1 Introduction
L'éther de cellulose (MC) est largement utilisé dans l'industrie des matériaux de construction. Il sert de retardateur de prise, d'agent de rétention d'eau, d'épaississant et d'adhésif. On le retrouve notamment dans les mortiers secs ordinaires, les mortiers d'isolation thermique par l'extérieur, les mortiers autonivelants, les colles à carrelage, les enduits de construction haute performance, les enduits anti-fissures pour murs intérieurs et extérieurs, les mortiers secs hydrofuges, les plâtres, les mastics et autres produits de calfeutrage. L'éther de cellulose influence fortement la rétention d'eau, les besoins en eau, la cohésion, le retardateur de prise et la mise en œuvre du mortier.
Il existe de nombreux types et spécifications d'éthers de cellulose. Parmi les éthers de cellulose couramment utilisés dans le domaine des matériaux de construction, on trouve l'HEC, l'HPMC, la CMC, le PAC et le MHEC, qui sont employés dans différents systèmes de mortier en fonction de leurs caractéristiques respectives. Des recherches ont été menées sur l'influence des différents types et quantités d'éther de cellulose sur les mortiers de ciment. Cet article s'appuie sur ces recherches et explique comment choisir les éthers de cellulose les plus adaptés à différents types et spécifications de mortiers.
2 Caractéristiques fonctionnelles de l'éther de cellulose dans le mortier de ciment
L'éther de cellulose, adjuvant important des mortiers en poudre, remplit de nombreuses fonctions. Son rôle principal dans les mortiers de ciment est de retenir l'eau et d'épaissir le mortier. De plus, grâce à son interaction avec le système cimentaire, il contribue à l'entraînement de l'air, au retardement de la prise et à l'amélioration de la résistance à la traction.
La principale propriété de l'éther de cellulose dans le mortier est sa capacité à retenir l'eau. C'est pourquoi il est utilisé comme adjuvant essentiel dans la quasi-totalité des mortiers. De manière générale, la rétention d'eau de l'éther de cellulose dépend de sa viscosité, de la quantité ajoutée et de la granulométrie.
L'éther de cellulose est utilisé comme épaississant, et son effet épaississant dépend de son degré d'éthérification, de la granulométrie, de sa viscosité et de son degré de modification. De manière générale, plus le degré d'éthérification et la viscosité de l'éther de cellulose sont élevés, plus les particules sont fines et plus l'effet épaississant est marqué. En ajustant ces caractéristiques, le mortier peut présenter une résistance à l'affaissement optimale et une viscosité idéale.
Dans l'éther de cellulose, l'introduction du groupe alkyle réduit l'énergie de surface de la solution aqueuse, ce qui confère à l'éther de cellulose un effet d'entraînement d'air sur le mortier de ciment. L'introduction de bulles d'air appropriées dans le mortier améliore ses performances de mise en œuvre grâce à l'effet de « ballonnement » des bulles. Parallèlement, l'introduction de ces bulles d'air augmente le rendement du mortier. Bien entendu, la quantité d'air entraîné doit être contrôlée. Un excès d'air peut nuire à la résistance du mortier en introduisant des bulles d'air indésirables.
2.1 L'éther de cellulose retarde l'hydratation du ciment, ralentissant ainsi sa prise et son durcissement, et prolongeant par conséquent le temps d'ouverture du mortier. Toutefois, cet effet est défavorable aux mortiers utilisés dans les régions froides. Le choix de l'éther de cellulose doit donc être adapté à la situation. Son effet retardateur est principalement accentué par l'augmentation de son degré d'éthérification, de son degré de modification et de sa viscosité.
De plus, l'éther de cellulose, en tant que substance polymère à longue chaîne, peut améliorer les performances de liaison avec le substrat après avoir été ajouté au système de ciment, à condition de maintenir intégralement la teneur en humidité de la suspension.
