Application multifonctionnelle de l'hydroxyéthyl méthyl-cellulose (HEMC) dans le champ de construction

1. Caractéristiques et applicabilité de la construction de HEMC

Hydroxyéthyl méthyl-cellulose (HEMC) I S Un dérivé de cellulose obtenu par réaction d'éthérification de la cellulose naturelle avec l'oxyde d'éthylène et le chlorure de méthyle après traitement d'alcalisation. Sa structure moléculaire contient deux groupes d'éthérification, l'hydroxyéthyle et le méthyle. Cette structure chimique spéciale donne à HEMC une série d'excellentes propriétés, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications de construction. HEMC est un polymère non ionique, ce qui signifie que ses performances ne sont pas affectées par la valeur du pH et peuvent rester stables dans les environnements acides et alcalins. Cette caractéristique est particulièrement importante pour les matériaux à base de ciment car le processus d'hydratation de ciment connaîtra un environnement qui passe de fort alcalin au neutre.

La solubilité dans l'eau de HEMC est l'une de ses caractéristiques de base. Par rapport à la méthyl-cellulose ordinaire (MC), en raison de l'introduction de l'hydroxyéthyle, HEMC a une plage d'adaptabilité de température plus large, est soluble dans l'eau froide et chaude, et la solution ne produira pas de gel ou de précipitation en raison des changements de température. Cette caractéristique assure la stabilité des performances des matériaux de construction dans différentes conditions climatiques. Les solutions HEMC ont une large gamme de viscosités, de la faible viscosité à une viscosité ultra-élevée, qui offre des options flexibles pour différentes applications de construction - les mortiers auto-nivelants nécessitent un HEMC à faible viscosité pour améliorer la fluidité, tandis que les mortiers en plâtre nécessitent un HEMC à forte viscosité pour améliorer les propriétés anti-agitation.

D'un point de vue environnemental, HEMC répond pleinement aux exigences de l'industrie de la construction moderne pour les matériaux verts. Il utilise la cellulose naturelle comme matière première, n'a pas de sous-produits toxiques dans le processus de production, et le produit fini est biodégradable et respectueux de l'environnement. Cette fonctionnalité lui permet de maintenir la compétitivité du marché dans le cadre de réglementations environnementales de plus en plus strictes et d'aider l'industrie de la construction à atteindre des objectifs de développement durable. La biocompatibilité de HEMC élimine également les risques pour les travailleurs de la construction et les problèmes de sécurité dans l'utilisation ultérieure de la construction, ce qui est un avantage que de nombreux additifs de polymère synthétique ne peuvent pas égaler.

La polyvalence de HEMC se reflète dans le fait qu'un seul additif peut réaliser plusieurs améliorations des performances en même temps. Dans les matériaux de construction, HEMC peut non seulement épaissir et conserver l'eau, mais également l'entraînement de l'air, le réglage lent et améliorer la collage. Cette caractéristique "une dose, plusieurs effets" simplifie la conception de la formulation et réduit les coûts de production. Par exemple, dans les adhésifs de tuiles, HEMC offre trois fonctions clés: la rétention de l'eau (assurer une hydratation complète du ciment), l'épaississement (empêchant les carreaux de glisser) et le temps d'ouverture prolongé (facilitant le réglage de la position).

HEMC a une bonne compatibilité avec d'autres additifs chimiques de construction et peut être utilisé en conjonction avec une variété d'adjuvants tels que les réducteurs d'eau, les défoamères, les poudres de latex, etc. sans effets antagonistes. Cet effet synergique permet aux formulateurs de matériaux de construction de contrôler précisément les propriétés des matériaux pour répondre à différents besoins d'ingénierie.

2. Le mécanisme central de HEMC dans les matériaux de construction

La base physicochimique des multiples fonctions de l'hydroxyéthyl méthylcellulose dans les matériaux de construction provient de sa structure moléculaire unique et de son comportement d'hydratation. Lorsque la poudre HEMC entre en contact avec l'eau, les liaisons hydroxyle (-OH) et éther (-o-) sur sa chaîne moléculaire forment immédiatement des liaisons hydrogène avec des molécules d'eau. Cette forte force intermoléculaire est la racine de toutes les propriétés d'application de HEMC. Au fur et à mesure que le processus de dissolution se déroule, la chaîne moléculaire HEMC se déroule progressivement et forme une structure de réseau tridimensionnelle, convertissant l'eau libre en eau liée, améliorant ainsi considérablement la viscosité et la capacité de rétention d'eau du système. Ce changement microstructural se reflète directement dans l'amélioration des performances macroscopiques des matériaux de construction.

