巖棉不燃性試驗(yàn)不確定度評(píng)定

朱靖哲

（廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司）

0 引言

在許多火災(zāi)事故的原因分析中，使用的建筑材料燃燒性能不達(dá)標(biāo)是被提及最多的因素之一，阻燃防火性能優(yōu)秀的建筑材料能夠阻隔火焰的傳播，延緩火勢(shì)的擴(kuò)大，對(duì)于減小火災(zāi)造成的損失，保護(hù)人員生命及財(cái)產(chǎn)安全起到重要作用。GB/T 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也均對(duì)建筑物各部位所使用建筑材料的燃燒性能要求做出了規(guī)定。

不燃性試驗(yàn)是判定材料燃燒性能達(dá)到A 級(jí)即不燃性材料的代表性試驗(yàn)，通過(guò)該試驗(yàn)可得到材料是否具有在高溫環(huán)境下不燃燒的性質(zhì)。本研究按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5464-2010《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》中的測(cè)試方法對(duì)巖棉板進(jìn)行了不燃性試驗(yàn)，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果中爐內(nèi)溫升和質(zhì)量損失率這兩項(xiàng)參數(shù)的深入解析，闡述和分析了在試驗(yàn)過(guò)程中的不確定度來(lái)源以及各個(gè)不確定度的分量值，最終以合成不確定度的形式體現(xiàn)在結(jié)論當(dāng)中。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用燃燒性能為不燃A1級(jí)的防火巖棉；密度80kg/m3，規(guī) 格 數(shù) 量 為（300 mm×300 mm×100 mm）/塊×3塊。

1.2 試驗(yàn)裝置與設(shè)備

⑴建材不燃性試驗(yàn)爐，南京江寧分析儀器有限公司生產(chǎn)，設(shè)備型號(hào)為JCB-3；

⑵電子天平，量程0～300g，精度0.01g。

1.3 試驗(yàn)方法

⑴按標(biāo)準(zhǔn)要求制備規(guī)格為直徑（450-2）mm、高（50±3）mm的圓柱體試樣5 個(gè)，先于溫度為（23±2）℃，濕度為（50±5）%的條件下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，再置于溫度為（60±5）℃的烘箱中處理（20～24）h，處理完成后冷卻至室溫備試驗(yàn)；

⑵啟動(dòng)控制軟件及儀器不燃爐，開(kāi)啟加熱至不燃爐爐內(nèi)溫度升至(750±5）℃并達(dá)到溫度平衡；

⑶將一個(gè)試樣用電子天平稱量其試驗(yàn)前質(zhì)量m1，精確到0.01g，然后將樣品裝入樣品架，放入試驗(yàn)爐內(nèi)；

⑷若試驗(yàn)進(jìn)行至30min 時(shí)三支熱電偶溫度達(dá)到最終平衡則試驗(yàn)結(jié)束，若30min 時(shí)溫度未達(dá)到最終平衡則繼續(xù)試驗(yàn)直至溫度達(dá)到平衡或在試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到60min時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，結(jié)束后應(yīng)重新使?fàn)t內(nèi)溫度恢復(fù)至(750±5）℃并達(dá)到溫度平衡；

⑸將試驗(yàn)結(jié)束后將爐中試樣取出放置于干燥皿中，待其冷卻至室溫，稱量試驗(yàn)后質(zhì)量m2，精確到0.01g；

重復(fù)步驟⑶至步驟⑸直至整組試樣全部完成試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)該組巖棉試樣的5次不燃性試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

表2 爐內(nèi)溫升不確定度分量表

表3 質(zhì)量損失率不確定度分量表

2 爐內(nèi)溫升不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型

不燃性試驗(yàn)爐內(nèi)溫升公式為：

式中：ΔT為爐內(nèi)溫升，℃；Tm為爐內(nèi)最高溫度，℃；Tf為爐內(nèi)最終溫度，℃。Tm與Tf為本試驗(yàn)中的直接被測(cè)量，可在試驗(yàn)軟件中直接讀取；而ΔT則是由直接被測(cè)量Tm和Tf通過(guò)函數(shù)關(guān)系確定的間接被測(cè)量。

