Dans les mortiers prêts à l'emploi, la quantité d'éther de cellulose ajoutée est très faible, mais elle peut améliorer considérablement les performances du mortier humide. C'est un additif majeur qui influence les performances de construction du mortier. Une sélection judicieuse d'éthers de cellulose de différentes variétés, viscosités, granulométries, viscosités et quantités ajoutées aura un impact positif sur l'amélioration des performances du mortier en poudre sèche. Actuellement, de nombreux mortiers de maçonnerie et de plâtrage présentent une faible rétention d'eau, et la pâte aqueuse se sépare après quelques minutes de repos. La rétention d'eau est une caractéristique importante de l'éther de méthylcellulose, et c'est également une caractéristique à laquelle de nombreux fabricants nationaux de mortier sec, notamment ceux des régions méridionales où les températures sont élevées, accordent une grande importance. Les facteurs qui influencent la rétention d'eau du mortier sec comprennent la quantité de MC ajoutée, sa viscosité, la finesse des particules et la température ambiante.
1. Concept
Éther de celluloseIl s'agit d'un polymère synthétique obtenu à partir de cellulose naturelle par modification chimique. L'éther de cellulose est un dérivé de la cellulose naturelle. Sa production diffère de celle des polymères synthétiques. Son matériau de base est la cellulose, un composé polymère naturel. En raison de la structure particulière de la cellulose naturelle, la cellulose elle-même ne réagit pas avec les agents d'éthérification. Cependant, après traitement avec l'agent gonflant, les fortes liaisons hydrogène entre les chaînes moléculaires et les chaînes sont détruites, et la libération active du groupe hydroxyle produit une cellulose alcaline réactive. Obtenir de l'éther de cellulose.
Les propriétés des éthers de cellulose dépendent du type, du nombre et de la répartition des substituants. Leur classification repose également sur le type de substituants, le degré d'éthérification, la solubilité et les propriétés d'application associées. Selon le type de substituants présents sur la chaîne moléculaire, on distingue les éthers monoéthers et les éthers mixtes. Le monoéther est généralement utilisé pour le MC, tandis que l'HPMC est un éther mixte. L'éther de méthylcellulose MC est le produit de la substitution du groupe hydroxyle de l'unité glucose de la cellulose naturelle par un groupe méthoxy. Il est obtenu par substitution d'une partie du groupe hydroxyle de l'unité par un groupe méthoxy et d'une autre partie par un groupe hydroxypropyle. Sa formule développée est [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. L'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose HEMC est l'une des principales variétés largement utilisées et commercialisées.
En termes de solubilité, on distingue les éthers de cellulose ioniques et non ioniques. Les éthers de cellulose non ioniques hydrosolubles sont principalement composés de deux séries d'éthers alkyliques et d'éthers hydroxyalkyliques. Le CMC ionique est principalement utilisé dans les détergents synthétiques, l'impression et la teinture textiles, l'agroalimentaire et l'exploration pétrolière. Les MC, HPMC et HEMC non ioniques sont principalement utilisés dans les matériaux de construction, les revêtements en latex, les médicaments, les produits chimiques courants, etc. Ils sont utilisés comme épaississant, agent de rétention d'eau, stabilisant, dispersant et agent filmogène.
2. Rétention d'eau de l'éther de cellulose
Rétention d'eau de l'éther de cellulose : Dans la production de matériaux de construction, en particulier de mortier en poudre sèche, l'éther de cellulose joue un rôle irremplaçable, notamment dans la production de mortier spécial (mortier modifié), c'est un composant indispensable et important.
Le rôle important de l'éther de cellulose hydrosoluble dans le mortier repose principalement sur trois aspects : son excellente capacité de rétention d'eau, son influence sur la consistance et la thixotropie du mortier et son interaction avec le ciment. L'effet de rétention d'eau de l'éther de cellulose dépend de l'absorption d'eau de la couche de base, de la composition du mortier, de son épaisseur, de ses besoins en eau et du temps de prise du matériau de prise. La rétention d'eau de l'éther de cellulose provient de sa solubilité et de sa déshydratation. Comme nous le savons tous, bien que la chaîne moléculaire de la cellulose contienne un grand nombre de groupes OH hautement hydratables, elle n'est pas soluble dans l'eau en raison de sa structure fortement cristalline.
