Kitabı oku: «Procesos y tratamientos químicos y clasificación de los productos de piedra natural. IEXD0108»

Capítulo 1

Procesos y tratamientos químicos de la piedra natural

1. Introducción

Para el tratamiento de la piedra natural se emplean productos químicos que, aplicados de manera adecuada, mejoran las propiedades de la piedra adaptándola a los requerimientos que de ellas se esperan.

Para ello se extiende el preparado químico sobre la superficie de la pieza, que entrará en sus poros actuando y consiguiendo el resultado buscado.

Estos tratamientos de la piedra pueden ir encaminados a reforzar su resistencia a los ataques de agentes externos, mejorar la resistencia mecánica de la pieza, variar su color, tonalidad o aspecto u otros resultados.

Los componentes químicos empleados deben ser correctamente almacenados, manipulados y eliminados con el objeto de evitar riesgos para la salud humana y para el medio ambiente.

2. Procesos y tratamientos químicos de la piedra natural. Tipos, características, propiedades y aplicaciones

Existe un gran número de productos químicos en el mercado que se utilizan en el tratamiento de la piedra natural. Los principales tratamientos empleados son los siguientes:

Nota

Tras someterla a un proceso industrial de elaboración, la piedra natural es apta como material de construcción, ornamentación o escultura, manteniendo las propiedades físicoquímicas, textura y composición originales.

2.1. Resinado

El resinado de la piedra natural es un proceso destinado a corregir algunas singularidades de la piedra. En él se rellenan los huecos y/o fisuras con resinas, consiguiendo una masa continua y reforzada sin puntos de debilidad.

El resinado es muy empleado en aquellas piedras que presentan muchos poros o cavidades, como es el caso del travertino, aunque en general se emplean en todos aquellos tipos de materiales pétreos que lo requieran.

Pieza de travertino sin resinar.

Sus principales aplicaciones son:

1 Reforzar piedras frágiles que podrían romperse durante el proceso de acabado superficial o durante su manipulación y transporte.

2 En piedras porosas o con muchas oquedades, rellenan estos huecos, consiguiendo una superficie lisa y sin la debilidad que suponen estos huecos.

3 En piedras con fracturas o grietas se aplica la resina pegándose ambas caras de la grieta, reforzando la piedra al sellar esta zona de debilidad.

4 El pulido de una piedra con microfisuras suele ocasionar un acabado irregular; aplicando un resinado a estas piedras, el acabado del pulido es más perfecto.

Se puede aplicar el resinado a bloques muy fracturados enteros de piedra natural haciendo posible su corte. Para ello se introduce el bloque en un recipiente o saco (de dimensiones adecuadas) con resina, recubriendo todo el bloque. El resultado es un bloque rodeado por una capa externa de resina que lo soportará durante el proceso de corte, evitando en gran medida la disgregación del mismo.

Las superficies obtenidas del corte del bloque tendrán que volverse a resinar para su acabado final.

Para realizar el resinado de una pieza, esta debe estar completamente seca y sin humedad. El agua presente en la piedra, generalmente almacenada en los poros o microfisuras, impide la entrada de la resina, además de afectar negativamente a su catálisis y, por tanto, a su capacidad de unión y dureza.

En el mercado existen diferentes tipos de resinas, dividiéndose principalmente en:

1 Resinas de poliéster insaturado, generalmente empleadas en el mármol por su menor coste y sus propiedades mecánicas adecuadas y suficientes para este tipo de piedras. En su aplicación se suelen mezclar con aceleradores endurecedores que reducen su tiempo de catálisis.

2 Resinas epoxi, normalmente empleadas en granitos, ya que las propiedades mecánicas de estos son más exigentes. Son mezclas de dos componentes: componente A resina y componente B catalizador/endurecedor. La mezcla es en torno a 20% de catalizador y 80% de resina, aunque la proporción entre ambos compuestos es variable en función de las propiedades requeridas a la resina. Es común que una misma resina tenga la posibilidad de mezclarse con diferentes catalizadores en función de la viscosidad demandada para su aplicación.

A las resinas se les puede adicionar diferentes aditivos, los más usuales son: pigmentos para dar color, fotoiniciadores cuando se emplean sistemas de curado por ultravioleta, promotores de adhesión, humectantes, antioxidantes, biocidas, etc.

