Z比分?jǐn)?shù)在混凝土配制強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證中的應(yīng)用

仲新華，馬 驊，樓梁偉，王 娟，李享濤，裘智輝

(1．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2．高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081;3．邢臺(tái)市邢衡高速公路管理處，河北 邢臺(tái) 054000;4．邢臺(tái)市交通科學(xué)研究所，河北 邢臺(tái) 054000)

Z比分?jǐn)?shù)在混凝土配制強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證中的應(yīng)用

仲新華1，2，馬 驊3，樓梁偉1，2，王 娟4，李享濤1，2，裘智輝1，2

(1．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2．高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081;3．邢臺(tái)市邢衡高速公路管理處，河北 邢臺(tái) 054000;4．邢臺(tái)市交通科學(xué)研究所，河北 邢臺(tái) 054000)

對(duì)混凝土配制強(qiáng)度進(jìn)行多方驗(yàn)證，既是混凝土質(zhì)量控制的常用手段，也是建設(shè)管理的重要環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏對(duì)多方驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)的依據(jù)，常常引發(fā)對(duì)驗(yàn)證處置結(jié)果的爭(zhēng)論。本文以某高速公路建設(shè)中3個(gè)施工單位實(shí)驗(yàn)室和3個(gè)監(jiān)理單位實(shí)驗(yàn)室對(duì)相同的2個(gè)混凝土配合比進(jìn)行驗(yàn)證的強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)，采用穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)的方法，對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。依據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的實(shí)驗(yàn)室間的Z比分?jǐn)?shù)ZB和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Z比分?jǐn)?shù)ZW，分別對(duì)施工單位和監(jiān)理單位實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力做出評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果為不滿意或存疑的實(shí)驗(yàn)室提出處置建議。

Z比分?jǐn)?shù) 混凝土強(qiáng)度 室間驗(yàn)證 室內(nèi)驗(yàn)證

在土木工程建設(shè)中，混凝土強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)耐久性的重要保證，施工過(guò)程中參建各方對(duì)混凝土強(qiáng)度的質(zhì)量控制非常重視，對(duì)混凝土配制強(qiáng)度進(jìn)行多方試驗(yàn)驗(yàn)證即是其中的管理要求之一。根據(jù)我國(guó)的建設(shè)管理模式，混凝土配制強(qiáng)度的多方驗(yàn)證主要指施工單位和監(jiān)理單位采用相同的原材料和配合比，在各自的實(shí)驗(yàn)室中對(duì)混凝土進(jìn)行成型、養(yǎng)護(hù)和強(qiáng)度測(cè)試的平行試驗(yàn)過(guò)程。這期間受到人員、設(shè)備、環(huán)境等各種不確定因素的影響，相同配合比的混凝土在不同實(shí)驗(yàn)室間的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果必然產(chǎn)生一定的差異。實(shí)際工作中，當(dāng)驗(yàn)證各方的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果差別較大，或者監(jiān)理單位的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果低于混凝土配制強(qiáng)度，導(dǎo)致監(jiān)理單位不認(rèn)可施工單位的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，各方對(duì)這種事實(shí)性的差異存在較大爭(zhēng)議。由于施工單位和監(jiān)理單位實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)等級(jí)相同，因此雙方實(shí)驗(yàn)室對(duì)混凝土配制強(qiáng)度的試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程實(shí)際上可采用相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

Z比分?jǐn)?shù)檢驗(yàn)法是標(biāo)準(zhǔn)化的方法，是國(guó)際和中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)普遍采用的統(tǒng)計(jì)方法，適用于對(duì)單產(chǎn)品或樣品對(duì)的試驗(yàn)室間比對(duì)和試驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)［1-3］。本文以6個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)2組混凝土配制強(qiáng)度驗(yàn)證的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，采用Z比分?jǐn)?shù)的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法，以標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距為估計(jì)值，通過(guò)計(jì)算和比較實(shí)驗(yàn)室間Z比分?jǐn)?shù)ZB和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Z比分?jǐn)?shù)ZW，對(duì)各方實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力作出評(píng)價(jià)。

1 混凝土配制強(qiáng)度與試驗(yàn)條件

1.1 混凝土配制強(qiáng)度

假定生產(chǎn)過(guò)程中混凝土強(qiáng)度呈正態(tài)分布，且實(shí)際強(qiáng)度不低于95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度的保證率時(shí)，混凝土的配制強(qiáng)度 fcu，0可由下式確定

