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

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.

1.1. 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 () и соответствующих значений прилагаемой нагрузки () 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: 

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.

2.1. Для определения характеристик трещиностойкости при равновесных испытаниях применяют образцы типа 1 - для испытаний на изгиб (черт. 1).

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

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).

Образец - призма квадратного поперечного сечения для испытания на осевое растяжение силой F.

Образец - куб для испытаний на внецентренное сжатие силой F.

Образец - цилиндр для испытаний на растяжение при раскалывании.

Примечание к черт. 1 - 4. Обозначения приведены в Приложении 1, размеры образцов - в таблице.

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

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 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.

3.1. 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.

4.1. 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 на стадии локального деформирования производят 5 - 7 кратковременных разгружений образцов для определения направлений линий разгрузок (например, линия на черт. 6) с фиксацией полной диаграммы состояния материала F-V (черт. 6, кривая OTCXDE).

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 .

5.1. 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 к оси OV до пересечения с линией , параллельной оси OV. Точку О соединяют с точкой и отрезком ;

е) для определения величин из расчетной полной диаграммы построением выделяют полную упругую диаграмму ОТС'Х'О (черт. 6), для чего используют направления линий разгрузок, например, точку разгрузки Х переносят по линии, параллельной оси OV, в положение Х' 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 ОТСА, АСН, HCDK, на черт. 5 и ОТС'Х'О на черт. 6.

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

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

- для образца типа 1:

- для образца типа 2:

- для образца типа 3:

- для образца типа 4:

К - коэффициент интенсивности напряжений, МПа х .

- критический коэффициент интенсивности напряжений при максимальной нагрузке, МПа х .

- статический критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа х .

- условный критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа х .

- текущие значения коэффициентов интенсивности напряжений при поэтапном равновесном нагружении образцов, МПа х .

G - удельные энергозатраты, МДж/м2.

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

- удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение, МДж/м2.

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

J - джей-интеграл, МДж/м2.

- статический джей-интеграл, МДж/м2.

- критерий хрупкости, м.

W - 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.

F - 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.

V - 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.

b, t, , L, D - размеры образцов, м.

- относительная высота образца.

- относительная длина начального надреза.

- максимальный размер заполнителя, м.

- масса образца и дополнительного оборудования, кг.

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

- 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.

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).

Образец - призма прямоугольного поперечного сечения для испытаний на осевое сжатие.

Образец - призма прямоугольного поперечного сечения для испытаний на растяжение при внецентренном сжатии.

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 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.

4. Определение характеристик трещиностойкости

4.1. Для каждого этапа нагружения определяют значение по зависимостям:

- для образца типа 5:

- для образца типа 6:

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%.

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

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

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

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.

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 , откладываемую на оси F, равную

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.