WO2007017533A1 - Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción - Google Patents

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Antonio Montes Herrera
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Definitions

  • the present invention relates to a process for consolidating rocks and other building materials of porous nature, which are deteriorated as a result of their exposure to different pollutants and / or atmospheric agents. Its main application is the restoration of mundane buildings and other pieces of historical-artistic value.
  • the consolidation of the altered material is, without a doubt, one of the most frequent restoration interventions.
  • the consolidation process consists in returning the coherence lost to a material as a result of its alteration.
  • the consolidating products act by filling in the empty spaces of the material, which is usually of a stone nature, increasing its mechanical resistance.
  • the requirements that these products must have are well known: -Increase significantly the mechanical strength of the material (increase of more than 10%) -Keep the appearance and color of the substrate unalterable -Penetrate deeply and homogeneously in the altered substrate, avoiding the formation of surface films
  • TEOS gels in the pores of the altered stone material through a classic sol-gel transition specifically, Tegovakon V (marketed by the multinational Goldschmidt-Degussa) and Wacker OH (manufactured by Wacker Chemie Gmbh) are the undisputed leaders of the European market.
  • conserveare H 100 manufactured by Prosoco is, perhaps, the best known product.
  • the advantages of these silicon monomers have been widely discussed in the literature: -Reduced monomer viscosity that allows rapid and deep penetration into the stone substrate.
  • the environmental humidity of the stone is sufficient to promote polymerization - It forms a stable gel in the pores of the rock with silicon-oxygen bonds similar to those existing in the minerals of the rock.
  • the present invention relates to a process for consolidating rocks and other construction materials in an altered state.
  • the consolidation process takes place, in situ, in the monument itself, building, statue, or any other damaged object.
  • the procedure consists in the formation, in the pores of the altered substrate, of a molecular sieve - material with interconnected pores of uniform size - of mesoporous nature and with an ordered topology.
  • This new material manages to eliminate the inconveniences presented by commercial consolidants (discussed in the background of this report), associated with the textural characteristics of the gel.
  • commercial consolidants discussed in the background of this report
  • the origin of these inconveniences is described very briefly.
  • Commercial products containing TEOS gel in the altered substrate forming a polymeric network of microporous nature. After gelation, evaporation of the solvent occurs through the pores of the polymer.
  • the material object of the present invention solves this inconvenience - transcendental for obtaining a consolidating product - in the following way:
  • obtaining a mesoporous material with a volume of pores significantly greater than that of commercial products avoids blocking the pores of the altered substrate, and therefore prevents the waterproofing of the building.
  • the material, object of the present invention is part of the family of the popular M41S molecular sieves, synthesized, for the first time, in 1992 by researchers from Mobil Corporation. Generically, these products are obtained by combining a silica monomer and a cationic surfactant, which is added at a concentration higher than the micellar, forming a liquid crystal type structure. After the polymerization of the monomer, which occurs through a classic sol-gel process, the surfactant micelles are eliminated by a calcination process. The surfactant acts as a template, since the pores of the material correspond exactly to the voids left by the micelles after being removed by the calcination process.
  • FIGURE 1 Image of the Tegovakon V consolidators (left) and the molecular sieve object of the present invention (right), after the drying phase.
  • the commercial product is fully fractured, while the consolidant synthesized in our laboratory is a transparent monolithic gel free of fractures.
  • FIGURE 2. X-ray diffractogram corresponding to the consolidant obtained according to the procedure described in example 1 of the present invention.
  • FIGURE 3. Nitrogen adsorption sotherms, corresponding to the consolidant obtained according to the procedure described in the example of the present invention, and to commercial products
  • FIGURE 4 Pore radius distribution graphs corresponding to the untreated calcarenite rock and the consolidated rocks according to the procedure described in example 2 of the present invention.
  • the process, object of the present invention includes the following steps: First, an alkoxysilane, a surfactant, capable of being removed by evaporation at room temperature, water, ethanol and hydrochloric acid is mixed.
  • the alkoxysilane can be TEOS and the surfactant, a primary amine, such as n-octylamine.
  • the concentration of the surfactant must be lower than its critical micellar concentration in order for said concentration to be reached inside the substrate to be consolidated. The formation of micelles before the application to the stone would cause an increase significant in the viscosity of the starting sun that could reduce its penetration in the altered substrate.