式中，fcu，k為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差可由施工企業(yè)根據(jù)原材料品質(zhì)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)以及企業(yè)的質(zhì)量管理水平等影響因素確定。因此，不同的施工單位可取用不一樣的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，生產(chǎn)管理水平較高的企業(yè)，可取用較低值的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)施工企業(yè)未形成可統(tǒng)計(jì)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，也可按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)［4］的推薦將強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差取值為 6 MPa，此時(shí)，強(qiáng)度等級(jí)為C50的混凝土配制強(qiáng)度為59.9 MPa。

1.2 試驗(yàn)條件

參與混凝土配制強(qiáng)度驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室共6個(gè)，其中3個(gè)施工單位實(shí)驗(yàn)室編號(hào)分別為甲、乙、丙，3個(gè)監(jiān)理單位實(shí)驗(yàn)室編號(hào)分別為丁、戊、己。

混凝土原材料:采用相同規(guī)格及料源的混凝土原材料，骨料晾曬干燥。

混凝土配合比:兩個(gè)配合比混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C50，其中一個(gè)配合比采用單摻粉煤灰方案，另一配合比采用雙摻粉煤灰和礦渣粉方案。

混凝土成型:采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)對(duì)混凝土拌合180 s，在標(biāo)準(zhǔn)振實(shí)臺(tái)上密實(shí)15 s，然后覆蓋塑料膜養(yǎng)護(hù)24 h后拆模。

試件數(shù)量和尺寸:各實(shí)驗(yàn)室每次成型試件1組，分2次共成型試件2組，混凝土試件尺寸為150 mm×150 mm ×150 mm。

混凝土養(yǎng)護(hù):養(yǎng)護(hù)溫度(20±2)℃，濕度≥95%，養(yǎng)護(hù)齡期 28 d［5-6］。

2 統(tǒng)計(jì)方法及處理

2.1 統(tǒng)計(jì)方法(Z比分?jǐn)?shù))

Z比分?jǐn)?shù)的構(gòu)成公式為［7］

式中，x為參加驗(yàn)證的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果;X為強(qiáng)度真值或指定值，本文取為強(qiáng)度檢測(cè)值的中位數(shù);s為滿足計(jì)劃要求變動(dòng)性的合適估計(jì)值，是試驗(yàn)過(guò)程不同實(shí)驗(yàn)室合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的反映，本文取為標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距(NIQR)。

2.2 統(tǒng)計(jì)處理及說(shuō)明

6個(gè)實(shí)驗(yàn)室共12組混凝土試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和采用Z比分?jǐn)?shù)穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)處理

表中參數(shù)及計(jì)算過(guò)程說(shuō)明如下:

1)混凝土強(qiáng)度Y1為單摻粉煤灰配合比。

2)混凝土強(qiáng)度Y2為雙摻粉煤灰和礦渣粉配合比。

3)中位數(shù)為參與統(tǒng)計(jì)的檢測(cè)值按大小次序排列居中的數(shù)值，當(dāng)統(tǒng)計(jì)量為偶數(shù)時(shí)，為中間兩數(shù)值的平均值。

4)標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距NIQR為等于四分位間距(IQR)乘以一個(gè)因子(0.741 3)。四分位間距是高四分位數(shù)值和低四分位數(shù)值的差值，數(shù)值越大，說(shuō)明離散程度越高，反之，說(shuō)明離散程度越小。低四分位數(shù)值是低于結(jié)果1/4處的最近數(shù)值，高四分位數(shù)值是高于結(jié)果3/4處的最近數(shù)值。

5)穩(wěn)健變異系數(shù)CV為標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)除以中位數(shù)，相當(dāng)于經(jīng)典的變異系數(shù)。

6)標(biāo)準(zhǔn)化的和值S=(Y1+Y2)/。

7)實(shí)驗(yàn)室間Z比分?jǐn)?shù)ZB=(S－中位數(shù))/NIQR。

8)標(biāo)準(zhǔn)化的差值D=(Y1－Y2)/。

9)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Z比分?jǐn)?shù)ZW=(D－中位數(shù))/NIQR。

3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果分析

3.1 Z比分?jǐn)?shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1)|Z|≤2，表明實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力合格。

2)2＜|Z|＜3，表明實(shí)驗(yàn)室存在問(wèn)題，應(yīng)鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)室分析檢查其能力。2＜|Z|＜3的置信概率為95%。

3)|Z|≥3，表明實(shí)驗(yàn)室處于離群狀態(tài)，該實(shí)驗(yàn)室的能力應(yīng)評(píng)為不滿意，應(yīng)采取有效的糾正措施。|Z|≥3的置信概率為99%。