Tablero de granito negro con resina epoxi transparente, antes de realizar el pulido final.

Las resinas pueden ser transparentes, para respetar el color de la piedra y destacar su porosidad, o tener colores neutros que al mezclarlos con pigmentos se asemejan al color natural de la piedra a tratar, de forma que al rellenar las oquedades/grietas, las disimulan haciéndolas parecer vetas o manchas naturales de la piedra.

Las resinas se caracterizan por:

1 Sus propiedades mecánicas, que deben ser acordes a las del tipo de piedra a tratar.

2 La adhesión, que da idea del grado de unión entre la resina y la piedra.

3 La composición química, sobre todo desde el punto de vista medioambiental y de seguridad laboral.

4 La viscosidad, relacionada con la densidad de la resina, se puede definir como la resistencia de la resina a fluir. De forma que las resinas con poca viscosidad fluyen con mayor facilidad que las que tienen alta viscosidad.

5 El tiempo abierto, que es el tiempo que transcurre desde la aplicación de la resina hasta que se realiza el secado superficial de la misma.

Una resina más líquida, es decir, menos viscosa, fluirá mejor, por lo que penetrará mejor por los pequeños huecos y microfisuras, impregnando todas las cavidades de la piedra, mientras que una resina más viscosa será adecuada para el relleno de huecos y grietas de mayor tamaño.

Tablero de travertino resinado transparente con adición de guijarros para tapar la profundidad del hueco.

Nota

Variando las proporciones de las mezclas entre componentes se obtienen resinas de diferentes viscosidades y tiempo abierto.

Cuanto más líquida es una resina, mayor es su tiempo abierto, ya que su catálisis es más lenta, obligando a mantener más tiempo la pieza en el horno de secado.

Los pasos que se deben seguir para realizar el resinado de un tablero, banda u otro producto de piedra natural son los siguientes:

1 Preparar la superficie, para ello se calibra y se apomaza hasta un grano 120.

2 Limpiar la superficie eliminando restos de polvo, aceites y otros productos que dificultarían el pegado de la resina.

3 Secar la pieza, introduciéndola en un horno de secado donde permanece a una temperatura en torno a 40 ºC, hasta que se elimina completamente el agua. Otra forma de secado es el barrido con aire caliente y aplicación de calor con lámparas infrarrojas.

4 Extender la resina sobre la superficie de forma automática y/o manual, dependiendo del tipo de instalación. Es común que un cabezal provisto de difusores rocíe la resina de forma automática y un operario, a continuación, se asegure de su correcta distribución con la ayuda de un rodillo y/o espátula, según la densidad de la resina y el tamaño de poros o fracturas de la piedra.Extensión de la resina de forma manual.

5 Penetración por vacio. Cuando es necesario conseguir una mayor penetración de la resina en la matriz rocosa se introduce en una cámara de vacío. En la cámara de vacío, una vez introducida la pieza y cerradas sus compuertas de entrada y salida, se succiona el aire favoreciendo la entrada de la resina en la porosidad de la piedra.

Nota

El tiempo de estancia en la cámara de vacío dependerá de las características de la pieza y resinas empleadas.

6. Comprobación del resinado y repaso manual de posibles defectos de aplicación.

7. Catálisis de la resina, para ello se introduce la pieza en el horno de catálisis, donde se mantienen las condiciones adecuadas fijadas por el fabricante para el correcto endurecimiento de la resina. La temperatura debe mantenerse en torno a los 40 ºC. Para algunos tipos de resina, en lugar de hornos se emplean lámparas ultravioletas.

Horno de bandejas estático empleado para secado y catálisis.

8. A las 2 o 4 horas de catálisis la pieza ya se puede manipular y retirar del horno de catálisis. El tiempo necesario depende fundamentalmente del tipo de resina.

9. Una vez endurecida la resina, respetando los tiempos aconsejados por el fabricante (en torno a las 24, 48 o 72 horas desde la aplicación), se continúa el proceso de pulido hasta obtener la superficie con el grado de pulido y brillo requerido.

Nota

En este proceso se eliminan los sobrantes de resina, es decir, aquella que está sobre la superficie y por tanto sin rellenar/reforzar tanto poros como grietas.