La capacité d'hydratation des groupes hydroxyles ne suffit pas à elle seule à couvrir les fortes liaisons hydrogène et les forces de van der Waals entre les molécules. Par conséquent, le polymère gonfle, mais ne se dissout pas dans l'eau. Lorsqu'un substituant est introduit dans la chaîne moléculaire, non seulement il détruit la chaîne hydrogène, mais la liaison hydrogène interchaîne est également détruite par le coincement du substituant entre les chaînes adjacentes. Plus le substituant est grand, plus la distance entre les molécules est grande. Plus la destruction des liaisons hydrogène est importante, plus l'éther de cellulose devient hydrosoluble après l'expansion du réseau cellulosique et l'entrée de la solution, formant une solution très visqueuse. Lorsque la température augmente, l'hydratation du polymère s'affaiblit et l'eau entre les chaînes est expulsée. Lorsque l'effet de déshydratation est suffisant, les molécules commencent à s'agréger, formant un réseau tridimensionnel gélifié et déplié.
Les facteurs affectant la rétention d’eau du mortier comprennent la viscosité de l’éther de cellulose, la quantité ajoutée, la finesse des particules et la température d’utilisation.
Plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est sa capacité de rétention d'eau. La viscosité est un paramètre important de la performance du MC. Actuellement, les fabricants de MC utilisent des méthodes et des instruments différents pour mesurer sa viscosité. Les principales méthodes sont Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde et Brookfield. Pour un même produit, les résultats de viscosité mesurés par différentes méthodes sont très différents, certains allant même jusqu'à un doublement. Par conséquent, pour comparer la viscosité, il est nécessaire d'utiliser les mêmes méthodes d'essai, notamment la température, le rotor, etc.
En règle générale, plus la viscosité est élevée, meilleure est la rétention d'eau. Cependant, plus la viscosité et le poids moléculaire du MC sont élevés, plus la solubilité diminue, ce qui a un impact négatif sur la résistance et les performances de construction du mortier. Plus la viscosité est élevée, plus l'effet épaississant du mortier est marqué, mais pas directement proportionnel. Plus la viscosité est élevée, plus le mortier humide est visqueux ; lors de la construction, il se manifeste par un collage au grattoir et une forte adhérence au support. Cependant, cela ne contribue pas à augmenter la résistance structurelle du mortier humide lui-même. Pendant la construction, la performance anti-affaissement n'est pas évidente. En revanche, certains éthers de méthylcellulose modifiés de viscosité moyenne à faible présentent d'excellentes performances pour améliorer la résistance structurelle du mortier humide.
Plus la quantité d'éther de cellulose ajoutée au mortier est importante, meilleure est la performance de rétention d'eau, et plus la viscosité est élevée, meilleure est la performance de rétention d'eau.
Concernant la taille des particules, plus elles sont fines, meilleure est la rétention d'eau. Au contact de l'eau, les grosses particules d'éther de cellulose se dissolvent immédiatement et forment un gel qui enveloppe le matériau et empêche les molécules d'eau de continuer à s'infiltrer. Il arrive que la dispersion et la dissolution ne soient pas uniformes, même après une longue agitation, ce qui entraîne la formation d'une solution trouble et floculante ou d'agglomération. Ceci affecte considérablement la rétention d'eau de l'éther de cellulose, et la solubilité est un facteur déterminant dans le choix de l'éther de cellulose.
La finesse est également un indice de performance important de l'éther de méthylcellulose. Le MC utilisé pour le mortier en poudre sèche doit être pulvérulent, à faible teneur en eau, et sa finesse exige également que 20 à 60 % de la granulométrie soit inférieure à 63 µm. La finesse affecte la solubilité de l'éther de méthylcellulose. Le MC grossier est généralement granuleux et se dissout facilement dans l'eau sans agglomération. Cependant, sa vitesse de dissolution est très lente, ce qui le rend inadapté aux mortiers en poudre sèche. Dans ces derniers, le MC est dispersé entre les granulats, les charges fines, le ciment et autres matériaux de cimentation. Seule une poudre suffisamment fine permet d'éviter l'agglomération de l'éther de méthylcellulose lors du mélange avec l'eau. Lorsque le MC est ajouté à l'eau pour dissoudre les agglomérats, sa dispersion et sa dissolution sont très difficiles.
Un MC grossier est non seulement source de gaspillage, mais réduit également la résistance locale du mortier. Lorsqu'un tel mortier en poudre sèche est appliqué sur une grande surface, sa vitesse de durcissement locale est considérablement réduite et des fissures apparaissent en raison des temps de durcissement différents. Pour le mortier projeté à structure mécanique, les exigences de finesse sont plus élevées en raison du temps de malaxage plus court.
