Divers additifs sont utilisés dans les composants des produits de mortier commerciaux, les matériaux cimentaires et les agrégats. Les additifs sont des composants essentiels des produits de mortier commerciaux, qui peuvent affecter le mélange et la construction du mortier, ainsi que la qualité du mortier (diverses propriétés après durcissement). Le dosage de ces additifs est généralement compris entre 0,01 % et 10 % (en référence à la fraction de masse des additifs dans la quantité totale de la formule de mortier).
De nombreux additifs utilisés dans le béton peuvent être directement utilisés dans les produits de mortier commerciaux, mais il existe une grande différence entre le mortier et le béton dans l’application réelle, qui se manifeste principalement dans les aspects suivants : parfois, il doit être construit sur une plaque de polystyrène, comme une base souple ; l’épaisseur de la construction est faible (comme le mortier en couche mince) ; la surface exposée à l’air est énorme ; il est généralement nécessaire de coller diverses surfaces difficiles à relier ; il peut répondre à certaines exigences spéciales en matière de performance de construction à l’état fraîchement mélangé (comme le mortier autonivelant) ; après le durcissement du mortier, en plus de répondre aux exigences en matière de propriétés mécaniques et de durabilité, il doit également répondre aux exigences en matière de décoration (comme le mortier de parement coloré) ; il doit avoir des performances spécifiques en matière d’imperméabilisation pour maintenir la fonction originale du mortier (comme la protection de la couche de base, l’isolation thermique et la décoration).
Compte tenu de la situation décrite ci-dessus, outre l’utilisation de la poudre de polymère redispersable comme deuxième ciment dans les mortiers commerciaux, il est également nécessaire d’utiliser certains adjuvants qui ne sont pas couramment utilisés dans le béton, tels que l’éther de cellulose, l’hydrofuge, etc. D’autres adjuvants pour ajuster les performances du mortier fraîchement mélangé et durci comprennent l’éther d’amidon, l’adjuvant d’ajustement, l’antimousse, l’agent d’expansion et l’agent d’entraînement d’air.
1. Modificateur polymère pour mortier de ciment
Polymère à haut poids moléculaire, ou composé à haut poids moléculaire, est un terme général désignant les composés naturels à haut poids moléculaire et les composés synthétiques à haut poids moléculaire qui comprennent une (homopolymère) ou plusieurs (copolymère) unités structurelles reliées par des liaisons covalentes. Il s’agit d’un composé composé de séquences continues relativement régulières.
Les polymères à haut poids moléculaire ou leurs prépolymères sont appelés résines synthétiques, et les polymères à haut poids moléculaire sont préparés par polymérisation. La plupart d’entre eux sont fabriqués par synthèse artificielle, c’est pourquoi on les appelle des matériaux synthétiques polymères. Les polymères à haut poids moléculaire peuvent être transformés en fibres synthétiques par filage, en caoutchouc synthétique à haute élasticité ou en matériaux plastiques rigides par traitement et moulage. Ce sont les trois matériaux synthétiques primaires. Les polymères à haut poids moléculaire peuvent également être utilisés comme modificateurs pour les mortiers de ciment.
Les composites à base de ciment modifié par des polymères font référence à l’ajout de matériaux polymères dispersés ou dispersés dans l’eau lorsque le ciment est mélangé, y compris la pâte de ciment, le mortier et le béton.
1. Polymères utilisés dans le ciment modifié
Quatre types de polymères sont utilisés pour modifier le béton de ciment et le mortier de ciment :
- polymères solubles dans l’eau
- Émulsions (ou dispersions) de polymères
- Poudre de polymère redispersable
- polymères liquides
2. Polymère soluble dans l’eau
Il existe de nombreuses variétés de polymères hydrosolubles, qui peuvent être divisées en trois catégories : les polymères hydrosolubles naturels, les polymères hydrosolubles semi-synthétiques et les polymères hydrosolubles synthétiques.
