ГОСТ 32281.1-2013 (EN 1288-1:2000) Стекло и изделия из него. Определение прочности на изгиб. Основные принципы проведения испытаний

     5 Факторы, которые необходимо учитывать при проведении испытаний

5.1 Стекло как материал

5.1.1 Общие положения

Стекло представляет собой гомогенный изотропный материал, имеющий почти совершенно линейно-упругое поведение вплоть до предела прочности на разрыв.

Стекло имеет очень высокую прочность на сжатие и теоретически очень высокую прочность на растяжение, но поверхность стекла содержит много дефектов, которые действуют как ослабляющий фактор, когда стекло подвергается растягиванию (растягивающему напряжению). Эти дефекты вызваны воздействием влаги, контактом с твердыми материалами (например, песком) и непрерывно изменяются под воздействием влаги, почти всегда присутствующей в воздухе.

Теоретически исходя из молекулярной структуры можно было бы ожидать прочности на растяжение порядка 10000 H/мм, но обычно массивное стекло разрушается значительно ниже 100 Н/мм.

Наличие дефектов, их изменения под воздействием влаги влияют на свойства стекла, их необходимо учитывать при проведении испытаний на прочность.

Вследствие очень высокой прочности на сжатие стекло всегда разрушается при растяжении. Так как в строительстве стекло крайне редко подвергается прямым растяжениям, наиболее важным свойством для сопротивления нагрузке является прочность на растяжение при изгибе. Все испытания, описанные в настоящем стандарте, предназначены для оценки прочности стекла на растяжение при изгибе.

На прочность при изгибе влияют следующие факторы:

а) состояние поверхности (см. 5.1.2);

б) скорость изменения и продолжительность нагрузки (см. 5.1.3);

в) площадь поверхности, напряженной растяжением (см. 5.1.4);

г) коррозионное растрескивание под действием напряжений, зависящее от окружающей среды, а также залечивание поверхностных дефектов в стекле (см. 5.1.5 и [7] приложение А);

д) возраст, т.е. время, прошедшее после последней механической или какой-либо другой обработки поверхности, вызывающей ее повреждение (см. 5.1.6);

е) температура (см. 5.1.7)

Влияние факторов б)-е) на прочность на изгиб принято во внимание в настоящем стандарте.

5.1.2 Влияние состояния поверхности

При испытаниях прочности на изгиб согласно настоящему стандарту стекло ведет себя как почти идеально линейно-упругий материал, разрушающийся как хрупкий материал. Хрупкость означает, что контакт с любым твердым объектом может привести к повреждению поверхности в форме очень тонких, иногда субмикроскопических трещин и сколов. Поверхностные дефекты такого рода, которые практически неизбежны при нормальном обращении со стеклом, являются основным фактором в уменьшении его механической прочности, тогда как состав стекла имеет второстепенное значение, а в некоторых случаях им вообще можно пренебречь.

Отсюда следует, что прочность на изгиб, определяемая согласно настоящему стандарту, зависит от состояния поверхности испытуемого образца.

Состояние поверхности характеризуется следующими основными свойствами:

а) состояние поверхности, возникшее в результате конкретной обработки, вызывающей ряд специфических дефектов, которые влияют на прочность, определяемую состоянием поверхности после обработки;

б) остаточное напряжение, например, в виде специально созданных термическим или химическим путем напряжений, а также непреднамеренно возникшие остаточные напряжения.

5.1.3 Влияние скорости нагружения

Для интерпретации значений прочности на изгиб, полученных в соответствии с настоящим стандартом, скорость нагружения имеет особое значение.

Распространение трещин в стекле происходит в большом диапазоне значений растягивающего напряжения (см. [8] приложение А). Существует нижний предел значения коэффициента интенсивности напряжения, ниже которого трещины не распространяются (см. [7] приложение А). Затем происходит некоторое субкритическое распространение трещины при более высоких уровнях коэффициента интенсивности напряжения, значение которого зависит от влажности, температуры и химических реагентов. При значениях коэффициента интенсивности напряжения, превышающих критическое, распространение трещины происходит очень быстро и приводит к (почти) мгновенному разрушению. Следствием субкритического распространения трещины является, например то, что увеличение скорости нагружения и (или) продолжительности нагружения влияет на прочность на изгиб.

Для предварительно напряженного стекла эта временная зависимость не проявляется до тех пор, пока растягивающее напряжение, созданное в поверхности, не превысит напряжение сжатия, постоянно присутствующее там (см. [9] приложение А).

5.1.4 Влияние площади испытуемой поверхности

Уменьшение прочности стекла на изгиб с увеличением размера площади, на которой создается высокое напряжение при испытаниях, также важно (см. [10] приложение А). Влияние площади обусловлено статистическим распределением поверхностных дефектов (его изменением): чем больше испытуемая площадь, тем больше вероятность того, что она содержит большой поверхностный дефект. Следовательно, влияние эффекта площади увеличивается при уменьшении дефектов на поверхности, так что эффект площади становится скорее теоретическим в случае бездефектной поверхности, например, подвергнутой огневой полировке (см. [11] приложение А).

Возможны расхождения между значениями прочности на изгиб, полученными в соответствии с ГОСТ 32281.2 (максимальная напряженная площадь: 240000 мм) или полученными при использовании устройств R105, R60, R45 и R30 в соответствии с ГОСТ 32281.5 (максимальная напряженные площади*: 3850, 1260, 254 и 113 мм) из-за размера площади, на которой создаются напряжения. Вследствие поверхностных дефектов результаты, полученные при испытаниях меньших поверхностей, могут быть значительно выше, чем значения, полученные при испытаниях больших площадей поверхности, как показано в таблице 1.

_________________