Le gypse de désulfuration est un gaz de combustion issu de la combustion de combustibles soufrés (charbon, pétrole), de déchets industriels solides issus du processus de désulfuration et de gypse semi-hydraté (formule chimique CaSO4·0,5H2O). Ses performances sont comparables à celles du gypse de construction naturel. Par conséquent, de plus en plus de recherches et d'applications se penchent sur l'utilisation du gypse désulfuré en remplacement du gypse naturel pour la production de matériaux autonivelants. Les adjuvants polymères organiques, tels que les réducteurs d'eau, les agents de rétention d'eau et les retardateurs de prise, sont des composants fonctionnels essentiels dans la composition des mortiers autonivelants. Leur interaction et leur mécanisme avec les matériaux cimentaires méritent une attention particulière. En raison des caractéristiques du procédé de fabrication, la finesse du gypse désulfuré est faible (la granulométrie se situe principalement entre 40 et 60 µm) et la granulométrie de la poudre est déraisonnable. Par conséquent, ses propriétés rhéologiques sont médiocres et le coulis de mortier ainsi préparé est souvent sujet à une ségrégation, une stratification et un ressuage. L'éther de cellulose est l'adjuvant le plus couramment utilisé dans les mortiers, et son utilisation combinée avec un réducteur d'eau constitue une garantie importante pour l'obtention des performances optimales des matériaux autonivelants à base de gypse désulfuré, notamment en termes de performances de construction, de performances mécaniques et de durabilité ultérieures.
Dans cet article, la valeur de fluidité est utilisée comme indice de contrôle (degré d'étalement 145 mm±5 mm), en se concentrant sur l'impact de la teneur en éther de cellulose et du poids moléculaire (valeur de viscosité) sur la consommation d'eau des matériaux autonivelants à base de gypse désulfuré, la perte de fluidité au fil du temps et la coagulation. La loi d'influence des propriétés de base telles que le temps et les propriétés mécaniques précoces ; en même temps, tester la loi d'influence de l'éther de cellulose sur le dégagement de chaleur et le taux de dégagement de chaleur de l'hydratation du gypse désulfuré, analyser son influence sur le processus d'hydratation du gypse désulfuré et discuter dans un premier temps de ce type d'adjuvant Compatibilité avec le système de gélification du gypse de désulfuration.
1. Matières premières et méthodes d'essai
1.1 Matières premières
Poudre de gypse : poudre de gypse désulfurée produite par une entreprise de Tangshan, la composition minérale principale est le gypse semi-hydraté, sa composition chimique est indiquée dans le tableau 1 et ses propriétés physiques sont indiquées dans le tableau 2.
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Les adjuvants comprennent : l'éther de cellulose (hydroxypropylméthylcellulose, HPMC en abrégé) ; le superplastifiant WR ; l'antimousse B-1 ; la poudre de latex redispersible EVA S-05, tous disponibles dans le commerce.
Granulats : sable de rivière naturel, sable fin fabriqué maison tamisé à travers un tamis de 0,6 mm.
1.2 Méthode d'essai
Plâtre de désulfuration fixe : sable : eau = 1:0,5:0,45, quantité appropriée d'autres adjuvants, fluidité comme indice de contrôle (expansion 145 mm ± 5 mm), en ajustant la consommation d'eau, respectivement mélangé avec des matériaux cimentaires (plâtre de désulfuration + ciment) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ éther de cellulose (HPMC-20 000) ; Après avoir fixé le dosage d'éther de cellulose à 1‰, nous avons choisi les éthers d'hydroxypropylméthylcellulose HPMC-20 000, HPMC-40 000, HPMC-75 000 et HPMC-100 000 de masses moléculaires différentes (les nombres correspondants sont respectivement H2, H4, H7,5 et H10) afin d'étudier le dosage et la masse moléculaire (valeur de viscosité) de l'éther de cellulose. L'impact des modifications sur les propriétés du mortier autonivelant à base de plâtre, ainsi que leur influence sur la fluidité, le temps de prise et les propriétés mécaniques initiales du mélange de mortier autonivelant à base de plâtre désulfuré, sont discutés. La méthode d'essai spécifique est réalisée conformément aux exigences de la norme GB/T 17669.3-1999 « Détermination des propriétés mécaniques du plâtre de construction ».
Le test de chaleur d'hydratation est réalisé à l'aide d'un échantillon vierge de gypse désulfuré et d'échantillons avec une teneur en éther de cellulose de 0,5 ‰ et 3 ‰, respectivement, et l'instrument utilisé est un testeur de chaleur d'hydratation de type TA-AIR.
2. Résultats et analyse
2.1 Effet de la teneur en éther de cellulose sur les propriétés de base du mortier
Avec l'augmentation de la teneur, l'ouvrabilité et la cohésion du mortier sont considérablement améliorées, la perte de fluidité au fil du temps est significativement réduite et les performances de construction sont plus excellentes. Le mortier durci ne présente aucun phénomène de délaminage, et le lissé de surface, la régularité et l'esthétique ont été considérablement améliorés. Dans le même temps, la consommation d'eau du mortier pour obtenir la même fluidité a augmenté significativement. À 5 ‰, la consommation d'eau a augmenté de 102 % et le temps de prise finale a été prolongé de 100 min, soit 2,5 fois celui de l'échantillon témoin. Les propriétés mécaniques initiales du mortier ont diminué significativement avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose. Lorsque la teneur en éther de cellulose était de 5 ‰, la résistance à la flexion et la résistance à la compression sur 24 h ont diminué à 18,75 % et 11,29 % de l'échantillon témoin respectivement. La résistance à la compression est respectivement de 39,47 % et 23,45 % de l'échantillon témoin. Il convient de noter qu'avec l'augmentation de la quantité d'agent de rétention d'eau, la masse volumique apparente du mortier a également diminué de manière significative, passant de 2 069 kg/m³ à 0 à 1 747 kg/m³ à 5‰, soit une diminution de 15,56 %. La masse volumique du mortier diminue et sa porosité augmente, ce qui explique en partie la diminution évidente de ses propriétés mécaniques.
