鋼纖維高性能混凝土最主要的優(yōu)點(diǎn)是在于其拌合料具有良好的工作性，硬化后混凝土又有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)密實(shí)性、耐久性和較高的強(qiáng)度。為此，在材料和配合比方面，與鋼纖維普通混凝土相比，水膠比低，膠凝材料用量大，通常在500 kg/m3～600 kg/m3。如果完全使用水泥，既不經(jīng)濟(jì)，且水化放熱量大，對混凝土微觀結(jié)構(gòu)的形成不利。因此，鋼纖維高性能混凝土要摻入一定量的微細(xì)填充材料來代替部分水泥。目前使用較多的微細(xì)填充材料有硅粉、磨細(xì)礦渣、粉煤灰及沸石粉等。主要應(yīng)用于國防工程和重要的建筑工程及橋梁工程。
層布鋼纖維混凝土
?。?）提出背景
層布鋼纖維混凝土是指在構(gòu)筑物混凝土截面的頂層和底層或底層約20mm厚度內(nèi),撒布適量的鋼纖維澆筑而成的混凝土，稱為層布鋼纖維混凝土。層布鋼纖維混凝土適用于面板類結(jié)構(gòu)工程，如路面、橋面、地坪等。
應(yīng)用表明,鋼纖維普通混凝土(SFPC)路面的厚度，當(dāng)鋼纖維體積率為0.8%～1.5%，約為同類混凝土路面厚度的40%～60%。使路面的物理力學(xué)性能有明顯改善，厚度可大幅度減薄，但是,路面工程的總造價(jià)一般比同類混凝土路面要高10%～20%，從經(jīng)濟(jì)分析角度看,造價(jià)相應(yīng)要高,影響了鋼纖維混凝土在路面的推廣應(yīng)用。
層布鋼纖維混凝土的提出是考慮到鋼纖維普通混凝土的造價(jià)較高，這已經(jīng)成為當(dāng)前推廣應(yīng)用鋼纖維普通混凝土路面的瓶頸，同時(shí)施工不甚方便，如果施工方法不當(dāng)，易引起鋼纖維的結(jié)團(tuán)和裸露在混凝土路面的表面，導(dǎo)致鋼纖維的銹蝕，影響路面的表觀等缺陷。試驗(yàn)表明，層布鋼纖維混凝土比普通混凝土有著優(yōu)良的彎拉強(qiáng)度、抗裂性能、韌性、抗沖擊性能及彎拉疲勞強(qiáng)度等性能。層布鋼纖維混凝土比鋼纖維普通混凝土造價(jià)較低，在保證與鋼纖維普通混凝土性能相當(dāng)?shù)那闆r下，鋼纖維的用量約可節(jié)省70％。
近年，由武漢理工大學(xué)等單位提出了一種稱為上、下層布式鋼纖維混凝土路面，即分別在普通混凝土路面板的下層(底層)和上層(頂層)鋪撒適量的鋼纖維，形成一種新的復(fù)合路面結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
通過研究和應(yīng)用表明，用少量的鋼纖維對普通混凝土路面板承受最大彎拉應(yīng)力易斷裂的薄弱處進(jìn)行有效增強(qiáng),可減薄混凝土路面的厚度,提高混凝土路面的耐久性和承載能力，此種路面不僅優(yōu)于普通混凝土路面，而且也勝于鋼纖維普通混凝土路面，突出的優(yōu)點(diǎn)是鋼纖維用量少，單位水泥用量降低，工程造價(jià)低、施工工藝簡便易行，有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益，對進(jìn)一步推廣我國的鋼纖維混凝土面類結(jié)構(gòu)工程（路面、道面、橋面、地面等）的應(yīng)用有重要作用。
該技術(shù)尤其在降低鋼纖維混凝土路面造價(jià)和簡化施工工藝方面有重要突破，屬國內(nèi)首創(chuàng)，已在我國的105、107、209、312、318國道部分路段及湖北、湖南、河南、江西、浙江、云南、安徽、天津、新疆、廣東、海南、山西等省市部分一、二級公路路段，相繼修筑了層布鋼纖維混凝土路面大約300余公里，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。為了更好地推廣應(yīng)用這一新技術(shù)，已將有關(guān)層布鋼纖維混凝土路面的內(nèi)容，列入中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS38-2004，必將有良好的應(yīng)用前景。
(2)作用原理
1）根據(jù)路面板的受力狀態(tài)，路面板的設(shè)計(jì)以簡支小梁標(biāo)準(zhǔn)試件的彎拉強(qiáng)度為主要指標(biāo)，小梁試件中和軸以下承受彎拉應(yīng)力的作用，而且離板中和軸向下愈遠(yuǎn)，彎拉應(yīng)力愈大，直至下層邊緣,承受的彎拉應(yīng)力最大，將鋼纖維層布在承受彎拉應(yīng)力最大處的下層是合理，同時(shí)考慮到路面板上層的板角、板邊有時(shí)在荷載及溫度的作用下也承受彎拉應(yīng)力，另外為了防止混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫，在上層也撒布一層鋼纖維。而在板的中和軸附近，承受彎拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最小，可不配置鋼纖維，因此，鋼纖維的配置是根據(jù)路面板的受力狀態(tài)按需要分配，需要增強(qiáng)的部位以配置，不需要增強(qiáng)的部位或者說鋼纖維不能發(fā)揮作用的部位，則可以不配，以減少鋼纖維用量。鋼纖維的配置真正符合“好鋼用在刀刃上”的原則，使需要配置的鋼纖維充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度高的最大效用，用少量鋼纖維即可使路面達(dá)到增強(qiáng)、增韌、阻裂目的。
2）層布鋼纖維混凝土的上、下層鋼纖維的分布基本是呈二維分布（面分布），根據(jù)理論的推算，鋼纖維二維分布時(shí)的有效利用系數(shù)為0.637，而鋼纖維普通混凝土中的鋼纖維呈三維分布，三維分布的鋼纖維有效利用系數(shù)為0.5，比前者的有效利用系數(shù)低27%。
3）層布鋼纖維混凝土可比鋼纖維普通混凝土的鋼纖維長徑比大，其長徑比可為80～100，長徑比增大后，增大了鋼纖維與混凝土粘結(jié)界面，提高了彎拉強(qiáng)度。
