運用方差分析理論對水泥28d抗壓強度重復性試驗結果誤差分析及比對

黃澤福

（福建省建筑工程質量檢測中心有限公司南安分公司，福建 南安 362300）

1 前言

水泥作為膠凝材料廣泛用于建筑工程中，其抗壓強度直接影響工程的安全性?？箟簭姸茸鳛樗噘|量重要評判指標之一，其誤差是不可忽視的，即使現在很多公司對試驗室的試驗人員、環境、儀器設備等有關方面都納入公司的質量管理體系，但是這些影響因素對試驗結果是否有影響，我們對此又該如何進行分析？根據GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》規定，對于試驗方法的精確度，可以通過其重復性來評定，其中第11.5條規定對于28d強度測定，一個合格試驗室在上述條件下重復性用變異系數表示，可要求重復性為1%～3%。目前，試驗室對于試驗方法的精確度仍然是通過此標準來得出評定，此規定對大多數試驗室都能滿足要求，但在日常檢測試驗過程中試驗人員很難發現問題。因此，本次通過對樣品及試驗過程的控制，以確保本次重復性試驗的準確性，運用方差分析理論對本試驗室試驗人員A組和試驗人員B組在相同試驗室試驗條件下，通過試驗得到水泥28d抗壓強度結果的誤差分析以及比對，找出影響試驗人員業務能力和技術水平的因素，有效強化試驗室的質量管理。

2 試驗控制及28d抗壓強度結果的誤差分析

2.1 樣品制備與試驗室環境控制

本次試驗所需試驗樣品都是提前1d制備放置試驗室，確保試驗時樣品溫度與試驗室環境溫度一致。水泥采用福建省某水泥廠散裝P.O42.5水泥，在取回樣品后水泥單樣通過0.9 mm方孔篩去除雜質后充分混勻貯存在密閉容器中放置于本試驗室；此次試驗使用的標準砂是由廈門艾思歐標準砂有限公司生產的中國ISO標準砂。本次試驗為了更好控制試驗環境，試驗選擇在11月，試驗室環境溫度控制在20℃±1℃，相對濕度控制為58%～62%，在試驗過程中，每2h對試驗室環境進行監測一次，以確保在試驗過程中試驗室的溫度和相對濕度均滿足標準規定的要求。

2.2 試驗過程和養護過程的控制

水泥膠砂試驗過程是對一個試驗人員技能水平的考核，關系著最終試驗結果的準確性，如果試驗人員沒有按照操作規程進行或者操作中存在失誤，都有可能導致試驗結果無效。因此，在試驗各個階段中，首先，稱量試驗樣品的電子天平必須放在平整而且臺面有防震墊的平臺上。本次試驗水泥試驗樣品的質量須控制在450g±0.5g。其次，按照要求先對鍋壁和攪拌機葉片以及使用器具進行濕布擦拭，但不能留有水滴。量水器應事先過一遍水，用量水器量取225 ml試驗前準備好的水倒入攪拌鍋里，把水泥加入水中，要防止水泥和水濺出，然后把攪拌鍋安放在固定架上，將攪拌鍋上升至攪拌工作定位位置，立即開啟攪拌機攪拌，本次膠砂攪拌采用自動控攪拌。在攪拌完成后取下攪拌鍋后立即用勺子將膠砂攪拌均勻，然后將膠砂分兩層裝入試模，并按照標準要求進行振實。振實完畢后，取下模套，將試模放在平整的桌面，用金屬直尺以接近90°的角度，沿試模長度方向以一端橫向另一端以緩慢的割據動作，將高出試模的膠砂刮去，并用同一直尺以接近水平將試體表面抹平。試驗完成后將試件放進自動控制養護箱，養護期間每天對養護箱的溫度與相對濕度進行記錄3次，其養護溫度均控制在20℃±1℃，并且相對濕度不低于95%，在成型后20～24h脫模并做好標記。將脫模后試件放入自動控制水養箱中，每個試件放在水養箱盒子里的塑料的篦子上，并確保每個試件之間保持一定的距離，讓試件6個面與水充分接觸。試件在養護期間，試件表面的水深不得小于5 mm，并且隨時加水保持適當的恒定水位，切忌在養護期間全部換水，需每天對養護池水溫度進行監控。所有試體在達到齡期時，在破型試驗前15 min從水養箱中取出，將試體表面的沉積物擦去，然后用濕布將試體覆蓋到試驗為止，試體的28d抗壓強度試驗控制在28 d±4 h內完成。

