Introduction
À base de carbone colle à carrelage marque un nouveau tournant dans le domaine de la haute performance colle à carrelage à base de ciment. Il est composé de ciment, de sable calibré, de poudre de polymère, d'éther de cellulose et de matériaux carbonés spéciaux, afin d'améliorer l'adhérence, la souplesse, la résistance aux fissures, le transfert thermique et la durabilité.
Les matériaux à base de carbone peuvent être des dérivés de graphène modifiés, des fibres de carbone, de la poudre de charbon actif, de la poudre de graphite conductrice, du noir de carbone, des matériaux à base de carbone hydrophobes ou des microsphères céramiques recouvertes de carbone. Chaque matériau à base de carbone remplit une fonction différente. Certains améliorent la résistance mécanique. D’autres réduisent la formation de fissures. D’autres encore aident l’adhésif à mieux résister à la chaleur et à l’humidité. D’autres enfin améliorent la durabilité dans les environnements extérieurs ou humides.
Cet article présente cinq formules pratiques de colle à carrelage à base de carbone. Chaque formule est destinée à un usage différent :
| Type de formule | Cible principale |
|---|---|
| Type universel de base | Pose de carrelage mural et de sol en intérieur |
| Type à haute résistance et à prise rapide | Rapidité de construction et résistance précoce |
| Type ultra-souple anti-fissures | Grandes tuiles et supports déformables |
| Type à faible retrait et résistant à la fissuration superficielle | Pose de carrelage sur de grandes surfaces et en couche mince |
| Modèle hautement résistant à l'eau et aux intempéries | Salles de bains, piscines, cuisines, balcons et utilisation en extérieur |
Ces formules constituent des points de départ utiles pour les producteurs de mortier prêt à l'emploi, les fabricants de colle à carrelage et les formulateurs de matériaux de construction. La formule finale doit toutefois être testée en tenant compte du ciment local, du rapport sable/eau, du type de carrelage, de la température et norme de référence.
Qu'est-ce qu'une colle à carrelage à base de carbone ?
La colle à carrelage à base de carbone est une colle à carrelage à base de ciment modifiée à l'aide de matériaux fonctionnels à base de carbone. Elle conserve la structure habituelle d'une colle à carrelage en mélange sec. Elle contient généralement du ciment, du sable, éther de cellulose, de la poudre de polymère redispersible et d'autres additifs. La différence réside dans le fait que les matériaux à base de carbone sont ajoutés pour résoudre des problèmes de performance spécifiques.
Par exemple, les dérivés du graphène peuvent améliorer l'adhérence et la résistance à la rupture. La fibre de carbone peut contribuer à répartir les contraintes au sein de la couche adhésive. La poudre de graphite conductrice peut favoriser le transfert thermique, ce qui s'avère utile dans les systèmes de chauffage au sol. La poudre de charbon actif peut contribuer à améliorer les performances environnementales et à réguler le micro-environnement interne. Les matériaux carbonés hydrophobes peuvent contribuer à réduire l'absorption d'eau dans les formulations destinées aux zones humides.
Un bon mortier-colle à base de carbone ne doit pas seulement offrir une forte adhérence. Il doit également présenter une maniabilité stable, un temps ouvert suffisant, une bonne rétention d'eau, un faible retrait et une forte résistance à la fissuration. C'est là que l'éther de cellulose joue un rôle important.
Zhiwei (Jinan) New Materials Co, Ltd. fournitures HPMC et HEMC produits pour la colle à carrelage et mortier prêt à l'emploi. Dans le cas des colles à carrelage à base de carbone, on trouve des qualités telles que Zhiwei HPMC 40K, HPMC 100K, HPMC 150K, HEMC 100H, et HEMC 150H peut contribuer à réguler la rétention d'eau, la prise en épaisseur, le temps ouvert, la maniabilité à la truelle et la résistance au glissement. Le choix de la meilleure qualité dépend du type de ciment, de la granulométrie du sable, du dosage en polymères, de la température et de l'application visée.
