Cet article présente les différents types d'adjuvants couramment utilisés dans la fabrication des mortiers secs, leurs caractéristiques de performance, leur mécanisme d'action et leur influence sur les performances des produits. L'effet bénéfique des agents de rétention d'eau tels que l'éther de cellulose et l'éther d'amidon, la poudre de latex redispersible et les matériaux fibreux sur les performances des mortiers secs a été particulièrement étudié.
Les adjuvants jouent un rôle essentiel dans l'amélioration des performances des mortiers secs de construction. Cependant, leur ajout augmente considérablement le coût des matériaux par rapport aux mortiers traditionnels, représentant plus de 40 % du coût total. Actuellement, une part importante des adjuvants est fournie par des fabricants étrangers, qui définissent également le dosage de référence. De ce fait, le coût des mortiers secs reste élevé, ce qui freine leur utilisation à grande échelle pour la maçonnerie et le plâtrage. Les produits haut de gamme sont dominés par les entreprises étrangères, ce qui réduit les marges bénéficiaires des fabricants de mortiers secs et limite leur marge de manœuvre face aux prix. Enfin, l'utilisation des adjuvants fait l'objet de recherches insuffisantes et ciblées, et les fabricants adoptent aveuglément les formules étrangères.
Sur la base des raisons exposées ci-dessus, cet article analyse et compare certaines propriétés fondamentales des adjuvants couramment utilisés et, sur cette base, étudie les performances des produits de mortier mélangés à sec utilisant des adjuvants.
1 agent de rétention d'eau
L'agent de rétention d'eau est un adjuvant essentiel pour améliorer les performances de rétention d'eau des mortiers secs, et c'est également l'un des adjuvants clés qui déterminent le coût des matériaux de mortier sec.
1. Éther hydroxypropylméthylcellulose (HPMC)
L'hydroxypropylméthylcellulose est un terme générique désignant une série de produits obtenus par la réaction de la cellulose alcaline avec un agent d'éthérification dans certaines conditions. Différents agents d'éthérification remplacent la cellulose alcaline pour obtenir différents éthers de cellulose. Selon les propriétés d'ionisation des substituants, les éthers de cellulose se divisent en deux catégories : ioniques (comme la carboxyméthylcellulose) et non ioniques (comme la méthylcellulose). Selon le type de substituant, on distingue les éthers de cellulose monoéthers (comme la méthylcellulose) et les éthers mixtes (comme l'hydroxypropylméthylcellulose). Selon leur solubilité, on distingue les éthers solubles dans l'eau (comme l'hydroxyéthylcellulose) et les éthers solubles dans les solvants organiques (comme l'éthylcellulose), etc. Le mortier sec est principalement composé de cellulose soluble dans l'eau, elle-même divisée en deux catégories : à dissolution instantanée et à dissolution retardée après traitement de surface.
Le mécanisme d'action de l'éther de cellulose dans le mortier est le suivant :
(1) L'hydroxypropylméthylcellulose est facilement soluble dans l'eau froide, mais difficilement soluble dans l'eau chaude. Cependant, sa température de gélification dans l'eau chaude est nettement supérieure à celle de la méthylcellulose. Sa solubilité dans l'eau froide est également bien meilleure que celle de la méthylcellulose.
(2) La viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose est liée à sa masse moléculaire : plus la masse moléculaire est élevée, plus la viscosité est importante. La température influe également sur sa viscosité ; elle diminue lorsque la température augmente. Cependant, sa viscosité élevée est moins sensible aux variations de température que celle de la méthylcellulose. Sa solution est stable à température ambiante.
(3) La rétention d'eau de l'hydroxypropylméthylcellulose dépend de sa quantité ajoutée, de sa viscosité, etc., et son taux de rétention d'eau sous la même quantité ajoutée est supérieur à celui de la méthylcellulose.
(4) L'hydroxypropylméthylcellulose est stable en milieu acide et alcalin, et sa solution aqueuse est très stable dans la gamme de pH 2 à 12. La soude caustique et l'eau de chaux ont peu d'effet sur ses propriétés, mais les bases peuvent accélérer sa dissolution et augmenter sa viscosité. L'hydroxypropylméthylcellulose est stable aux sels courants, mais lorsque la concentration de la solution saline est élevée, la viscosité de la solution d'hydroxypropylméthylcellulose tend à augmenter.
(5) L'hydroxypropylméthylcellulose peut être mélangée à des composés polymères hydrosolubles pour former une solution uniforme et de viscosité plus élevée. Par exemple : alcool polyvinylique, éther d'amidon, gomme végétale, etc.
