纸面石膏板横向断裂荷载检测及不确定度评定

于 文，罗 阳，郑维柱

（贵州省建材产品质量检验检测院，贵州贵阳 550014）

0 引言

纸面石膏板是一种常见的装饰装修材料，芯材是建筑石膏、增强材料和外加剂等混合后浇筑成型的薄层石膏板，石膏板的两面地粘结护面纸组成。当前贵州纸面石膏板芯材主要使用由工业废渣生产的建筑石膏，且纸面石膏板广泛运用在建筑装饰装修中，能很好地利用消纳工业废渣。特别是在磷石膏产生大省，每年可以消纳大量的磷石膏，是优质资源综合利用产品。

作为纸面石膏板重要的质量指标，断裂荷载在产品出厂和监督抽检均要求检测，所以断裂荷载的检测精度和稳定度很重要，通过对纸面石膏板横向断裂荷载检测结果不确定度分析与评定，分析影响断裂荷载检测结果的主要因素，可以为提高检测精度和稳定度提供技术参考。

1 样品检测

1.1 检测对象

纸面石膏板。

1.2 检测依据

《纸面石膏板（GB/T9775—2008）》。

1.3 检测方法

将试件利用恒温干燥箱进行干燥，温度为40℃，等样品恒重后，利用干燥器将时间移动到实验室冷却至室温。实验室的环境条件为相对湿度为53%，温度为26℃。

调整抗折试验机两个支座的跨距至350mm。把试件正面朝上放置于试验机的支座上。通过抗折试验机施加垂直向下的荷载，将试件折断。加荷速度设定为4N/s。记录5个试件折断时候的荷载值。

1.4 数据处理

横向断裂荷载计算公式：F=F式中：F-抗折试验机加荷过程中板材断裂时的荷载。

以检测结果的平均值，和单块检测结果中的最小值，作为报出值，精确至1N。

1.5 检测结果

检测结果见表1。

表1 检测结果

2 不确定度评定

2.1 建立数学模型

评价标准使用《测量不确定度评定与表示（JJG1059.1—2012）》，根据计算公式，建立纸面石膏板样品横向断裂荷载结果的数学模型，即：F=F。

2.2 测量不确定度的来源分析

就本次纸面石膏板样品的横向断裂荷载检测而言，引起不确定的因素有：①检测纸面石膏板的横向断裂荷载，是选取5块试件进行试验，分别记录5个试件的检测结果。5次独立检测属于重复性检测，结果之间互不相关，属于A类不确定度；②在进行纸面石膏板横向断裂荷载试验前，利用电热鼓风干燥箱干燥样品，标准要求的温度偏差为±2℃，记录试验环境要利用温度湿度表记录实验室条件，标准要求温度偏差±5℃，相对湿度偏差为±5%。由于测量试验标准要求相对宽松，因此设备精准度有略微的偏差可以忽略；③纸面石膏板极易吸水，样品的干燥和检测如果不是在一个房间进行，样品有可能会在搬运埋出现样品吸水的情况，另外由于标准要求的实验室湿度较大，控制范围也较大，在此环境下放置至室温，样品依然因吸水导致强度发生变化，影响到检测结果。因样品吸水导致强度变化的变化为经验值，属于B类不确定；④纸面石膏板在进行检测前，需要将抗折试验机平行支杆的跨距调整为350mm，在调整过程中需要使用钢直尺测量跨距长度，钢直尺的读数属于经验值，精度由检定证书提供。属于B类不确定度；⑤纸面石膏板横向断裂荷载的加荷设备为抗折试验机，设备运行为电脑控制，试验过程自动进行，设备的精度会引起不确定。设备精度由检定证书提供，属于B类不确定度；⑥在纸面石膏板横向断裂荷载进行检测时，需要人工将抗折试验机平行支杆的跨距调整350mm。再将冷却好的样品放置在抗折试验机的平行支杆上，放置时纸面石膏板相对平行支杆的位置和纸面石膏板放置的方向，人工操作对检测结果的影响为经验值，属于B类不确定度。

2.3 各来源的不确定评定

2.3.1 横向断裂荷载重复性试验引起的不确定度uA F的不确定度uA（F）。

根据表1的结果，得知5次检测中F的平均值为x-（F）=407.8（N）。

按照贝塞尔公式计算标准差：

2.3.2 加荷设备引起的不确定度ub1

抗折试验机主要因为传感器精度造成的不确定可控范围度，根据校准证书得知传感器精度的扩展不确定度U=0.43%（扩展因子k取2），加荷设备引起的不确定度为ub1=0.43%/2=0.22%。

2.3.3 长度测量时读数和钢直尺精度引起的不确定度ub2

要调整支座之间的跨距为350mm，需要使用钢直尺测量两个跨距之间的距离，会因钢直尺的精度和读数引起不确定度，其中：

（1）由钢直尺精度引起的不确定度。本次试验钢直尺测量范围为0～500mm，最大测量长度为500mm，校准证书上显示钢直尺的扩展不确定U=10μm（扩展因子k取2），以此计算标准不确定：10μm/2=5μm=0.005mm。

实际测量尺寸为350mm，因此由钢直尺精度引起的不确定度ub2.1=0.005mm/350mm=0.001%。

（2）由读数引起的不确定度。钢直尺在使用读取每个读数的概率相等，属于平均分布；根据钢直尺的分度值，计算最小读数的不确定度

实际测量尺寸为350mm，相对标准不确定度：ub2.2=0.6mm/350mm=0.174%。

由于分量彼此独立，所以长度测量时读数和钢直尺精度引起的不确定度为

2.3.4 纸面石膏板样品吸水引起的不确定度ub3

纸面石膏板样品吸水不确定度为经验值，纸面石膏板样品的含水率对检测结果影响非常大，样品含水率越大，强度会越低，而且纸面石膏板极易吸水，如果对实验环境控制不当，会导致纸面石膏板迅速吸水，影响检测结果。

纸面石膏板在电热鼓风干燥箱干燥后，需要在实验环境下冷却至室温，就算严格按照标准要求控制实验室环境，样品在冷却过程中依然会吸水，样品吸水对结果的影响相对其他分量更大，即不确定度更大。本次检测按照标准要求烘干样品后，在搬运过程中将样品放入干燥器进行搬运，并严格控制试验环境，其相对标准不确定度取ub3=2%。

2.3.5 人工操作引起的不确定度ub4

本次检测中人为因素对检验结果的影响主要包括对支座中心距的调整和检测时对样品方向的正确放置，均为经验值。本次检测人员为同一人，而且试验时均严格按照标准操作，包括样品状态控制、对试验设备调整、试验时样品放置，所以，人工操作引起的不确定度ub4=1%。

汇总以上不确定度分量，结果如表2所示。

表2 横向断裂荷载检测中各来源不确定度

2.4 合成标准不确定度

将以上结果合成标准不确定度如下：

2.5 扩展不确定度

本次检测扩展不确定度：扩展不确定度需要考虑扩展因子，在通常的测量中，检测结果一般呈正态分布，置信区间包含概率约为95%，扩展因子k取2。则本次检测扩展不确定度为u（F）=k×uc（F）=2.451%×2=4.902%。

3 结论

通过对本次纸面石膏板横向断裂荷载检测结果进行不确定度的鉴定，可知引起不确定度的因素为重复性测量、样品吸水以及对支座间跨距的准确调整和检测时对样品位置和方向的正确放置；对检测结果影响较大的因素是样品吸水和测时对样品位置和方向的正确放置，其中最难控制因素是样品吸水，通过严格按照标准要求烘干样品、控制好试验环境来控制样品吸水，是提高检测的准确度和稳定度的关键。