Formule 1 : Colle à carrelage universelle de base à base de carbone
Cette formule est conçue pour la pose de carrelage mural et de sol en intérieur dans des conditions normales. Elle permet de maîtriser les coûts, offre une meilleure résistance qu'un simple mortier de ciment et de sable, et garantit des performances d'adhérence de base stables.
Formule en poids
| Matière première | Posologie recommandée |
|---|---|
| Ciment Portland de grade 42,5 | 38 à 40 pièces |
| Sable de quartz calibré, 40-70 mesh et 70-140 mesh | 45 à 48 pièces |
| Poudre dérivée de graphène modifié | 0,3 à 0,5 partie |
| Poudre de charbon actif issu de la biomasse | 2 à 3 parts |
| Éther de méthylcellulose ou HPMC/HEMC | 0,2 à 0,3 parties |
| Poudre de polymère redispersible, type général | 1,5 à 2,0 parts |
Logique des formules
Le ciment assure la résistance de base. Le sable de quartz calibré permet de contrôler la structure du squelette et de réduire le retrait. Le dérivé de graphène modifié fait office de matériau fonctionnel à base de carbone. Il améliore l'adhérence, la ténacité et la répartition des contraintes au sein de l'adhésif.
La poudre de charbon actif issu de la biomasse peut contribuer à adsorber certaines impuretés et favoriser un environnement plus stable pour l'hydratation du ciment. Elle confère également à la formulation une orientation plus respectueuse de l'environnement.
L'éther de cellulose est utilisé en faible quantité, mais son rôle est essentiel. Il permet de retenir l'eau au sein du mortier pour favoriser l'hydratation du ciment. Il améliore le temps ouvert et facilite l'application de la colle. Pour cette formule, il est possible de tester le Zhiwei HPMC 40K ou le HEMC 60K lorsque l'objectif est une application lisse à la truelle et une pose normale en intérieur. Si la colle nécessite une meilleure rétention d'eau ou un meilleur maintien des carreaux en position verticale, il est possible de tester le Zhiwei HPMC 100K ou le HEMC 100H.
Applications adaptées
Cette formule convient aux carreaux de céramique, aux carreaux émaillés et à la pose classique de carrelage en intérieur. Elle permet de réduire les risques de creux et de fissures par rapport à un mortier de ciment très simple. C'est un choix pratique lorsque le projet nécessite de meilleures performances sans pour autant exiger une prise rapide haut de gamme ou une flexibilité extrême.
Formule 2 : Colle à carrelage à base de carbone, haute résistance et à prise rapide
Cette formule est conçue pour les projets nécessitant un développement rapide de la résistance. Elle est utile pour les chantiers à basse température, les espaces commerciaux, les passages souterrains, petites réparations, ainsi que les systèmes de chauffage au sol.
Formule en poids
| Matière première | Posologie recommandée |
|---|---|
| Ciment Portland à prise rapide de classe 52,5 | 40 à 42 pièces |
| Sable de silice calibré, principalement de 50 à 100 mesh | 40 à 43 pièces |
| Nanofibres de carbone coupées en morceaux | 0,8 à 1,2 parts |
| Poudre de graphite conductrice | 1,0 à 1,5 parts |
| Éther de méthylcellulose ou HPMC/HEMC | 0,25 à 0,35 partie |
| Poudre de polymère redispersible VAE | 2,0 à 2,5 parts |
| Formiate de calcium | 0,5 à 1,0 partie |
Logique des formules
Le ciment à prise rapide de haute qualité confère à la colle une résistance initiale élevée. Le formiate de calcium contribue à accélérer la prise et le développement de la résistance initiale. La poudre de graphite conductrice favorise le transfert de chaleur au sein de la couche adhésive, ce qui s'avère utile lorsque la formulation est utilisée dans le cadre d'un chauffage au sol ou dans des conditions de construction à basse température.
