SBS防水卷材最大峰拉力和延伸率試驗結果的研究

馬燕，陳頡

（1.新鄉市高新建設工程質量檢測有限公司，河南 新鄉 453000；2.新鄉市市政設施管理處，河南 新鄉 453000）

彈性體改性瀝青防水卷材是以聚酯氈、玻纖氈、玻纖增強聚酯氈為胎基，以苯乙烯一丁二烯一苯乙烯(SBS)熱塑性彈性體作石油瀝青改性劑，兩面覆以隔離材料制成的防水卷材。具有良好的耐高低溫性能，使用壽命長，適用于工業與民用建筑的屋面和地下防水，是各類建筑防水工程中使用量最大的改性瀝青類防水卷材[1]。

在建設工程實驗室管理中，試驗結果的研究體現了實驗室水平高低優劣，取決于試驗人員素質與水平[2]。研究以數理統計學[3]的假設檢驗理論為依據，用假設檢驗的方法評定彈性體改性瀝青防水卷材的性能有無顯著性差異，通過對試驗數據的分析為實驗室管理提供量化依據。

1 假設檢驗的理論依據

一般來說，若某一隨機變量是受多種相互獨立的隨機因素的影響，而每一種隨機因素所起的作用又是極其微小的，那么該隨機變量就近似服從正態分布[4]。為了對試驗數據逐漸深入分析，需要采用幾種假設檢驗方法。

1.1 證明樣本數據服從正態分布

首先證明樣本數據總體服從正態分布。采用單樣本柯爾莫戈洛夫-斯米諾夫（K-S）檢驗法，研究樣本觀察值的分布和指定的理論分布是否吻合，證明樣本數據符合正態分布檢驗，判斷樣本的觀察結果是否來自指定的總體[5]。

1.2 證明兩批試驗取自同一總體

采用兩個獨立樣本曼-惠特尼U檢驗法。前提假設兩個樣本分別來自完全相同的總體，目的是檢驗兩批試驗數據總體的均值是否有顯著的差異，檢驗比較的是兩組的中位數，如果計算結果的顯著性水平大于0.05，接受假設檢驗，實驗設備不需要調整；如果計算結果的顯著性水平小于0.05，則拒絕接受假設檢驗。曼-惠特尼U檢驗通過檢驗兩個總體分布各自的中心位置是否相同，證明兩批試驗數據是否取自同一總體[10]，檢驗兩獨立樣本均值差異性，它不需要考慮樣本是否符合正態分布，但是要求兩個獨立樣本分布是相同的。

1.3 證明數據隨機性

采用游程Runs檢驗法判斷樣本數據順序是否為隨機產生[4]。如果檢驗結果顯著性水平大于0.05，可以接受假設檢驗，證明試驗數據隨機性無顯著性差異，試驗數據是隨機產生的。如果計算結果的顯著性水平小于0.05，則拒絕接受假設檢驗，表明試驗可能存在隨機誤差或系統誤差，實驗人員需要調整試驗環境[10]。

1.4 配對樣本t檢驗

配對樣本t檢驗適用正態分布條件，檢驗兩個相關樣本是否來自具有相同均值的總體。將來源相同、性質相同的兩個個體配成一對，然后對配對的兩個個體隨機的實施不同處理，再根據所得的試驗數據檢驗兩種處理方法的效果[5]。

2 試驗方法

使用SPSS25.0為計算工具。采用經過技術監督部門檢定合格的同一試驗機，型號為天辰WDW-10。試驗材料采用4mm厚SBS防水卷材，卷材生產單位分別為北京東方雨虹防水股份有限公司 (簡稱A)、新鄉市金太陽防水材料有限公司(簡稱B)、河南開來日月防水科技有限公司(簡稱C)、新鄉錦繡防水有限公司(簡稱D)。檢測項目為縱向、橫向的最大峰拉力和延伸率，檢測標準采用GB18242-2008彈性體SBS改性瀝青防水卷材、GB/T 26528-2011防水用彈性體(SBS)改性瀝青。將檢測項目最大峰拉力和延伸率縱向、橫向樣本進行配對。顯著性水平假設為0.05。

根據檢測標準[6]規定，試樣制備尺寸為寬度50mm，長度350mm；試樣數量為縱向、橫向各25片。操作時，將試件夾在拉伸試驗機的夾具中，夾具間距離為（200±2）mm，試驗機夾具中線與試件長度方向的中線保持一致。標準試驗條件為（23±2）℃，夾具移動的恒定速度為（100±10）mm/min。記錄拉力和對應的夾具間距離，去除任何夾具10mm以內斷裂或在試驗機夾具中滑移超過極限值的試驗結果[8]。分別記錄每個方向的試件的拉力值和延伸率，計算平均值。