(6) L'hydroxypropylméthylcellulose a une meilleure résistance aux enzymes que la méthylcellulose, et sa solution est moins susceptible d'être dégradée par les enzymes que la méthylcellulose.
(7) L'adhérence de l'hydroxypropylméthylcellulose à la construction du mortier est supérieure à celle de la méthylcellulose.
2. Méthylcellulose (MC)
Après traitement du coton raffiné avec un alcali, l'éther de cellulose est produit par une série de réactions avec le chlorure de méthane comme agent d'éthérification. Généralement, le degré de substitution est de 1,6 à 2,0, et la solubilité varie également en fonction de ce degré. Il s'agit d'un éther de cellulose non ionique.
(1) La méthylcellulose est soluble dans l'eau froide et difficilement soluble dans l'eau chaude. Sa solution aqueuse est très stable dans la gamme de pH 3 à 12. Elle présente une bonne compatibilité avec l'amidon, la gomme de guar, etc., et de nombreux tensioactifs. La gélification se produit lorsque la température atteint sa température de gélification.
(2) La rétention d'eau de la méthylcellulose dépend de sa quantité ajoutée, de sa viscosité, de la finesse de ses particules et de sa vitesse de dissolution. Généralement, plus la quantité ajoutée est importante, la finesse faible et la viscosité élevée, plus la rétention d'eau est importante. Parmi les paramètres étudiés, la quantité ajoutée a l'impact le plus significatif sur la rétention d'eau, tandis que la viscosité n'est pas directement proportionnelle à cette dernière. La vitesse de dissolution dépend principalement du degré de modification de surface des particules de cellulose et de leur finesse. Parmi les éthers de cellulose mentionnés, la méthylcellulose et l'hydroxypropylméthylcellulose présentent les taux de rétention d'eau les plus élevés.
(3) Les variations de température affectent considérablement le taux de rétention d'eau de la méthylcellulose. En général, plus la température est élevée, plus la rétention d'eau est faible. Si la température du mortier dépasse 40 °C, la rétention d'eau de la méthylcellulose diminue significativement, ce qui compromet sérieusement la mise en œuvre du mortier.
(4) La méthylcellulose a une influence significative sur la mise en œuvre et l'adhérence du mortier. L'« adhérence » désigne ici la force d'adhérence entre l'outil d'application et le support mural, c'est-à-dire la résistance au cisaillement du mortier. Une forte adhérence, une résistance au cisaillement élevée et une force d'application importante sont requises, ce qui nuit aux performances de mise en œuvre du mortier. L'adhérence de la méthylcellulose est modérée dans les produits à base d'éther de cellulose.
3. Hydroxyéthylcellulose (HEC)
Ce matériau est fabriqué à partir de coton raffiné traité à l'alcali, puis mis en réaction avec de l'oxyde d'éthylène comme agent d'éthérification en présence d'acétone. Son degré de substitution est généralement de 1,5 à 2,0. Il présente une forte hydrophilie et absorbe facilement l'humidité.
(1) L'hydroxyéthylcellulose est soluble dans l'eau froide, mais difficilement soluble dans l'eau chaude. Sa solution est stable à haute température sans gélifier. Elle peut être utilisée longtemps à haute température dans le mortier, mais sa rétention d'eau est inférieure à celle de la méthylcellulose.
(2) L'hydroxyéthylcellulose est stable aux acides et aux bases en général. Les bases peuvent accélérer sa dissolution et augmenter légèrement sa viscosité. Sa dispersibilité dans l'eau est légèrement inférieure à celle de la méthylcellulose et de l'hydroxypropylméthylcellulose.
(3) L'hydroxyéthylcellulose a de bonnes performances anti-affaissement pour le mortier, mais elle a un temps de retardement plus long pour le ciment.
(4) Les performances de l'hydroxyéthylcellulose produite par certaines entreprises nationales sont manifestement inférieures à celles de la méthylcellulose en raison de sa teneur élevée en eau et de sa teneur élevée en cendres.
Éther d'amidon
Les éthers d'amidon utilisés dans les mortiers sont dérivés de polymères naturels de certains polysaccharides, tels que ceux extraits de pommes de terre, de maïs, de manioc, de graines de guar, etc.
1. Amidon modifié
L'éther d'amidon modifié à partir de pommes de terre, de maïs, de manioc, etc., présente une rétention d'eau nettement inférieure à celle de l'éther de cellulose. Sa stabilité aux acides et aux bases varie en fonction du degré de modification. Certains produits conviennent aux mortiers à base de gypse, tandis que d'autres sont utilisables dans les mortiers à base de ciment. L'utilisation de l'éther d'amidon dans le mortier est principalement motivée par son rôle d'épaississant : il améliore la résistance à l'affaissement, réduit l'adhérence du mortier frais et prolonge son temps d'ouverture.
