ГОСТ 29167-91
Группа Ж19
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Бетоны
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ (ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ) ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Concretes. Methods for determination of fracture toughness characteristics
МКС 91.100.30
ОКСТУ 5870
Дата введения 1992-07-01
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
2. ВНЕСЕН Министерством энергетики и электрификации СССР
3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета по строительству и инвестициям от 25.11.91 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 |
5. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2003 г.
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 
; при неравновесных испытаниях фиксируют значение .
Допускается проведение равновесных испытаний с фиксацией текущих размеров развивающейся магистральной трещины () и соответствующих значений прилагаемой нагрузки () согласно приложению 3.
1.3. По результатам испытаний определяют следующие основные силовые - в терминах коэффициентов интенсивности напряжений (), энергетические - в терминах удельных энергозатрат () и джей-интеграла () характеристики трещиностойкости: , , , , , , , .
Значения , , 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 .
Тип 1
Образец - призма квадратного поперечного сечения для испытания на изгиб силой в середине пролета.
Черт.1
Тип 2
Образец - призма квадратного поперечного сечения для испытания на осевое растяжение силой .
Черт.2
Тип 3
Образец - куб для испытаний на внецентренное сжатие силой .
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.
В миллиметрах
Максимальный размер зерна заполнителя | Размеры образцов | |||||||
Тип 1 | Тип 2 | Тип 3 | Тип 4 | |||||
Менее 1,25 | 40 | 10/5 | 40 | 15 | 40 | 10 | 100 | 30 |
1,25-5,0 | 70 | 25/5 | 70 | 25 | 70 | 15 | ||
5,0-10,0 | 100 | 35/5 | 100 | 45 | 100 | 25 | ||
10,0-20,0 | 150 | 50/10 | 150 | 60 | 150 | 35 | 200 | 60 |
20,0-40,0 | 200 | 70/10 | 200 | 80 | 200 | 50 | ||
40,0-60,0 | 300 | 100/15 | 300 | 120 | 300 | 75 | 400 | 120 |
60,0-80,0 | 400 | 140/20 | 400 | 160 | - | - | ||
Примечание. При неравновесных испытаниях образца типа 1 допускается не образовывать верхний надрез (
).
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 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.
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 
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 
(черт.5, кривая 
).
Для определения значений , на стадии локального деформирования производят пять-семь кратковременных разгружений образцов для определения направлений линий разгрузок (например, линия на черт.6) с фиксацией полной диаграммы состояния материала 
(черт.6, кривая 
).
При равновесных испытаниях образцов типа 1 с 
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 , где выполняется условие 
, проводят отрезок , перпендикулярный оси ;
б) фиксируют расчетную диаграмму
;
в) из точки опускают перпендикуляр к оси и линию , параллельную упругой линии ;
г) определяют величину отрезка из выражения (1):
; (1)
д) из точки восстанавливают перпендикуляр к оси до пересечения с линией , параллельной оси . Точку соединяют с точкой отрезком ;
е) для определения величин , из расчетной полной диаграммы построением выделяют полную упругую диаграмму 
(черт.6), для чего используют направления линий разгрузок, например точку разгрузки переносят по линии, параллельной оси , в положение на величину, равную .
5.1.2. Расчетным путем или планиметрированием определяют энергозатраты на отдельные этапы деформирования и разрушения образца, а именно:, , , , соответственно, численно равные площадям фигур 
, , 
, 
на черт.5 и 
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
- коэффициент интенсивности напряжений, МПа·м.
- критический коэффициент интенсивности напряжений при максимальному* нагрузке, МПа·м.
_________________
* Текст документа соответствует оригиналу. - .
- статический критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа·м.
- условный критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа·м.
- текущие значения коэффициентов интенсивности напряжений при поэтапном равновесном нагружении образцов, МПа·м .
- удельные энергозатраты, МДж/м.
- удельные энергозатраты на статическое разрушение до момента начала движения магистральной трещины, МДж/м.
- удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение, МДж/м.
- полные удельные упругие энергозатраты на статическое деформирование образцов до деления на части, МДж/м.
- джей-интеграл, МДж/м.
- статический джей-интеграл, МДж/м.
- критерий хрупкости, м.
- энергозатраты, МДж.
- энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения, МДж.
- энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения, МДж.
- энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины, МДж.
- расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца, МДж.
- полные упругие энергозатраты на статическое деформирование до деления на части, МДж.
- нагрузка, действующая на образец в процессе испытания, МН.
- нагрузка, соответствующая статическому началу движения магистральной трещины при равновесных испытаниях, МН.
- нагрузка, соответствующая динамическому началу движения магистральной трещины при неравновесных испытаниях, МН.
- нагрузка, соответствующая массе образца и дополнительного оборудования, МН.
- текущие значения действующей на образец нагрузки при его поэтапном равновесном нагружении, МН.
- перемещения образца, м.
- перемещения, соответствующие упругим деформациям образца, м.