  • the concentration of hydrochloric acid must be sufficient to achieve a pH of the mixture between 1-2.
  • the alkoxysilane / water molar ratio must be equal to or greater than its stoichiometric ratio, 1: 4 in the case of TEOS.
  • the alkoxysilane / ethanol molar ratio must be equal to or greater than the ratio necessary to form a silica gel, 1: 3.8 in the case of TEOS.
  • the next stage of the process is the impregnation of the material to be consolidated with the prepared sun.
  • the consolidant can penetrate the substrate by impregnating the surface by means of a brush or brush.
  • the first stage of the polymerization process is the hydrolysis of TEOS: ⁇ Si -OR + HOH ⁇ ⁇ Si -OH + ROH
  • N-octylamine and TEOS were mixed.
  • the concentration of octylamine in the solution was (0.16% w / w).
  • the rest of the precursors were then added: water, ethanol and hydrochloric acid by refluxing at 6O 0 C for 90 minutes.
  • the molar ratios of the mixture were: 1 TEOS / 22 Ethanol / 5 water / 0.004 HCI / 0.00498 n-octylamine.
  • the mixture was stirred for 10 minutes.
  • a Brookfield rotational viscometer Brookfield rotational viscometer (DV-II + model with UL / Y adapter).
  • the temperature of the experiment was 25 0 C.
  • the viscosity of two of the most popular commercial products was measured: Tegovakon V (Goldschmidt-Degussa) and Wacker OH (Wacker Chemie Gmbh).
  • Table 1 shows the results corresponding to the three suns evaluated.
  • the viscosity of the sun synthesized in our laboratory has an intermediate value between the values corresponding to the two commercial suns evaluated.
  • the tests that were carried out to verify the formation of a molecular sieve of mesoprous nature were X-ray diffraction (using a Bruker diffractometer model D8 equipped with a copper tube) and nitrogen fisisorption (using a Sorptomatic 1990 apparatus from Fisions Instrument).
  • the X-ray diffraction curve of the sample synthesized according to this example is presented in Figure 2.
  • the appearance of a well-defined peak in the range 2-4 of the diffraction angle 2 ⁇ is an unequivocal signal of the formation of a mesoporous structure neat. In the diffractogram corresponding to commercial products, no defined peaks were observed, as can be expected from a messy material.
  • Figure 3 shows the physisorption isotherms of the material synthesized in the laboratory and of both commercial products.
  • the isotherm of the Wacker OH corresponds to a microporous material (type I of the IUPAC classification).
  • type I of the IUPAC classification
  • Tegovakon V although there is a certain hysteresis typical of capillary condensation that occurs in mesoporous materials (type IV isotherm of the IUPAC), adsorption occurs at reduced pressures, which are typical of materials with pores in the microporous range.
  • a significant increase in adsorption pressure is observed in areas of mesoporous materials.
  • Table 1 includes medium pore radius data -calculated according to the HK model in commercial consolidators and BJH model in the molecular sieve- and porous volume. The pore radius and porous volume values are significantly increased in the molecular sieve with respect to those obtained for commercial consolidators.
  • the procedure object of the present invention was used to consolidate a calcarenite rock used in the construction of many of the emblematic monuments of the southwest of Andalusia (cathedrals of Seville and Cádiz, among others).
  • This rock which comes from a deposit located in the Puerto Santa Mar ⁇ a (Cádiz), consists of calcite and quartz, mainly.
  • Tegovakon V 100 Another series of specimens of the same rock was impregnated with Tegovakon V 100.
  • the process object of the present invention has an immediate industrial application in the restoration and rehabilitation of mundane buildings and any other pieces of historical-artistic value, and in general in the restoration of any construction material of porous nature.

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Abstract

Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción. El proceso de consolidación se desarrolla en el propio monumento, edificio, estatua, o cualquier otro objeto deteriorado. Consigue Ia formación, en los poros del sustrato alterado, de un tamiz molecular de naturaleza mesoporosa y con una topología ordenada. Entre sus ventajas cabe destacar: - Al incrementar de forma considerable el radio de los poros del gel respecto al que poseen los consolidantes comerciales, se reduce drásticamente la presión capilar, y por tanto, el riesgo de fractura del material. - La obtención de un consolidante con un radio de poro uniforme evita el riesgo de fractura, ya que impide la aparición de tensiones originadas por la presencia de poros de diferente tamaño. - La obtención de un material mesoporoso, con un volumen de poros, que evita el bloqueo de los poros del sustrato alterado, y por tanto, impide la impermeabilización del edificio.