2.2 Les propriétés de l'éther de cellulose dans le mortier comprennent principalement : la rétention d'eau, l'épaississement, l'allongement du temps de prise, l'entraînement d'air et l'amélioration de la résistance à la traction. Ces propriétés se reflètent dans les caractéristiques propres à l'éther de cellulose, notamment : la viscosité, la stabilité, la teneur en matières actives (quantité ajoutée), le degré d'éthérification et son uniformité, le degré de modification, la teneur en substances nocives, etc. Par conséquent, lors du choix d'un éther de cellulose, il convient de sélectionner celui qui possède les caractéristiques appropriées pour offrir les performances recherchées dans le mortier.
3 Caractéristiques de l'éther de cellulose
De manière générale, les instructions fournies par les fabricants d'éthers de cellulose comprennent les indicateurs suivants : aspect, viscosité, degré de substitution des groupes fonctionnels, finesse, teneur en substance active (pureté), teneur en humidité, zones d'utilisation recommandées et dosage, etc. Ces indicateurs de performance reflètent en partie le rôle de l'éther de cellulose, mais lors de la comparaison et de la sélection d'un éther de cellulose, d'autres aspects tels que sa composition chimique, son degré de modification, son degré d'éthérification, sa teneur en NaCl et son indice de substitution (DS) doivent également être examinés.
3.1 Viscosité de l'éther de cellulose
La viscosité de l'éther de cellulose influe sur sa rétention d'eau, son pouvoir épaississant, son retard de prise et d'autres propriétés. Elle constitue donc un indicateur important pour l'examen et la sélection de l'éther de cellulose.
Avant d'aborder la viscosité de l'éther de cellulose, il convient de noter qu'il existe quatre méthodes couramment utilisées pour la mesurer : les méthodes Brookfield, Hakke, Höppler et le viscosimètre rotatif. L'équipement, la concentration de la solution et les conditions de test étant différents pour chacune de ces méthodes, les résultats obtenus pour une même solution d'éther de cellulose sont très variables. Même pour une même solution, testée selon la même méthode, la viscosité peut varier selon les conditions environnementales.
Les résultats varient également. Par conséquent, pour expliquer la viscosité d'un éther de cellulose, il est nécessaire de préciser la méthode de test utilisée, la concentration de la solution, le rotor, la vitesse de rotation, la température et l'humidité du test, ainsi que les autres conditions environnementales. Cette valeur de viscosité est précieuse. Il est inutile de simplement demander « quelle est la viscosité d'un certain MC ? ».
3.2 Stabilité du produit à base d'éther de cellulose
Les éthers de cellulose sont connus pour leur sensibilité aux attaques des moisissures cellulosiques. Lorsque le champignon corrode l'éther de cellulose, il s'attaque d'abord à l'unité glucose non éthérifiée. Composé linéaire, l'unité glucose détruite, ce qui entraîne la rupture de la chaîne moléculaire et une chute brutale de la viscosité du produit. Une fois l'unité glucose éthérifiée, la moisissure ne corrode plus aussi facilement la chaîne moléculaire. Par conséquent, plus le degré de substitution par éthérification (DS) de l'éther de cellulose est élevé, plus sa stabilité est grande.
3.3 Teneur en principe actif de l'éther de cellulose
Plus la teneur en principes actifs de l'éther de cellulose est élevée, meilleur est le rapport coût-efficacité du produit, permettant ainsi d'obtenir de meilleurs résultats à dosage égal. Le principe actif de l'éther de cellulose est la molécule d'éther de cellulose, une substance organique. Par conséquent, la teneur en principe actif de l'éther de cellulose peut être indirectement évaluée par la teneur en cendres après calcination.
3.4 Teneur en NaCl dans l'éther de cellulose
Le NaCl est un sous-produit inévitable de la production d'éther de cellulose. Son élimination nécessite généralement plusieurs lavages, et plus le nombre de lavages est élevé, moins il en reste. Le NaCl est un agent corrosif reconnu pour les barres d'acier et les treillis métalliques. Par conséquent, bien que le traitement des eaux usées lié aux lavages répétés puisse engendrer des coûts supplémentaires, il est préférable, lors du choix de produits à base d'éther de cellulose, de privilégier ceux présentant une faible teneur en NaCl.
