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【摘要】：依据GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》，测定了聚氨酯防水涂料的拉伸强度,系统地分析了该法测量结果的不确定度来源并对其进行了评定。对聚氨酯拉伸强度测量不确定度进行了深入的量化分析。当聚氨酯防水涂料的拉伸强度为2.45MPa时，测量结果的扩展不确定度为0.10MPa。
【关键词】： 聚氨酯 防水涂料 拉伸强度 测量不确定度
中图分类号：F767文献标识码： A
1前言：
聚氨酯防水涂料是现代工程建设领域应用较广的一种建筑材料，其性能的优劣会直接影响建筑物防水的功能及使用寿命。聚氨酯无处理拉伸强度是描述该材料力学性能的十分重要的参数。是国家规定的评价其性能的重要指标之一。根据 CNAS-CL07的要求，所有检测实验室应有能力对每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评估[1]。而聚氨酯无处理拉伸强度的检测结果是否真实可靠，与测量的过程是否规范，以及测量不确定度的分析是否合理有着密切的联系，本文就聚氨酯防水涂料无处理拉伸强度检测结果的不确定度作一个探讨。
2测量方法
2.1测量所采用的标准：
测量依据的标准有：GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》；GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》；GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》；
2.2测量仪器：
仪器型号：0.5级CMT6203-2KN微机控制电子万能试验机，游标卡尺，测厚仪。
2.3测试环境：
试验条件为：温度(23±2)℃，相对湿度(60±15)%。
2.4被测对象：
I 类多组分聚氨酯防水涂料[PU防水涂料M I]
2.5试验步骤：
先采用GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》6.3所规定的方法制备样品；然后采用GB/T 16777-2008中9.2.1所规定的方法进行试验；样品拉伸速度为（500±50）mm/min。
3数学模型
聚氨酯拉伸强度的计算公式是[2]：
式中：——聚氨酯的拉伸强度，单位MPa；
——聚氨酯拉伸过程中的最大力，单位N；
—— 试件中间部位宽度，单位mm；
—— 试件厚度，单位mm；
4样品制备
试验在标准试验条件：温度为23℃±2℃，相对湿度（50±10）%，完成涂膜，然后按照GB/T528的要求制备哑铃试件。[3]
5标准不确定度评定
影响拉伸强度的不确定度因素，主要包括了测试仪器及实验方法引起的不确定度μc(TL1)，样品不均匀及操作不完全一致引入的不确定度分量μc(TL2)，以及数据修约导致的不确定度分量μc(TL3)。
5.1测试仪器及实验方法引起的不确定度μc(TL1)的评定：
仪器设备对拉伸强度的影响主要是测量拉力时候的不确定度μcrel(Pi)以及测量试样横截面积(B×D)时候的不确定度μcrel(Ai) 。实验方法的不确定度，主要是通过合成各个实验设备的不确定度分量得到：
5.1.1输入量μcrel(Pi)的不确定度：
该部分不确定度主要是微机控制电子万能试验机仪器本身的测量不确定度引起。测试是用的CMT6203规格微机控制电子万能试验机准确等级0.5级（按照0.5%估计）所以：
（1）
5.1.2输入量μcrel(Ai)的不确定度：
该部分不确定度主要包括了以下几部分：
1.哑铃I型试样三点厚度测量引起的不确定度μcrel(D) 2.试样宽度测量引起的不确定度μcrel(B)
μcrel(D)不确定度是指测厚仪测量的不确定度，根据GB/T 16777-2008《建筑防水涂料试验方法》9.1.5所规定的测厚仪的分度值为0.01mm（按照0.01mm估计），所以，由测厚仪导致的不确定度为：
（2）
