ГОСТ 29167-91

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

БЕТОНЫ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ

(ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ)ПРИ СТАТИЧЕСКОМ

НАГРУЖЕНИИ

ГОСТ29167¾91

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ИИНВЕСТИЦИЯМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

БЕТОНЫ

Методы определения характеристик трещиностойкости ГОСТ

(вязкости разрушения) при статическом нагружении 29167-91

Concretes. Methods fordetermination

of fracture toughnesscharacteristics

Дата введения01.07.92

Настоящий стандарт распространяется на бетоны всех видов(кроме ячеистых), применяемых в строительстве, и устанавливаетметоды их испытаний для определения силовых и энергетическиххарактеристик трещиностойкости при статическом кратковременномнагружении.

Требованиянастоящего стандарта являются рекомендуемыми.

Обозначения, применяемые в настоящем стандарте, приведены вприложении 1. Пояснения к терминам приведены вприложении 2.

1. ОБЩИЕПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Характеристики трещиностойкости определяют при равновесных инеравновесных механических испытаниях.

Равновесные испытания на стадии локального деформированияобразца характеризуются обеспечением адекватности изменениявнешних сил внутренним усилиям сопротивляемости материала ссоответствующим статическим развитием магистральной трещины.

Неравновесные испытания характеризуются потерей устойчивостипроцесса деформирования образца в момент локализации деформации подостижении максимальной нагрузки, с соответствующим динамическимразвитием магистральной трещины.

1.2. Для определения характеристиктрещиностойкости испытывают образцы с начальным надрезом. Приравновесных испытаниях записывают диаграмму F¾V;при неравновесных испытаниях фиксируют значение .

Допускается проведение равновесных испытаний с фиксацией текущихразмером развивающейся магистральной трещины (а_ij)и соответствующих значений прилагаемой нагрузки (F_ij)согласно приложению 3.

1.3. По результатам испытаний определяютследующие основные силовые — в терминахкоэффициентов интенсивности напряжений (К),энергетические — в терминах удельныхэнергозатрат (G)и джей-интеграла (J), характеристикитрещиностойкости: К_c,,K_i, G_F,G_j,G_ce,J_i, .

Значения R_bt,R_btf,Е_bопределяют по приложению 4.

1.4. Определяемые по настоящему стандартухарактеристики трещиностойкости (наряду с другими характеристикамимеханических свойств) используют для:

сравнения различных вариантов состава, технологических процессовизготовления 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 характеристиктрещиностойкости при равновесных испытаниях применяют образцы типа1 — для испытаний на изгиб (черт. 1).

2.2. Для определения характеристиктрещиностойкости при неравновесных испытаниях применяют образцы типов1 — 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 растяжениепри раскалывании (черт. 4).

2.3. Соотношение размеров и схемы нагруженияобразцов приведены на черт. 1—4.

Минимальные размеры образцов и размеры начальных надрезовпринимают по таблице в зависимости от размера зерна заполнителяd_am.

2.4. Начальные надрезы наносят при помощирежущего инструмента или при формовании образцов путемзакладывания фольги либо латунной (или стальной) пластины.

Ширина начального надреза не должна превышать 0,5d_amи быть не более 2 мм.

2.5. Образцы для испытаний изготавливают по ГОСТ10180 сериями не менее чем из четырех образцов-близнецовкаждая, либо выбуривают (выпиливают) из изделий, конструкций,сооружений по ГОСТ 28570.

Тип 1

Образец ¾призма квадратного поперечного сечения для испытания на изгибсилой Fв середине пролета.

Черт. 1

Тип 2

Образец —призма квадратного поперечного сечения для испытания на осевоерастяжение 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 неравновесныхиспытаниях образца типа 1 допускается необразовывать верхний надрез (a_0t= 0).

2.6. Для изготовления образцов используютоборудование по ГОСТ 10180 и ГОСТ28570.

2.7. Условия твердения образцов послеизготовления принимают по ГОСТ 18105.

3. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕОБОРУДОВАНИЕ

3.1. Перечень оборудования н его характеристикидля изготовления образцов всех типов и их испытаний дляопределения характеристик трещиностойкости при неравновесныхиспытаниях принимают по ГОСТ 10180и ГОСТ 28570.

