L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) est un dérivé cellulosique important. Il est largement utilisé dans les matériaux de construction en raison de son excellente rétention d’eau, de son épaississement et de sa stabilité dans le mortier de construction.
1. Structure chimique et caractéristiques du HPMC
HPMC est un matériau polymère multifonctionnel fabriqué par modification chimique de la cellulose naturelle. Dans sa structure chimique, les groupes hydroxypropyle (-CH₂CH(OH)CH₃) et méthyle (-CH₃) remplacent une partie des groupes hydroxyle (-OH) sur la chaîne moléculaire de la cellulose, ce qui confère à l'HPMC une bonne solubilité dans l'eau et des propriétés épaississantes.
Solubilité : HPMC est facilement soluble dans l’eau froide pour former une solution colloïdale transparente à laiteuse. Il se dissout lentement dans l'eau chaude, ce qui lui permet d'être réparti uniformément dans le mortier de construction.
Rétention d'eau : la chaîne polymère du HPMC peut absorber efficacement l'eau et former une solution colloïdale à haute viscosité, réduisant ainsi la perte d'eau.
Stabilité : HPMC présente une excellente stabilité chimique et une excellente tolérance à la température et au pH, ce qui lui permet de fonctionner de manière stable dans diverses conditions de construction.
2. Le rôle du HPMC dans la construction du mortier
Augmenter la rétention d'eau : HPMC peut améliorer considérablement la capacité de rétention d'eau du mortier de construction, principalement en absorbant l'eau libre dans le mortier et en réduisant l'évaporation et les fuites d'eau.
Améliorer la maniabilité : étant donné que le HPMC peut former un réseau finement dispersé dans le mortier, il peut améliorer la plasticité et la maniabilité du mortier, rendant ainsi la construction plus pratique.
Prolonger le temps ouvert : la capacité du HPMC à retenir l'humidité permet au mortier de conserver une consistance adaptée à la construction pendant une longue période, prolongeant ainsi le temps ouvert du mortier.
3. Mécanisme de HPMC pour améliorer la rétention d'eau
Le mécanisme du HPMC pour améliorer la rétention d’eau du mortier comprend principalement les aspects suivants :
Adsorption : les groupes hydroxypropyle et méthyle de la chaîne moléculaire HPMC se combinent avec les molécules d'eau via des liaisons hydrogène et les forces de Van der Waals pour former une couche d'hydratation stable. HPMC peut absorber une grande quantité d’eau pour former un état de gel stable. Cet état de gel peut maintenir une teneur élevée en humidité dans le mortier et empêcher une évaporation rapide de l'eau.
Propriétés viscoélastiques : le HPMC se dissout dans l'eau pour former une solution colloïdale à haute viscosité, ce qui peut augmenter considérablement la viscosité et la rhéologie du mortier. La phase liquide à haute viscosité aide à réduire la migration de l'eau, à maintenir la répartition uniforme de l'eau dans le mortier et à réduire l'effet de séparation de l'eau (c'est-à-dire l'eau flottante et les précipitations).
Formation de réseau structurel : HPMC peut former une structure de réseau réticulée dans la solution aqueuse, ce qui aide à retenir l'eau et à restreindre son mouvement dans le mortier, améliorant ainsi la rétention d'eau du mortier. Cette structure en réseau de HPMC permet au mortier de rester uniformément humide pendant le processus de durcissement, évitant ainsi les problèmes de fissuration causés par une perte d'eau inégale.
Effet barrière colloïdale : La barrière colloïdale formée par l'HPMC dans le mortier peut empêcher l'eau de se diffuser vers l'extérieur. Cet effet barrière rend plus difficile l’évacuation de l’eau du mortier, augmentant ainsi la rétention d’eau du mortier.
4. Effet d'application pratique de la rétention d'eau HPMC
Dans les applications pratiques, la rétention d'eau du HPMC a un impact significatif sur les performances du mortier, notamment en améliorant la maniabilité du mortier, en réduisant le risque de fissuration par retrait et en améliorant la force d'adhérence. Ces effets d’application sont discutés en détail ci-dessous.
Améliorer la maniabilité : la solution colloïdale formée par HPMC dans le mortier peut lubrifier les particules dans le mortier, améliorer l'opérabilité du mortier et rendre le processus de construction plus fluide.
Réduire le retrait et la fissuration : étant donné que le HPMC peut retenir l'humidité dans le mortier, il réduit la perte d'humidité pendant le processus de séchage, ce qui est crucial pour éviter le retrait et la fissuration du mortier. Le mortier qui reste uniformément humide pendant le processus de durcissement présente moins de contraintes de retrait, réduisant ainsi le risque de fissuration.
Améliorer la force de liaison : l'humidité uniformément répartie dans le mortier contribue à améliorer l'efficacité de la réaction d'hydratation du mortier, à garantir que les particules de ciment sont complètement hydratées et, finalement, à former une liaison plus forte. HPMC peut fournir un environnement humide à long terme, rendant l'hydratation du ciment plus complète, améliorant ainsi la force d'adhérence du mortier.
5. Facteurs affectant l'HPMC sur le mortier de construction
L'effet de rétention d'eau du HPMC est affecté par de nombreux facteurs, notamment son poids moléculaire, son degré de substitution, la quantité ajoutée et le rapport du mortier.
Poids moléculaire : D’une manière générale, plus le poids moléculaire de l’HPMC est élevé, plus l’effet de rétention d’eau est important. Cependant, un poids moléculaire trop élevé peut également entraîner une diminution de la solubilité. Dans les applications pratiques, il est donc nécessaire de sélectionner un poids moléculaire approprié en fonction des besoins spécifiques.
Degré de substitution : Le degré de substitution de l’hydroxypropyle et du méthyle dans HPMC a une grande influence sur ses performances. Un degré de substitution approprié peut assurer une bonne rétention d'eau et une bonne solubilité, mais une substitution trop élevée ou trop faible peut affecter ses performances.
Quantité ajoutée : La quantité ajoutée de HPMC affecte directement la rétention d’eau du mortier. Généralement, la quantité ajoutée est comprise entre 0,1 % et 0,3 %. Un ajout excessif augmentera le coût et pourrait affecter d’autres propriétés du mortier.
Rapport du mortier : Le rapport des autres composants du mortier, tels que le ciment, le sable et le filler, affectera également l'effet de rétention d'eau du HPMC. Un ratio raisonnable peut mieux jouer le rôle de HPMC.
Le HPMC joue un rôle important dans la rétention d’eau dans le mortier de construction grâce à sa structure chimique et ses propriétés physiques uniques. Ses principaux mécanismes comprennent l'adsorption de l'eau pour former une couche d'hydratation stable, l'augmentation de la viscosité du mortier, la formation d'une structure en réseau et d'une barrière colloïdale, etc. Dans les applications pratiques, l'HPMC améliore non seulement l'ouvrabilité et la force d'adhérence du mortier, mais réduit également le risque de retrait et fissuration. À l'avenir, avec le développement de la science des matériaux, l'application du HPMC dans les matériaux de construction sera plus étendue et diversifiée et continuera à fournir des solutions de haute qualité pour l'industrie de la construction.
Heure de publication : 26 juin 2024