μcrel(B2)不确定度主要是由游标卡尺仪器测量本身不确定度引起的，根据游标卡尺的分辨率为0.02mm。所以由游标卡尺引起的不确定度为：
（3）
μcrel(Ai)是由厚度测量不确定度分量μcrel(D)以及宽度测量不确定度分量μcrel(B)组成，这两部分的测量使用的不是同一个测试仪器，两者没有明显的相关性，由A=DB所以：
将（2），（3）代入得到：μ2crel(Ai)=0.38%2+0.046%2，即μcrel(Ai)=0.38%（4）
5.1.3各个测试仪器的不确定度的合成：
测试仪器对强度的影响主要通过P，A(D×B)两个分量组成：由于所以合成不确定度为：
[4]
F,A是两个不同测试条件下测试完成，完全没有相关性，即,所以
将（1），（4）代入得到μc(TL1)=0.48% （5）
5.2样品及操作不均匀性引起的不确定度μc(TL2)的评定：
样品及操作不均匀性导致的不确定度μc(TL2)，主要是由随机效应导致的不确定度，其来源有样品涂膜的不均匀性，样品选取位置的不一致，切割样品时边缘小裂纹不一致，拉伸过程夹具夹持的位置不一致，实验室养护环境的温湿度波动等许多因素引起的。这些因素对聚氨酯拉伸强度的影响，通过重复性试验，作A类不确定度评定给出。
同一批涂膜出来的聚氨酯，在相同的环境中成型、养护，然后做拉伸试验，n=4组，m=5个，具体拉伸强度如表一：
表一： 4组，每组5个试样拉伸强度如下：
单组编号 每组5个样品的拉伸强度（MPa） 每组5个样品的平均拉伸强度（MPa）
1 2.44 2.46 2.40 2.43 2.49 2.44
2 2.52 2.52 2.50 2.52 2.47 2.51
3 2.40 2.43 2.38 2.38 2.41 2.40
4 2.44 2.44 2.42 2.4 2.46 2.43
4组聚氨酯试样拉伸强度的平均值为： ；
单组测量平均值的标准偏差是：
单组平均值Pi的相对标准不确定度： （6）
5.3 数据修约引起的不确定度μc(TL3)的评定：
根据GB/T 16777-2008《建筑防水涂料试验方法》9.3.1部分的规定，拉伸强度结果是取五个试样的算术平均值作为试样试验结果，结果精确到0.01MPa（按照0.01MPa估计）。
所以按照误差为矩形分布估算，修约带来的不确定度:
（7）
6合成标准不确定度与相对扩展不确定度：
综上所诉，在聚氨酯拉伸强度的测试过程中，各个不确定度分量如表二：
表二：不确定度分量一览表：
序号 各不确定度分量来源 符号 相对标准不确定度
1 测试仪器设备及实验方法 μc(TL1) 0.48%
2 样品及操作不均匀性 μc(TL 2) 1.82%
3 数据修约 μc(TL 3) 0.24%
由表二看到：合成相对标准不确定度由三部分组成，并且三个分量之间没有相关性所以：
（8）
将（5），（6），（7）三个结果带入到（8）得到拉伸强度的合成相对不确定度为：
（9）
聚氨酯拉伸强度测量值按照正态分布估计，取置信概率为95%（即k=2），其扩展相不确定度为：U95=kμcrel()=2×1.90%=3.80% （10）
7扩展不确定度的表示及报告结果：
I 类多组分聚氨酯防水涂料试样无处理拉伸强度测试结果如表三：
表三：I 类多组分聚氨酯防水涂料试样无处理拉伸强度测试结果：
拉伸试验（哑铃I型5个拉伸速度500mm/min）[5]
最大拉力P(N) 宽度B(mm) 厚度D(mm) TL(MPa)
22.6 6.12 1.48 1.48 1.47 2.50
23.2 6.14 1.53 1.54 1.53 2.46
21.2 6.14 1.44 1.44 1.43 2.40
22.5 6.12 1.50 1.51 1.49 2.45
22.8 6.14 1.52 1.49 1.51 2.46
平均强度（MPa） 2.45
测量结果的不确定度：U=2.45×3.80%MPa=0.10MPa,k=2。即试验样品（I 类多组分聚氨酯防水涂料），无处理拉伸强度测量结果是：TL =2.45MPa；U=0.10MPa；k=2。
8参考文献：
[1]《测量不确定度的要求》CNAS-CL07
[2]《建筑防水涂料试验方法》GB/T 16777—2008