3 試驗結果與分析

3.1 單樣本K-S檢驗結果分析

通過K-S檢驗，可以推斷檢測數據是否符合正態分布。當顯著性水平小于0.05時拒絕原假設，認為檢測數據不符合正態分布，數據有點偏離正態分布。根據中心極限定理，當數據量充分大時，期望值在理論上服從正態分布[11]。如果試驗的樣本足夠大，即使檢驗結果的顯著性水平小于0.05，仍然可以證明數據來自的總體可能服從正態分布。不管樣本或者總體符合什么分布，只要抽樣分布是正態的，即使檢測數據有點偏離正態分布，使用t檢驗也是可靠有效的。

從表1可見，采用SPSS25.0計算的單樣本K-S檢驗結果中，C最大峰拉力縱向、B延伸率縱向和橫向、D延伸率橫向的漸近顯著性概率偏低，顯著性水平小于0.05。可以判定，從這樣一個總體中按照現有樣本進行縱向、橫向抽樣，樣本數據偏離正態分布。

從表1可見，其它樣本的縱向、橫向最大峰拉力和延伸率數據顯著性水平大于0.05，可以判定其它樣本數據基本上服從正態分布。

通過表1計算數據，可以判定C最大峰拉力縱向、B延伸率縱向和橫向、D延伸率橫向的試驗操作過程出現了異常，應該由實驗室人員檢查試驗過程是否符合程序文件和操作手冊要求，對影響因素進行糾偏。

樣本數據偏離正態分布的原因分析：影響拉伸性能的主要因素比較多，主要包括[8]①儀器設備的影響。拉伸試驗機需要按照規定的速度均勻移動夾具，防止夾具滑移超過極限值。②卷材表面如有孔洞，麻面，裂縫，皺褶，露胎等缺陷，則會影響檢測結果，會造成誤判。裁取拉力試件時，注意切口應垂直整齊。切口不垂直，就會出現坡口，使檢測結果偏高或偏低。切口不整齊，試件的邊緣就會不平滑，易產生應力集中，使檢測結果受到影響。③試驗環境條件的影響。瀝青防水卷材對溫度的敏感性很強，檢測結果受環境溫度的影響很大，所以試樣在拉伸試驗前，要在（23±2）℃，和相對濕度為（30%～70%）的條件下，至少放置20h以上。

通過單樣本K-S檢驗結果，分析試驗數據是否服從正態分布，據此判定實驗室試驗過程是否出現異常，是否處于受控狀態[10]。

3.2 兩個獨立樣本曼-惠特尼U檢驗結果分析

對樣本試驗數據進行兩獨立樣本的曼-惠特尼U檢驗，根據SPSS25.0檢驗結果判定來自兩獨立總體的均值是否存在顯著性差異。

單樣本K-S檢驗結果 表1

從表2可見，A、B、C、D樣本最大峰拉力縱向和橫向的漸近顯著性概率（雙尾）分別都小于給定的0.05顯著性水平。其中試驗過程按照標準執行，試驗設備不隨時間變化，不必調整試驗設備。這說明，最大峰拉力縱向和橫向的樣本試驗數據不是取自同一總體。表明在標準試驗條件下，同一型號不同廠家彈性體SBS改性瀝青防水卷材的縱向、橫向最大峰拉力和延伸率有顯著性差異。由于試驗材料分別采用4mm厚SBS防水卷材，可以認為來自縱向和橫向兩獨立總體均值存在顯著差異，判定各生產單位不同生產批次的試驗材料，其最大峰拉力縱向和橫向材質性能有顯著性差異。

A、B、C延伸率縱向和橫向的漸近顯著性概率（雙尾）分別都大于給定的0.05顯著性水平，可以判定3個生產單位的延伸率縱向和橫向的材質性能沒有顯著性差異。D延伸率縱向和橫向的漸近顯著性概率（雙尾）小于給定的0.05顯著性水平，可以認為來自縱向和橫向兩獨立總體均值存在顯著差異，判定它的延伸率縱向和橫向的材質性能有顯著性差異。檢驗統計結果表明配對試驗數據總體的均值有顯著性差異，材質的縱向和橫向延伸率有顯著性差異。

