ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

БЕТОНЫ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ

(ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ) ПРИ СТАТИЧЕСКОМ

НАГРУЖЕНИИ

ГОСТ 29167(91

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ИНВЕСТИЦИЯМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

БЕТОНЫ

Методы определения характеристик трещиностойкости        ГОСТ

(вязкости разрушения) при статическом нагружении         29167-91

Concretes. Methods for determination

of fracture toughness characteristics

Дата введения 01.07.92

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 размером развивающейся магистральной трещины (а_ij) и соответствующих значений прилагаемой нагрузки (F_ij) согласно приложению 3.

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: К_c, , K_i, G_F, G_j, G_ce, J_i, .

Значения R_bt, R_btf, Е_b определяют по приложению 4.

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).

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).

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 d_am.

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 d_am и быть не более 2 мм.

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.

Тип 1

Образец ( призма квадратного поперечного сечения для испытания на изгиб силой F в середине пролета.

Черт. 1

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 дли испытаний на растяжение при раскалывании.

Черт. 4

Примечание к черт. 1—4. Обозначения приведены в приложении 1, размеры образцов — в таблице.

мм

Примечание. При неравновесных испытаниях образца типа 1 допускается не образовывать верхний надрез (a_0t = 0).

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 н 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 оборудовании 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).

Для определения значений К_c, G_ce на стадии локального деформирования производят 5—7 кратковременных разгружений образцов для определения направлении линий разгрузок (например, линия XX" на черт. 6) с фиксацией полной диаграммы состояния материала F—V (черт. 6, кривая ОТСХDЕ).

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 ОТСDK;

в) из точки С опускают перпендикуляр СН к оси ОV и линию СА, параллельную упругой линии ОТ;

г) определяют величину отрезка OM из выражения (1):

   (1)

д) из точки М восстанавливают перпендикуляр к оси ОV до пересечения с линией С, параллельной оси ОV. Точку О соединяют с точкой отрезком О;

с) для определения величин К_c, G_ce из расчетной полной диаграммы построением  выделяют  полную упругую  диаграмму OТС'Х'O (черт. 6), для чего используют направления линии разгрузок, например, точку разгрузки Х переносят по линии, параллельной оси ОV, в положение X' на величину, равную V_x.

5.1.2. Расчетным путем или планиметрированием определяют энергозатраты ни отдельные этапы деформирования и разрушения образца, а именно: W_m, W_e, W_l, W_ui, W_ce, соответственно численно равные площадям фигур ОТСА, АСН, НСDK, О  М на черт. 5 и ОТС'Х'O на черт. 6.

5.1.3. Расчетным путем определяют значения силовых и энергетических характеристик трещиностойкости по зависимостям:

               (2)

               (3)

               (4)

               (5)

                     (6)

                     (7)

                     (8)

5.2. Характеристики трещиностойкости по результатам неравновесных испытаний образцов типов 1—4 определяют по зависимостям (9—12):

— для образца типа 1:

              (9)

— для образца типа 2:

                          (10)

— для образца типа 3:

         (11)

— для образца типа 4:

                   (12)

Черт. 5

Черт. 6

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН

K                       (     коэффициент интенсивности напряжений, МПа(м^0,5.

K_e                      (     критический коэффициент интенсивности напряжений при максимальной нагрузке, МПа(м^0,5.

K_i                      (     статический критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа(м^0,5.

                   (      условный критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа(м^0,5.

K_ij                      (    текущие значения коэффициентов интенсивности напряжений при поэтапном равновесном нагружении образцов, МПа(м^0,5.

G                       (     удельные энергозатраты, МДж/м².

G_i                      (     удельные энергозатраты на статическое разрушение до момента начала  движения магистральной трещины, МДж/м².

G_F                     (      удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение, МДж/м².

G_ce                     (     полные удельные упругие энергозатраты на статическое деформирование образцов до деления на части, МДж/м².

J                        (    джей-интеграл, МДж/м².

J_i                       (    статический джей-интеграл, МДж/м².

                   (      критерий хрупкости, м.