Les nanofibres de carbone broyées agissent comme une structure de micro-renfort. Elles facilitent la répartition des contraintes et améliorent la résistance à la traction et aux chocs. La poudre de polymère améliore la cohésion interne et l'adhérence.
Le choix de l'éther de cellulose doit être mûrement réfléchi dans cette formulation. Un mortier-colle à prise rapide doit conserver suffisamment d'eau pour l'hydratation, sans pour autant ralentir excessivement le développement de la résistance initiale. Le Zhiwei HEMC 100H peut être testé lorsque la formulation nécessite un équilibre entre rétention d’eau, performances précoces et maniabilité. Le Zhiwei HPMC 40K ou HPMC 100K peut également être testé en fonction de la viscosité et du temps ouvert requis.
Applications adaptées
Cette formule est adaptée aux chantiers à cadence rapide, aux travaux d'hiver en intérieur, aux centres commerciaux, aux passages et aux systèmes de chauffage au sol. L'opérateur doit préparer de petits lots, car le temps de travail peut être plus court. L'équipe de chantier doit poser et laisser prendre les carreaux rapidement après le mélange.
Formule 3 : Colle à carrelage à base de carbone ultra-souple et anti-fissures
Cette formule est conçue pour les substrats déformables, carreaux grand format, les dalles minces, les cloisons légères et les zones soumises à des vibrations ou à des variations de température.
Formule en poids
| Matière première | Posologie recommandée |
|---|---|
| Ciment Portland de grade 42,5 | 35 à 38 pièces |
| Sable de quartz à module d'élasticité élevé, principalement de granulométrie 70-120 mesh | 40 à 43 pièces |
| Nanofeuilles de graphène à rapport d'aspect élevé | 0,4 à 0,6 partie |
| Microsphères de carbone flexibles modifiées par une résine | 2,5 à 3,5 parts |
| HPMC, à forte rétention d'eau et à fort pouvoir épaississant | 0,3 à 0,4 partie |
| Poudre polymère souple redispersible, de type acrylique par exemple | 3,0 à 4,0 pièces |
| Fibres courtes de polypropylène | 0,05 à 0,1 partie |
Logique des formules
Il s'agit d'une formule axée sur la flexibilité. Les nanofeuilles de graphène assurent un renforcement en forme de feuille et favorisent la répartition des contraintes. Les microsphères de carbone flexibles modifiées par une résine agissent comme des points d'amortissement élastiques au sein de la structure. Elles contribuent à absorber l'énergie de déformation.
Une dose plus élevée de poudre de polymère améliore la souplesse et l'adhérence. La fibre de polypropylène contribue à limiter la formation de microfissures. L'HPMC améliore la rétention d'eau, l'épaississement, la résistance à l'affaissement et le temps ouvert.
Pour les colles à carrelage grand format, on peut envisager d'utiliser les produits Zhiwei HPMC 100K, HPMC 150K, HEMC 100H ou HEMC 150H pour les essais. Ces grades sont particulièrement adaptés lorsque la colle doit présenter une meilleure consistance, un temps ouvert plus long et des crêtes plus stables après l'application à la truelle.
Applications adaptées
Cette formule convient aux carreaux de plus de 600 mm, aux grandes dalles, aux panneaux composites en pierre, aux cloisons légères, aux zones à ossature bois et aux supports présentant un risque de mouvement visible. Avant l'application, le support doit être renforcé ou traité avec un apprêt adapté si nécessaire.
Formule 4 : Colle à carrelage à base de carbone, à faible retrait et anti-fissuration
Cette formule est conçue pour réduire les fissures de retrait dues à la sécheresse lors de la pose en couche mince et dans le cadre de projets de sols de grande superficie.
