EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量的不確定度分析

福州鐵建工程質(zhì)量檢測有限公司，福建 福州 350014

1 研究背景

建筑防水工程是建筑工程系統(tǒng)中的重要組成部分，在工程項(xiàng)目施工質(zhì)量提升，建筑物功能作用發(fā)揮等方面發(fā)揮重要的作用，在防水工程中，其質(zhì)量與防水材料選用存在密切關(guān)聯(lián)性。

EVA（Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer，乙烯-醋酸乙烯共聚物）防水板是以乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯樹脂、抗老化劑、相關(guān)助劑等為主要原材料，經(jīng)熔融、塑化、輥壓等一系類工藝，制備而成的一種具備一定厚度的板狀防水防滲材料。EVA 防水板的柔韌性相對較高，且具備耐沖擊、耐低溫、抗開裂等特征。因此，EVA 防水板在建筑防水工程中得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)需求與要求也不斷增多。這就需要通過測量的不確定度分析來提升測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，保證產(chǎn)品質(zhì)量檢測科學(xué)、合理。

2 試 驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

衡水大眾橡塑有限公司生產(chǎn)的1.5（mm）EVA 防水板。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

（1）電子萬能試驗(yàn)機(jī)（配引伸計），UTM4502 型，量程500N，準(zhǔn)確度等級1 級，由深圳市三思縱橫有限公司生產(chǎn)。

（2）天津亞興自動化實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室測厚儀（壓足6mm）等。

2.3 試驗(yàn)環(huán)境

樣品在（23±2）℃養(yǎng)護(hù)不少于24h 后，裁取Ⅰ型啞鈴試件，在（23±2）℃環(huán)境中進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)依據(jù)：TB/T 3360.1—2014《鐵道隧道防水材料第1 部分：防水板》；GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》；GB/T 328.10—2007《建筑防水材料試驗(yàn)辦法》等。

試驗(yàn)步驟：①試樣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下靜置24h；②在裁取的亞鈴試件狹窄部分中心兩側(cè)劃兩道平行線，平行線之間的距離為25mm；③用測厚儀在試件試驗(yàn)長度中部和兩端測量厚度，取3個測量值的中位數(shù)用于計算橫截面積；④取裁刀狹窄部分的距離作為試樣寬度，并計算試件橫截面積；⑤將試件放置到防水板拉伸試驗(yàn)設(shè)備中，保持（250±50）mm/min 的恒速進(jìn)行加載，將試件拉伸到斷裂；⑥根據(jù)所得數(shù)據(jù)，利用公式“P=F/A”（P 代表EVA 防水板拉伸強(qiáng)度，單位表示為“MPa”；F 代表最大拉力，單位表示為“N”；A代表試件原始橫截面積，單位表示為“mm2”）得出EVA 防水板拉伸強(qiáng)度。

3 拉伸強(qiáng)度測量的不確定來源

引起EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量不確定的因素主要有：①EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中，樣品差異引入不確定度；②操作人員在測量過程中，進(jìn)行重復(fù)性測量引入的不確定度；③EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中，測量所用設(shè)備引入的不確定度，如電子萬能試驗(yàn)機(jī)示值誤差引入不確定度，測厚儀示值誤差引入不確定度等；④測量數(shù)值修約引入的不確定度等。

4 不確定度的評定

4.1 樣品差異引入的不確定度評定

在EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中，樣品差異引入的不確定度（UP1 表示）一方面與測量過程中選擇樣品位置差異存在密切關(guān)聯(lián)性；另一方面與樣品拉伸過程中夾具位置差異存在密切關(guān)聯(lián)性。因此，樣品差異引入的不確定度主要體現(xiàn)在試件重復(fù)測量上。對此，可利用式（1）代入試樣測量數(shù)據(jù)計算樣品差異引入的相對不確定度。（式中：x 表示試件測量值；表示平均值；n 表示試件總數(shù)；i 表示i 次測量，1～n）。在本次研究中，樣品差異引入的相對不確定度為0.017%。