3.2. Для определения характеристиктрещиностойкости при равновесных испытаниях образцов типа1 используют испытательное оборудование согласноприложению 5; при этом средства измерениядолжны обеспечивать непрерывную двухкоординатную запись диаграммыF—Vв соответствии со схемой коммутации аппаратуры согласноприложению 6.

3.3. Допускается использование других средствизмерения, оборудования и приспособлений, если их техническиехарактеристики удовлетворяют требованиям ГОСТ10180 или ГОСТ 28570 и приложению5 настоящего стандарта.

3.4. Правила поверки и аттестации средствизмерения и испытательного оборудовании принимают по ГОСТ10180.

4. ПРОВЕДЕНИЕИСПЫТАНИЙ

4.1. При проведении испытаний температураокружающей среды должна составлять (20 ± 5) °С, аотносительная влажность ¾не менее 50 %.

4.2. Линейные размеры образцов измеряют спогрешностью не выше 1 мм, их перемещения— 0,01 мм, а усилия, действующие на образец,— не более 1 % измеряемогомаксимального усилия.

4.3. Перед началом испытаний следует провестидва цикла нагружения — разгружения донагрузки, составляющей 10 % ожидаемоймаксимальной нагрузки.

4.4. Скорость нагружения образцов устанавливаютпо скорости перемещения нагружающей плиты пресса в пределах0,02—0,2 мм/с; при этом время испытаний должносоставлять не менее 1 мин.

4.5. При равновесных испытаниях образцы типа1 нагружают непрерывно до их разделения на части с фиксациейполной диаграммы состояния материала F—V(черт. 5, кривая OTCDE).

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

При равновесных испытаниях образцов типа 1 с b³200 мм производят поправку на массу образца идополнительного оборудования согласно приложению7.

4.6. При неравновесных испытаниях образцы типов1—4 нагружают непрерывно вплоть до их разделения начасти с фиксацией значения .

5. ОБРАБОТКАРЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Определение характеристиктрещиностойкости по результатам равновесных испытаний образцовтипа 1.

5.1.1. Полную диаграмму состояния трансформируютв расчетную и производят дополнительные построения (черт.5):

а) с начала прямолинейного нисходящего участка диаграммы, то есть източки D,где выполняется условие (dF/dV)~ const, проводятотрезок DK,перпендикулярный оси OV;

б) фиксируют расчетную диаграмму ОТСDK;

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

г) определяют величину отрезка OMиз выражения (1):

(1)

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

с) для определения величин К_c,G_ceиз расчетной полной диаграммы построением выделяют полнуюупругую диаграммуOТС`Х`O(черт. 6),для чего используют направления линии разгрузок, например, точкуразгрузки Х переносят по линии, параллельной оси ОV,в положение X` на величину, равную V_x.

5.1.2. Расчетным путем или планиметрированиемопределяют энергозатраты ни отдельные этапы деформирования иразрушения образца, а именно: W_m,W_e,W_l, W_ui,W_ce,соответственно численно равные площадям фигур ОТСА,АСН, НСDK,О Мна черт. 5 и ОТС`Х`Oна черт. 6.

5.1.3. Расчетным путем определяют значениясиловых и энергетических характеристик трещиностойкости позависимостям:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

5.2. Характеристики трещиностойкости по результатам неравновесных испытаний образцов типов1—4 определяют по зависимостям (9—12):

— для образца типа1:

(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 ¾коэффициентинтенсивности напряжений, МПа·м^0,5.

K_e ¾критическийкоэффициент интенсивности напряжений при максимальной нагрузке,МПа·м^0,5.

K_i ¾статическийкритический коэффициент интенсивности напряжений, МПа·м^0,5.

¾ условныйкритический коэффициент интенсивности напряжений, МПа·м^0,5.

K_ij ¾текущиезначения коэффициентов интенсивности напряжений при поэтапномравновесном нагружении образцов, МПа·м^0,5.

G ¾удельные энергозатраты, МДж/м².