[3]《硫化橡胶或热塑性橡膠拉伸应力应变性能的测定》GB/T 528-2009
[4]《测量不确定度评定和表示》JJF 1059.1-2012
[5]《聚氨酯防水涂料》GB/T 19250—2003
【关键词】： 聚氨酯 防水涂料 拉伸强度 测量不确定度
中图分类号：F767文献标识码： A
1前言：
聚氨酯防水涂料是现代工程建设领域应用较广的一种建筑材料，其性能的优劣会直接影响建筑物防水的功能及使用寿命。聚氨酯无处理拉伸强度是描述该材料力学性能的十分重要的参数。是国家规定的评价其性能的重要指标之一。根据 CNAS-CL07的要求，所有检测实验室应有能力对每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评估[1]。而聚氨酯无处理拉伸强度的检测结果是否真实可靠，与测量的过程是否规范，以及测量不确定度的分析是否合理有着密切的联系，本文就聚氨酯防水涂料无处理拉伸强度检测结果的不确定度作一个探讨。
2测量方法
2.1测量所采用的标准：
测量依据的标准有：GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》；GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》；GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》；
2.2测量仪器：
仪器型号：0.5级CMT6203-2KN微机控制电子万能试验机，游标卡尺，测厚仪。
2.3测试环境：
试验条件为：温度(23±2)℃，相对湿度(60±15)%。
2.4被测对象：
I 类多组分聚氨酯防水涂料[PU防水涂料M I]
2.5试验步骤：
先采用GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》6.3所规定的方法制备样品；然后采用GB/T 16777-2008中9.2.1所规定的方法进行试验；样品拉伸速度为（500±50）mm/min。
3数学模型
聚氨酯拉伸强度的计算公式是[2]：
式中：——聚氨酯的拉伸强度，单位MPa；
——聚氨酯拉伸过程中的最大力，单位N；
—— 试件中间部位宽度，单位mm；
—— 试件厚度，单位mm；
4样品制备
试验在标准试验条件：温度为23℃±2℃，相对湿度（50±10）%，完成涂膜，然后按照GB/T528的要求制备哑铃试件。[3]
5标准不确定度评定
影响拉伸强度的不确定度因素，主要包括了测试仪器及实验方法引起的不确定度μc(TL1)，样品不均匀及操作不完全一致引入的不确定度分量μc(TL2)，以及数据修约导致的不确定度分量μc(TL3)。
5.1测试仪器及实验方法引起的不确定度μc(TL1)的评定：
仪器设备对拉伸强度的影响主要是测量拉力时候的不确定度μcrel(Pi)以及测量试样横截面积(B×D)时候的不确定度μcrel(Ai) 。实验方法的不确定度，主要是通过合成各个实验设备的不确定度分量得到：
5.1.1输入量μcrel(Pi)的不确定度：
该部分不确定度主要是微机控制电子万能试验机仪器本身的测量不确定度引起。测试是用的CMT6203规格微机控制电子万能试验机准确等级0.5级（按照0.5%估计）所以：
（1）
5.1.2输入量μcrel(Ai)的不确定度：
该部分不确定度主要包括了以下几部分：
1.哑铃I型试样三点厚度测量引起的不确定度μcrel(D) 2.试样宽度测量引起的不确定度μcrel(B)
μcrel(D)不确定度是指测厚仪测量的不确定度，根据GB/T 16777-2008《建筑防水涂料试验方法》9.1.5所规定的测厚仪的分度值为0.01mm（按照0.01mm估计），所以，由测厚仪导致的不确定度为：
（2）
μcrel(B2)不确定度主要是由游标卡尺仪器测量本身不确定度引起的，根据游标卡尺的分辨率为0.02mm。所以由游标卡尺引起的不确定度为：
（3）
μcrel(Ai)是由厚度测量不确定度分量μcrel(D)以及宽度测量不确定度分量μcrel(B)组成，这两部分的测量使用的不是同一个测试仪器，两者没有明显的相关性，由A=DB所以：
