CH638766A5

CH638766A5 - Composition aqueuse pour mortier resistant a la perte d'eau au cours du durcissement.

Info

Publication number: CH638766A5
Application number: CH99079A
Authority: CH
Inventors: Herman B Wagner; Jeffrey R Ellis
Original assignee: Tile Council Of America
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1983-10-14
Also published as: US4211572A; JPS54138023A; FR2423465A1; MX151658A; NL7902808A; IT1110744B; ES479643A1; CA1122230A; GB2019380A; BE873625A; IT7919738A0; GB2019380B; DE2900327A1

Description

L'invention décrite ici concerne une composition aqueuse de mortier dry-set, qui comprend, exprimé en poids par rapport au total de la composition sèche:

un ciment hydraulique, de 0 à 90% d'une charge inerte, de 0,05 à 3,0% d'un éther cellulosique hydrosoluble ayant une viscosité comprise entre 15 000 et 150 000 cPo et de préférence entre 25 000 et 80000 cPo en solution à 2%, mesurée à 25°C, et un activateur de la rétention d'eau tel que défini dans la revendication 1, de préférence sous forme liquide, par exemple l'éthylèneglycol, le diéthylèneglycol, le propylèneglycol, le 1,3-propanediol, le mono- et diacétate de gly-cérol, le glycolate d'éthyle, les mono- et diéthanolamines et de l'eau.

L'activateur décrit ci-dessus peut être ajouté à n'importe quel composant sec du mortier posé à sec individuellement, ou peut être ajouté directement, in situ, au mélange de mortier posé à sec.

Pour simplifier la description de cette invention, on prend comme ciment hydraulique du ciment de Portland dans les exemples suivants. On doit noter cependant que les principes de cette invention sont applicables à d'autres ciments hydrauliques comme les ciments de laitier ou pouzzolaniques.

La présence de sable ou d'autres charges est préférée dans la formulation de mortiers dry set utilisés pour la pose de carreaux. Lorsqu'elles sont incluses, les charges doivent de préférence être présentes en quantités de 40 à 90% rapportées au poids de la composition sèche:

De telles charges peuvent être à grains fins ou grossiers, cela dépendant de l'utilisation et des propriétés requises du mortier et de la charge. Les domaines de quantité et de granulométrie de la charge sont décrits dans la demande US N° 709176.

Les agents de rétention d'eau utilisables dans les mortiers dry-set de cette invention incluent les produits connus et utilisés antérieurement dans les mortiers dry-set. Certains de ceux-ci sont des éthers cellulosiques tels que la méthylcellulose, l'éthylcellulose, la carboxy-méthylcellulose, l'hydroxypropylméthylcellulose, l'hydroxypropyl-et l'hydroxyéthylcellulose. Un exemple spécifique de méthylcellulose comprend le produit vendu sous le nom commercial de Methocel par Dow Chemical Company. D'autres agents spécifiques de rétention d'eau comprennent: l'hydroxyéthylcellulose vendue sous le nom commercial de Cellosize par Union Carbide, Tylose par American Hoechst, Klucel par Hercules Corporation, et les éthers benzyl-hydroxyéthyl- et phénylhydroxyéthylcellulosiques vendus par Hercules Chemical Co.

La quantité d'agent de rétention d'eau est comprise entre 0,05 et 3,0%, et de préférence entre 0,05 et 1,0% en poids.

Les agents qui présentent une viscosité située à l'extrémité inférieure de ce domaine doivent être présents en quantité relativement grande. Donc, un agent de rétention d'eau tel que le Tylose MHB 30000 p, une méthylhydroxyéthylcellulose fabriquée par American Hoechst, qui possède une viscosité de 30 000 cPo en solution à 2%, doit être présent en quantités supérieures à 0,3% de la composition sèche, et de préférence de l'ordre de 0,4% en poids ou plus.

L'activateur de la rétention d'eau ne possède pas de propriétés d'épaississeur en solution aqueuse. Cependant, lorsqu'il est utilisé selon cette invention, l'activateur montre des propriétés inattendues et synergiques. Le produit possède au moins un groupe fonctionnel polaire ou hydroxyle. L'activateur est de préférence sous forme liquide aux températures comprises entre 20 et 120°C, mais peut aussi être sous forme solide ou de vapeur.