Formule en poids
| Matière première | Posologie recommandée |
|---|---|
| Ciment Portland à faible teneur en alcalis, de qualité 52,5 | 38 à 40 pièces |
| Sable de quartz calibré, principalement de granulométrie 40-70 mesh | 46 à 49 pièces |
| Noir de carbone à structure spéciale | 0,8 à 1,2 parts |
| Matériau fonctionnel à base de carbone compensant la dilatation | 1,5 à 2,0 parts |
| Éther de méthylcellulose ou HPMC/HEMC | 0,2 à 0,3 parties |
| Poudre de polymère redispersible | 1,8 à 2,2 parts |
| Réducteur d'eau à haut rendement | 0,2 à 0,4 parties |
Logique des formules
Le retrait est souvent dû à une forte absorption d'eau, à une mauvaise granulométrie, à une proportion excessive de poudre fine et à une perte d'humidité inégale. Cette formule permet de réduire le retrait à plusieurs niveaux.
Le ciment à faible teneur en alcalis améliore la stabilité. La granulométrie optimisée du sable réduit la quantité d'eau nécessaire. Le réducteur d'eau diminue le rapport eau/ciment. Le matériau à base de carbone compensant la dilatation produit un léger effet de compensation au contact de l'eau. Un noir de carbone spécial améliore la densité de la matrice et contribue à réduire le retrait capillaire.
L'éther de cellulose améliore la répartition de l'eau et rend le séchage plus homogène. Pour cette formule, il est possible de tester les produits Zhiwei HPMC 40K, HPMC 100K ou HEMC 100H. Le choix final doit être effectué après avoir vérifié la rétention d'eau, la prise en main à la truelle, le temps ouvert et le comportement au retrait.
Applications adaptées
Cette formule convient aux grands salons, aux sols commerciaux, à la pose en couche mince et aux projets nécessitant une meilleure stabilité dimensionnelle. Elle permet de réduire les craquelures superficielles et les fissures causées par le retrait au séchage. Une bonne ventilation est importante, mais les conditions de séchage ne doivent pas changer trop brusquement.
Formule 5 : Colle à carrelage à base de carbone, hautement résistante à l'eau et aux intempéries
Cette formule est conçue pour les zones humides, l'exposition aux intempéries, les risques de gel-dégel, les salles de bains, les cuisines, les piscines, les balcons et les revêtements en carrelage semi-extérieurs.
Formule en poids
| Matière première | Posologie recommandée |
|---|---|
| Ciment sulfoaluminate, ou ciment à haute teneur en alumine mélangé à du ciment Portland | 30 à 35 pièces |
| Ciment Portland pour une résistance et une stabilité à long terme | 5 à 10 parties |
| Sable de quartz calibré | 40 à 45 pièces |
| Microsphères céramiques recouvertes de graphène hydrophobe | 3,0 à 4,0 pièces |
| Tissu en fibres de carbone coupées résistant aux produits chimiques | 1,0 à 1,5 parts |
| Éther de cellulose modifié résistant à l'eau | 0,25 à 0,35 partie |
| Poudre de polymère redispersible hydrophobe, telle qu'une poudre de type acrylique pur | 2,5 à 3,5 parts |
| Agent antimousse hautement efficace | 0,1 à 0,2 partie |
Logique des formules
Le type de ciment utilisé joue ici un rôle important. Le ciment au sulfoaluminate ou le ciment à haute teneur en alumine permettent de former une structure d'hydratation plus dense, offrant une bonne résistance initiale et une meilleure résistance à l'eau. Le ciment Portland assure la résistance à long terme et la stabilité de la formulation.
Les microsphères céramiques recouvertes de graphène hydrophobe contribuent à réduire l'absorption d'eau. Elles créent une structure plus hydrofuge à l'intérieur de l'adhésif. La fibre de carbone coupée améliore la résistance et la durabilité à long terme face à l'humidité ou aux agressions chimiques.
La poudre de polymère hydrophobe améliore l'étanchéité de l'interface. L'agent antimousse réduit la quantité d'air emprisonné et aide l'adhésif à former une couche plus dense.