- перемещения, соответствующие необратимым деформациям образца, м.
- перемещения, соответствующие локальным деформациям образца в зоне магистральной трещины, м.
- расчетное значение перемещений сплошного образца, соответствующее моменту начала движения магистральной трещины в образце с начальным надрезом, м.
, - длина начального надреза, м.
- текущие значения длины магистральной трещины при поэтапном равновесном нагружении образца, м.
- начальный эксцентриситет приложения нагрузки, м.
- размеры образца, м.
- относительная высота образца.
- относительная длина начального надреза.
- максимальный размер заполнителя, м.
- масса образца и дополнительного оборудования, кг.
- ускорение свободного падения, м/с.
- тангенс угла наклона восходящего упругого участка диаграммы.
- единичный модуль упругости, МПа.
- модуль упругости, МПа.
- прочность на осевое растяжение, МПа.
- прочность на растяжение при изгибе, МПа.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное
ТЕРМИНЫ И ПОЯСНЕНИЯ
Термин | Пояснение |
1. Трещиностойкость (вязкость разрушения) бетона | Способность бетона сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических 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 | Трещина, протяженность которой превосходит размеры структурных составляющих материалов и областей самоуравновешенных напряжений и по поверхностям которой произойдет деление образца на части |
4. Коэффициент интенсивности напряжений | Величина, определяющая напряженно-деформированное состояние и смещения вблизи вершины трещины, независимо от схемы нагружения, формы и размеров тела и трещины |
5. Условный коэффициент интенсивности напряжений | Значение , вычисленное через действующую на образец нагрузку и исходную длину трещины по формулам для упругого тела |
6. Удельные энергозатраты | Величина, характеризующая удельные (относительно эффективной рабочей площади поперечного сечения образца) энергозатраты на различные этапы деформирования и разрушения |
7. -интеграл | Величина, характеризующая работу пластической деформации и разрушения, а также поле напряжений и деформаций при упругопластическом деформировании вблизи вершины трещины (аналогично коэффициенту интенсивности напряжений ) |
8. Условный критический коэффициент интенсивности напряжений | Значение , определяемое при неравновесных испытаниях образцов типов 1-4 по нагрузке, равной , и начального надреза образца , условно характеризующее критическое состояние материала при динамическом начале движения магистральной трещины |
9. Статический критический коэффициент интенсивности напряжений | Значение , определяемое при равновесных испытаниях образцов типов 1, 5, 6 по и , характеризующее критическое состояние материала при статическом начале движения магистральной трещины |
10. Критический коэффициент интенсивности напряжений | Значение , определяемое при равновесных испытаниях образцов типа 1 по и , инвариантно характеризующее состояние материала при динамическом начале движения магистральной трещины |
11. Удельные энергозатраты на начало статического разрушения | Значение, определяемое при равновесных испытаниях образцов типа 1 по диаграмме |
12. Удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение | Значение , определяемое при равновесных испытаниях образцов типа 1 по диаграмме |
13. Полные удельные упругие энергозатраты на статическое деформирование до деления на части | Значение , определяемое при равновесных испытаниях образцов типа 1 по диаграмме |
14. Статический джей-интеграл | Значение , определяемое при равновесных испытаниях образцов типа 1 по диаграмме |
15. Критерий хрупкости | Характеристика хрупкости материала |
, характеризующее удельные энергозатраты на начало статического разрушения
, характеризующее удельные энергозатраты на статическое разрушение
, характеризующее удельные энергозатраты на разрушение 
, характеризующее поле напряжений и деформаций вблизи вершины магистральной трещины при начале ее движения
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 и ) 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. . .12 ; типа 6. . .15 .
3. Для определения значений величин 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-кратным увеличением по ГОСТ 8074.
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.
4. Определение характеристик трещиностойкости
4.1. Для каждого этапа нагружения определяют значение по зависимостям:
- для образца типа 5
; (13)
- для образца типа 6
, (14)
где 
; (15)
; (16)
. (17)
4.2. По результатам п.4.1 строят зависимость 
; за величину принимают среднее значение 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 определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 и типов 5, 6 (согласно приложению 3) по зависимости
. (18)
2. Значение определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 по зависимости
. (19)
3. Значение определяют при равновесных испытаниях образцов типа 1 с 
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 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 
мм перед определением характеристик трещиностойкости производят поправку на массу образца и распределительную балку.
Для этого полную диаграмму состояния материала (кривая 
на черт.11) трансформируют в расчетную (кривая 
) следующим образом:
- точку по упругой линии переносят в положение точки на величину , откладываемую на оси , равную
, (21)
- проводят оси и , параллельные соответственно и ;
- с начала прямолинейного нисходящего участка диаграммы, т.е. из точки , где выполняется условие 
, проводят отрезок , перпендикулярный оси ;
- фиксируют расчетную диаграмму 
.
Черт.11
Электронный текст документа
и сверен по:
М.: ИПК Издательство стандартов, 2004