将（2），（3）代入得到：μ2crel(Ai)=0.38%2+0.046%2，即μcrel(Ai)=0.38%（4）
5.1.3各个测试仪器的不确定度的合成：
测试仪器对强度的影响主要通过P，A(D×B)两个分量组成：由于所以合成不确定度为：
[4]
F,A是两个不同测试条件下测试完成，完全没有相关性，即,所以
将（1），（4）代入得到μc(TL1)=0.48% （5）
5.2样品及操作不均匀性引起的不确定度μc(TL2)的评定：
样品及操作不均匀性导致的不确定度μc(TL2)，主要是由随机效应导致的不确定度，其来源有样品涂膜的不均匀性，样品选取位置的不一致，切割样品时边缘小裂纹不一致，拉伸过程夹具夹持的位置不一致，实验室养护环境的温湿度波动等许多因素引起的。这些因素对聚氨酯拉伸强度的影响，通过重复性试验，作A类不确定度评定给出。
同一批涂膜出来的聚氨酯，在相同的环境中成型、养护，然后做拉伸试验，n=4组，m=5个，具体拉伸强度如表一：
表一： 4组，每组5个试样拉伸强度如下：
单组编号 每组5个样品的拉伸强度（MPa） 每组5个样品的平均拉伸强度（MPa）
1 2.44 2.46 2.40 2.43 2.49 2.44
2 2.52 2.52 2.50 2.52 2.47 2.51
3 2.40 2.43 2.38 2.38 2.41 2.40
4 2.44 2.44 2.42 2.4 2.46 2.43
4组聚氨酯试样拉伸强度的平均值为： ；
单组测量平均值的标准偏差是：
单组平均值Pi的相对标准不确定度： （6）
5.3 数据修约引起的不确定度μc(TL3)的评定：
根据GB/T 16777-2008《建筑防水涂料试验方法》9.3.1部分的规定，拉伸强度结果是取五个试样的算术平均值作为试样试验结果，结果精确到0.01MPa（按照0.01MPa估计）。
所以按照误差为矩形分布估算，修约带来的不确定度:
（7）
6合成标准不确定度与相对扩展不确定度：
综上所诉，在聚氨酯拉伸强度的测试过程中，各个不确定度分量如表二：
表二：不确定度分量一览表：
序号 各不确定度分量来源 符号 相对标准不确定度
1 测试仪器设备及实验方法 μc(TL1) 0.48%
2 样品及操作不均匀性 μc(TL 2) 1.82%
3 数据修约 μc(TL 3) 0.24%
由表二看到：合成相对标准不确定度由三部分组成，并且三个分量之间没有相关性所以：
（8）
将（5），（6），（7）三个结果带入到（8）得到拉伸强度的合成相对不确定度为：
（9）
聚氨酯拉伸强度测量值按照正态分布估计，取置信概率为95%（即k=2），其扩展相不确定度为：U95=kμcrel()=2×1.90%=3.80% （10）
7扩展不确定度的表示及报告结果：
I 类多组分聚氨酯防水涂料试样无处理拉伸强度测试结果如表三：
表三：I 类多组分聚氨酯防水涂料试样无处理拉伸强度测试结果：
拉伸试验（哑铃I型5个拉伸速度500mm/min）[5]
最大拉力P(N) 宽度B(mm) 厚度D(mm) TL(MPa)
22.6 6.12 1.48 1.48 1.47 2.50
23.2 6.14 1.53 1.54 1.53 2.46
21.2 6.14 1.44 1.44 1.43 2.40
22.5 6.12 1.50 1.51 1.49 2.45
22.8 6.14 1.52 1.49 1.51 2.46
平均强度（MPa） 2.45
测量结果的不确定度：U=2.45×3.80%MPa=0.10MPa,k=2。即试验样品（I 类多组分聚氨酯防水涂料），无处理拉伸强度测量结果是：TL =2.45MPa；U=0.10MPa；k=2。
8参考文献：
[1]《测量不确定度的要求》CNAS-CL07
[2]《建筑防水涂料试验方法》GB/T 16777—2008
[3]《硫化橡胶或热塑性橡膠拉伸应力应变性能的测定》GB/T 528-2009
[4]《测量不确定度评定和表示》JJF 1059.1-2012
[5]《聚氨酯防水涂料》GB/T 19250—2003