G_i ¾удельные энергозатраты на статическое разрушение до моментаначала движения магистральной трещины, МДж/м².

G_F ¾удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение,МДж/м².

G_ce ¾полныеудельные упругие энергозатраты на статическое деформирование образцовдо деления на части, МДж/м².

J ¾джей-интеграл,МДж/м².

J_i ¾статическийджей-интеграл, МДж/м².

¾критерий хрупкости, м.

W ¾энергозатраты, МДж.

W_m ¾энергозатратына процессы развития и слияния микротрещин до формированиямагистральной трещины статического разрушения, МДж.

W_e ¾энергозатратына упругое деформирование до начала движениямагистральной трещины статического разрушения, МДж.

W_l ¾энергозатраты на локальное статическое деформирование в зонемагистральной трещины, МДж.

¾расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца,МДж.

W_ce ¾полныеупругие энергозатраты на статическое деформирование до деления начасти, МДж.

F ¾нагрузка, действующая на образец в процессе испытания, МН.

F_c ¾нагрузка, соответствующая статическому началу движениямагистральной трещины при равновесных испытаниях, МН.

— нагрузка, соответствующая динамическомуначалу движения магистральной трещины при неравновесныхиспытаниях, МН.

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

F_ij — текущиезначения действующей на образец нагрузки при его поэтапномравновесном нагружении, МН

V ¾перемещения образца, м.

V_е ¾перемещения, соответствующие упругим деформациям образца, м.

V_m ¾перемещения, соответствующие необратимым деформациям образца, м.

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

—расчетное значение перемещений сплошноюобразца, соответствующее моменту начала движения магистральнойтрещины в образце с начальным надрезом, м.

a₀,a_0t —длинаначального надреза, м.

a_ij —текущиезначения длины магистральной трещины при поэтапном равновесномнагружении образца, м.

е₀ —начальный эксцентриситет приложения нагрузки, м.

b, t,L₀, L, D — размерыобразцов, м.

j = b/L₀ —относительная высотаобразца.

l = (a₀ +a_0t)/b — относительнаядлина начального надреза.

d_am —максимальныйразмер заполнителя, м.

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

g =9,81 — ускорениесвободного падения, м/с².

tga ¾тангенс угла наклона восходящего упругого участкадиаграммы.

E_l — единичныймодуль упругости, МПа.

E_b — модульупругости, МПа.

R_bt —прочностьна осевое растяжение, МПа.

R_btf —прочностьна растяжение при изгибе, МПа.

ПРИЛОЖЕНИЕ2

Справочное

ТЕРМИНЫ И ПОЯСНЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ

ПРИ РАВНОВЕСНЫХИСПЫТАНИЯХ ОБРАЗЦОВ

С ФИКСАЦИЕЙ РАЗМЕРОВ

РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ МАГИСТРАЛЬНОЙ ТРЕЩИНЫ

И СООТВЕТСТВУЮЩИХ ЗНАЧЕНИЙ ПРИЛАГАЕМОЙ НАГРУЗКИ

1. Для определения характеристиктрещиностойкости производят поэтапное нагружение (с выдержкамипродолжительностью 60—120 с и фиксациейтекущих значений F_ijи а_ij)образцов типов: 5 —для испытаний на осевое сжатие (черт. 7);6 — для испытаний на растяжение при внецентренномсжатии (черт. 8).

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

Минимальные размеры образцов: типа 5¾b³12 d_am;

типа 6—b ³15 d_am.

3. Для определения значений величин а_ijприменяют капиллярный и оптический способы.

Капиллярный способ основан на эффекте капиллярной адсорбцииподкрашенных, люминесцирующих или быстроиспаряющихся жидкостей втрещины. На поверхность образца наносят кистью ацетон, которыйиспаряется с поверхности быстрее, чем из трещины, что позволяетидентифицировать длину развивающейся магистральной трещины.

Оптический способ основан на использовании средств оптическоймикроскопии; следует применять микроскопы с не менее чем20-кратчым увеличением по ГОСТ 8074.