Dans cette formulation, l'éther de cellulose doit assurer la rétention d'eau sans nuire à l'imperméabilité. Zhiwei HEMC 150H, HEMC 200H, il est possible de tester l'HPMC 100K ou l'HPMC 150K en fonction de la viscosité visée, des exigences en matière de résistance à l'affaissement et du temps ouvert. L'adhésif final doit également être testé avec le produit sélectionné coulis et système d'étanchéité car l'étanchéité dépend de l'ensemble de la structure de pose du carrelage.
Applications adaptées
Cette formule convient aux salles de bains, aux parois de piscine, aux cuisines, aux balcons, aux revêtements en carrelage extérieurs et aux zones exposées à un contact prolongé avec l'eau. La colle à carrelage doit être utilisée en association avec des matériaux d'étanchéité, de jointoiement et de scellement adaptés.
Pourquoi l'HPMC et l'HEMC jouent-ils un rôle important dans les colles à carrelage à base de carbone ?
Les matériaux à base de carbone peuvent améliorer la résistance, la ténacité, le transfert thermique et la durabilité. Cependant, ils ne remplacent pas l'éther de cellulose. Une colle à carrelage doit toujours présenter de bonnes performances à l'état frais. Le poseur doit pouvoir l'étaler, la lisser, ajuster le carrelage et maintenir un contact humide suffisant avant l'hydratation du ciment.
L'HPMC et l'HEMC permettent de résoudre ces problèmes pratiques :
| Fonction | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Rétention d'eau | Permet de retenir l'eau dans le mortier pour favoriser l'hydratation du ciment |
| Temps ouvert | Cela laisse suffisamment de temps au poseur pour poser et ajuster les carreaux |
| Aptitude au travail | Améliore la facilité d'application et le rendu à la truelle |
| Résistance au glissement | Permet aux carreaux de rester bien en place sur les surfaces verticales |
| Épaississement | Renforce la structure et améliore la stabilité de la crête |
| Contrôle de la cohérence | Réduit les écarts de traitement d'un lot à l'autre |
Les produits HEMC de Zhiwei sont utilisés dans les systèmes de colle à carrelage à base de ciment afin d'améliorer la rétention d'eau, le temps ouvert, la maniabilité et la résistance au glissement. Les produits HPMC de Zhiwei sont également utilisés dans les colles à carrelage, les mortiers prêts à l'emploi, les enduits muraux et les matériaux de construction pour lesquels la rétention d'eau et la maniabilité sont des critères importants.
Pour une colle à carrelage de base, les formulateurs peuvent commencer par utiliser le Zhiwei HPMC 40K ou HEMC 60K. Pour les systèmes de carrelage grand format nécessitant un temps ouvert plus long, les produits Zhiwei HPMC 100K, HPMC 150K, HEMC 100H et HEMC 150H constituent des options d'essai plus adaptées. Pour les formulations haut de gamme ou complexes, le choix de la nuance doit être effectué après avoir testé le type de ciment, la granulométrie du sable, la poudre de polymère, le dosage en carbone et la température de mise en œuvre.
Consignes de mélange et d'application
Même une formule performante peut s'avérer inefficace si le mélange et la mise en œuvre sont mal réalisés. La colle à carrelage à base de carbone nécessite un mélange à sec homogène et un ajout d'eau adéquat.
Tout d'abord, toutes les poudres sèches doivent être mélangées de manière homogène. Les matériaux à base de carbone sont souvent légers et ont tendance à s'agglomérer ; ils nécessitent donc un temps de mélange à sec suffisant. Ensuite, l'eau doit être ajoutée tout en continuant à mélanger régulièrement. La poudre doit être mélangée jusqu'à ce que le mortier devienne homogène et exempt de grumeaux visibles. Enfin, le mortier doit reposer pendant 3 à 5 minutes. Ce temps de maturation favorise l'hydratation de l'éther de cellulose et améliore la consistance. Le mortier doit ensuite être remué brièvement avant utilisation.