La finesse du MC a également un impact sur sa rétention d'eau. En règle générale, pour des éthers de méthylcellulose de même viscosité mais de finesse différente, à quantité ajoutée égale, plus le MC est fin, meilleure est la rétention d'eau.
La rétention d'eau du MC est également liée à la température d'utilisation, et celle de l'éther de méthylcellulose diminue avec l'augmentation de la température. Cependant, dans la pratique, le mortier en poudre sèche est souvent appliqué sur des supports chauds à des températures élevées (supérieures à 40 degrés) dans de nombreux environnements, comme l'enduit de murs extérieurs au soleil en été, ce qui accélère souvent le durcissement du ciment et du mortier en poudre sèche. La diminution du taux de rétention d'eau entraîne une altération évidente de l'ouvrabilité et de la résistance aux fissures, et il est particulièrement crucial de réduire l'influence des facteurs de température dans ces conditions.
Bien que les additifs à base d'éther de méthylhydroxyéthylcellulose soient actuellement considérés comme à la pointe du développement technologique, leur dépendance à la température peut néanmoins affaiblir les performances du mortier en poudre sèche. Malgré l'augmentation de la quantité de méthylhydroxyéthylcellulose (formule d'été), l'ouvrabilité et la résistance à la fissuration ne répondent toujours pas aux besoins d'utilisation. Grâce à un traitement spécifique du MC, comme l'augmentation du degré d'éthérification, l'effet de rétention d'eau peut être maintenu à une température plus élevée, ce qui améliore les performances dans des conditions difficiles.
3. Épaississement et thixotropie de l'éther de cellulose
Épaississement et thixotropie de l'éther de cellulose : La deuxième fonction de l'éther de cellulose, son effet épaississant, dépend du degré de polymérisation de l'éther de cellulose, de la concentration de la solution, du taux de cisaillement, de la température et d'autres conditions. La propriété gélifiante de la solution est propre à l'alkylcellulose et à ses dérivés modifiés. Les propriétés de gélification sont liées au degré de substitution, à la concentration de la solution et aux additifs. Pour les dérivés modifiés par un hydroxyalkyle, les propriétés de gel sont également liées au degré de modification de l'hydroxyalkyle. Une solution à 10 %-15 % peut être préparée pour les MC et HPMC à faible viscosité, une solution à 5 %-10 % pour les MC et HPMC à viscosité moyenne, et une solution à 2 %-3 % pour les MC et HPMC à haute viscosité uniquement. Généralement, la viscosité de l'éther de cellulose est également classée par solution à 1 %-2 %.
L'éther de cellulose de haut poids moléculaire présente une efficacité épaississante élevée. Des polymères de poids moléculaires différents présentent des viscosités différentes dans une solution de même concentration. Degré élevé. La viscosité cible ne peut être atteinte qu'en ajoutant une grande quantité d'éther de cellulose de bas poids moléculaire. Sa viscosité dépend peu du taux de cisaillement, et une viscosité élevée atteint la viscosité cible, nécessitant un ajout moindre. La viscosité dépend de l'efficacité épaississante. Par conséquent, pour obtenir une certaine consistance, une certaine quantité d'éther de cellulose (concentration de la solution) et une certaine viscosité de la solution doivent être garanties. La température de gélification de la solution diminue également linéairement avec l'augmentation de la concentration, et la solution gélifie à température ambiante après avoir atteint une certaine concentration. La concentration gélifiante de l'HPMC est relativement élevée à température ambiante.
La consistance peut également être ajustée en choisissant la granulométrie et en choisissant des éthers de cellulose présentant différents degrés de modification. Cette modification consiste à introduire un certain degré de substitution des groupes hydroxyalkyles sur la structure du MC. En modifiant les valeurs de substitution relatives des deux substituants, c'est-à-dire les valeurs de substitution relatives DS et ms des groupes méthoxy et hydroxyalkyle, on parle souvent de substitution relative. Diverses exigences de performance de l'éther de cellulose peuvent être obtenues en modifiant les valeurs de substitution relatives des deux substituants.
Relation entre consistance et modification : l'ajout d'éther de cellulose affecte la consommation d'eau du mortier, la modification du rapport eau-liant de l'eau et du ciment est l'effet épaississant, plus le dosage est élevé, plus la consommation d'eau est importante.
Les éthers de cellulose utilisés dans les matériaux de construction en poudre doivent se dissoudre rapidement dans l'eau froide et assurer une consistance adéquate au système. Sous un certain taux de cisaillement, ils forment néanmoins des blocs floconneux et colloïdaux, constituant un produit de qualité inférieure ou de mauvaise qualité.