L'éther de cellulose est un polymère non ionique. Les groupes hydroxyles de la chaîne d'éther de cellulose et les atomes d'oxygène de la liaison éther peuvent se combiner aux molécules d'eau pour former des liaisons hydrogène, transformant l'eau libre en eau liée, jouant ainsi un rôle dans la rétention d'eau. Macroscopiquement, cela se manifeste par une augmentation de la cohésion de la pâte [5]. L'augmentation de la viscosité de la pâte augmente non seulement la consommation d'eau, mais l'éther de cellulose dissous s'adsorbe également à la surface des particules de gypse, entravant la réaction d'hydratation et prolongeant le temps de prise ; lors du malaxage, de nombreuses bulles d'air se forment également. Des vides se forment lors du durcissement du mortier, réduisant ainsi sa résistance. Compte tenu de la consommation d'eau unilatérale du mélange de mortier, des performances de construction, du temps de prise, des propriétés mécaniques et de la durabilité ultérieure, la teneur en éther de cellulose du mortier autonivelant à base de gypse désulfuré ne doit pas dépasser 1 ‰.
2.2 L'effet du poids moléculaire de l'éther de cellulose sur les performances du mortier
Généralement, plus la viscosité et la finesse de l'éther de cellulose sont élevées, meilleure est la rétention d'eau et augmente la force d'adhérence. Les performances en seront affectées. Par conséquent, l'influence d'éthers de cellulose de différents poids moléculaires sur les propriétés fondamentales des mortiers autonivelants à base de plâtre a été étudiée plus en détail. La demande en eau du mortier a légèrement augmenté, sans toutefois avoir d'effet notable sur le temps de prise et la fluidité. Parallèlement, les résistances à la flexion et à la compression du mortier à différents états ont montré une tendance à la baisse, bien que cette baisse soit bien moindre que l'influence de la teneur en éther de cellulose sur les propriétés mécaniques. En résumé, l'augmentation du poids moléculaire de l'éther de cellulose n'a pas d'effet notable sur les performances des mélanges de mortier. Compte tenu de la commodité de la construction, il est recommandé de choisir des éthers de cellulose de faible viscosité et de faible poids moléculaire comme matériaux autonivelants à base de plâtre désulfuré.
2.3 Effet de l'éther de cellulose sur la chaleur d'hydratation du gypse désulfuré
Avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose, le pic exothermique d'hydratation du gypse désulfuré a progressivement diminué, et son apparition a été légèrement retardée, tandis que la chaleur exothermique d'hydratation a diminué, mais de manière non significative. Ceci montre que l'éther de cellulose peut retarder dans une certaine mesure la vitesse et le degré d'hydratation du gypse désulfuré ; le dosage ne doit donc pas être trop important et doit être contrôlé à 1 ‰ près. On observe que le film colloïdal formé après le contact de l'éther de cellulose avec l'eau est adsorbé à la surface des particules de gypse désulfuré, ce qui réduit la vitesse d'hydratation du gypse avant 2 heures. Parallèlement, ses propriétés uniques de rétention d'eau et d'épaississement retardent l'évaporation de l'eau de la suspension et favorisent l'hydratation ultérieure du gypse désulfuré. En résumé, lorsque le dosage approprié est contrôlé, l'éther de cellulose a une influence limitée sur le taux et le degré d'hydratation du gypse désulfuré. Parallèlement, l'augmentation de la teneur en éther de cellulose et de la masse moléculaire augmente considérablement la viscosité de la barbotine et présente d'excellentes performances de rétention d'eau. Afin d'assurer la fluidité du mortier autonivelant à base de gypse désulfuré, la consommation d'eau augmente considérablement, en raison du temps de prise prolongé du mortier. Ceci explique principalement la dégradation des propriétés mécaniques.
3. Conclusion
(1) Lorsque la fluidité est utilisée comme indice de contrôle, l'augmentation de la teneur en éther de cellulose allonge considérablement le temps de prise du mortier autonivelant à base de plâtre désulfuré et réduit significativement ses propriétés mécaniques. Comparativement à la teneur, l'augmentation du poids moléculaire de l'éther de cellulose a peu d'effet sur les propriétés susmentionnées du mortier. Globalement, l'éther de cellulose doit être choisi avec un faible poids moléculaire (viscosité inférieure à 20 000 Pa·s) et son dosage doit être contrôlé à 1‰ près par rapport au matériau cimentaire.
(2) Les résultats des essais de chaleur d'hydratation du gypse désulfuré montrent que, dans le cadre de cet essai, l'éther de cellulose a une influence limitée sur le taux et le processus d'hydratation du gypse désulfuré. L'augmentation de la consommation d'eau et la diminution de la masse volumique apparente sont les principales raisons de la diminution des propriétés mécaniques du mortier à base de gypse désulfuré.
Date de publication : 8 mai 2023