4.2 重復(fù)測量問題引起的不確定度評定

在EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中針對操作人員重復(fù)測量引入的不確定度進(jìn)行分析時，以某個試樣為研究對象，利用拉力試驗(yàn)機(jī)測量試樣拉伸強(qiáng)度，得到幾組拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)（在本次實(shí)驗(yàn)中重復(fù)測量5 次，數(shù)據(jù)平均值為25.0MPa，如表1 所示），利用貝塞爾公式（式2）計算單次測量標(biāo)準(zhǔn)差，得出標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

表1 EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量結(jié)果

4.3 測量設(shè)備問題引起的不確定度評定

在EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中，測量設(shè)備引入的不確定度來源主要有：①電子萬能試驗(yàn)機(jī)示值誤差引入不確定度；②測厚儀示值誤差引入不確定度。

電子萬能試驗(yàn)機(jī)最大允許誤差為±0.5%，由電子萬能試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)所提供鑒定證書提供的相對示值誤差可知，在實(shí)際應(yīng)用過程中電子萬能試驗(yàn)機(jī)示值在±0.5%范圍外的概率相對較小，在±0.5%范圍內(nèi)的概率呈均勻分布，區(qū)間半寬a1=0.25%，根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定包含因子K1值為，利用B 類方法（式4）對電子萬能試驗(yàn)機(jī)示值誤差引入的不確定度（用UP3表示）進(jìn)行分析，可有效得到不確定度分量。

測厚儀最大允許誤差為±0.02mm，在實(shí)際應(yīng)用過程中測厚儀示值在±0.02mm范圍外的概率相對較小，在±0.02mm范圍內(nèi)的概率呈均勻分布，區(qū)間半寬a2=0.01mm，根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定包含因子K2值為，利用B 類方法（式5）對厚度儀示值誤差引入的不確定度（用UP4表示）進(jìn)行分析，可得到不確定度分量為0.0058mm，由于試樣平均厚度為1.5mm，因此，厚度儀示值誤差引入的相對不確定度為0.387%（0.0058÷1.5）。

4.4 數(shù)值修約問題引入的不確定度評定

在EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中，根據(jù)相關(guān)要求需要對測量值進(jìn)行修約，保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)。通常情況下，EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量值的修約誤差為±0.05MPa，且在±0.05MPa 范圍內(nèi)呈均勻分布，K=，利用B 類方法計算得到數(shù)值修約引入不確定度為0.029MPa，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.029÷25.0=0.116%。

4.5 其他不確定度評定

在EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量不確定度分析過程中，也需考慮溫度效應(yīng)、應(yīng)變率效應(yīng)存在的影響。由于本次研究是在室溫條件下進(jìn)行，因此可忽略溫度效應(yīng)引入的不確定度。關(guān)于應(yīng)變率效應(yīng)修正引入的不確定度，假設(shè)測量結(jié)果在允許誤差范圍內(nèi)，在本次研究中忽略不計。

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

拉力與原始橫截面積相對獨(dú)立，平均拉力強(qiáng)度為25.0MPa。將上述所得不確定度進(jìn)行統(tǒng)計（表2），根據(jù)相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定UP=（UP12+UP22+UP32+UP42+UP52）1/2進(jìn)行計算能夠得出相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UP），并利用UP6=UP×K（當(dāng)置信水平超過95%時，包含因子K=2）得到EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量的相對擴(kuò)展不確定度（UP6）。

表2 各不確定度分量

相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定：

相對擴(kuò)展不確定度：

6 拉伸強(qiáng)度測量的不確定度報告

EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量的不確定度報告需要含有拉伸強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度測量結(jié)果相關(guān)擴(kuò)展不確度等內(nèi)容。

7 結(jié)論

總之，防水材料力學(xué)性能測量的不確定度分析是提高防水材料質(zhì)量檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的重要手段。因此，在EVA 防水板拉伸強(qiáng)度測量過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)要求與規(guī)定，遵循試驗(yàn)基本原則進(jìn)行操作，以保證測量的準(zhǔn)確、真實(shí)。