Effect of fine fly ash and calcium hydroxide on air void structure in very-early-strength latex-modified concrete

Very-early-strength latex-modified concrete (VES-LMC) was developed for rapid repairs of distresses in concrete bridge decks and pavements, with the emphasis on early-age strength gain so that the repaired bridges and pavements can be opened to traffic within the time frame required in the specifications. However, there are two main concerns in the use of VES-LMC--early-age cracking and poor air void structure. The main objective of this study was to further improve VES- LMC to minimize early-age cracking and improve freeze-thaw durability, which included the use of fine fly ash (FFA) and calcium hydroxide (CH). Laboratory experiments were conducted on VES-LMC materials with cement replaced with FFA as well as CH, and various tests performed. Early-age drying shrinkages of VES-LMC containing both FFA and CH in the amounts evaluated in this study were smaller than that of VES-LMC with no replacements. It is expected that the use of FFA and CH in the range evaluated in this study will reduce the cracking potential of VES-LMC. Overall, the replacement of cement with FFA and CH improved the characteristics of entrained air void system, which will enhance the durability of VES-LMC against freeze-thaw damage. Scanning electron microscope and energy dispersive spectroscopy analysis indicate the primary mechanism of the generation of small sized air voids in concretes containing adequate amount of FFA and CH is the gas formation reaction between citric acid solutions and CH during concrete mixing. It is expected that the inclusion of adequate amounts of FFA and CH in VES-LMC will improve the performance of repaired bridge decks and pavements in terms of reduced cracking and improved freeze-thaw durability. Key words: air void structure, freeze and thaw, fine fly ash, rapid setting concrete. Le beton modifie au latex a prise ultra-rapide (BML-PUR) a ete concu pour reparer les dommages dus a l'usure sur les tabliers de pont et revetements en beton. Sa capacite a durcir rapidement a ete mise en avant, car elle permettait de rouvrir a la circulation les ponts et chaussees repares dans les delais requis. Cependant, l'utilisation d'un tel beton pose deux principaux problemes: l'apparition de fissures prematurees et une structure caracterisee par une mauvaise repartition des vides interstitiels. L'objectif principal de la presente etude a ete d'ameliorer les performances de ce type de beton afin de reduire au minimum l'apparition de fissures prematurees et de renforcer sa resistance dans le temps au gel-degel, a l'aide notamment de cendres volantes (CV) et d'hydroxyde de calcium (HC). Des essais en laboratoires ont ete realises sur des echantillons de BML- PUR dans lesquels le ciment a ete remplace par des CV et de l'HC et d'autres types d'essais ont effectues. Les retraits de sechage premature du BML-PUR contenant a la fois des CV et de l'HC, dans les quantites determinees dans la presente etude, etaient moins importants que ceux observes sur le BML-PUR uniquement compose de ciment. On s'attend a ce que l'utilisation de CV et d'HC, dans les intervalles de teneurs definis dans la presente etude, aura pour effet de reduire le risque de fissuration du BML-PUR. D'une maniere generale, le remplacement du ciment par des CV et de l'HC a permis d'ameliorer les caracteristiques des occlusions d'air formant les vides interstitiels a l'interieur du beton, ce qui renforcera la resistance dans le temps du BML-PUR au gel-degel. Une analyse au microscope electronique a balayage et une analyse dispersive en energie montrent que la reaction entre les solutions d'acide citrique et l'HC, qui se produit durant la preparation du melange de beton, constitue le principal mecanisme de formation des vides interstitiels de petite taille dans les betons contenant des quantites adequates de CV et d'HC. On s'attend a ce que l'ajout de quantites appropriees de CV et d'HC dans le BML-PUR ameliore a l'avenir les performances des tabliers de pont et revetements repares, en reduisant la fissuration du beton et en renforcant sa resistance dans le temps au gel-degel. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: repartition des vides interstitiels, gel et degel, cendres volantes, beton a prise rapide.
1. Introduction The most frequent and serious distress type reported in jointed plain concrete pavement (JCP) in South Korea is spalling at transverse and longitudinal joints, primarily due to freeze [...]