Les polymères hydrosolubles peuvent augmenter la viscosité de la phase aqueuse. Un béton à haute fluidité peut augmenter sa consistance et éviter ou réduire la ségrégation et le ressuage des agrégats, mais cela n’affectera pas sa fluidité. En outre, les polymères hydrosolubles forment un film fragile qui améliore la rétention d’eau du mortier ou du béton. En règle générale, la quantité de polymères hydrosolubles est minime, habituellement inférieure à 0,5 % de la masse de ciment, et n’a pas d’influence significative sur la résistance du mortier et du béton durcis.
Les polymères hydrosolubles sont principalement utilisés pour améliorer les performances des mortiers de ciment et des bétons de ciment, en particulier pour le béton non séparable sous l’eau, le béton pompable à haute fluidité et le béton autoplaçant. Les polymères hydrosolubles sont devenus un composant essentiel. Les polymères solubles dans l’eau sont aussi parfois classés comme des agents d’adhérence.
Les polymères hydrosolubles peuvent être utilisés sous forme de poudre ou de solution aqueuse. Lorsqu’ils sont utilisés sous forme de poudre, ils sont généralement mélangés à sec avec le ciment et les agrégats, puis mélangés à l’eau.
1. Polymère liquide
Les polymères liquides utilisés pour la modification des mortiers de ciment et des bétons de ciment comprennent les résines époxy et les polyesters insaturés, et un agent de durcissement est ajouté lors du mélange avec le ciment. L’utilisation de polymères liquides pour modifier les mortiers et les bétons de ciment doit se faire avec des systèmes qui durcissent en présence d’eau. Une fois le polymère mélangé au mortier de ciment et au béton, la réaction de durcissement du polymère et l’hydratation du ciment doivent se dérouler simultanément, formant ainsi une structure de réseau interpénétrée du polymère et du gel de ciment. Cette structure peut lier les agrégats plus fermement et améliorer les performances du mortier de ciment et du béton de ciment.
2. Émulsion de polymères
Les émulsions de polymères, les poudres de polymères dispersables et d’autres polymères sont les polymères couramment utilisés comme modificateurs dans les mortiers commerciaux. Un système stabilisateur formé par la dispersion uniforme d’une substance dans un autre liquide avec de fines particules est appelé émulsion, qui est utilisée comme modificateur dans les mortiers commerciaux, généralement par l’ajout d’un monomère polymérisable dans un émulsifiant (en présence de substances tensioactives), il est obtenu par la dispersion de fines particules dans l’eau. En général, selon le type de charge des particules de polymère dans l’émulsion de polymère, celle-ci est divisée en trois catégories, à savoir l’émulsion cationique (les particules sont chargées positivement), l’émulsion anionique (les particules sont chargées négativement) et l’émulsion non ionique (les particules ne sont pas chargées). ). La charge des particules de polymère est déterminée par l’émulsifiant utilisé dans la production de l’émulsion. L’émulsion utilisée pour modifier le béton (mortier) utilise principalement des émulsifiants non ioniques lors de la polymérisation. En général, la teneur en solides de l’émulsion de polymère est de 40 à 50 %, y compris le polymère, l’émulsifiant, le stabilisateur, etc.
L’émulsion de polyacrylate (PAE), l’émulsion de copolymère d’acétate de vinyle (EVA), l’émulsion de styrène-acrylique (SAE), le latex de styrène-butadiène (SBR), le latex de néoprène (CR) sont les émulsions de polymères les plus couramment utilisées dans la modification du béton (mortier).
3. Performance et évaluation de l’émulsion
Les indicateurs de performance courants des émulsions comprennent la teneur en matières solides, la teneur en monomères résiduels, les substances filmogènes minimales, la température de transition vitreuse, la taille des particules et leur distribution, la compatibilité, la stabilité, la valeur pH, la viscosité, etc.
1. Contenu solide
La teneur en solides est également appelée teneur non volatile, ce qui implique le calcul de la quantité de polymère et du rapport eau-ciment. La méthode de détermination de la teneur non volatile consiste généralement à prendre une certaine qualité d’émulsion, à la sécher dans un environnement de température particulier, puis à l’exprimer en pourcentage de la masse de l’émulsion séchée par rapport à la masse de l’émulsion d’origine. Toutefois, la teneur non volatile peut également inclure d’autres composants que le polymère ; habituellement, la teneur non volatile est calculée comme la teneur en polymère. Toutefois, la teneur volatile est utilisée comme eau dans l’émulsion, et l’eau dans l’émulsion doit être prise en compte dans le calcul de la consommation d’eau du ciment.
