| Утвержден и введен в действие Постановлением Госстроя СССР от 25 ноября 1991 г. N 13 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР БЕТОНЫ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ (ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ) ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ Concretes. Methods for determination of
fracture toughness characteristics ГОСТ 29167-91 Группа Ж19 ОКСТУ 5870 Дата введения 1 июля 1992 года ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ДАННЫЕ 1. Разработан Научно-исследовательским,
проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона
(НИИЖБ) Госстроя СССР, Министерством энергетики и электрификации СССР,
Министерством высшего и среднего специального образования СССР. Разработчики: Е.А. Гузеев, д-р техн. наук; В.В.
Жуков, д-р техн. наук; Л.А. Сейланов,
канд. техн. наук; В.И. Шевченко, д-р техн. наук; Ю.В. Зайцев, д-р техн.
наук; Л.П. Трапезников, д-р техн. наук; Р.Л. Серых,
д-р техн. наук; М.И. Бруссер,
канд. техн. наук; И.М. Дробященко,
канд. техн. наук; Л.Н. Зикеев, канд. техн. наук; К.Л. Ковлер, канд. техн. наук; В.Ю. Ляпин; А.П. Пак, канд. техн.
наук; А.М. Юдилевич; Х.М. Виркус,
канд. техн. наук; Э.Х. Варес,
Л.П. Орентлихер, д-р техн.
наук; А.В. Лужин, д-р техн. наук; Г.М. Первушин,
канд. техн. наук; А.А. Ашбаров, канд. техн. наук; А.Б. Пирадов, д-р техн. наук; К.А. Пирадов, канд. техн. наук; Е.Н. Пересыпкин, д-р техн. наук; В.П.
Крамской, канд. техн. наук; Б.Ф. Турукалов,
канд. техн. наук; В.В. Панасюк, акад. АН УССР; С.Я.
Ерема, канд. техн. наук; Л.Т. Бережницкий,
канд. техн. наук; И.И.
Лучко, канд. техн. наук; В.М. Чубриков,
канд. техн. наук; В.И. Ягуст,
канд. техн. наук; А.И. Марков, канд. техн. наук; Р.О. Красновский, канд. техн.
наук; В.В. Арончик, канд. техн.
наук; Т.С. Петцольд, д-р техн. наук; С.Н. Леонович, канд. техн. наук; С.Т.
Андросов, канд. техн. наук; И.С. Кроль; А.К. Торгачев; А.М. Поплавский; В.И. Воробьев; С.А. Шейкин; С.П. Абрамова; И.Н. Нагорняк. 2. Внесен Министерством энергетики и
электрификации СССР. 3. Утвержден и
введен в действие Постановлением Государственного комитета по строительству и
инвестициям от 25.11.1991 N 13. 4. Ссылочные нормативно-технические
документы ───────────────────────────────────────┬────────────────────────── Обозначение НТД, на который дана ссылка│ Номер пункта, приложения ───────────────────────────────────────┼────────────────────────── ГОСТ 8074-82 │Приложение 3 ГОСТ 10180-90 │2.5, 2.6, 3.1, 3.3, 3.4 ГОСТ 18105-86 │2.7 ГОСТ 28570-90 │2.5, 2.6, 3.1, 3.3 Настоящий стандарт распространяется на
бетоны всех видов (кроме ячеистых), применяемых в строительстве, и
устанавливает методы их испытаний для определения силовых и энергетических
характеристик трещиностойкости при
статическом кратковременном нагружении. Требования настоящего стандарта являются
рекомендуемыми. Обозначения, применяемые в настоящем
стандарте, приведены в Приложении 1. Пояснения к терминам приведены в
Приложении 2. 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Характеристики трещиностойкости
определяют при равновесных и неравновесных механических испытаниях. Равновесные испытания на стадии
локального деформирования образца характеризуются обеспечением адекватности
изменения внешних сил внутренним усилиям сопротивляемости материала с
соответствующим статическим развитием магистральной трещины. Неравновесные испытания характеризуются
потерей устойчивости процесса деформирования образца в момент локализации
деформации по достижении максимальной нагрузки, с соответствующим динамическим
развитием магистральной трещины. 1.2. Для определения характеристик трещиностойкости испытывают образцы с начальным надрезом.