Las líneas de resinado automáticas realizan todos estos pasos en continuo sirviéndose de mesas de rodillos, mesas giratorias y brazos robotizados que van desplazando los tableros o bandas entre las distintas etapas. En las fases de secado, resinado y catálisis las piezas se desplazan sobre parrillas que permiten su directa introducción en los hornos.

Línea de resinado automática

Actividades

1. ¿Qué tipo de resina se debe emplear si se quiere destacar la profundidad de los poros o grietas de un mármol? Y si lo que se pretende es ocultarlo ¿se emplearía la misma?

2.2. Consolidado

Se trata de reforzar la estructura interna de una piedra porosa resinando su red de poros para conseguir una mejora en sus propiedades mecánicas, haciendo la pieza más resistente. Se introduce un material de refuerzo (resina) en el interior de la pieza, de forma que sustituye al aire y al agua en el relleno de sus microcavidades internas, creando una red interna a modo de esqueleto que además de cohesionar los granos de la piedra, pega los materiales disgregados de la superficie a la parte sana del sustrato.

Detalle de piedra arenisca

Recuerde

Se emplea principalmente para reforzar piezas de piedras porosas con características mecánicas bajas como las areniscas y algunas calizas.

El proceso es similar al del resinado, difiriendo de este en los tiempos de curado, ya que los productos empleados para el consolidado deben penetrar al máximo en el interior de la pieza y no solo quedar en su superficie, ocupando y rellenando todos sus poros y microfracturas, por lo que se utilizan productos más fluidos y con un tiempo de catálisis muy superior a los empleados para el resinado convencional de superficies.

Para la aplicación de consolidantes se suelen emplear técnicas similares a las del resinado.

Primero, la piedra deberá ser secada eliminando el agua de los poros, tras tratar con el consolidante es aconsejable emplear técnicas de vacío para ayudar a la penetración del mismo en el interior de la matriz. Para aumentar el tiempo de contacto con el producto y con él la penetración, se retarda el secado del consolidante con continuas aplicaciones o con sistemas que mantengan el material en húmedo. Generalmente, se aplica con sistema de inmersión o con cepillos, ya que la pulverización sería insuficiente.

Aplicación manual de consolidantes

Cuando se realizan varias aplicaciones se empieza con un consolidante más liquido, para que penetre más profundamente; se irá aumentando la viscosidad de este en las sucesivas aplicaciones, hasta que la pieza no admita más producto por saturación. Las distintas capas se deben aplicar con la anterior aún sin secar, siguiendo los tiempos aconsejados por el fabricante.

Cuando el tamaño de pieza lo permite, los consolidantes se pueden aplicar mediante cubas de inmersión, en las que se introduce la pieza para su correcto embebido en el producto, estas cubas deberán estar tapadas para evitar la evaporación del disolvente. Hay variedades de procesos en los que el consolidante se calienta para favorecer su movilidad.

Tras la aplicación del consolidante se debe eliminar el excedente, después la pieza se tiene que mantener en las condiciones de temperatura y sequedad aconsejadas por el fabricante hasta su correcto endurecido, el cual puede tardar varias semanas o más, dependiendo del producto.

Recuerde

Las herramientas o útiles empleados deben ser lavados inmediatamente después de realizar el tratamiento, ya que de otra forma el producto se endurecería sobre ellos haciéndolos inservibles para nuevos usos.

Este tratamiento se realiza sobre materiales con acabado en bruto, ya que si se aplicara previamente algún tipo de acabado o producto químico que redujera su porosidad superficial, esto impediría la correcta penetración del producto empleado en el consolidado.

Es especialmente importante a la hora de aplicar procesos químicos de consolidado, el leer y seguir cuidadosamente las instrucciones de uso del producto, así como aplicar las medidas de protección colectiva e individual necesarias para evitar o al menos minimizar el riesgo de daños para la salud, las instalaciones y el medio ambiente.

Aplicación práctica

Usted trabaja en una instalación de elaboración de areniscas. Le encargan el trabajo de consolidar unos planchones de areniscas de modo manual, empleando un consolidante de aplicación húmedo-húmedo. Los tiempos y características figuran en la etiqueta de su envase. Los tableros han pasado por un horno previamente (por lo que están secos) y no han sido tratados previamente.

¿Cómo realizaría el tratamiento de un planchón? Enumere y explique brevemente el proceso.