Il existe également une bonne relation linéaire entre la consistance de la pâte de ciment et le dosage de l'éther de cellulose. L'éther de cellulose peut augmenter considérablement la viscosité du mortier. Plus le dosage est élevé, plus l'effet est évident. Une solution aqueuse d'éther de cellulose à haute viscosité présente une thixotropie élevée, qui est également une caractéristique majeure de l'éther de cellulose. Les solutions aqueuses de polymères MC présentent généralement une fluidité pseudoplastique et non thixotrope en dessous de leur température de gel, mais des propriétés d'écoulement newtoniennes à faibles taux de cisaillement. La pseudoplasticité augmente avec la masse moléculaire ou la concentration de l'éther de cellulose, quels que soient le type de substituant et le degré de substitution. Par conséquent, les éthers de cellulose de même grade de viscosité, qu'il s'agisse de MC, HPMC ou HEMC, présenteront toujours les mêmes propriétés rhéologiques tant que la concentration et la température sont maintenues constantes.
Des gels structuraux se forment lorsque la température augmente, ce qui entraîne des écoulements hautement thixotropes. Les éthers de cellulose à forte concentration et à faible viscosité présentent une thixotropie même en dessous de la température de gel. Cette propriété est très avantageuse pour l'ajustement du nivellement et de l'affaissement dans la construction de mortiers de construction. Il convient de préciser ici que plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la rétention d'eau. En revanche, plus elle est élevée, plus sa masse moléculaire relative augmente et sa solubilité diminue, ce qui a un impact négatif sur la concentration du mortier et ses performances de construction. Plus la viscosité est élevée, plus l'effet épaississant du mortier est marqué, mais pas totalement proportionnel. L'éther de cellulose modifié présente des viscosités moyennes et faibles, mais il améliore davantage la résistance structurelle du mortier humide. L'augmentation de la viscosité améliore la rétention d'eau de l'éther de cellulose.
4. Retard de l'éther de cellulose
Retardement de l'éther de cellulose : La troisième fonction de l'éther de cellulose est de retarder le processus d'hydratation du ciment. L'éther de cellulose confère au mortier diverses propriétés bénéfiques, réduit la chaleur d'hydratation initiale du ciment et retarde son processus dynamique. Ceci est défavorable à l'utilisation du mortier dans les régions froides. Cet effet retardateur est dû à l'adsorption des molécules d'éther de cellulose sur des produits d'hydratation tels que CSH et Ca(OH)2. En augmentant la viscosité de la solution interstitielle, l'éther de cellulose réduit la mobilité des ions dans la solution, retardant ainsi le processus d'hydratation.
Plus la concentration d'éther de cellulose dans le gel minéral est élevée, plus l'effet retardateur d'hydratation est prononcé. L'éther de cellulose retarde non seulement la prise, mais aussi le durcissement du mortier de ciment. Son effet retardateur dépend non seulement de sa concentration dans le gel minéral, mais aussi de sa structure chimique. Plus le degré de méthylation de l'HEMC est élevé, meilleur est son effet retardateur. Plus le rapport entre substitution hydrophile et substitution augmentant la teneur en eau est élevé, plus l'effet retardateur est important. Cependant, la viscosité de l'éther de cellulose a peu d'effet sur la cinétique d'hydratation du ciment.
L'augmentation de la teneur en éther de cellulose entraîne une augmentation significative du temps de prise du mortier. Il existe une corrélation non linéaire entre le temps de prise initial et la teneur en éther de cellulose, et une corrélation linéaire entre le temps de prise final et la teneur en éther de cellulose. La durée de prise du mortier peut être contrôlée en modifiant la quantité d'éther de cellulose.
Pour résumer, dans le mortier prêt à l'emploi,éther de celluloseL'éther de cellulose joue un rôle dans la rétention d'eau, l'épaississement, le retardement de l'hydratation du ciment et l'amélioration des performances de construction. Une bonne capacité de rétention d'eau permet une hydratation plus complète du ciment, peut améliorer la viscosité humide du mortier, augmenter la force d'adhérence du mortier et ajuster le temps de prise. L'ajout d'éther de cellulose au mortier projeté mécaniquement peut améliorer les performances de projection ou de pompage ainsi que la résistance structurelle du mortier. C'est pourquoi l'éther de cellulose est largement utilisé comme additif important dans les mortiers prêts à l'emploi.
Date de publication : 28 avril 2024