Les éthers d'amidon sont souvent utilisés en association avec la cellulose, afin que les propriétés et les avantages de ces deux produits se complètent. Comme les éthers d'amidon sont beaucoup moins chers que les éthers de cellulose, leur utilisation dans les mortiers permet de réduire considérablement le coût de leur formulation.
2. Éther de gomme de guar
L'éther de gomme de guar est un type d'éther d'amidon aux propriétés particulières, obtenu par modification des graines de guar naturelles. La réaction d'éthérification entre la gomme de guar et le groupe fonctionnel acrylique conduit principalement à la formation d'une structure contenant un groupe fonctionnel 2-hydroxypropyle, de type polygalactomannose.
(1) Comparé à l'éther de cellulose, l'éther de gomme de guar est plus soluble dans l'eau. Les propriétés des éthers de guar à pH constant restent globalement inchangées.
(2) Dans des conditions de faible viscosité et à faible dosage, la gomme de guar peut remplacer l'éther de cellulose en quantité équivalente et présente une rétention d'eau similaire. Cependant, la consistance, la résistance à l'affaissement et la thixotropie sont nettement améliorées.
(3) Dans des conditions de viscosité élevée et de dosage important, la gomme de guar ne peut pas remplacer l'éther de cellulose, et l'utilisation mixte des deux produira de meilleures performances.
(4) L'application de gomme de guar dans le mortier à base de gypse peut réduire considérablement l'adhérence lors de la mise en œuvre et faciliter l'application. Elle n'a aucun effet néfaste sur le temps de prise ni sur la résistance du mortier de gypse.
3. Épaississant minéral modifié retenant l'eau
En Chine, on utilise des épaississants retenant l'eau, composés de minéraux naturels modifiés et mélangés. Les principaux minéraux utilisés pour leur préparation sont la sépiolite, la bentonite, la montmorillonite et le kaolin. Grâce à des modifications telles que l'ajout d'agents de couplage, ces minéraux possèdent des propriétés de rétention d'eau et d'épaississement. Appliqué au mortier, ce type d'épaississant présente les caractéristiques suivantes.
(1) Il peut améliorer considérablement les performances du mortier ordinaire et résoudre les problèmes de mauvaise maniabilité du mortier de ciment, de faible résistance du mortier mélangé et de faible résistance à l'eau.
(2) Des produits de mortier avec différents niveaux de résistance pour les bâtiments industriels et civils généraux peuvent être formulés.
(3) Le coût des matériaux est nettement inférieur à celui de l’éther de cellulose et de l’éther d’amidon.
(4) La rétention d'eau est inférieure à celle de l'agent de rétention d'eau organique, la valeur de retrait à sec du mortier préparé est plus grande et la cohésion est réduite.
poudre de caoutchouc polymère redispersible
La poudre de caoutchouc redispersible est obtenue par atomisation d'une émulsion polymère spéciale. Lors de ce procédé, des colloïdes protecteurs, des agents anti-agglomérants, etc., sont indispensables. La poudre de caoutchouc séchée se présente sous forme de particules sphériques de 80 à 100 mm agglomérées. Ces particules sont solubles dans l'eau et forment une dispersion stable, légèrement plus grosse que les particules de l'émulsion initiale. Après déshydratation et séchage, cette dispersion forme un film. Ce film est irréversible, comme la formation d'un film d'émulsion classique, et ne se redisperse pas au contact de l'eau.
La poudre de caoutchouc redispersible peut être composée de copolymères styrène-butadiène, d'acide tertiaire-carbonate d'éthylène, de copolymères éthylène-acétate d'acide acétique, etc. À partir de ces copolymères, on greffe du silicone, du laurate de vinyle, etc., afin d'améliorer leurs performances. Ces différentes modifications confèrent à la poudre de caoutchouc redispersible des propriétés variées, telles que la résistance à l'eau, aux alcalis et aux intempéries, ainsi que la flexibilité. La présence de laurate de vinyle et de silicone confère à la poudre de caoutchouc une bonne hydrophobicité. Le carbonate de vinyle tertiaire, hautement ramifié, présente une faible température de transition vitreuse (Tg) et une bonne flexibilité.
L'application de ces poudres de caoutchouc au mortier retarde la prise du ciment, mais cet effet est moindre que celui obtenu par l'application directe d'émulsions similaires. Le mélange styrène-butadiène présente le retard de prise le plus important, tandis que le mélange éthylène-acétate de vinyle a le plus faible. Un dosage insuffisant n'améliore pas significativement les performances du mortier.
Date de publication : 3 avril 2023