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.
1.1 Éther de cellulose
L'éther de cellulose 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 peuvent être utilisés en remplacement de 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, laquelle se divise 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) Une fois l'éther de cellulose dissous dans l'eau, la distribution efficace et uniforme du matériau cimentaire dans le système est assurée grâce à l'activité de surface, et l'éther de cellulose, en tant que colloïde protecteur, « enveloppe » les particules solides et une couche de film lubrifiant se forme sur sa surface extérieure, ce qui rend le système de mortier plus stable et améliore également la fluidité du mortier pendant le processus de mélange et la régularité de la construction.
(2) Grâce à sa propre structure moléculaire, la solution d'éther de cellulose fait que l'eau du mortier ne se perd pas facilement et la libère progressivement sur une longue période, conférant au mortier une bonne rétention d'eau et une bonne maniabilité.
1.1.1 Formule moléculaire de la méthylcellulose (MC) [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x
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.
1.1.2 La formule moléculaire de l'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) est [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x
L'hydroxypropylméthylcellulose est une variété de cellulose dont la production et la consommation ont connu une forte croissance ces dernières années. Il s'agit d'un éther mixte de cellulose non ionique, obtenu à partir de coton raffiné après alcalinisation, en utilisant l'oxyde de propylène et le chlorure de méthyle comme agents d'éthérification, par une série de réactions. Le degré de substitution est généralement de 1,2 à 2,0. Ses propriétés varient en fonction des proportions de groupes méthoxyle et hydroxypropyle.
(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.
1.1.3 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.
1.1.4 Carboxyméthylcellulose (CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n
L'éther de cellulose ionique est obtenu à partir de fibres naturelles (coton, etc.) après traitement alcalin, en utilisant du monochloroacétate de sodium comme agent d'éthérification, et en subissant une série de réactions. Le degré de substitution est généralement compris entre 0,4 et 1,4, et ses performances dépendent fortement de ce degré.
(1) La carboxyméthylcellulose est plus hygroscopique et contiendra plus d'eau lorsqu'elle sera stockée dans des conditions générales.
(2) La solution aqueuse de carboxyméthylcellulose ne forme pas de gel et sa viscosité diminue avec l'augmentation de la température. Au-delà de 50 °C, la viscosité devient irréversible.
(3) Sa stabilité est fortement influencée par le pH. Généralement, il peut être utilisé dans les mortiers à base de gypse, mais pas dans les mortiers à base de ciment. En milieu très alcalin, il perd de la viscosité.
(4) Sa rétention d'eau est bien inférieure à celle de la méthylcellulose. Elle a un effet retardateur sur le mortier à base de gypse et en réduit la résistance. Cependant, le prix de la carboxyméthylcellulose est nettement inférieur à celui de la méthylcellulose.
Date de publication : 30 mars 2023