4 Principes de choix de l'éther de cellulose pour différents produits de mortier
Lors du choix d'un éther de cellulose pour mortier, il convient tout d'abord de se référer à la fiche technique du produit afin de sélectionner ses indicateurs de performance (tels que la viscosité, le degré de substitution par éthérification, la teneur en substance active, la teneur en NaCl, etc.). Caractéristiques fonctionnelles et principes de sélection
4.1 Système de plâtre mince
Prenons l'exemple du mortier de plâtrage pour enduit mince. Ce mortier étant en contact direct avec l'environnement extérieur, sa surface perd rapidement de l'eau, ce qui exige un taux de rétention d'eau élevé. En particulier lors de travaux de construction en été, il est essentiel que le mortier conserve mieux son humidité par forte chaleur. Il convient donc de choisir un mortier de plâtre (MC) à taux de rétention d'eau élevé, en considérant trois aspects : la viscosité, la granulométrie et le dosage. De manière générale, à conditions égales, on privilégiera un MC plus visqueux, tout en veillant à ne pas dépasser une viscosité trop élevée pour une bonne maniabilité. Le MC choisi doit donc présenter un taux de rétention d'eau élevé et une faible viscosité. Parmi les MC disponibles, le MH60001P6, par exemple, est recommandé pour les systèmes d'enduit mince collés.
4.2 Mortier de plâtrage à base de ciment
Le mortier de plâtrage doit présenter une bonne homogénéité pour faciliter son application uniforme. Il doit également posséder de bonnes propriétés anti-affaissement, une capacité de pompage élevée, une bonne fluidité et une bonne maniabilité. C'est pourquoi on choisit un mortier de ciment à faible viscosité, à dispersion et à prise rapide (particules plus fines).
Dans la fabrication des colles à carrelage, pour garantir sécurité et efficacité, il est essentiel que le mortier présente un temps d'ouverture prolongé et une excellente adhérence, tout en assurant une bonne liaison entre le support et le carreau. De ce fait, les colles à carrelage sont soumises à des exigences élevées en matière de ciment. Or, ce dernier est généralement présent en grande quantité dans les colles. Pour répondre à l'exigence d'un temps d'ouverture prolongé, le ciment doit présenter un taux de rétention d'eau élevé, lequel dépend d'une viscosité, d'un dosage et d'une granulométrie appropriés. Afin d'obtenir une bonne adhérence, le ciment doit posséder un pouvoir épaississant important, conférant au mortier une forte résistance à l'écoulement vertical. Ce pouvoir épaississant est soumis à des exigences spécifiques en termes de viscosité, de degré d'éthérification et de granulométrie.
4.4 Mortier de nivellement de sol
Le mortier autonivelant exige des performances de nivellement supérieures ; il est donc préférable d'utiliser des produits à base d'éther de cellulose à faible viscosité. L'autonivellement nécessitant que le mortier, une fois homogénéisé, puisse s'étaler automatiquement sur le sol, sa fluidité et sa pompabilité sont essentielles, d'où un rapport eau/matière élevé. Afin d'éviter le ressuage, l'ajout de ciment de cellulose (MC) est nécessaire pour contrôler la rétention d'eau en surface et assurer la viscosité nécessaire à la prévention de la sédimentation.
4.5 Mortier de maçonnerie
Le mortier de maçonnerie étant en contact direct avec la surface de la maçonnerie, il est généralement appliqué en couches épaisses. Ce mortier doit présenter une maniabilité et une rétention d'eau élevées, tout en assurant une bonne adhérence à la maçonnerie, améliorant ainsi sa maniabilité et son efficacité. Par conséquent, le liant choisi doit contribuer à l'amélioration de ces performances, et sa viscosité ne doit pas être excessive.
4.6 Coulis d'isolation
L'application manuelle du mortier d'isolation thermique exige que le ciment choisi confère au mortier une bonne maniabilité et une excellente rétention d'eau. Il doit également présenter une viscosité élevée et un fort pouvoir d'entraînement d'air.
5 Conclusion
Les fonctions de l'éther de cellulose dans le mortier de ciment sont la rétention d'eau, l'épaississement, l'entraînement d'air, le retardement et l'amélioration de la résistance à la traction, etc.
Date de publication : 30 janvier 2023