При равновесных испытаниях записывают диаграмму F-V; при неравновесных
испытаниях фиксируют значение Допускается проведение равновесных
испытаний с фиксацией текущих размеров развивающейся магистральной трещины ( 1.3. По результатам испытаний определяют
следующие основные силовые - в терминах коэффициентов интенсивности напряжений
(К), энергетические - в терминах удельных энергозатрат
(G) и джей-интеграла (J), характеристики трещиностойкости: Значения 1.4. Определяемые по настоящему стандарту
характеристики трещиностойкости (наряду с другими
характеристиками механических свойств) используют для: сравнения различных вариантов состава,
технологических процессов изготовления и контроля качества бетонов; сопоставления бетонов при обосновании их
выбора для конструкций; расчетов конструкций с учетом их
дефектности и условий эксплуатации; анализа причин разрушений конструкций. 2. ОБРАЗЦЫ 2.1. Для определения характеристик трещиностойкости при равновесных испытаниях применяют
образцы типа 1 - для испытаний на изгиб (черт. 1). Тип 1
Образец - призма квадратного поперечного
сечения для испытания на изгиб силой F в середине пролета. Черт. 1 2.2. Для определения характеристик трещиностойкости при неравновесных испытаниях применяют
образцы типов 1 - для испытаний на изгиб (черт. 1), 2 - для испытаний на осевое
растяжение (черт. 2), 3 - для испытаний на внецентренное сжатие (черт. 3), 4 -
для испытаний на растяжение при раскалывании (черт. 4). Тип 2
Образец - призма квадратного поперечного
сечения для испытания на осевое растяжение силой F. Черт. 2 Тип 3
Образец - куб для испытаний на
внецентренное сжатие силой F. Черт. 3 Тип 4
Образец - цилиндр для испытаний на
растяжение при раскалывании. Черт. 4 Примечание к
черт. 1 - 4. Обозначения приведены в Приложении 1, размеры образцов - в
таблице. мм ───────────────┬────────────────────────────────────────────────── Максимальный │ Размеры образцов размер зерна ├────────────┬───────────┬───────────┬───────────── заполнителя d │ тип 1 │ тип 2 │ тип 3 │ тип 4 am│ │ │ │ ───────────────┼────────────┼───────────┼───────────┼───────────── Менее 1,25 │40 10/5 │40 15 │40 10 │100 30 1,25 - 5,0 │70 25/5 │70 25 │70 15 │100 30 5,0 - 10,0 │100 35/5 │100 45 │100 25 │100 30 10,0 - 20,0 │150 50/10 │150 60 │150 35 │200 60 20,0 - 40,0 │200 70/10 │200 80 │200 50 │200 60 40,0 - 60,0 │300 100/15 │300 120 │300 75 │400 120 60,0 - 80,0 │400 140/20 │400 160 │ - - │400 120 Примечание. При неравновесных испытаниях
образца типа 1 допускается не образовывать верхний надрез ( 2.3. Соотношение размеров и схемы нагружения образцов приведены на
черт. 1 - 4. Минимальные размеры образцов и размеры
начальных надрезов принимают по таблице в зависимости от размера зерна
заполнителя 2.4. Начальные надрезы наносят при помощи
режущего инструмента или при формовании образцов путем закладывания фольги либо
латунной (или стальной) пластины. Ширина начального надреза не должна
превышать 0,5 2.5. Образцы для испытаний изготавливают
по ГОСТ 10180 сериями не менее чем из четырех образцов-близнецов каждая, либо
выбуривают (выпиливают) из изделий, конструкций, сооружений по ГОСТ 28570. 2.6. Для изготовления образцов используют
оборудование по ГОСТ 10180 и ГОСТ 28570. 2.7. Условия твердения образцов после
изготовления принимают по ГОСТ 18105. 3. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ 3.1. Перечень оборудования и его
