Les groupes hydroxyle suréther de celluloseLes molécules d'éther de cellulose et les atomes d'oxygène des liaisons éther forment des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau, transformant l'eau libre en eau liée et jouant ainsi un rôle important dans la rétention d'eau. La diffusion mutuelle entre les molécules d'eau et les chaînes moléculaires d'éther de cellulose permet aux molécules d'eau de pénétrer à l'intérieur de la chaîne macromoléculaire et d'y être soumises à de fortes contraintes, formant ainsi de l'eau libre et de l'eau enchevêtrée, ce qui améliore la rétention d'eau du coulis de ciment. L'éther de cellulose améliore les propriétés rhéologiques, la structure du réseau poreux et la pression osmotique du coulis de ciment frais, ou bien ses propriétés filmogènes entravent la diffusion de l'eau.
La rétention d'eau de l'éther de cellulose provient de sa propre solubilité et de sa déshydratation. La capacité d'hydratation des groupes hydroxyle seuls ne suffit pas à compenser les fortes liaisons hydrogène et les forces de van der Waals entre les molécules ; l'éther gonfle donc sans se dissoudre dans l'eau. L'introduction de substituants dans la chaîne moléculaire rompt non seulement les liaisons hydrogène, mais aussi les liaisons hydrogène interchaînes en s'insérant entre les chaînes adjacentes. Plus les substituants sont volumineux, plus la distance entre les molécules est grande et plus l'effet de rupture des liaisons hydrogène est important. Après le gonflement du réseau de cellulose, la solution pénètre et l'éther de cellulose devient soluble dans l'eau, formant une solution de haute viscosité qui contribue alors à la rétention d'eau.
Facteurs affectant la performance de rétention d'eau :
Viscosité : Plus la viscosité de l’éther de cellulose est élevée, meilleures sont ses performances de rétention d’eau. Cependant, une viscosité élevée s’accompagne d’une masse moléculaire relative plus importante, ce qui diminue sa solubilité et nuit à la concentration et aux propriétés de mise en œuvre du mortier. De manière générale, pour un même produit, les résultats de viscosité mesurés par différentes méthodes varient considérablement. Par conséquent, toute comparaison de viscosité doit être effectuée avec les mêmes méthodes d’essai (température, rotor, etc.).
Quantité ajoutée : Plus la quantité d’éther de cellulose ajoutée au mortier est importante, meilleures sont ses performances de rétention d’eau. Généralement, une petite quantité d’éther de cellulose suffit à améliorer considérablement le taux de rétention d’eau du mortier. Au-delà d’un certain seuil, l’amélioration du taux de rétention d’eau ralentit.
Finesse des particules : Plus les particules sont fines, meilleure est la rétention d'eau. Lorsque de grosses particules d'éther de cellulose entrent en contact avec l'eau, leur surface se dissout immédiatement et forme un gel qui enrobe le matériau, empêchant ainsi les molécules d'eau de pénétrer. Parfois, même un brassage prolongé ne permet pas d'obtenir une dispersion et une dissolution uniformes, ce qui entraîne la formation d'une solution trouble et floconneuse ou d'agglomérats, affectant considérablement la rétention d'eau de l'éther de cellulose. La solubilité est un critère de sélection de l'éther de cellulose. La finesse est également un indicateur de performance important pour l'éther de méthylcellulose. Elle influe sur sa solubilité. Un éther de méthylcellulose plus grossier est généralement granulaire et se dissout facilement dans l'eau sans agglomération, mais sa vitesse de dissolution est très lente et il ne convient pas à une utilisation dans les mortiers secs.
Température : En général, la rétention d’eau des éthers de cellulose diminue avec l’augmentation de la température ambiante. Cependant, certains éthers de cellulose modifiés conservent une bonne rétention d’eau même à haute température. Lorsque la température s’élève, l’hydratation des polymères diminue et l’eau intercalée entre les chaînes est expulsée. Une fois la déshydratation suffisante, les molécules s’agrègent pour former un gel à structure tridimensionnelle.
Structure moléculaire : Les éthers de cellulose à faible substitution présentent une meilleure rétention d'eau.