2.2 不確定度來(lái)源分析

根據(jù)計(jì)算公式中直接被測(cè)量Tm與Tf的影響因素，爐內(nèi)溫升ΔT的不確定度來(lái)源包括：重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度、不燃性試驗(yàn)爐設(shè)備誤差引入的不確定度和爐用K 型熱電偶測(cè)量誤差引入的不確定度。其中重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度屬于A 類不確定度；不燃性試驗(yàn)爐設(shè)備誤差引入的不確定度和爐用K 型熱電偶測(cè)量誤差引入的不確定度屬于B類不確定度。

2.3 A類不確定度評(píng)定

對(duì)于直接被測(cè)量Tm，由貝塞爾公式得到其標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

2.4 B類不確定度評(píng)定

2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

對(duì)于直接被測(cè)量Tm，由A 類及B 類不確定度分量合成得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

兩直接被測(cè)量Tm和Tf為同一組試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)過(guò)程中兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的爐內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，此時(shí)認(rèn)為這兩被測(cè)量之間存在具有一定相關(guān)性的可能，因此需進(jìn)行二者相關(guān)系數(shù)r(Tm，Tf)的計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證：

2.6 測(cè)量結(jié)果與擴(kuò)展不確定度

依據(jù)爐內(nèi)溫升公式ΔT=Tm-Tf，取五次平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值計(jì)算得到ΔT= 1.44℃；

取包含因子k=2，爐內(nèi)溫升ΔT的擴(kuò)展不確定度為U(ΔT)=2uc（ΔT）=0.658℃；此次不燃試驗(yàn)爐內(nèi)溫升測(cè)量結(jié) 果 不 確 定 度 為ΔT= 1.44℃，U= 0.658℃，k= 2 或ΔT= 1.44℃±0.658℃，k= 2。

3 質(zhì)量損失率不確定度評(píng)定

3.1 數(shù)學(xué)模型

不燃性試驗(yàn)樣品質(zhì)量損失率公式為：

式中：LR為質(zhì)量損失率，%；m1為試驗(yàn)前試樣質(zhì)量，g；m2為試驗(yàn)后試樣質(zhì)量，g。m1和m2為本試驗(yàn)中的直接被測(cè)量，可由電子天平直接稱量讀取；而LR則是由直接被測(cè)量m1和m2通過(guò)函數(shù)關(guān)系確定的間接被測(cè)量。

3.2 不確定度來(lái)源分析

根據(jù)計(jì)算公式中直接被測(cè)量m1和m2的影響因素，質(zhì)量損失率不確定度來(lái)源包括：重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度和電子天平稱量誤差引入的不確定度。其中重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度屬于A 類不確定度；電子天平稱量誤差引入的不確定度屬于B類不確定度。

3.3 A類不確定度評(píng)定

3.4 B類不確定度評(píng)定

對(duì)于直接被測(cè)量m1和m2，B 類不確定度均來(lái)自于電子天平稱量誤差引入的不確定度。根據(jù)電子天平校準(zhǔn)證書(shū)可得，當(dāng)包含因子k=2 時(shí)，擴(kuò)展不確定度U=0.03g，因此由電子天平帶來(lái)的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

對(duì)于直接被測(cè)量m1，由A 類及B 類不確定度分量合成得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3.6 測(cè)量結(jié)果與擴(kuò)展不確定度

4 結(jié)語(yǔ)

⑴爐內(nèi)溫升ΔT測(cè)量結(jié)果為ΔT= 1.44℃±0.658℃，

⑵從對(duì)兩項(xiàng)參數(shù)的不確定度分析中可以看出，影響爐內(nèi)溫升和質(zhì)量損失率結(jié)果的最主要因素為重復(fù)試驗(yàn)，重復(fù)試驗(yàn)所帶來(lái)的A 類不確定度大于試驗(yàn)儀器設(shè)備帶來(lái)的B類不確定度。

⑶本研究中的兩項(xiàng)參數(shù)均為由試驗(yàn)直接測(cè)得數(shù)值通過(guò)函數(shù)關(guān)系確定的間接被測(cè)量，合成不確定的過(guò)程中，需要注意輸入量間是否存在相關(guān)關(guān)系并進(jìn)行協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)的計(jì)算，輸入量間不同程度的相關(guān)關(guān)系會(huì)對(duì)合成不確定度結(jié)果帶來(lái)對(duì)應(yīng)的影響。