Des exemples d'activateur comprennent l'éthylèneglycol, le diéthylèneglycol, le propylèneglycol, le 1,3-propanediol, les mono- et diacétates de glycérol, le glycolate d'éthyle, et les mono- et diéthanolamines. De tels activateurs doivent être présents selon des rapports du poids de l'agent de rétention d'eau au poids de l'activateur compris entre 20:1 et 1:5 et de préférence entre 10:1 et 1:3. L'activateur peut être ajouté à n'importe quel composant sec individuellement ou au mélange de mortier, ce qui donne des propriétés de rétention d'eau améliorées.

Selon cette invention, on préfère que les mortiers dry-set, qui contiennent l'activateur de rétention d'eau, obtiennent un indice de rétention d'eau situé entre 40 et 70. Les composants secs du mortier forment un mince lit de mortier ou de produit liant, lorsqu'ils sont mélangés à de l'eau. L'eau doit être ajoutée en quantité suffisante pour donner au mortier une consistance facile à travailler. En général, la quantité d'eau nécessaire dans le mélange de mortier dépendra de la proportion relative des autres ingrédients. Par exemple, lorsque le contenu en sable augmente, le rapport du poids de l'eau au poids total diminue. En général, d'environ 15 à 40% en poids d'eau par rapport au poids de la composition sèche doit être utilisée pour obtenir une bonne consistance.

D'autres matériaux, qui sont habituellement utilisés dans les mortiers dry-set, peuvent être inclus dans les mortiers de cette invention. De tels additifs comprennent les pigments, les parfums, les agents antifléchissement, les agents antimousse et d'autres matériaux qui modifient habituellement les propriétés d'ouvrabilité et de durcissement des mortiers dry-set. Ces additifs et d'autres sont bien connus et sont décrits plus en détail dans les brevets précités.

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Les procédés traditionnels de pose de carreaux au moyen de mortiers dry-set peuvent être utilisés avec les compositions de cette invention. De préférence ces mortiers sont utilisés pour former de minces lits qui ont une épaisseur comprise entre 0,8 et 6,4 mm. Les mortiers décrits dans cette invention peuvent être employés sur une grande variété de surfaces et supports.

Dans les exemples ci-dessous, la rétention d'eau est mesurée suivant le test décrit dans 1'« American Society Ceramic Bulletin» de février 1978, p. 235. Ces mesures déterminent l'indice de rétention. Des valeurs élevées indiquent une rétention améliorée.

Exemple 1:

Dans cet exemple, on illustre l'efficacité obtenue par la présence de l'activateur de rétention d'eau. Des mortiers de même composition, à l'exception de la présence ou de l'absence des activateurs,

sont comparés du point de vue de la rétention d'eau. Les agents de rétention d'eau choisis pour cet exemple sont des poudres de méthylcellulose disponibles dans le commerce sous le nom de Methocel chez Dow Chemical Company. Ces agents de rétention d'eau présentent des viscosités variables en solution à 2%, comme suit: Poudre A : 4 000 cPo Methocel K4M Poudre B: 50000 cPo Methocel 90 HG DGS 5 Poudre C: 75 000 cPo Methocel Dow 856

Six mortiers ayant les compositions décrites dans la table ci-dessous sont préparés. Pour les mortiers 2, 4 et 6, on met en contact intime une portion de la poudre de méthylcellulose spécifiée avec de l'éthylèneglycol avant de les mélanger aux autres composants du io mortier. Cette mise en contact comprend l'agitation du mélange à une température de 100°C pendant 60 min. L'éthylèneglycol ne dissout la méthylcellulose qu'à des températures supérieures à environ 158'C.

Les agents de rétention d'eau restent sous forme de particules et 15 l'éthylèneglycol est absorbé par les particules de l'épaississeur.

Chacun des agents de rétention d'eau, amélioré ou non, est alors combiné avec les autres composants secs de chaque mortier, qui sont réalisés selon la table suivante, les valeurs étant exprimées en parties % poids.

1

2

3

4

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6

Ciment Portland

48,15

Alun

1,25

Sable D

50,00

Ethylèneglycol

—

0,3

—

0,15

—

0,30

Méthylcellulose A

0,6

—

Méthylcellulose B

—

0,3

—

Méthylcellulose C

—

0,3

Les mortiers aqueux sont alors formés à partir de chaque mélange en ajoutant à chacun 24 parties d'eau pour 100 parties de poids de mélange sec, avec brassage. Les agents de rétention d'eau améliorés des mortiers 2, 4 et 6 s'incorporent plus facilement dans le mélange que ce n'est le cas avec les agents non améliorés des mortiers 1, 3 et 5.