Description

PROCEDIMIENTO PARA CONSOLIDAR ROCAS Y OTROS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.
SECTOR DE LA TÉCNICA. La presente invención se refiere a un procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción de naturaleza porosa, que se encuentran deteriorados como consecuencia de su exposición a diferentes agentes contaminantes y/o atmosféricos. Su principal aplicación es Ia restauración de edificios monumentales y otras piezas de valor histórico-artístico.
ESTADO DE LATÉCNICAANTERIORA LA FECHA DE PRESENTACIÓN.
En las últimas décadas, se ha producido un espectacular incremento de Ia contaminación ambiental que ha repercutido de forma alarmante en el deterioro de nuestros edificios monumentales y lugares históricos. Piezas de alto valor histórico, que se han conservado en un determinado emplazamiento de forma aceptable durante siglos, han sufrido, en los últimos años, un rápido e intenso proceso de alteración, hasta el punto que es posible percibir claramente de año en año, Ia alteración de monumentos construidos hace centurias e incluso milenios. Esta situación ha promovido un elevado número de intervenciones de conservación sobre nuestro patrimonio construido, así como un gran interés de los sectores industrial y científico por el desarrollo de productos de conservación adecuados.
La consolidación del material alterado es, sin lugar a dudas, una de las intervenciones de restauración más frecuentes. El proceso de consolidación consiste en devolver a una material Ia coherencia que perdió como consecuencia de su alteración. Los productos consolidantes actúan rellenando los espacios vacíos del material, que es habitualmente de naturaleza pétrea, incrementando su resistencia mecánica. Los requisitos que deben poseer estos productos son bien conocidos: -Incrementar de forma significativa Ia resistencia mecánica del material (incremento superior a un 10%) -Mantener inalterable Ia apariencia y color del sustrato -Penetrar profunda y homogéneamente en el sustrato alterado, evitando Ia formación de películas superficiales
-Evitar modificaciones sustanciales de Ia permeabilidad al vapor del material (reducción inferior al 30%), permitiendo Ia evaporación del agua que penetra en el edificio a través de otras vías.
-Poseer características físico-químicas, mecánicas y de dilatación similares al sustrato.
-Evitar Ia formación de subproductos dañinos para el material.
-Poseer un cierto grado de elasticidad que evite Ia formación de las fracturas propias de un material rígido
A Io largo de Ia historia se han aplicado como consolidantes materiales de naturaleza diversa, desde productos inorgánicos como hidróxidos de calcio o bario, hasta sustancias orgánicas naturales como ceras y aceites vegetales. En Ia actualidad, Ia variedad de consolidantes aplicados a obras de restauración es enorme e incluye productos tan diferentes como: acrilatos, vinil acetatos, etil silicatos, polisilosanos, poliuretanos y epoxiresinas, entre otros. En el libro de Price (Stone Conservation. An Overview of Current Research. Editado por The J. Paul Getty. 1996) aparece una amplia revisión sobre estos productos. A pesar de esta gran diversidad de consolidantes -algunos de ellos surgidos en los últimos años, como las emulsiones de tetrafluoroetileno (United States Patent N0 4,764,431, Fecha de prioridad: 16/8/1988) o las cenizas de CaO/SiO2/ AI2O3, (United States Patent N0 5,059,251. Fecha de prioridad: 22/10/1991), los alcoxisilanos, y en particular el tetraetoxisilano (TEOS), son los componentes principales de Ia mayor parte de productos comerciales que existen, actualmente, en el mercado. El TEOS gelifica en los poros del material pétreo alterado mediante una clásica transición sol-gel, En concreto, Tegovakon V (comercializado por Ia multinacional Goldschmidt-Degussa) y Wacker OH (fabricado por Wacker Chemie Gmbh) son los líderes indiscutibles del mercado europeo. En cuanto al mercado americano, Conservare H 100 (fabricado por Prosoco) es, quizás, el producto más conocido. Las ventajas de estos monómeros de silicio han sido ampliamente comentadas en Ia literatura: -Reducida viscosidad del monómero que permite una rápida y profunda penetración en el sustrato pétreo.