Le mécanisme de rétention de l'eau est l'un des mécanismes d'action les plus importants de HEMC. Dans les matériaux à base de ciment, HEMC atteint la fonction de rétention d'eau de deux manières: l'une est que les molécules HEMC forment des liaisons hydrogène avec des molécules d'eau pour convertir l'eau libre en eau liée; L'autre est que la structure du réseau formé par l'enchevêtrement des chaînes macromoléculaires HEMC bloque physiquement la migration de l'eau. Des études ont montré que même si 0,1% à 0,3% HEMC (en poids de poudre sèche) est ajouté, le taux de rétention d'eau du mortier peut être passé de 70% à plus de 95%, ce qui garantit que le ciment peut être entièrement hydraté sur des substrats secs ou poreux pour éviter la perte de résistance en raison du manque d'eau. L'effet de rétention de l'eau de HEMC est affecté par de nombreux facteurs: à la même posologie, plus la viscosité de HEMC est élevée, meilleure est la rétention d'eau; L'augmentation de la température ambiante réduira l'effet de rétention d'eau; et la dose appropriée (généralement 0,1% à 0,5%) peut atteindre le taux de rétention de l'eau idéal. Bien que l'augmentation supplémentaire de la posologie puisse améliorer la rétention d'eau, les performances des coûts diminuent.

L'épaississement et les effets thixotropes du HEMC modifient les propriétés rhéologiques des matériaux de construction. La solution HEMC a des caractéristiques évidentes d'éclairage de cisaillement - la viscosité diminue à des taux de cisaillement élevés d'agitation ou d'application, ce qui est pratique pour les opérations de construction; tandis qu'il récupère une viscosité élevée dans un état de cisaillement statique ou faible pour empêcher le matériau de s'affaisser ou de sédimentation. Cette caractéristique de réponse intelligente rend HEMC particulièrement adapté au mortier en plâtre et à l'adhésif de carreaux pour la construction de surface verticale. L'effet d'épaississement dépend principalement du poids moléculaire et de la concentration de HEMC - plus le poids moléculaire est grand et plus la concentration est élevée, plus l'effet d'épaississement est important. Cependant, une viscosité trop élevée affectera les performances de construction, il est donc nécessaire de sélectionner les produits HEMC avec une viscosité appropriée selon différentes applications.

En tant que tensioactif, HEMC présente des caractéristiques doubles dans les matériaux à base de ciment: les groupes hydrophiles (groupes hydroxyle et liaisons éther) et les groupes hydrophobes (groupes méthyle et anneaux de glucose) dans les molécules le rendent actif sur la surface, ce qui peut réduire la tension superficielle de l'eau et introduire des bulles fines. Ces bulles agissent comme des «roulements à billes» dans le mortier, améliorant la douceur de la construction et augmentant le rendement en suspension du matériau (augmentation du volume). Cependant, trop de bulles réduiront la force du corps durci, il est donc souvent nécessaire de l'utiliser en conjonction avec un défoamère pour obtenir la meilleure structure de pores. L'entraînement à l'air de HEMC se situe généralement entre 5% et 15%, ce qui est considérablement affecté par la dose, la méthode de mélange et d'autres additifs.

HEMC a un effet de retard significatif sur le processus d'hydratation du ciment, qui présente à la fois des avantages et des inconvénients. Les molécules HEMC sont adsorbées à la surface des particules de ciment, entravant le contact entre l'eau et les minéraux, ralentissant la vitesse de réaction d'hydratation et prolongeant le temps de réglage. Cette propriété retardante est très précieuse dans la construction avec des températures élevées en été ou en temps de fonctionnement long; Mais cela peut devenir un inconvénient en hiver lorsqu'il est à basse température ou nécessite un réglage rapide. En ajustant la dose HEMC (généralement 0,05% -0,2% peut prolonger le temps de réglage de 1 à 4 heures) ou l'utiliser avec un coagulant, le temps de réglage peut être contrôlé avec précision pour répondre aux besoins d'ingénierie.

Le mécanisme d'amélioration de la liaison de HEMC implique à la fois des effets physiques et chimiques. Physiquement, HEMC augmente la viscosité du mortier et augmente la zone de contact avec le substrat; Chimiquement, les groupes polaires des molécules HEMC forment des liaisons hydrogène et des forces de van der Waals à la surface des matériaux inorganiques. Dans des applications telles que les adhésifs de tuiles et les mortiers en plâtre, HEMC peut considérablement améliorer la résistance aux liaisons (généralement de 20% à 50%) et réduire le risque de creux et de chute. Cet effet d'amélioration des liaisons est particulièrement évident sur les surfaces lisses ou les faibles substrats d'absorption d'eau (tels que les carreaux vitrifiés).