2. Teneur en monomères résiduels
La teneur en monomère résiduel dans l’émulsion de polymère qui n’a pas participé à la réaction de polymérisation est l’une des propriétés essentielles de l’émulsion de polymère. Si la teneur en monomère résiduel est trop élevée, cela augmentera non seulement le coût du produit et la consommation de monomère, mais affectera également la stabilité de l’émulsion. L’hydrolyse de certains monomères peut modifier la valeur du pH du système d’émulsion, ce qui entraîne une détérioration de la stabilité de l’émulsion au stockage. En outre, certains monomères peuvent dégager des odeurs insupportables qui affectent la santé des ouvriers du bâtiment. La teneur en monomères résiduels de l’émulsion polymère doit donc être inférieure à 1 %.
3. Température de transition du verre
La température de transition vitreuse désigne la température à laquelle un polymère passe d’un état élastique à un état vitreux, ce qui constitue un indicateur de performance important d’un polymère. Au-dessus de cette température, le polymère présente une certaine élasticité, et en dessous de cette température, le polymère présente une certaine fragilité.
Étant donné que le polymère contenu dans l’émulsion conserve sa nature, l’émulsion présente également une température de transition vitreuse, qui est un indice reflétant la dureté du film de revêtement formé par l’émulsion de polymère. L’émulsion ayant une température de transition vitreuse élevée présente une dureté et une brillance élevées, une bonne résistance aux taches et n’est pas facile à polluer. D’autres propriétés mécaniques sont également meilleures. Cependant, la température de transition vitreuse et la température minimale de formation du film sont également élevées, ce qui pose des problèmes pour l’utilisation à basse température. Il s’agit d’une contradiction, et nombre de ses propriétés changeront lorsque l’émulsion polymère atteindra une température de transition vitreuse spécifique. Des changements significatifs se produisent, il faut donc contrôler la bonne température de transition vitreuse. En ce qui concerne le mortier modifié par des polymères, plus la température de transition vitreuse est élevée, plus la résistance à la compression du mortier modifié est élevée, et plus la température de transition vitreuse est basse, meilleure est la performance à basse température du mortier modifié.
4. Température minimale de formation du film
La température minimale de formation du film correspond à la température minimale à laquelle les particules de polymère de l’émulsion sont suffisamment mobiles pour coaguler entre elles et former un film continu. Les particules de polymère doivent former une configuration serrée dans le processus de formation d’un film de revêtement constant par l’émulsion de polymère. Par conséquent, outre l’excellente dispersion de l’émulsion, les conditions de création d’un film continu comprennent également la déformation des particules de polymère, c’est-à-dire que la pression capillaire de l’eau peut rapprocher les particules de polymère dispersées. Lorsque l’eau se volatilise, les particules de polymère sphériques sont disposées plus étroitement, ce qui crée une pression considérable entre les particules sphériques. Plus les particules sphériques sont proches, plus elles sont disposées étroitement et plus la pression augmente. Lorsque les particules entrent en contact, la pression générée par la volatilisation de l’eau oblige les particules à être pressées et déformées pour se lier et former un film de revêtement. Les particules de polymère plus complexes ne se déforment pas facilement lorsqu’elles sont soumises à une pression externe, tandis que les particules de polymère plus souples se déforment facilement. Si la plupart des particules de polymère de l’émulsion utilisée comme modificateur dans le mortier de construction sont des résines thermoplastiques, plus la température est basse, plus la dureté est grande et plus il est difficile de les déformer, de sorte qu’il existe un problème de température minimale de formation du film. En d’autres termes, à une température donnée, après la volatilisation de l’eau dans l’émulsion, les particules de polymère sont encore à l’état discret et ne peuvent pas être intégrées, de sorte que l’émulsion ne peut pas former un film de revêtement uniforme et continu en raison de l’évaporation de l’eau. Lorsque la température est supérieure à cette température spécifique lorsque l’eau s’évapore, les molécules de chaque particule de polymère s’infiltrent, se diffusent, se déforment et se rassemblent pour former un film transparent continu. La limite inférieure de la température de formation du film est appelée température minimale de formation du film.