-La humedad ambiental de Ia piedra es suficiente para promover Ia polimerización - Forma un gel estable en los poros de Ia roca con enlaces silicio-oxígeno similares a los existentes en los minerales de Ia roca.
No obstante, estos productos poseen algunos inconvenientes que han obligado a cuestionar su aplicación en determinados sustratos pétreos. Por ejemplo, presentan una escasa cohesión a sustratos de naturaleza calcárea, uno de los componentes principales de nuestro patrimonio monumental. El enlace entre Ia piedra y consolidante requiere Ia presencia de grupos hidroxilo, que están prácticamente ausentes en los minerales propios de estas rocas (calcita, dolomita y aragonita). Para lograr una eficiente adhesión del consolidante a Ia roca calcárea, Slavid y Weiss han ideado un método (United States Patent N0 6,296,905, Fecha de prioridad: 02/10/2001), que crea una capa de hidroxilos sobre los sustratos pétreos, como paso previo a su consolidación. El producto ya ha sido comercializado por Prosoco con el nombre de Conservare HCT. Otros inconvenientes asociados a los consolidantes de TEOS, se asocian a Ia formación de una densa red polimérica de sílice de naturaleza microporosa en el interior del Ia piedra alterada. El reducido tamaño de los poros del gel provoca una elevada presión capilar en Ia red, durante Ia fase de evaporación del disolvente, que produce fracturas, provocando, en muchas ocasiones, Ia ruptura completa del consolidante en interior de los poros de Ia piedra. Varios estudios realizados sobre los productos comerciales avalan esta idea (Scherer, G. W.; Wheeler, G. E. Proceedings of the. 4th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean; Moropulou, Zezza, Kollias and Papachristodoulou Eds.: Rhodes, Greece, 1997; Mosquera, MJ. , Pozo, J., Esquivias, L1 Rivas, T., Silva, B. J. Non-Cryst. Solids 2002, 311, 185-194.) En los últimos años, se han desarrollado algunos nuevos productos en los que se pretende eliminar o reducir las fracturas del material consolidado. Por ejemplo Boos et al. lograron incrementar Ia plasticidad del producto, reduciendo el rieso de fracturación, al añadir derivados orgánicos a Ia red de sílice (Boos, M., Grabe, J., Hiibert, G.and Muller-Rochholz, J. Proceedings of the 8th Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Berlín, 1996, pp. 1179- 1185.) Por otra parte, Scherer et al. añadieron partículas de titanio, sílice u óxidos de hierro, cromo o cobalto al sol polimérico. El mayor tamaño de las partículas coloidales produce geles en los que se incrementa el tamaño de poro, reduciéndose, drásticamente, Ia presión capilar que soporta el gel durante Ia etapa de secado (Escalante, M. R., Flatt, R., Scherer, G.W., Tisiourva, D., Moropoulou, A. In Protection and Conservation of the Cultural Heritage of the Mediterranean Cities, Galán, Zezza, Eds. A.A. Balkema. The Netherlands, 2002.)
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN.
La presente invención se refiere a un procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción en estado alterado. El proceso de consolidación se desarrolla, in situ, en el propio monumento, edificio, estatua, o cualquier otro objeto deteriorado.
El procedimiento consiste en Ia formación, en los poros del sustrato alterado, de un tamiz molecular -material con poros interconectados de tamaño uniforme- de naturaleza mesoporosa y con una topología ordenada. Este nuevo material consigue eliminar los inconvenientes que presentan los consolidantes comerciales (comentados en los antecedentes de esta memoria), asociados a las características texturales del gel. En el siguiente párrafo y con objeto de facilitar Ia compresión de las ventajas de Ia presente invención, se describe, muy brevemente, el origen de estos inconvenientes. Los productos comerciales que contienen TEOS gelifican en el sustrato alterado formando una red polimérica de naturaleza microporosa. Tras Ia gelificación, se produce Ia evaporación del disolvente a través de los poros del polímero. Al formarse un menisco cóncavo en Ia interfase líquido-vapor se origina una presión capilar, que según Ia ecuación de Young-Laplace es inversamente proporcional al radio de poro. Por tanto, los consolidantes comerciales, como consecuencia del reducido tamaño de sus poros, soportan una elevada presión capilar que genera Ia ruptura del gel en el interior de Ia piedra. Obviamente, este gel fragmentado no produce Ia consolidación adecuada del citado sustrato.
