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. 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.
2. Hydroxypropylméthylcellulose (HPMC)
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.
3. Hydroxyéthylcellulose (HEC)
Il 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. Le 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.
4. Carboxyméthylcellulose (CMC)
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.
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.
Fibres de polypropylène
La fibre de polypropylène est fabriquée à partir de polypropylène (matière première) et d'une quantité appropriée de modificateur. Son diamètre est généralement d'environ 40 microns, sa résistance à la traction de 300 à 400 MPa, son module d'élasticité supérieur ou égal à 3 500 MPa et son allongement à la rupture de 15 à 18 %. Ses caractéristiques de performance :
(1) Les fibres de polypropylène sont réparties uniformément et de façon aléatoire dans le mortier, formant ainsi un réseau de renforcement. L'ajout de 1 kg de fibres de polypropylène par tonne de mortier permet d'obtenir plus de 30 millions de fibres monofilaments.
(2) L'ajout de fibres de polypropylène au mortier permet de réduire efficacement les fissures de retrait à l'état frais, qu'elles soient visibles ou non. Il permet également de réduire significativement le ressuage et le tassement des granulats en surface.
(3) Dans le cas d'un corps durci au mortier, les fibres de polypropylène permettent de réduire significativement le nombre de fissures de déformation. En effet, lorsque le corps durci au mortier subit des contraintes dues à la déformation, elles peuvent y résister et les transmettre. En cas de fissuration, elles permettent de passiver la concentration de contraintes à l'extrémité de la fissure et d'en limiter la propagation.
(4) La dispersion efficace des fibres de polypropylène dans la production de mortier constituera un problème complexe. Le matériel de mélange, le type et le dosage des fibres, le rapport des composants du mortier et les paramètres de sa mise en œuvre deviendront autant de facteurs importants influençant cette dispersion.
agent entraîneur d'air
Un agent entraîneur d'air est un type de tensioactif capable de former des bulles d'air stables dans le béton ou le mortier frais par des procédés physiques. Il comprend principalement : la colophane et ses polymères thermiques, les tensioactifs non ioniques, les alkylbenzènesulfonates, les lignosulfonates, les acides carboxyliques et leurs sels, etc.
Les agents entraîneurs d'air sont fréquemment utilisés dans la préparation des mortiers de plâtrage et de maçonnerie. Leur ajout entraîne des modifications des propriétés du mortier.
(1) Grâce à l'introduction de bulles d'air, la facilité et la construction du mortier fraîchement mélangé peuvent être augmentées, et le saignement peut être réduit.
(2) L'utilisation d'un seul agent entraîneur d'air réduit la résistance et l'élasticité du moule dans le mortier. Si l'agent entraîneur d'air et un réducteur d'eau sont utilisés conjointement, dans des proportions appropriées, la résistance reste inchangée.
(3) Il peut améliorer considérablement la résistance au gel du mortier durci, améliorer l'imperméabilité du mortier et améliorer la résistance à l'érosion du mortier durci.
(4) L'agent entraîneur d'air augmentera la teneur en air du mortier, ce qui augmentera le retrait du mortier, et la valeur du retrait peut être réduite de manière appropriée en ajoutant un agent réducteur d'eau.
Étant donné que la quantité d'agent entraîneur d'air ajoutée est très faible, ne représentant généralement que quelques dix-millièmes de la masse totale des matériaux cimentaires, il est impératif de veiller à son dosage et à son incorporation précis lors de la fabrication du mortier. Des facteurs tels que les méthodes et la durée de malaxage influent considérablement sur la quantité d'agent entraîneur d'air. Par conséquent, dans les conditions actuelles de production et de construction en Chine, l'ajout d'agents entraîneurs d'air au mortier nécessite de nombreux essais.
agent à force précoce
Utilisés pour améliorer la résistance initiale du béton et du mortier, les agents de résistance initiale à base de sulfate sont couramment utilisés, principalement le sulfate de sodium, le thiosulfate de sodium, le sulfate d'aluminium et le sulfate d'aluminium et de potassium.
En général, le sulfate de sodium anhydre est largement utilisé ; à faible dose, il offre une bonne résistance initiale, mais à dose trop importante, il provoque une expansion et des fissures ultérieurement, et un retour d'alcali se produit, ce qui altère l'aspect et l'efficacité de la couche de décoration de surface.
Le formiate de calcium est également un bon antigel. Il offre une bonne efficacité à prise rapide, moins d'effets secondaires, une bonne compatibilité avec d'autres adjuvants et de nombreuses propriétés sont supérieures à celles des antigels à base de sulfate à prise rapide, mais son prix est plus élevé.
antigel
Si le mortier est utilisé par temps négatif, sans protection antigel, il subira des dégâts dus au gel et sa résistance sera compromise. L'antigel prévient ces dégâts de deux manières : en empêchant le gel et en améliorant la résistance initiale du mortier.
Parmi les agents antigel couramment utilisés, le nitrite de calcium et le nitrite de sodium présentent les meilleures propriétés antigel. Le nitrite de calcium, ne contenant ni ions potassium ni sodium, permet de limiter la formation de granulats alcalins dans le béton, mais sa maniabilité est légèrement inférieure dans le mortier, contrairement au nitrite de sodium qui offre une meilleure maniabilité. L'antigel est utilisé en association avec un agent de prise rapide et un réducteur d'eau pour obtenir des résultats satisfaisants. Lors de l'utilisation d'un mortier sec contenant de l'antigel à très basse température négative, il convient d'augmenter la température du mélange, par exemple en ajoutant de l'eau chaude.
Si la quantité d'antigel est trop élevée, elle réduira la résistance du mortier par la suite, et la surface du mortier durci présentera des problèmes tels que le retour des alcalis, ce qui affectera l'aspect et l'effet de la couche décorative de surface.
Date de publication : 16 janvier 2023