государственный стандарт союза сср бетоны методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом

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.

j = b/L₀                        —         относительная высота образца.

l = (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.

tga                    ?       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_ij на 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_bt определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 и типов 5, 6 (согласно приложению 3) по зависимости

                                      (18)

2. Значение R_btf определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 по зависимости

                      (19)

3. Значение E_b определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 с l ~ 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

 гост 30459-96 удк 666.972.16.002.4:006.354 группа ж19 межгосударственный стандарт добавки для бетонов  »

ГОСТы и СНиПы »