El material objeto de Ia presente invención soluciona este inconveniente - trascendental para Ia obtención de un producto consolidante- de Ia siguiente forma:
- Al incrementar de forma considerable el radio de los poros del gel, se reduce drásticamente Ia presión capilar, y por tanto, el riesgo de fractura del material.
- La obtención de un consolidante con un radio de poro uniforme evita el riego de fractura, ya que en este caso Ia presión capilar es igual en todos sus poros impidiendo Ia aparición de tensiones que son las que, realmente, provocan Ia ruptura del material.
-Como ventaja adicional, Ia obtención de un material mesoporoso con un volumen de poros significativamente superior al de los productos comerciales evita el bloqueo de los poros del sustrato alterado, y por tanto, impide Ia impermeabilización del edificio.
El material, objeto de Ia presente invención forma parte de Ia familia de los populares tamices moleculares M41S, sintetizados, por vez primera, en el año 1992 por investigadores de Mobil Corporation. Genéricamente, estos productos se obtienen por combinación de un monómero de sílice y un tensioactivo catiónico, que se añade a una concentración superior a Ia micelar, formando una estructura de tipo cristal líquido. Tras Ia polimerización del monómero, que ocurre mediante un clásico proceso sol-gel, las micelas de tensioactivo son eliminadas mediante un proceso de calcinación. El tensioactivo actúa como una plantilla, ya que los poros del material se corresponden, exactamente, a los huecos que dejan las micelas tras ser eliminadas por el proceso de calcinación.
La novedad que presenta el procedimiento objeto de esta invención frente a otras síntesis de tamices ya conocidas, se basa en el desarrollo de un método que permite Ia formación del tamiz molecular en el interior del sustrato alterado, eliminándose el tensioactivo a temperatura ambiente, sin necesidad de someter el producto a proceso de calcinación. Como es obvio, las modificaciones desarrolladas en el proceso de síntesis son claves para su aplicación como consolidante.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
FIGURA 1.- Imagen de los consolidantes Tegovakon V (izquierda) y el tamiz molecular objeto de Ia presente invención (derecha), tras Ia fase de secado. El producto comercial se encuentra totalmente fracturado, mientras el consolidante sintetizado en nuestro laboratorio es un gel monolítico transparente libre de fracturas.
FIGURA 2.- Difractograma de Rayos X correspondiente al consolidante obtenido según el procedimiento descrito en el ejemplo 1 de Ia presente invención. FIGURA 3.-lsotermas de adsorción de nitrógeno, correspondientes al consolidante obtenido según el procedimiento descrito en el ejemploi de Ia presente invención, y a los productos comerciales
Wacker OH y Tegovakon V.
FIGURA 4.- Gráficas de distribución de radio de poro correspondientes a Ia roca calcarenita sin tratar y las rocas consolidadas según el procedimiento descrito en el ejemplo 2 de Ia presente invención.
MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN. El procedimiento, objeto de Ia presente invención, incluye las siguientes etapas: En primer lugar, se mezclan un alcoxisilano, un tensioactivo, capaz de ser eliminado por evaporación a temperatura ambiente, agua, etanol y ácido clorhídrico. El alcoxisilano puede ser TEOS y el tensioactivo, una amina primaria, como Ia n-octilamina. La concentración del tensioactivo debe ser inferior a su concentración micelar crítica con objeto de que dicha concentración se alcance en el interior del sustrato a consolidar. La formación de m ¡celas antes de Ia aplicación a Ia piedra provocaría un incremento significativo en Ia viscosidad del sol de partida que podría reducir su penetración en el sustrato alterado. Para lograr una buena mezcla de los productos, es aconsejable que ésta se produzca a reflujo a una temperatura que oscile entre 40-600C. La concentración del ácido clorhídrico debe ser suficiente para lograr un pH de Ia mezcla entre 1-2. La relación molar alcoxisilano/agua debe ser igual o superior a su relación esquiométrica, 1 :4 en el caso del TEOS. La relación molar alcoxisilano/etanol debe ser igual o superior a Ia relación necesaria para formar un gel de sílice, 1:3,8 en el caso del TEOS. La siguiente etapa del proceso, es Ia impregnación del material a consolidar con el sol preparado. El consolidante puede penetrar en el sustrato por impregnación de Ia superficie mediante un cepillo o brocha. En el caso de objetos de tamaño reducido, por inmersión en un tanque que contenga el sol, o bien por ascenso capilar mediante el contacto superficial del consolidante y Ia cara inferior del objeto. Tras Ia impregnación, comienza a evaporarse el etanol de Ia mezcla a través de los poros del material tratado; al alcanzarse Ia concentración micelar del tensioactivo en el sol, se forma una estructura tipo cristal liquido, propiciada por la formación de las miceías. La primera etapa del proceso de polimerización es Ia hidrólisis del TEOS: ≡ Si -OR + HOH →≡ Si -OH + ROH
En un tiempo máximo de 24 horas, ocurre Ia polimerización por simple condensación del alcoxisilano hidrolizado: ≡ Si-OH + OH -Si ≡→≡ Si-O-Si , formándose el gel de sílice. Además, ocurren reacciones de condensación del alcoxiisilano hidrolizado con grupos OH presentes en Ia superficie de los granos minerales de Ia roca, lográndose Ia adherencia consolidante-roca. La etapa final del proceso es el secado del gel, por evaporación del disolvente y del tensioactivo a través de sus poros. Este proceso puede durar hasta 7 días. El gel formado en los poros del sustrato alterado es un material mesoporoso con tamaño uniforme de poro. A continuación, y con objeto de ilustrar con más detalle, el procedimiento objeto de patente y sus ventajas frente a productos comerciales, se describe un ejemplo concreto de síntesis, en el que se incluyen datos reales obtenidos en nuestro laboratorio de investigación. EJEMPLO 1
Se mezcló n-octilamina y TEOS. La concentración de octilamina en Ia disolución fue (0,16%p/p). A continuación se añadieron el resto de precursores: agua, etanol y ácido clorhídrico por reflujo a 6O0C durante 90 minutos. Las relaciones molares de Ia mezcla fueron: 1TEOS/ 22Etanol/ 5agua/0.004 HCI/0.00498 n-octilamina. Finalmente, Ia mezcla fue agitada durante 10 minutos. Con objeto de comprobar si Ia viscosidad del sol era adecuada para su aplicación como consolidante, se midió su viscosidad utilizando un viscosímetro rotacional de Brookfield (modelo DV-II+ con adaptador UL/Y). La temperatura del experimento fue 250C. Además, se midió Ia viscosidad de dos de los productos comerciales más populares: Tegovakon V (Goldschmidt- Degussa) y Wacker OH (Wacker Chemie Gmbh). En Ia tabla 1 se presentan los resultados correspondientes a los tres soles evaluados. La viscosidad del sol sintetizado en nuestro laboratorio presenta un valor intermedio entre los valores correspondientes a los dos soles comerciales evaluados.
A continuación, los tres soles sintetizados fueron expuestos a las condiciones de laboratorio (2O0C y 60% de humedad). Con el fin de simular el proceso que ocurre en los poros de Ia roca consolidada, Ia velocidad de evaporación fue limitada por unos orificios. La polimerización ocurrió en los tiempos que se indican en Ia Tabla 1. En un tiempo máximo de 1 semana, los geles mantuvieron un peso constante, hecho indicativo de Ia total eliminación de los disolventes. En el caso del tamiz molecular, se realizó un análisis térmico diferencial que permitió constatar Ia eliminación completa del tensioactivo en este periodo. En Ia Figura 1 aparecen los dos geles obtenidos. En el caso, del tamiz molecular se trata