характеристики для изготовления образцов всех типов и их испытаний для
определения характеристик трещиностойкости при
неравновесных испытаниях принимают по ГОСТ 10180 и ГОСТ 28570. 3.2. Для определения характеристик трещиностойкости при равновесных испытаниях образцов типа 1
используют испытательное оборудование согласно Приложению 5; при этом средства
измерения должны обеспечивать непрерывную двухкоординатную
запись диаграммы F-V в соответствии со схемой коммутации аппаратуры согласно
Приложению 6. 3.3. Допускается использование других
средств измерения, оборудования и приспособлений, если их технические
характеристики удовлетворяют требованиям ГОСТ 10180 или ГОСТ 28570 и Приложению
5 настоящего стандарта. 3.4. Правила поверки и аттестации средств
измерения и испытательного оборудования принимают по ГОСТ 10180. 4. ПРОВЕДЕНИЕ
ИСПЫТАНИЙ 4.1. При проведении
испытаний температура окружающей среды должна составлять (20 +/- 5) °С, а
относительная влажность - не менее 50%. 4.2. Линейные размеры образцов измеряют с
погрешностью не выше 1 мм, их перемещения - 0,01 мм, а усилия, действующие на
образец, - не более 1% измеряемого максимального усилия. 4.3. Перед началом испытаний следует
провести два цикла нагружения-разгружения до
нагрузки, составляющей 10% ожидаемой максимальной нагрузки. 4.4. Скорость нагружения
образцов устанавливают по скорости перемещения нагружающей плиты пресса в
пределах 0,02 - 0,2 мм/с; при
этом время испытаний должно составлять не менее 1 мин. 4.5. При равновесных испытаниях образцы
типа 1 нагружают непрерывно до их разделения на части с фиксацией полной
диаграммы состояния материала F-V (черт. 5, кривая OTCDE).
Черт. 5 Для определения значений
Черт. 6 При равновесных испытаниях образцов типа
1 с b >= 200 мм производят поправку на массу образца и дополнительного
оборудования согласно Приложению 7. 4.6. При неравновесных испытаниях образцы
типов 1 - 4 нагружают непрерывно вплоть до их разделения на части с фиксацией
значения 5. ОБРАБОТКА
РЕЗУЛЬТАТОВ 5.1. Определение характеристик трещиностойкости по результатам равновесных испытаний
образцов типа 1. 5.1.1. Полную диаграмму
состояния трансформируют в расчетную и производят дополнительные построения
(черт. 5): а) с начала прямолинейного нисходящего участка
диаграммы, то есть из точки D, где выполняется условие (dF/dV) ~ const, проводят отрезок DK,
перпендикулярный оси OV; б) фиксируют расчетную диаграмму OTCDK; в) из точки С
опускают перпендикуляр СН к оси OV и линию СА, параллельную упругой линии ОТ; г) определяют величину отрезка ОМ из
выражения (1):
д) из точки М восстанавливают
перпендикуляр е) для определения величин 5.1.2. Расчетным путем или планиметрированием определяют энергозатраты
на отдельные этапы деформирования и разрушения образца, а именно: 5.1.3. Расчетным путем определяют
значения силовых и энергетических характеристик трещиностойкости
по зависимостям:
5.2. Характеристики трещиностойкости
- для образца типа 1:
- для образца типа 2:
- для образца типа 3:
- для образца типа 4:
Приложение 1 Обязательное ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН К - коэффициент интенсивности напряжений, МПа
х
G - удельные энергозатраты,
МДж/м2.
J - джей-интеграл,
МДж/м2.
W - энергозатраты,
МДж.
F - нагрузка, действующая на образец в
процессе испытания, МН.
V - перемещения образца, м.
b, t,
g = 9,81 - ускорение свободного падения,
м/с2.
