

3.2.1 检查不确定度的来源

为保证不确定度的准确性，需要采取严格的控制措施。首先需要明确不确定度的来源，可以总结为：①读取工具、仪器、仪表等器械时，出现人为读数错误的问题，造成数据不准确；②选取的样品并不能代表建筑材料的整体水平，样品不具备普遍性和代表性；③仪器测量或者计量性能有所局限，造成数据测量不准确。以建筑玻璃为例，建筑玻璃进行可见光透射检测，不确定度主要来源于仪器误差、遮阳系数、透射比误差引起的不确定度[2]。由于玻璃检测结果差异性较小，仪器具有稳定性特征，使测试结果存在重复性误差；④计量标准值以及标准参数等不适用或不准确；⑤测量方法不合适，无法准确测量建筑材料；⑥温度、湿度等外界环境变化过大，影响材料质量或外形，从而造成测量不准确；⑦测量方法以及测量程序存在假定性条件等，造成测量数据不准确；⑧测量引进的数据或者参数不准确或不适用。明确上述不确定度来源后，针对性加强控制，保证不确定度合理。

3.2.2 遵守检测控制方法

为严格控制不确定度需要严格遵守检测方法，使用量具前需要对量具进行校正。一般情况下使用均匀分布代表仪器的不确定度，不确定度值按照检定系统以及规范控制在最大误差之内，示值引起的不确定度要使用根号下误差最大值评定。不确定度和误差最大值要满足其中一个可接受原则，扩展不确定不允许超过误差最大值的1/3。使用任何工具前均需要进行示值的修正，确保数据测量的准确性。

3.2.3 严格执行控制步骤

控制不确定度检测，需要严格按照规律和规章实施操作步骤，保证操作步骤符合规范。要求检测人员了解不确定度原理以及操作规范，熟练使用各种仪器设备，明确样品的性质，了解实验过程中的环境条件。建立被测量和各分量之间的数学模型，分析不确定度分量以及性质。再计算不确定度分量，进行评定。最后合成标准不确定度，对扩展不确定度进行评定。要矫正测量工具，避免测量过程中由于工具误差产生不必要的影响[3]。其次需要保证不确定度和误差控制在可接受范围内。最后使用不确定度期间需要及时修正示值。计算不确定度分量，如钢筋直径，可能会由于千分尺操作或读数错误，造成数据误差。因此要严格控制人员操作，选样时不能故意选择标准材料，要随机选择具有代表性的样品，评估数据不确定度。以钢筋为例，先进行不确定度分量的测量，测量直径引入不确定度分量。已知钢筋直径约为1cm，不确定度主要来源于操作错误造成误差，以及示值读数错误造成误差。在读数时要使用均匀分布进行估计，将千分尺误差控制在3 以下，如图1 所示。

评价建筑钢材不确定度，主要参考数据、经验以及规范性，评定不确定度需要对钢材检测全面评价，评估钢材形状以及尺寸，同时检测各项参数以及成分含量。在钢材表面检测中，检测不确定度可评估表面特征。表面质量直接决定材料销量好坏。首先确定表面信息，如直径、椭圆度等数据，需要使用直尺等仪器测量。如长度测量，介于合格和不合格之间，需要高度重视读数，从而保证质量。测量前需要校准量具，提高测量结果准确性。检测钢材力学性能时，主要借助于拉伸试验测试最大承受力、拉伸强度等数据。如果使用度盘指针进行测量，一般情况下最小刻度为0.1kN，最小估读0.15kN，不确定度分布均匀。因此建议使用数字化仪表进行读数，精确读数，降低不确定度分量。现代拉伸检验技术逐渐使用拉力测试机，借助于拉力传感器结合自动控制技术，集成多种功能，能够对钢材拉伸强度等准确测量，进一步提高测量准确性。此外还会进行钢材化学成分的测量。我国国家标准对钢材中各项合金元素以及残余元素进行要求，要求各元素含量应该达到固定标准。若存在成分差异也会影响钢材化学性能。我国明确规范材料检测化学成分的不确定度，要求使用化学分析结合计算进行测量元素含量，检测中使用的仪器种类较多，对于操作人员专业性要求较高，尤其是光谱分析法，需要由专业人员操作分析，从而保证检测结果的准确性。因此需要交给第三方专业机构进行分析，严格按照国家要求操作，保证检测准确性。

图1 建筑钢材

4 结论

综上所述，建筑材料检测决定着建筑工程质量，关系到人们的生命财产安全。通过对不确定度的评定和意义的分析，提出控制不确定度测量的措施，提高不确定度评定准确度，从而保证建筑材料检测数据的准确性，为建筑材料检测奠定基础。未来还需要进一步细化不确定度评定的规范，加强人员培训，并通过不确定度的分析明确建筑材料测量上存在的弊端，进一步完善建筑材料测量，满足建筑行业的健康发展。