La température minimale de formation du film est un indicateur essentiel des émulsions polymères, et il est nécessaire d’utiliser les émulsions pendant les saisons à basse température. En prenant des mesures appropriées, on peut donner à l’émulsion de polymère une température minimale de formation du film qui réponde aux exigences d’utilisation. Par exemple, l’ajout d’un plastifiant à l’émulsion peut ramollir le polymère de sorte que la température minimale de formation du film de l’émulsion soit considérablement réduite, ou utiliser des additifs pour les émulsions de polymères ayant une température minimale de formation du film plus élevée.
5. Taille et distribution des particules
La taille des particules de l’émulsion polymère fait référence à la taille des particules dans l’émulsion polymère. En fonction de l’uniformité de la taille des particules de l’émulsion de polymère, celle-ci peut être divisée en émulsions monodisperses et en émulsions polydisperses. Les émulsions de polymères produites dans l’industrie actuelle sont généralement polydisperses. Pour les émulsions polydisperses, outre la taille moyenne des particules qui peut être utilisée pour représenter la taille des particules, il faut également prêter attention à la distribution de la taille des particules, c’est-à-dire la distribution des particules de différentes tailles. La taille et la distribution des particules de l’émulsion polymère influencent grandement la viscosité de l’émulsion, les propriétés de formation du film et la performance du film de revêtement. Si la taille des particules de l’émulsion de polymère est petite, ses particules sont faciles à déplacer et il est facile de pénétrer dans l’espace entre les particules de ciment et de granulats et de former un contact étroit entre les particules de ciment et de granulats. En outre, l’émulsion dont la taille des particules est plus petite présente une meilleure perméabilité et convient à l’application d’un revêtement sur des substrats poreux.
6. Stabilité
La stabilité d’une émulsion de polymères fait référence à la capacité de l’émulsion à ne pas se rompre et à ne pas coaguler lorsqu’elle est soumise à une action mécanique, à un milieu chimique et à un changement de température. La stabilité de l’émulsion de polymère comprend la stabilité mécanique, la stabilité chimique (compatibilité), etc.
- Stabilité mécanique
La stabilité mécanique d’une émulsion polymère reflète principalement sa sensibilité à la contrainte de cisaillement. Elle est sujette à la coalescence (démulsification) pendant la production du mortier si ses performances sont médiocres.
(2) Stabilité chimique
La stabilité chimique de l’émulsion de polymère est liée à sa compatibilité. Lors de la préparation d’un mortier commercial, il faut ajouter diverses substances chimiques telles que des pigments, des charges et des adjuvants, et l’émulsion doit être compatible avec ces substances ; sinon, la plus légère affectera les performances de l’émulsion, et la plus sévère provoquera une démulsification. Par conséquent, lors de la préparation du mortier, il est nécessaire de sélectionner une émulsion polymère compatible avec les composants du mortier.
7. valeur du pH
Le pH de l’émulsion de polymère varie en fonction de la variété de l’émulsion. Par exemple, le pH de l’émulsion styrène-butadiène appliquée à la modification du ciment est de 10 à 11 ; le pH de l’émulsion acrylate est de 7 à 9.
8. Viscosité
La viscosité est un indice qui caractérise la fluidité d’un liquide. La viscosité des émulsions de polymères peut être mesurée par différentes méthodes, la plus courante étant l’utilisation d’un viscosimètre rotatif. Cependant, en raison de la dépendance de la viscosité du polymère par rapport au taux de cisaillement, les valeurs de viscosité mesurées à l’aide de différents rotors et vitesses de rotation sont différentes. En outre, la température a également un impact significatif sur la viscosité, et la teneur en matières solides a également un impact particulier sur la viscosité. Pour une même émulsion, plus la teneur en solides est élevée, plus la viscosité est importante.