3. Performance d'application de HEMC dans le mortier à sec

Le mortier à sec est une partie importante de l'industrie de la construction moderne, et ses performances sont directement liées à l'efficacité de la construction et à la qualité du projet. L'hydroxyéthyl méthylcellulose, en tant qu'additif clé dans le mortier mélangé à sec, est présente dans presque toutes les formules de mortier spéciaux et joue un rôle irremplaçable.

L'adhésif des carreaux est l'un des domaines les plus typiques de l'application HEMC. Dans le processus de carreaux de collage de mortier de ciment traditionnel, des problèmes tels que le creux et la chute sont courants, et les adhésifs de tuiles avec 0,3% à 0,7% HEMC peuvent résoudre complètement ces problèmes. HEMC forme une structure de réseau tridimensionnelle dans l'adhésif des tuiles, donnant à un mortier humide d'excellentes propriétés antidérapantes. Même les carreaux de grande taille ne glisseront pas sur le mur, améliorant considérablement l'efficacité et la sécurité de la construction. Dans le même temps, HEMC garantit que le ciment est entièrement hydraté par rétention d'eau. Même s'il est construit à haute température, un environnement venteux ou sur un substrat hautement absorbant, il peut former une structure de pierre de ciment à haute résistance pour éviter la diminution de la force de liaison due à une hydratation insuffisante. HEMC peut également prolonger le temps ouvert des adhésifs de carreaux (généralement à plus de 30 minutes), ce qui donne aux travailleurs de la construction suffisamment de temps pour ajuster la position des carreaux, ce qui est particulièrement important dans les grands projets.

Les systèmes d'isolation thermique (étiques) externes sont une autre zone d'application importante pour HEMC. Dans ces systèmes, HEMC est principalement utilisé pour les mortiers de liaison et les mortiers en plâtrage, et le montant d'addition est généralement de 0,2% à 0,5%. La fonction de rétention d'eau de HEMC est particulièrement critique ici, car les matériaux d'isolation (tels que les cartes EPS ou la laine de roche) ont généralement une très faible absorption d'eau. L'eau dans les mortiers traditionnels évaporer ou migrera rapidement, entraînant une hydratation insuffisante du ciment. Après avoir ajouté HEMC, le mortier peut également conserver suffisamment d'eau sur le substrat d'absorption à faible teneur en eau pour terminer la réaction d'hydratation et assurer la résistance à la liaison. Dans le même temps, la flexibilité accrue apportée par l'entraînement à l'air de HEMC aide à tamponner la contrainte thermique du système d'isolation et à réduire le risque de fissuration.

Les exigences de performance de HEMC pour le mortier auto-nivelant sont très différentes de celles des applications ci-dessus. Les matériaux auto-niveleux ont besoin d'une excellente fluidité et d'une capacité d'auto-niveaux, mais ils ne peuvent pas délaminer et saigner, ce qui nécessite l'utilisation d'un HEMC à faible viscosité mais bon retenue par l'eau. Dans cette application, la dose de HEMC est généralement faible (0,02% -0,1%), et elle joue principalement le rôle de la stabilisation du système pour empêcher les particules solides de se décoller et l'eau de flotter. L'effet synergique du HEMC et du réducteur d'eau est particulièrement important ici - le réducteur d'eau fournit la fluidité, et HEMC maintient le système uniforme et stable. La combinaison des deux peut obtenir un matériau d'auto-niveau de haute performance avec une fluidité de plus de 130 mm et une résistance à la compression de 28 jours de plus de 30 MPa.

Le mortier de réparation est un autre domaine d'application de HEMC qui ne peut être ignoré. Les projets de réparation sont généralement confrontés à des défis tels que le séchage du substrat, les formes complexes et le développement rapide de la résistance, et la polyvalence de HEMC est pleinement reflétée ici. Dans la réparation des dommages du béton, l'ajout de 0,3% à 0,8% HEMC peut améliorer considérablement la résistance à la liaison entre le mortier et le béton ancien (augmenter 40 à 100%) et réduire les défauts de l'interface. La rétention d'eau de HEMC garantit que l'eau ne sera pas perdue trop rapidement pendant la construction sur des surfaces verticales et supérieures, et son effet de réglage lent donne au matériau de réparation suffisamment de temps de fonctionnement. Pour les réparations rapides, le temps de réglage peut être raccourci en ajustant la dose HEMC (jusqu'à 0,05% -0,1%) ou en l'utilisant avec un coagulant. La pratique de l'entretien des bâtiments montre que la durée de vie du mortier de réparation modifié avec HEMC est 3 à 5 fois plus longue que celle des matériaux traditionnels, réduisant considérablement les coûts d'entretien.