Chaque mortier aqueux est alors testé pour ses propriétés de rétention d'eau suivant le test pour l'indice de rétention d'eau des mortiers décrit dans l'article de Herman B. Wagner intitulé «Index of Water Retentivity», paru dans le numéro de février 1978 de l'«Ame-rican Ceramic Society Bulletin», vol. 57, N° 2, p. 235. L'indice de rétention d'eau pour chacun des mortiers est reporté ci-après.

Exemple 2:

Cet exemple illustre le fait que l'activateur peut être incorporé dans le système de mortier dry-set selon trois différentes méthodes qui donnent des valeurs comparables de l'indice de rétention d'eau.

Deux mortiers supplémentaires, 7 et 8, sont préparés qui ont la même composition que le mortier N° 6 de l'exemple 1. Cependant,

les mortiers 7 et 8 sont préparés de manière différente en ce qui con-35 cerne l'addition de l'activateur de rétention d'eau.

Le mortier 7 est préparé comme suit: l'éthylèneglycol est ajouté à un mélange déjà fait des composants secs et de l'agent de rétention d'eau. On verse ensuite le mélange dans de l'eau.

Le mortier 8 est préparé comme suit:

L'agent de rétention d'eau et les composants secs sont ajoutés à une solution aqueuse contenant 1,2% d'éthylèneglycol.

Les mortiers 6, 7 et 8 sont testés en suivant le test de l'exemple 1 et on trouve que tous les mortiers ont un indice de rétention d'eau de 45,0+0,5.

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Exemple 3:

On a découvert que l'éthylèneglycol diminue le temps de prise des mortiers dry-set lorsqu'il est utilisé en petites quantités. Comme conséquence, on doit ajouter un agent retardant la prise comme la 50 glycérine, dans les cas d'utilisation de l'éthylèneglycol. Les formulations suivantes sont typiques.

Ciment Portland

48,15

Sable

50,00

Sulfate d'aluminium

1,25

Méthylcellulose Dow 856

0,30

Ethylèneglycol

0,24

Glycérine

0,06

Ciment Portland

48,075

Sable

50,00

Sulfate d'aluminium

1,25

Tylose MHB 30000

0,45

Ethylèneglycol

0,18

Glycérine

0,045

Mortier

Indice de rétention d'eau

1

54,5

2 (amélioré)

67,0

3

Aucun

4 (amélioré)

44,6

5

24,7

6 (amélioré)

45,0

40

R

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Composition aqueuse de mortier résistant à la perte d'eau au cours du durcissement, caractérisée par le fait qu'elle comprend: un ciment hydraulique; de 0,05 à 3,0%, en poids par rapport aux ingrédients secs, d'un éther cellulosique hydrosoluble, présentant une viscosité comprise entre 15 000 et 150 000 cPo en solution à 2% ; un activateur de la rétention d'eau qui est un produit organique ayant au moins un groupe fonctionnel polaire capable de s'associer à l'eau, ce produit ne présentant à lui seul pas de propriétés épaississantes notables pour l'eau; et de l'eau, l'activateur de la rétention d'eau augmentant la rétention d'eau du mortier et le rapport du poids de l'agent de rétention d'eau au poids de l'activateur étant compris entre les valeurs 20 ; 1 et 1 ; 5.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre jusqu'à 90% d'une charge inerte, par rapport au poids des ingrédients secs de la composition.
3. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit activateur de la rétention d'eau est sous forme liquide aux températures situées entre 20 et 100° C, et dont les groupes fonctionnels sont choisis dans les groupes hydroxyles ou amino.
4. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que Téther cellulosique est choisi dans le groupe formé de la méthyl-cellulose, l'éthylcellulose, l'hydroxypropylméthylcellulose, l'hydr-oxyéthylcellulose et l'hydroxypropylcellulose, la benzylhydroxyé-thylcellulose et la phênylhydroxyéthylcellulose, et les mélanges de ceux-ci.
5. Composition selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ledit éther cellulosique possède une viscosité en solution aqueuse à 2%, comprise entre 25 000 et 80 000 cPo.
6. Composition selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ledit éther cellulosique est présent en quantité de 0,05 à 1,0% poids de la composition sèche.
7. Composition selon la revendication 4, carctérisée par le fait que l'activateur est choisi dans le groupe formé de l'éthylèneglycol, le diéthylèneglycol, le propylèneglycol, le 1,3-propanediol, les mono-et diacétates de glycérol, le glycolate d'éthyle et les mono- et di-éthanolamines.
8. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'agent de rétention d'eau est une méthylcellulose et que l'activateur est de l'éthylèneglycol.
9. Composition selon la revendication 8, caractérisée par le fait que le rapport entre le poids de l'agent de rétention d'eau et l'activateur est compris entre 1:10 et 3 ; 1.
10. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'eau est présente en quantité de 15 à 40% en poids de la composition sèche.
11. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la charge inerte est présente selon une quantité comprise entre 40 et 90% poids de la composition sèche.
12. Composition aqueuse de mortier selon la revendication 1, caractérisée par la présence supplémentaire d'un agent antimousse.
13. Composition selon la revendication 1, caractérisée par la présence de glycérine.
14. Procédé de préparation de la composition aqueuse pour mortier selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on incorpore l'activateur aux composants secs par mélange et qu'on ajoute ensuite de l'eau au mélange ainsi produit.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par les étapes suivantes:

— mise en contact dudit agent de rétention d'eau avec ledit activateur à une température située entre 20 et 100°C sous agitation, qui est maintenue jusqu'à ce que l'activateur soit absorbé par l'agent de rétention d'eau,

— mélange de l'agent de rétention d'eau activé avec les autres composants secs de ladite composition de mortier posé à sec, et

— addition de suffisamment d'eau pour faire la composition aqueuse.
16. Procédé de préparation de la composition aqueuse pour mortier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fait un mélange des composants secs et que ce mélange est combiné avec l'eau contenant l'activateur.
17. Utilisation de la composition aqueuse pour mortier selon la revendication 1 pour la pose de carreaux de céramique sur un support, caractérisée en ce que l'on recouvre le support d'un mince lit de ladite composition aqueuse et que l'on applique le carreau sur le lit.
18. Utilisation selon la revendication 17, caractérisée en ce que le lit a une épaisseur comprise entre 0,8 et 6,35 mm.

Les mortiers résistant à la perte d'eau au cours du durcissement sont considérés dans le métier comme des compositions distinctes des autres mortiers de ciments hydrauliques. Les mortiers traditionnels contiennent généralement un ciment hydraulique, tel le ciment Portland, du sable et de l'eau. Le ciment hydraulique nécessite de l'eau pour prendre ou durcir. Cela a pour cnséquence que les mortiers traditionnels ne prennent pas tout seuls, car ils ont tendance à perdre une quantité d'eau considérable dans l'environnement et aussi dans la tuile ou la maçonnerie qui est posée. Lorsque la perte en eau est trop importante, le durcissement est incomplet et le mortier devient tendre et crayeux.

En augmentant la proportion d'eau dans le mortier de manière à compenser les pertes, le mortier devient trop clair pour être appliqué proprement. Un taux élevé d'eau dans le mortier mène aussi à la création de fissures, cela étant dû à un rétrécissement excessif du mortier durant le durcissement. Pour permettre le durcissement des mortiers traditionnels, des conditions humides doivent être maintenues à la surface du substrat sur lequel on applique le mortier et dans l'atmosphère aux alentours, pendant le durcissement. Par exemple, lors de la pose de tuiles non vitrifiées la perte d'eau est même plus importante, et on doit souvent tremper les tuiles avant de les poser.

Les mortiers résistant à la perte d'eau au cours du durcissement se différencient des mortiers de ciments traditionnels en ce qu'ils contiennent des agents supplémentaires de rétention d'eau qui tendent à empêcher la perte de quantités substantielles d'eau vers les alentours pendant le durcissement. Le terme anglais «dry-set» désigne ces mortiers dans les pays anglo-saxons.

De telles compositions peuvent être utilisées comme revêtement, adhésif, mortier ou mastic en contact avec divers matériaux comme la maçonnerie, le béton, le polystyrène expansé à cellules ouvertes ou fermées, les panneaux d'isolation en uréthanne, les panneaux de gypse, du béton à armature en fibre de verre, du mortier clair à base de ciment Portland et autres assises pour parois et planchers, des briques, des tuiles céramiques, du marbre et du stuc.