Épaississement et thixotropie
Épaississant:
Effet sur l'adhérence et la résistance au coulis : Les éthers de cellulose confèrent au mortier humide une excellente viscosité, ce qui améliore considérablement son adhérence au support et sa résistance au coulis. Ils sont largement utilisés dans les mortiers de plâtrage, les mortiers de collage de carrelage et les systèmes d'isolation thermique par l'extérieur.
Effet sur l'homogénéité des matériaux : L'effet épaississant des éthers de cellulose peut également augmenter la capacité anti-dispersion et l'homogénéité des matériaux fraîchement mélangés, empêcher la stratification, la ségrégation et l'infiltration d'eau des matériaux, et peut être utilisé dans le béton de fibres, le béton sous-marin et le béton autoplaçant.
Source et influence de l'effet épaississant : L'effet épaississant de l'éther de cellulose sur les matériaux à base de ciment provient de la viscosité de la solution d'éther de cellulose. À conditions égales, plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la viscosité des matériaux à base de ciment modifiés. Cependant, une viscosité excessive nuit à la fluidité et à la maniabilité du matériau (par exemple, il peut coller à la spatule). Les mortiers autonivelants et les bétons autoplaçants, qui exigent une fluidité élevée, nécessitent une viscosité d'éther de cellulose très faible. Par ailleurs, l'effet épaississant de l'éther de cellulose augmente également la quantité d'eau nécessaire aux matériaux à base de ciment et, par conséquent, le rendement en mortier.
Thixotropie :
Les solutions aqueuses d'éther de cellulose à haute viscosité présentent une thixotropie élevée, caractéristique majeure de l'éther de cellulose. Les solutions aqueuses de méthylcellulose présentent généralement une pseudoplasticité et une fluidité non thixotrope en dessous de leur température de gélification, mais adoptent un comportement newtonien à faibles vitesses de cisaillement. La pseudoplasticité augmente avec la masse moléculaire ou la concentration de l'éther de cellulose, indépendamment du type et du degré de substitution des substituants. Ainsi, les éthers de cellulose de même viscosité (MC, HPMC ou HEMC) présentent toujours les mêmes propriétés rhéologiques à concentration et température constantes. Lorsque la température augmente, un gel structural se forme, induisant une forte thixotropie. Les éthers de cellulose à forte concentration et faible viscosité présentent une thixotropie même en dessous de leur température de gélification. Cette propriété est très utile pour ajuster le nivellement et éviter le tassement des mortiers de construction lors de la mise en œuvre.
Entraînement d'air
Principe et effet sur les performances de mise en œuvre : L’éther de cellulose possède un important pouvoir d’entraînement d’air dans les matériaux cimentaires frais. Composé de groupes hydrophiles (groupes hydroxyle et éther) et hydrophobes (groupes méthyle et cycles glucose), il agit comme tensioactif, induisant ainsi un effet d’entraînement d’air. Cet effet crée un effet de granulation qui améliore les performances des matériaux fraîchement mélangés, notamment en augmentant la plasticité et la régularité du mortier lors de sa mise en œuvre, ce qui facilite son étalement. Il permet également d’accroître le rendement et de réduire le coût de production du mortier.
Effet sur les propriétés mécaniques : L'effet d'entraînement d'air augmentera la porosité du matériau durci et réduira ses propriétés mécaniques telles que la résistance et le module d'élasticité.
Effet sur la fluidité : En tant que tensioactif, l’éther de cellulose exerce un effet mouillant ou lubrifiant sur les particules de ciment. Cet effet, combiné à son pouvoir d’entraînement d’air, accroît la fluidité des matériaux à base de ciment. Cependant, son effet épaississant la réduit. L’effet de l’éther de cellulose sur la fluidité des matériaux à base de ciment résulte donc d’une combinaison d’effets plastifiants et épaississants. De manière générale, à faible dose, l’éther de cellulose agit principalement par un effet plastifiant ou réducteur d’eau. À forte dose, son effet épaississant augmente rapidement et son pouvoir d’entraînement d’air tend à saturer, ce qui se traduit par un épaississement ou une augmentation de la demande en eau.
Date de publication : 23 décembre 2024