SOLUCIÓN

Primero se leen las instrucciones del producto, para respetar los tiempos y dosificaciones facilitadas por el fabricante.

Se realiza una primera aplicación con el preparado muy líquido. Para ello se vierte generosamente el preparado sobre toda la superficie, extendiéndolo homogéneamente con la ayuda de un rodillo empapado en el producto.

Tras dejar reposar el tiempo indicado por el fabricante para aplicar una segunda capa, se repite el proceso.

Se seguirá repitiendo el proceso las veces que sea necesario hasta que se perciba que el planchón está saturado, es decir, que no absorbe más preparado.

Se retira el sobrante no absorbido de la superficie. Se limpian las herramientas y útiles empleados y se deja reposar el planchón el tiempo que indica el fabricante para el endurecimiento del consolidante.

Si el tipo de preparado empleado lo permite, la primera aplicación se realiza con un preparado más líquido, aumentando su densidad a medida que se van aumentando las capas.

2.3. Enmallado

Consiste en “adherir” en la parte posterior de la pieza (tablero, banda, etc.) una red de fibra de vidrio de alta estabilidad dimensional y resistencia a los agentes químicos externos. La armadura formada por la malla y la resina con que se fija “refuerza el elemento”, aumentando la resistencia a flexión y, en consecuencia, reduciendo el riesgo de fisura y rotura durante su manipulación, tratamiento y almacenaje

Pieza enmallada

Se emplea principalmente para el refuerzo y reparación de tableros agrietados o de materiales blandos como algunos mármoles, aunque cada vez su uso se va extendiendo a todo tipo de piedras. Al incrementar las características mecánicas de las piezas, permite reducir espesores en los productos finales y, por tanto, su peso.

Las mallas se suministran en rollos de distintos anchos para adaptarse a las dimensiones de las piezas procesadas en cada línea productiva. Las propiedades de la malla, su gramaje (en torno a los 60 g/m² u 80 g/m²) y el tamaño de cuadro (sobre 5 mm x 5 mm) se subordinan a los requerimientos mecánicos necesarios en el refuerzo de la pieza, que a su vez dependen del tipo de piedra, grado de microfracturación, espesor de chapa, uso al que esté destinada la pieza, etc.

Para su pegado se emplean resinas generalmente transparentes, siguiendo un proceso similar al descrito para el resinado. Así, la pieza a enmallar se procesa con la cara posterior hacia arriba (la que permanecerá ocultada en su uso final) en la línea de resinado, pasando por el horno de secado y la cámara de vacío. Una vez la resina está extendida y antes de meter la pieza en el horno para su catálisis, se extiende sobre la cara resinada la malla de refuerzo que queda inmersa en la capa de resina. Tras recortar la malla al tamaño de la pieza, se introduce en el horno de catálisis.

Rollo de malla para aplicar sobre superficie resinada.

Tras realizar la catálisis de la resina, la malla quedará solidariamente pegada a la piedra reforzándola, pudiendo realizar nuevamente el tratamiento para el resinado de la cara superior, a la cual se le aplicará el tratamiento superficial en caso de que así se estipule.

Recuerde

La cara enmallada siempre es la posterior de la pieza, las exigencias estéticas de la resina empleada son menores que las del resinado normal. Es común usar resinas que amarillean si los costes lo justifican.

Aplicación práctica

Usted trabaja en una planta automatizada de resinado de piedra natural. Las principales máquinas que componen la instalación son:

1 Un horno estático de bandejas, empleado para el secado de las piezas y la catálisis de la resina.

2 Una boquilla dosificadora automática en puente fijo y puesto de resinado manual con rodillo.

3 Una unidad de vacío.

4 Sistemas de carga y descarga por brazo robotizado automático.

5 Mesas de rodillos automáticas para el desplazamiento y sistema de retorno de bandejas (con o sin tableros) para la introducción en el horno al finalizar el proceso.

Le encargan el trabajo de reforzar unos tableros de mármol; como este material presenta unas vetas por las que el material se fractura con facilidad, se tiene que realizar un resinado (transparente) y enmallado del mismo. El material ya está apomazado a 120 y el pulido se acabará en las instalaciones del cliente.

¿Qué orden seguiría para realizar ambos procesos? Enumere las etapas (máquinas y procesos) por las que pasará un tablero en su elaboración, explicando brevemente en qué consisten.

