Actuellement, de nombreux mortiers de maçonnerie et de plâtrage présentent une faible rétention d'eau, et la suspension aqueuse se sépare après quelques minutes de repos. Il est donc essentiel d'ajouter une quantité appropriée d'éther de cellulose au mortier de ciment.
1. Rétention d'eau de l'éther de cellulose
La rétention d'eau est une performance importante de l'éther de cellulose, et c'est également une performance à laquelle de nombreux fabricants nationaux de mortier sec, en particulier ceux des régions du sud où les températures sont élevées, prêtent attention.
Dans la production de matériaux de construction, notamment de mortiers secs, l'éther de cellulose joue un rôle irremplaçable, en particulier dans la fabrication de mortiers spéciaux (mortiers modifiés), où il constitue un composant indispensable. La viscosité, le dosage, la température ambiante et la structure moléculaire de l'éther de cellulose influencent fortement sa capacité de rétention d'eau. À conditions égales, plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la rétention d'eau ; de même, plus le dosage est important, meilleure est la rétention d'eau. Généralement, une faible quantité d'éther de cellulose suffit à améliorer considérablement la rétention d'eau du mortier. Au-delà d'un certain dosage, la rétention d'eau augmente, mais son efficacité diminue avec l'élévation de la température ambiante. Toutefois, certains éthers de cellulose modifiés présentent une meilleure rétention d'eau à haute température. Enfin, les fibres à faible degré de substitution d'éther végétal offrent une meilleure rétention d'eau.
Le groupe hydroxyle de la molécule d'éther de cellulose et l'atome d'oxygène de la liaison éther s'associent à la molécule d'eau pour former une liaison hydrogène, transformant l'eau libre en eau liée et jouant ainsi un rôle important dans la rétention d'eau. L'interdiffusion entre la molécule d'eau et la chaîne moléculaire d'éther de cellulose permet aux molécules d'eau de pénétrer à l'intérieur de la chaîne macromoléculaire et d'être soumises à de fortes forces de liaison, formant ainsi de l'eau libre et de l'eau liée, et améliorant 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 encore ses propriétés de formation de film, entravant la diffusion de l'eau.
2. Épaississement et thixotropie de l'éther de cellulose
L'éther de cellulose confère au mortier humide une excellente viscosité, ce qui améliore considérablement l'adhérence entre le mortier et le support, ainsi que sa résistance au fluage. Il est largement utilisé dans les mortiers de plâtrage, les mortiers de liaison pour briques et les systèmes d'isolation thermique par l'extérieur. Son effet épaississant accroît également l'homogénéité et la résistance à la dispersion des matériaux frais, prévenant ainsi le délaminage, la ségrégation et le ressuage. Il peut être utilisé dans les bétons fibrés, les bétons sous-marins et les bétons autoplaçants.
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 du matériau à base de ciment modifié. Cependant, une viscosité excessive nuit à la fluidité et à la maniabilité du matériau (par exemple, en rendant la spatule collante). Les mortiers autonivelants et les bétons autoplaçants, qui requièrent une grande fluidité, nécessitent un éther de cellulose de faible viscosité. Par ailleurs, l'effet épaississant de l'éther de cellulose augmente la demande en eau des matériaux à base de ciment et, par conséquent, le rendement du mortier.
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 ont généralement une fluidité pseudoplastique et non thixotrope en dessous de leur température de gélification, mais présentent des propriétés d'écoulement 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 du substituant. Par conséquent, les éthers de cellulose de même grade de viscosité (MC, HPMC ou HEMC) présenteront toujours les mêmes propriétés rhéologiques à concentration et température constantes. Des gels structuraux se forment lorsque la température augmente, et des écoulements fortement thixotropes apparaissent.
Les éthers de cellulose à haute concentration et faible viscosité présentent une thixotropie même en dessous de leur température de gélification. Cette propriété est très avantageuse pour le contrôle du nivellement et de l'affaissement lors de la mise en œuvre de mortiers de construction. Il convient de préciser que plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est sa rétention d'eau. Cependant, une viscosité plus élevée s'accompagne d'une masse moléculaire relative plus importante et, par conséquent, d'une diminution de sa solubilité, ce qui a un impact négatif sur la concentration du mortier et ses performances de mise en œuvre.
La viscosité, le dosage, la température ambiante et la structure moléculaire de l'éther de cellulose influencent fortement sa capacité de rétention d'eau. À conditions égales, plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la rétention d'eau ; de même, plus le dosage est important, meilleure est la rétention d'eau. Généralement, une faible quantité d'éther de cellulose suffit à améliorer considérablement la rétention d'eau du mortier. Lorsque le dosage atteint un certain seuil, le taux de rétention d'eau augmente, mais la vitesse de rétention diminue. Lorsque la température ambiante s'élève, la rétention d'eau de l'éther de cellulose diminue généralement, bien que certains éthers de cellulose modifiés présentent une meilleure rétention d'eau à haute température. Les fibres à faible degré de substitution, comme l'éther végétal, offrent une meilleure rétention d'eau.
Le groupe hydroxyle de la molécule d'éther de cellulose et l'atome d'oxygène de la liaison éther s'associent à la molécule d'eau pour former une liaison hydrogène, transformant l'eau libre en eau liée et jouant ainsi un rôle important dans la rétention d'eau. L'interdiffusion entre la molécule d'eau et la chaîne moléculaire d'éther de cellulose permet aux molécules d'eau de pénétrer à l'intérieur de la chaîne macromoléculaire et d'être soumises à de fortes forces de liaison, formant ainsi de l'eau libre et de l'eau liée, et améliorant 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 encore ses propriétés de formation de film, entravant la diffusion de l'eau.
3. L'effet d'entraînement d'air de l'éther de cellulose
L'éther de cellulose possède un effet entraîneur d'air marqué sur les matériaux cimentaires frais. Composé de groupes hydrophiles (groupes hydroxyle et éther) et hydrophobes (groupes méthyle et cycles glucose), il agit comme tensioactif, ce qui explique son effet entraîneur d'air. Cet effet d'entraînement d'air crée un effet de « boule » qui améliore la maniabilité du mortier frais, notamment en augmentant sa plasticité et sa régularité lors de sa mise en œuvre, facilitant ainsi son étalement. Il permet également d'accroître le rendement et de réduire le coût de production du mortier. En revanche, il augmente la porosité du matériau durci et diminue ses propriétés mécaniques, telles que sa résistance et son module d'élasticité.
En tant que tensioactif, l'éther de cellulose exerce un effet mouillant ou lubrifiant sur les particules de ciment, ce qui, combiné à son effet d'entraînement d'air, accroît la fluidité des matériaux à base de ciment. Cependant, son effet épaississant réduit cette fluidité. L'influence sur la fluidité des matériaux à base de ciment résulte donc d'une combinaison d'effets plastifiants et épaississants. De manière générale, à faible concentration, l'éther de cellulose agit principalement par plastification ou réduction de la quantité d'eau. À forte concentration, son effet épaississant augmente rapidement et son effet d'entraînement d'air tend à se saturer, ce qui se traduit par un épaississement ou une augmentation de la demande en eau.
4. Effet retardateur de l'éther de cellulose
L'éther de cellulose prolonge le temps de prise de la pâte de ciment ou du mortier et retarde la cinétique d'hydratation du ciment, ce qui est bénéfique pour améliorer le temps d'utilisation des matériaux fraîchement mélangés, améliorer la consistance du mortier et la perte d'affaissement du béton au fil du temps, mais peut également retarder l'avancement de la construction.
Date de publication : 3 février 2023