Les mortiers dry-set ont été décrits, par exemple, dans les brevets US 2820713,2934932,2990382,3030258 et 3243307. Les produits qui ont été généralement ajoutés aux mortiers dry-set pour améliorer la rétention d'eau sont des produits à haut poids moléculaire qui, de manière générale, augmentent la viscosité de la phase liquide du mélange du mortier. On a appris que la rétention d'eau correspond directement à l'augmentation de la viscosité de la phase liquide du mortier. En conséquence, les agents de rétention d'eau tombent généralement dans la catégorie des épaississeurs à haut poids moléculaire de type hydrosoluble, car ils épaississent ou augmentent la viscosité de la phase liquide du mortier.

Dans le brevet US N° 3030258, on décrit un mortier dry-set qui possède d'excellentes propriétés de rétention d'eau lorsqu'il contient de la méthylcellulose ayant une viscosité comprise entre 10 et 7000 cPo, en solution à 2%, en quantité de 0,2 à 6,5% rapportée au poids sec de la composition.

Dans le brevet US N° 3243307, on apprend que l'hydroxyéthyl-cellulose est plus efficace que la méthylcellulose, car une quantité

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moindre d'hydroxyéthylcellulose est nécessaire pour obtenir les mêmes propriétés de rétention d'eau.

L'efficacité supérieure de l'hydroxyéthylcellulose peut être attribuée à sa plus grande viscosité, décrite dans le brevet comme étant comprise entre 400 et 30000 cPo, en solution à 2%. Bien que la rétention d'eau soit associée à l'amélioration de la viscosité de la phase liquide du mortier, le mécanisme réel de l'amélioration de la rétention d'eau n'a pas encore été totalement expliqué.

Dans la demande de brevet US N° 709176 au nom de Bernett, déposée le 27 juillet 1976, on rapporte qu'un remplacement partiel des éthers cellulosiques de haute viscosité par des alcools polyvinyli-ques solubles dans l'eau froide et de basse viscosité ne provoquent pas de diminution dans les propriétés de rétention d'eau. Ce brevet de Bernett nous apprend donc que la rétention d'eau n'est pas seulement fonction de la viscosité de l'agent de rétention d'eau ajouté au mortier dry-set. On a découvert maintenant que l'addition de certains produits organiques, qui en eux-mêmes ne présentent pas de propretés d'épaississeurs particulières, au lieu de diluer simplement la phase liquide, améliorent les propriétés de rétention d'eau d'un mortier dry-set. Cette découverte est très importante, car les liquides organiques qui possèdent ces propriétés sont considérablement moins coûteux que les agents de rétention d'eau à haut poids moléculaire utilisés dans les mortiers dry-set. L'addition de ces liquides organiques ne remplace pas le besoin d'un agent à haut poids moléculaire, tel qu'un éther cellulosique, mais ces liquides organiques permettent une réduction de la quantité d'éther cellulosique. Donc, pour une quantité donnée de l'agent de rétention d'eau, des propriétés supérieures de rétention d'eau peuvent être obtenues par l'emploi d'activateurs décrits ici. En conséquence, les activateurs permettent un emploi plus efficace des agents de rétention d'eau, particulièrement ceux de haute viscosité.

On a découvert, en accord avec l'invention décrite ici, que des propriétés améliorées de rétention d'eau sont obtenues dans les mortiers dry-set par l'utilisation d'agents de rétention d'eau prétraités avec un activateur approprié, ou par addition de l'activateur directement au mortier contenant l'agent de rétention d'eau, sans prétraitement.

Donc, l'activateur peut être ajouté in situ avec l'épaississeur et les autres composants du mortier et l'eau. Les propriétés d'épaississe-ment améliorés n'expliquent pas complètement les résultats plutôt surprenants qui sont ainsi obtenus. Un certain nombre de publications antérieures ont décrit l'utilisation de liquides organiques dans des compositions de ciment hydraulique, mais ces compositions ne sont pas des mortiers dry-set et ne contiennent donc pas d'agent de rétention d'eau. Par exemple, le brevet US N° 3239479 décrit l'utilisation de triéthylèneglycol comme humectant dans une composition conventionnelle de ciment. Dans le brevet US N° 3090692, on utilise de la triéthanolamine dans la fabrication de blocs de béton.