Solución

1 Se cargarán los tableros en el caballete de entrada, desde donde serán cargados por el brazo articulado de uno en uno en la línea de proceso. Dependiendo del tipo de brazo articulado, así se deberán posicionar las piezas en el caballete asegurando su correcta posición, de forma que la cara posterior será la que mire hacia el techo en el inicio de la línea, ya que es la primera que se tratará.

2 El primer tablero cargado llegará al elevador del horno, donde se ubica sobre una bandeja con la que se acomodará en el interior del horno (en la compuerta que le corresponda). En él se mantendrá durante unas 2 horas a unos 40 ºC para el secado.

3 Trascurrido el tiempo de secado, se extrae la bandeja con el tablero del horno, continuando su proceso pasando por la zona de resinado. En esta zona la boquilla se desplaza de forma automática, dosificando la resina por toda la superficie, dejando unos centímetros a modo de marco exterior sin tratar. Por ser un mármol es conveniente el uso de resinas de poliéster transparente.

4 A la salida de la unidad de resinado se repasará la superficie con un rodillo empapado en la resina, extendiendo el tratamiento hasta los límites de la pieza.

5 La pieza se introduce en la unidad de vacío, para extraer el aire de los poros y mejorar la penetración.

6 A la salida de la unidad de vacío, se extiende la malla de fibra de vidrio sobre la superficie, cortándola a la medida del tablero. Se presiona suavemente para que quede embebida en la resina previamente aplicada.

7 Tras inspeccionar el correcto tratamiento, se retorna el tablero al elevador del horno mediante el sistema de retorno de las bandejas. En este punto se volverá a introducir la pieza en el horno para realizar la catálisis, la temperatura del horno será la misma que para el secado, pero el tiempo de permanencia dependerá de las especificaciones del preparado facilitadas por el fabricante.

8 Pasado el tiempo de catálisis se retira el tablero del horno. Se voltea quedando la cara enmallada hacia el suelo y se inicia nuevamente el proceso.

9 Se repiten los pasos 3º, 4º, 5º y 7º con la salvedad de que en este caso la pieza no se tiene que secar al inicio del proceso, puesto que acaba de salir del horno y, por tanto, no tiene humedad.

10 Transcurrido el tiempo de catálisis, se extrae la pieza del horno y se almacena para que continúe el proceso de secado. Y finalizado el tiempo indicado por el fabricante para el completo secado, ya se puede mandar a pulir.

2.4. Enmasillado

Consiste en un resinado puntual o parcial de las piezas para pegar, unir o reparar defectos puntuales de la piedra.

Enmasillado manual de defectos

El enmasillado es muy empleado en la reparación de defectos en obra, como roturas y relleno de huecos y en los remates de los cantos de piedras porosas como el travertino en marmolerías.

Para que las zonas de unión entre las piezas pegadas o las oquedades rellenas queden disimuladas, las masillas pueden ser transparentes, de diferentes colores o de color neutro.

Nota

Con estas últimas se puede conseguir casi cualquier color, mezclándolas con pigmentos que permiten obtener la tonalidad adecuada a cada variedad de piedra.

Las masillas o resinas empleadas son generalmente epoxídicas o de poliéster, flexible y resistente a las vibraciones y al impacto. Sus características son similares a las de los productos utilizados en el resinado, siendo muchos los productos empleados para los dos casos.

En el caso del enmasillado interesa un tiempo de catálisis corto, por lo que se suelen emplear resinas de alta viscosidad muy densas. En todos los casos se emplean endurecedores/catalizadores para acelerar el proceso.

Encimera reparada con masilla.

Generalmente, el enmasillado se realiza a mano sirviéndose de espátulas o similares. Existen máquinas de enmasillado automático para el refuerzo con masilla de la cara posterior de las tablas. En estos casos, un cabezal provisto de chapas a modo de espátulas se desplaza sobre la superficie extendiendo el producto.

Aplicación práctica

Usted trabaja en una marmolería. Tiene el encargo de realizar una encimera de travertino. Después de cortar la pieza con las dimensiones facilitadas tiene que tapar el poro del canto antes de su pulido en la pulidora de cantos rectos.

¿Cómo realizaría este tratamiento?

SOLUCIÓN