3.2 Z比分?jǐn)?shù)序列直方圖分析

實(shí)驗(yàn)室間和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的Z比分?jǐn)?shù)序列直方圖見(jiàn)圖1及圖2。圖中縱坐標(biāo)±3.0處各有一條實(shí)橫線，表示檢測(cè)結(jié)果是否出現(xiàn)離群值的分界線;縱坐標(biāo)±2.0處各有一條虛橫線，表示檢測(cè)結(jié)果有可能存在問(wèn)題的分界線。

圖1 ZB分?jǐn)?shù)序列直方圖

圖2 ZW分?jǐn)?shù)序列直方圖

4 結(jié)論

1)除戊實(shí)驗(yàn)室外，其他實(shí)驗(yàn)室間的分析結(jié)果均為滿意，表明實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力良好。戊實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果雖然高于配制強(qiáng)度，但采用Z比分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示其檢測(cè)值處于離群狀態(tài)(|ZB|＞3.0)，分析結(jié)果為不滿意，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行復(fù)查并采取有效的糾正措施。

2)除乙實(shí)驗(yàn)室外，其他實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的分析結(jié)果均為滿意，表明實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定。乙實(shí)驗(yàn)室對(duì)2組試件的檢測(cè)結(jié)果雖然均高于配制強(qiáng)度，但采用Z比分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示其檢測(cè)值處于存疑狀態(tài)(|ZW|＞2.0)，表明兩次試驗(yàn)過(guò)程的一致性存在過(guò)大偏差，應(yīng)進(jìn)一步檢查分析其能力。

3)甲、丙、丁、己四個(gè)實(shí)驗(yàn)室的|ZB|值和|ZW|值均＜2，表明檢測(cè)能力均合格。根據(jù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)的規(guī)定，雖然已實(shí)驗(yàn)室對(duì)編號(hào)為Y2的配合比強(qiáng)度驗(yàn)證結(jié)果低于配制強(qiáng)度，但不影響甲、丙、丁三個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)該試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程的認(rèn)可。因此，應(yīng)放行甲、丙兩施工單位對(duì)混凝土配合比的使用。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB/T 27025—2008 檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

［2］中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)．能力驗(yàn)證指南［M］．北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2001．

［3］劉璐．公路檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證體系的研究與完善［D］．遼寧:大連理工大學(xué)，2011．

［4］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．JGJ 55—2011 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011．

［5］中華人民共和國(guó)建設(shè)部．GB/T 50081—2002 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003．

［6］胡在良，張佰戰(zhàn)，董承全．鐵路高性能混凝土基樁檢測(cè)波速與強(qiáng)度關(guān)系的研究［J］．鐵道建筑，2011(7):94-98．

［7］國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局．GB/T 15483.1—1999 利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)的能力驗(yàn)證——第1部分:能力驗(yàn)證計(jì)劃的建立和運(yùn)作［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

Application of Z-score to strength test verification of concrete mix-preparation

ZHONG Xinhua1，2，MA Hua3，LOU Liangwei1，2，WANG Juan4，LI Xiangtao1，2，QIU Zhihui1，2

(1．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China;2．State Key Laboratory for Track Technology of High-Speed Railway，Beijing 100081，China;3．Xing-Heng Highway Management Office，Xingtai Hebei 054000，China;4．Xingtai Traffic Science Research Institute，Xingtai Hebei 054000，China)

Validating the concrete strength in many ways is not only the common measure for concrete quality control but also an important part of construction management．Due to the lack of scientific evaluation basis for multi-verification test results，argument aroused by verification disposal results has often happened for a long time．Based on strength test results of 2 same concrete mix proportion verification in 3 construction units and 3 supervision laboratories of one high speed way construction，this paper adopted the robust Z ratio fraction method，made statistical analysis for strength test results，got ZB which is the Z ratio fraction between the laboratories and ZW which is the Z ratio fraction inside the laboratory according to statistics，evaluated the test ability of construction and supervision units respectively，and put forward treatment suggestions for the dissatisfied or open laboratory．

Z ratio fraction;Concrete strength;External validation;Indoor test

TU528

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．46

1003-1995(2013)04-0149-03

2012-11-26;

2013-01-16

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基金項(xiàng)目(2011YJ87);河北省公路技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(XHKY2011-10)

仲新華(1971— )，男，江蘇吳江人，研究員，碩士。

(責(zé)任審編 李付軍)