Приложение 2 Справочное ТЕРМИНЫ И ПОЯСНЕНИЯ ─────────────────────┬──────────────────────────────────────────── Термин │ Пояснение ─────────────────────┼──────────────────────────────────────────── 1. Трещиностойкость │ Способность бетона сопротивляться началу (вязкость разрушения)│движения к развитию трещин при механических бетона │и других воздействиях 2. Трещина │ Полость, образованная без удаления │материала двумя соединенными внутри тела │поверхностями, которые при отсутствии │в нем напряжений удалены друг от друга │на расстояния, во много раз меньше │протяженности самой полости 3. Магистральная │ Трещина, протяженность которой превосходит трещина │размеры структурных составляющих материалов │и областей самоуравновешенных напряжений и │по поверхностям которой произойдет деление │образца на части 4. Коэффициент │ Величина, определяющая напряженно- интенсивности │деформированное состояние и смещения вблизи напряжений К │вершины трещины, независимо от схемы │нагружения, формы и размеров тела и трещины 5. Условный коэффици-│ Значение К, вычисленное через действующую ент интенсивности │на образец нагрузку и исходную длину напряжений К* │трещины а по формулам для упругого тела │ 0 6. Удельные │ Величина, характеризующая удельные (относи- энергозатраты G │тельно эффективной рабочей площади попереч- │ного сечения образца) энергозатраты на │различные этапы деформирования и разрушения 7. J-интеграл │ Величина, характеризующая работу │пластической деформации и разрушения, │а также поле напряжений и деформаций при │упругопластическом деформировании вблизи │вершины трещины (аналогично коэффициенту │интенсивности напряжений К) 8. Условный критичес-│ Значение К*, определяемое при неравно- кий коэффициент │весных испытаниях образцов типов 1 - 4 по интенсивности │нагрузке, равной F* , и начального надреза напряжений К* │ с с │образца а , условно характеризующее │ 0 │критическое состояние материала │при динамическом начале движения │магистральной трещины 9. Статический крити-│ Значение К, определяемое при равновесных ческий коэффициент │испытаниях образцов типов 1, 5, 6 по G и интенсивности │ i напряжений К │Е , характеризующее критическое состояние i │ b │материала при статическом начале движения │магистральной трещины 10. Критический коэф-│ Значение K, определяемое при равновесных фициент интенсивности│испытаниях образцов типа 1 по G и E , напряжений К │ се b с │инвариантно характеризующее состояние │материала при динамическом начале движения │магистральной трещины 11. Удельные энерго- │ Значение G, определяемое при равновесных затраты на начало │испытаниях образцов типа 1 по диаграмме статического │F-V, характеризующее удельные энергозатраты разрушения G │на начало статического разрушения i │ 12. Удельные эффек- │ Значение G, определяемое при равновесных тивные энергозатраты │испытаниях образцов типа 1 по диаграмме на статическое │F-V, характеризующее удельные энергозатраты разрушение G │на статическое разрушение F │ 13. Полные удельные │ Значение G, определяемое при равновесных упругие энергозатраты│испытаниях образцов типа 1 по диаграмме на статическое │F-V, характеризующее удельные энергозатраты деформирование до │на разрушение деления на части G │ се │ 14. Статический │ Значение J, определяемое при равновесных джей-интеграл J │испытаниях образцов типа 1 по диаграмме i │F-V, характеризующее поле напряжений и │деформаций вблизи вершины магистральной │трещины при начале ее движения 15. Критерий │ Характеристика хрупкости материала с │ хрупкости пси │ F │ Приложение 3 Рекомендуемое ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПРИ РАВНОВЕСНЫХ ИСПЫТАНИЯХ ОБРАЗЦОВ С ФИКСАЦИЕЙ РАЗМЕРОВ РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ МАГИСТРАЛЬНОЙ ТРЕЩИНЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИХ ЗНАЧЕНИЙ ПРИЛАГАЕМОЙ НАГРУЗКИ 1. Для определения
характеристик трещиностойкости производят поэтапное нагружение (с выдержками продолжительностью 60 - 120 с и
фиксацией текущих значений Тип 5
Образец - призма прямоугольного
поперечного сечения для испытаний на осевое сжатие. Черт. 7 Тип 6
Образец - призма прямоугольного
поперечного сечения для испытаний на растяжение при внецентренном сжатии. Черт. 8 Примечание к
черт. 7 и 8. Обозначения приведены в Приложении 1, размеры образцов - в
Приложении 3. 2. Соотношение размеров и схемы нагружения образцов приведены на