W                      (      энергозатраты, МДж.

W_m                    ( энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения, МДж.

W_e                     (      энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения, МДж.

W_l                     (      энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины, МДж.

                  (       расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца, МДж.

W_ce                    (      полные упругие энергозатраты на статическое деформирование до деления на части, МДж.

F                       (     нагрузка, действующая на образец в процессе испытания, МН.

F_c                      (     нагрузка, соответствующая статическому началу движения магистральной трещины при равновесных испытаниях, МН.

                    —     нагрузка, соответствующая динамическому началу движения магистральной трещины при неравновесных испытаниях, МН.

F_s                       —    нагрузка, соответствующая массе образца и дополнительного оборудования, МН.

F_ij                      —    текущие значения действующей на образец нагрузки при его поэтапном равновесном нагружении, МН

V                       (     перемещения образца, м.

V_е                      (     перемещения, соответствующие упругим деформациям образца, м.

V_m                     (      перемещения, соответствующие необратимым деформациям образца, м.

V_l                      —     перемещения, соответствующие локальным деформациям образца в зоне магистральной трещины, м.

                   —      расчетное значение перемещений сплошною образца, соответствующее моменту начала движения магистральной трещины в образце с начальным надрезом, м.

a₀, a_0t                     — длина начального надреза, м.

a_ij                      —    текущие значения длины магистральной трещины при поэтапном равновесном нагружении образца, м.

е₀                       —    начальный эксцентриситет приложения нагрузки, м.

b, t, L₀, L, D            —   размеры образцов, м.

( = b/L₀                        —   относительная высота образца.

( = (a₀ + a_0t)/b        —     относительная длина начального надреза.

d_am                    —      максимальный размер заполнителя, м.

m₁, m₂               —  масса образца и дополнительного оборудования, кг.

g = 9,81            —   ускорение свободного падения, м/с².

tg(                    (      тангенс угла наклона восходящего упругого участка диаграммы.

E_l                       —    единичный модуль упругости, МПа.

E_b                      —     модуль упругости, МПа.

R_bt                      —    прочность на осевое растяжение, МПа.

R_btf                     —    прочность на растяжение при изгибе, МПа.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочное

ТЕРМИНЫ И ПОЯСНЕНИЯ

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 F_ij и а_ij) образцов типов: 5 — для   испытаний на осевое сжатие (черт. 7); 6 — для испытаний на растяжение при внецентренном сжатии (черт. 8).

2. Соотношение размеров и схемы нагружения образцов приведены   на черт. 7, 8.

Минимальные размеры образцов: типа 5(b ( 12 d_am;

типа 6—b ( 15 d_am.

3. Для определения значений величин а_ij применяют капиллярный и оптический способы.

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-кратчым увеличением по ГОСТ 8074.

4. Определение характеристик трещиностойкости

4.1. Дли каждого этапа нагружения определяют значение K_ij по зависимостям:

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.

— для образца типа 5.

   (13)

( для образца типа 6.

                    (14)

где     (15)

   (16)

                     (17)

4.2. По результатам п. 4.1. строят зависимость K_ij(a_ij; за величину K_i принимают среднее значение K_ijна участке зависимости, где тангенс угла ее наклона отличается от нуля не более чем на 8 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ НА РАСТЯЖЕНИЕ

И НАЧАЛЬНОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ

1. Значение R_btопределяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 и типов 5, 6 (согласно приложению 3) по зависимости

              (18)

2. Значение R_btfопределяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 по зависимости

        (19)

3. Значение E_b определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 с ( ( 0,1(0,5 по зависимости

   (20)

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 н 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 SТСDА на черт. 11) трансформируют в расчетную (кривая OSТСDK) следующим образом:

точку S по упругой линии ST переносят в положение точки O на величину F_s, откладываемую на оси F, равную

                                     (21)

проводят оси ОF и ОV, 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 ОV;

фиксируют расчетную диаграмму OSТСDK.

Черт. 11

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

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; X. М. Виркус, канд. техн. наук; Э. X. 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 25.11.91 № 13

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