4. Определение характеристик трещиностойкости

4.1. Дли каждого этапа нагружения определяютзначение K_ijпо зависимостям:

Тип 5

Образец— призма прямоугольного поперечного сечения дляиспытаний

наосевое сжатие.

Черт. 7

Тип 6

Образец— призма прямоугольного поперечного сечения дляиспытаний

нарастяжение при внецентренном сжатии.

Черт. 8

Примечаниек черт. 7 и 8. Обозначенияприведены в приложении 1, размерыобразцов — в приложении 3.

—для образца типа 5.

(13)

¾для образца типа 6.

(14)

где(15)

(16)

(17)

4.2.По результатам п. 4.1. строят зависимость K_ij¾a_ij;за величину K_i принимают среднее значение K_ijна участке зависимости, где тангенс угла ее наклона отличаетсяот нуля не более чем на 8 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ4

Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛАПРОЧНОСТИ НА РАСТЯЖЕНИЕ

И НАЧАЛЬНОГО МОДУЛЯУПРУГОСТИ

1.Значение R_btопределяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 и типов5, 6 (согласно приложению 3) по зависимости

(18)

2.Значение R_btfопределяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 позависимости

(19)

3.Значение E_bопределяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 с l~ 0,1¾0,5по зависимости

(20)

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Обязательное

ИСПЫТАТЕЛЬНОЕОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПРИРАВНОВЕСНЫХ ИСПЫТАНИЯХ ОБРАЗЦОВ ТИПА 1

Дляопределения характеристик трещиностойкости при равновесных испытанияхобразцов типа 1 используют специальныеиспытательные машины со следящей системой и быстродействующейобратной связью или испытательные машины, обладающие высокойжесткостью (не менее чем в два раза превышающей начальную жесткостьобразца (черт. 9), или стандартные испытательныемашины по п. 3.1, оборудованныедополнительным перераспределяющим устройством (черт.10) типа «кольцо», включающим в себя: силовойэлемент — кольцо; нагружающийсилоизмеритель — шток; датчик перемещения;опорную плиту с шарнирной и роликовой опорами. Испытаниярекомендуется проводить на установке ПРДД-3 экспериментальногообъединения «Реконструкция», которое распространяетчертежи, методики аттестации н поставляет оборудование.

1— образец; 2 —загружающее устройство; 3 ¾нагружающий винтовой силоизмерительный шток; 4 —распределительная балка, 5 ¾роликовая

опора;6 ¾шарнирная опора

Черт. 9

1— образец; 2 —дополнительное перераспределяющее устройство типа: «кольцо»(2.1), «кольцо в кольце»(2.2), «скоба» (2.3); 3 ¾нагружающий силоизмерительный шток; 4 — датчикперемещений; 5 — станина;6 — роликовая опора; 7 —шарнирная опора; 8 —распределительная балка; 9 —фиксирующие накладки; 10 — фиксаторнагружающего силоизмерительного штока

Черт. 10

ПРИЛОЖЕНИЕ6

Обязательное

ПОПРАВКА НА МАССУОБРАЗЦА И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Приравновесных испытаниях образцов типа 1 с b³200 мм перед определением характеристиктрещиностойкости производят поправку на массу образца ираспределительную балку.

Дляэтого полную диаграмму состояния материала (кривая SТСDАна черт. 11) трансформируютв расчетную (кривая OSТСDK)следующим образом:

точкуSпо упругой линии ST переносят в положениеточки Oна величину F_s,откладываемую на оси F,равную

(21)

проводятоси ОF и ОV, параллельныесоответственно SFи SV’;

сначала прямолинейного нисходящего участка диаграммы, то есть източки D, где выполняется условие (dF/dV)~ const проводят отрезок DK,перпендикулярный оси ОV;

фиксируютрасчетную диаграмму OSТСDK.

Черт. 11

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

РАЗРАБОТАННаучно исследовательским, проектно-конструкторским и технологическиминститутом бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР, Министерствомэнергетики и электрификации СССР, Министерством высшего исреднего 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-ртехн. 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-ртехн. 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 Государственногокомитета по строительству и инвестициям от 25.11.91 №13

4.ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