Le rapport eau/poudre habituel peut se situer entre environ 20% et 25%, mais il doit être ajusté en fonction des matières premières utilisées et de la maniabilité souhaitée. L'opérateur ne doit pas ajouter trop d'eau une fois que le mortier a atteint sa maturité. Un excès d'eau peut réduire la résistance, augmenter le retrait et nuire à la résistance au glissement.
Le support doit être solide, propre et exempt d'huile, de poussière, de particules non adhérentes et de couches fragiles. La surface doit présenter une capacité d'absorption adéquate. Les supports très denses ou fragiles peuvent nécessiter l'application d'un apprêt ou d'un traitement d'interface.
Le choix d'une truelle dentée doit se faire en fonction de la taille des carreaux. Les carreaux de grand format nécessitent une meilleure couverture de colle. Pour les applications exigeantes, il peut être nécessaire d'appliquer de la colle sur le dos des carreaux afin d'améliorer la surface de contact.
Comment choisir la bonne formule
La meilleure formule de colle à carrelage à base de carbone dépend de l'application.
Pour les carreaux de céramique d'intérieur classiques, la formule universelle de base suffit généralement. Pour les espaces commerciaux nécessitant une mise en service rapide, la formule à prise rapide et haute résistance est préférable. Pour les carreaux grand format, les dalles minces et les supports déformables, la formule ultra-flexible anti-fissures constitue le choix le plus sûr. Pour les travaux de sol sur de grandes surfaces et la pose en couche mince, il convient d'envisager la formule à faible retrait. Pour les salles de bains, les piscines, les balcons, les cuisines et les aménagements extérieurs, la formule hautement résistante à l'eau est plus adaptée.
Le choix de la qualité de l'éther de cellulose doit obéir à la même logique. Une formule simple peut se contenter d'une viscosité modérée. Un mortier-colle pour carrelage grand format nécessite une consistance plus ferme et un temps ouvert plus long. Un mortier-colle à prise rapide nécessite une qualité qui favorise la rétention d'eau sans trop ralentir le développement de la résistance initiale. Une formule destinée aux zones humides doit présenter une maniabilité stable et doit être testée conjointement avec l’ensemble du système d’étanchéité et de jointoiement.
Conclusion
La colle à carrelage à base de carbone offre aux fabricants de colle à carrelage un moyen pratique de développer des produits plus performants. En utilisant différents matériaux à base de carbone, la formule peut être conçue pour optimiser la résistance d'adhérence, la souplesse, la résistance à la fissuration, un faible retrait, une prise rapide, le transfert thermique, la résistance à l'eau et la durabilité à long terme.
Les cinq formules présentées dans cet article illustrent différentes approches de conception. Les dérivés de graphène modifiés sont utiles pour améliorer la ténacité de base et l’adhérence. Les nanofibres de carbone et le graphite conducteur permettent d'obtenir des systèmes à prise rapide et à haute résistance. Les nanofeuilles de graphène, les microsphères de carbone souples et la poudre de polymère contribuent à la mise au point de formules anti-fissures. Le noir de carbone et les matériaux carbonés compensant la dilatation aident à réduire le retrait. Les matériaux carbonés hydrophobes et les fibres de carbone favorisent la durabilité en milieu humide et en extérieur.
Pour garantir une production stable, les matériaux à base de carbone doivent être associés à l'éther de cellulose approprié. Les grades HPMC et HEMC de Zhiwei permettent aux fabricants de colles à carrelage d'améliorer la rétention d'eau, le temps ouvert, la maniabilité, la résistance au glissement et la stabilité à l'état frais. Un bref essai en laboratoire, réalisé avec les proportions réelles de ciment, de sable, de poudre de polymère, de matériau à base de carbone et d’eau, constitue le meilleur moyen de déterminer la nuance et le dosage finaux.