2.3 試驗結果分析

通過28d抗壓強度試驗分別得到試驗A組和試驗B組的試驗結果，并對其抗壓強度的誤差進行分析。

2.3.1 A組試驗結果抗壓強度誤差分析

（1）A組水泥28d抗壓強度（MPa）試驗數據（見表1）。

表1 A 組水泥 28d 抗壓強度（MPa）試驗數據

（2）A組試驗的10組試件共60個28d抗壓試驗數據分析。

①10組60個抗壓試驗數據的強度代表值統計特征值：

平均值：52.3 MPa；標準差：S=1.25MPa；變異系數:CV=2.39%。

②根據GB/T17671-1999標準第11.5條重復性要求，以變異系數1%～3%幅度為標準，運用方差分析理論，對試驗結果的精確度進行分析：

60個測定值的數據和為:T=3135.9；

60個測定值的平方和為：∑∑ X2ij=164 068.55；

10 組數據和的平方：∑ T2i=163 981.97；

總的偏差平方和：

ST= ∑∑ X2ij-T2/60=170.74，自由度為 59；

組間偏差（因素）平方和：

SA= ∑ T2i-T2/60=84.16，自由度為9；

組內偏差（誤差）平方和：

SE=ST-SA=170.74-84.16=86.58，自由度為50。

A組試驗數據方差分析理論分析的結果（見表2）：

表2 A組試驗數據方差分析理論分析結果

從表2可以看出，如果給定α=0.05，查F分布表F0.95(9.50)=2.08＜5.4，說明A組的重復性試驗組與組之間28 d抗壓強度結果有顯著差異；組內誤差的均方和為1.73，其標準差為1.32，故組內變異系數CV=1.32/52.3=2.52%。

2.3.2 B組試驗結果抗壓強度誤差分析

（1）B組水泥28d抗壓強度（MPa）試驗數據（見表3）。

表3 B組水泥 28d抗壓強度（MPa）試驗數據

（2）B組試驗的10組試件共60個28d抗壓試驗數據分析。

①10組60個28d抗壓試驗數據的強度代表值統計特征值：

平均值：52.0 MPa，標準差：S=1.26 MPa，變異系數:CV=2.43%.

②根據GB/T17671-1999標準第11.5條重復性要求，以變異系數1%～3%幅度為標準，運用方差分析理論，對試驗結果的精確度進行分析：

60個測定值的數據和為:T=3121.0；

60 個測定值的平方和為：∑∑X2ij=162 499.36；

10 組數據和的平方：∑T2i=162 430.21；

總的偏差平方和：ST=∑∑X2ij-T2/60=155.34，自由度為59；

組間偏差（因素）平方和：SA=∑T2i-T2/60=86.19，自由度為9；

組內偏差（誤差）平方和：SE=STSA=155.34-86.19=69.15，自由度為50。

B組試驗數據方差分析理論分析的結果（見表4）：

表4 試驗人員B試驗數據方差分析結果

從表4可以看出，如果給定α=0.05，查F分布表F0.95(9.50)=2.08＜6.92，說明B組的重復性試驗組與組之間28d抗壓強度結果還是有顯著差異；組內誤差的均方和為1.38，其標準差為1.17，故組內變異系數CV=1.17/52.0=2.25%。

從以上對A組試驗與B組試驗的試驗數據分析比對可以得到：

①A組試驗與B組試驗28d抗壓強度結果和重復性變異系數相差不大，而且兩組試驗重復性精度均滿足標準要求。

②運用方差分析理論分析各自試驗結果誤差，可以看出B組試驗組與組之間差異比A組試驗更顯著，說明B組試驗的操作穩定性差；A組試驗的組內變異系數大于B組試驗，說明A組試驗更容易出現試驗結果離散導致試驗結果無效；兩組試驗的組內變異系數都大于2%，超過了試驗室試驗人員應把組內變異系數控制在2%以內的要求，說明兩組試驗人員試驗水平有待提高。

③對于試驗室的質量管理不應僅僅用重復性的精確性來評判，還應該從更深層面來分析其誤差，通過比對來發現影響結果的誤差因素。

3 結語

本文通過對試驗人員的水泥28d抗壓強度結果誤差分析及比對，發現由于試驗人員操作水平參差不齊，雖然都按現行標準GB/T17671-1999的規定執行，但由于規定相對寬松，在年度內部質量監控時，試驗室質量管理僅通過簡單人員試驗一組比對試驗，這很難發現問題，也失去了對質量監督的意義。因此，在試驗室的質量管理上，要通過重復性試驗，運用方差分析理論分析其誤差，從而準確判斷試驗人員的實際業務能力和技術水平，找準影響因素，從而有針對性地提高試驗人員的業務能力和水平，強化對試驗室的質量管理。