черт. 7, 8. Минимальные размеры образцов: типа 5 - b
>= 12 типа 6 - b >= 15 3. Для определения значений величин Капиллярный способ основан на эффекте
капиллярной адсорбции подкрашенных, люминесцирующих или быстроиспаряющихся
жидкостей в трещины. На поверхность образца наносят кистью ацетон, который
испаряется с поверхности быстрее, чем из трещины, что позволяет
идентифицировать длину развивающейся магистральной трещины. Оптический способ основан на
использовании средств оптической микроскопии; следует применять микроскопы с не
менее чем 20-кратным увеличением по ГОСТ 8074. 4. Определение характеристик трещиностойкости 4.1. Для каждого этапа нагружения определяют значение - для образца типа 5:
- для образца типа 6:
где
4.2. По результатам п. 4.1 строят
зависимость Приложение 4 Рекомендуемое ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ НА РАСТЯЖЕНИЕ И НАЧАЛЬНОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ 1. Значение
2. Значение
3. Значение
Приложение 5 Обязательное ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПРИ РАВНОВЕСНЫХ ИСПЫТАНИЯХ ОБРАЗЦОВ ТИПА 1 Для определения
характеристик трещиностойкости при равновесных испытаниях
образцов типа 1 используют специальные испытательные машины со следящей
системой и быстродействующей обратной связью или испытательные машины,
обладающие высокой жесткостью (не менее чем в два раза превышающей начальную
жесткость образца (черт. 9), или стандартные испытательные машины по п. 3.1,
оборудованные дополнительным перераспределяющим устройством (черт. 10) типа
"кольцо", включающим в себя: силовой элемент - кольцо; нагружающий силоизмеритель - шток; датчик
перемещения; опорную плиту с шарнирной и роликовой опорами. Испытания
рекомендуется проводить на установке ПРДД-3 экспериментального объединения
"Реконструкция", которое распространяет чертежи, методики аттестации
и поставляет оборудование.
1 - образец; 2 - загружающее устройство; 3 - нагружающий винтовой силоизмерительный шток; 4 - распределительная балка; 5 - роликовая опора; 6 - шарнирная опора Черт. 9
1 - образец; 2 - дополнительное перераспределяющее устройство типа: "кольцо" (2.1), "кольцо в
кольце" (2.2), "скоба" (2.3); 3 - нагружающий
силоизмерительный шток; 4 - датчик перемещений; 5 - станина: 6 -
роликовая опора; 7 - шарнирная опора; 8 - распределительная балка; 9 - фиксирующие накладки; 10 - фиксатор нагружающего силоизмерительного
штока Черт. 10 Приложение 6 Обязательное ПОПРАВКА НА МАССУ ОБРАЗЦА И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ При равновесных испытаниях образцов типа
1 с b >= 200 мм перед определением характеристик трещиностойкости
производят поправку на массу образца и распределительную балку. Для этого полную диаграмму состояния
материала (кривая STCDA на черт. 11) трансформируют в
расчетную (кривая OSTCDK) следующим образом: точку S по упругой линии ST переносят в
положение точки О на величину
проводят оси OF и OV, параллельные
соответственно SF и SV'; с начала прямолинейного нисходящего
участка диаграммы, то есть из точки D, где выполняется условие (dF/dV) ~ const
проводят отрезок DK, перпендикулярный оси OV; фиксируют расчетную диаграмму OSTCDK.
Черт. 11 |
.
) 
) согласно
Приложению 3.
= 0).
.
,
параллельной оси OV. Точку
;
.
.
-
критический коэффициент интенсивности напряжений при максимальной нагрузке, МПа
х 
-
статический критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа х 
- текущие
значения коэффициентов интенсивности напряжений при поэтапном равновесном 
- удельные
- удельные
эффективные 
- полные
удельные упругие 
-
статический 
- критерий
хрупкости, 
- 
- 
- 
-
расчетные 
- полные
упругие 
-
нагрузка, соответствующая статическому началу движения магистральной трещины
при равновесных испытаниях, МН.
-
перемещения, соответствующие необратимым деформациям образца, 
-
перемещения, соответствующие локальным деформациям образца в зоне магистральной
трещины, 
-
расчетное значение перемещений сплошного образца, соответствующее моменту
начала движения магистральной трещины в образце с начальным надрезом, 
-
начальный эксцентриситет приложения нагрузки, 
, L, D -
размеры образцов, 
-
относительная высота образца.
-
относительная длина начального надреза.
-
единичный модуль упругости, МПа.
- модуль
упругости, МПа.
-
прочность на осевое растяжение, МПа.
-
прочность на растяжение при изгибе, МПа.
,
откладываемую на оси F, равную