顯著性差異的原因，可能是各廠家瀝青類防水卷材生產工藝或所摻改性劑的不同造成所對應的物理力學性質也各不相同。因此可以用曼-惠特尼U檢驗結果，判斷驗證同一型號不同廠家瀝青類防水卷材本身的物理力學性質具有較大的差異。

曼-惠特尼U檢驗統計結果 表2

3.3 數據的隨機性檢驗結果分析

從表3可見，A最大峰拉力縱向和C最大峰拉力橫向漸近顯著性概率（雙尾）分別都小于給定的顯著性水平0.05；從表4可見，C縱向延伸率和C橫向延伸率漸近顯著性概率（雙尾）分別都小于給定的顯著性水平0.05；則拒絕原假設。說明采集的A、C生產單位縱向和橫向卷材試驗數據獨立性比較差，可以判定試驗數據采集不具有隨機性。這時需要提醒試驗人員注意檢查試驗數據采集過程是否出現了異常[10]。

最大峰拉力游程檢驗結果 表3

延伸率游程檢驗結果 表4

其他樣本的最大峰拉力縱向和橫向的漸近顯著性概率（雙尾）分別都大于假設的顯著性水平0.05，因此不能拒絕原假設，可以判定其他樣本的縱向和橫向試驗數據獨立性更好一點，采集的樣本數據是隨機產生的，與數據產生方式吻合。

最大峰拉力配對樣本t檢驗結果 表5

3.4 配對樣本t檢驗結果分析

從表5可見，全部樣本最大峰拉力縱向和橫向的漸近顯著性概率（雙尾）檢驗結果，分別都小于假設的顯著性水平0.05，樣本最大峰拉力縱向和橫向的試驗數據出現顯著性差異，則拒絕原假設，判定樣本不是來自具有相同均值的總體。說明每個品牌的防水卷材材質在縱向和橫向的材質均勻性方面有本質性差異。

從表6可見，樣本延伸率縱向和橫向的漸近顯著性概率（雙尾）檢驗結果表明，ABC延伸率都大于給定的顯著性水平0.05，因此不能拒絕原假設，可以認為樣本ABC延伸率縱向和橫向沒有本質性差異。但是D延伸率小于給定的顯著性水平0.05，則拒絕原假設，判定樣本不是來自具有相同均值的總體。

延伸率配對樣本t檢驗結果 表6

祖維娜[9]以高分子防水卷材拉伸性能試驗作為研究手段，分別對選取的高分子防水卷材進行縱向、橫向試樣拉伸強度試驗。通過對不同溫度條件下卷材縱向、橫向試樣拉伸強度、斷裂伸長率的試驗分析,可以看出無論常溫還是低溫，卷材縱向拉斷伸長率大于橫向拉斷伸長率。

祖維娜認為同一型號不同廠家的高分子防水卷材拉伸性能差別較大，原因可能與卷材生產工藝水平和原材料配合比有一定的關系[9]。

t檢驗結果與祖維娜的結論相吻合。在標準試驗條件下，同一型號4個不同生產單位的彈性體SBS改性瀝青防水卷材的縱向、橫向最大峰拉力和延伸率有顯著性差異。拉伸性能差異產生的原因可能與原廠家生產工藝水平和原材料配合比有一定的關系。因此在工程中的應用中應充分考慮卷材鋪貼方向在縱向、橫向的性能差異。

4 結論

①采用單樣本柯爾莫戈洛夫-斯米諾夫(K-S)檢驗法，可以對樣本數據進行正態分布檢驗。判定試驗過程是否處于受控狀態。

②采用兩獨立樣本的曼-惠特尼U檢驗，可以用來判斷其來自兩獨立總體均值是否存在顯著差異。判斷驗證了同一型號不同廠家瀝青類防水卷材本身的物理力學性質具有較大的差異。

③采用游程Runs檢驗法可以檢驗數據的隨機性。可以提醒試驗人員注意檢查試驗數據采集過程是否出現了異常。

④通過假設檢驗分析，反映實驗室的環境影響因素是否異常，可以為改進實驗室的管理提供量化依據。

⑤在標準試驗條件下，同一型號不同廠家彈性體改性瀝青防水卷材的縱向、橫向最大峰拉力和延伸率有顯著性差異。拉伸性能差異產生的原因可能與原廠家生產工藝水平和原材料配合比有一定的關系。因此在工程中的應用中應充分考慮卷材鋪貼方向在縱向、橫向的性能差異。