de un material monolítico sin fracturas, mientras el producto comercial aparece totalmente fragmentado. Los ensayos que se realizaron para comprobar Ia formación de un tamiz molecular de naturaleza mesoprosa fueron difracción de rayos X (mediante un difractómetro de Bruker modelo D8 equipado con tubo de cobre) y fisisorción de nitrógeno (mediante un aparato Sorptomatic 1990 de Fisions Instrument). La curva de difracción de rayos X de Ia muestra sintetizada según este ejemplo se presenta en Ia Figura 2. La aparición de un pico bien definido en el intervalo 2-4 del ángulo de difracción 2Θ es una señal inequívoca de Ia formación de una estructura mesoporosa ordenada. En los difractograma correspondientes a los productos comerciales no se apreciaron picos definidos, como cabe esperar de un material desordenado. En Ia figura 3 se presentan las isotermas de fisisorción del material sintetizado en el laboratorio y de ambos productos comerciales. La isoterma del Wacker OH corresponde a un material microporoso (tipo I de Ia clasificación IUPAC). En el caso de Tegovakon V, aunque existe una cierta histéresis propia de Ia condensación capilar que ocurre en materiales mesoporosos (isoterma tipo IV de Ia IUPAC), Ia adsorción ocurre a presiones reducidas, que son propias de materiales con poros en el rango microporoso. En Ia isoterma correspondiente al tamiz molecular, se aprecia un aumento significativo de Ia presión de adsorción, en zonas propias de materiales mesoporosos. La reducida histéresis que presenta este material sugiere Ia existencia de un estrecho intervalo de tamaño de poro. En Ia tabla 1 se incluyen datos de radio de poro medio -calculados según el modelo HK en consolidantes comerciales y modelo BJH en el tamiz molecular- y volumen poroso. Los valores de radio de poro y volumen poroso se incrementan de forma significativa en el tamiz molecular con respecto a los obtenidos para los consolidantes comerciales.
TABLA 1
Figure imgf000010_0001
EJEMPLO 2
El procedimiento objeto de Ia presente invención fue utilizado para consolidar una roca calcarenita utilizada en Ia construcción de muchos de los monumentos emblemáticos del suroeste de Andalucía (catedrales de Sevilla y Cádiz, entre otros). Esta roca, que procede de un yacimiento localizado en el Puerto Santa María (Cádiz), está constituida por calcita y cuarzo, fundamentalmente. Otra serie de probetas de Ia misma roca fue impregnada con Tegovakon V 100.
Con objeto de evaluar Ia eficacia de Ia consolidación, se determinó el grado de penetración de ambos consolidantes en Ia roca, midiendo el aumento de peso experimentado por probetas cúbicas de Ia roca (4cm de arista) después de Ia consolidación. Con objeto de caracterizar Ia reducción de volumen poroso y tamaño de los poros bloqueados después del tratamiento, se realizó Ia caracterización textural de Ia roca antes y después de Ia consolidación, mediante porosimetría de intrusión de mercurio (modelos Pascal 140 y 440 de Fisions Instrument). Las probetas utilizadas fueron cubos de 1 cm de arista. Asimismo, se evaluaron cambios en Ia permeabilidad al vapor de Ia roca antes y después de los tratamientos, utilizando un procedimiento automatizado, desarrollado en nuestro laboratorio (Mosquera, MJ. , Benítez, D. y Perry, S. H. Cem. & Concr. Res. 2002, 32, 1883-1888), que representa una automatización del procedimiento estandarizado ASTM E96-90 (Standard test methods for water vapor transmission of materials. Philadelphia, PA, 1990: ASTM. p. 685- 695). En este caso, se utilizaron muestras de 4x4x1 cm. Finalmente, se evaluó el efecto que ejercen los consolidantes sobre las propiedades mecánicas de Ia roca mediante un ensayo de compresión uniaxial en un aparato (modelo Shimadzu Autograph AG-I Series) capaz de realizar una fuerza máxima de 5 KN, utilizando probetas de dimensiones 2X1X1 cm. Como se refleja en los valores de aumento de peso experimentado por Ia roca después de ambos tratamientos (En Ia Tabla 2 se recogen valores medios de 3 probetas), el grado de penetración de ambos consolidantes resultó muy similar, siendo ligeramente superior en el caso del tamiz molecular. En Io que se refiere a Ia evolución textural de Ia roca después del tratamiento, se aprecia una ligera reducción de Ia porosidad después de Ia consolidación (Los valores de Ia Tabla 2 corresponden a datos medios de 3 probetas), que es ligeramente superior para el producto comercial. En cuanto a Ia distribución de los poros, ambos consolidantes bloquearon de forma muy parecida los poros de Ia roca. La diferencia fundamental entre ambos es Ia aparición en Ia roca consolidada con el tamiz molecular de poros de radio entre 1-10 nm que podrían corresponder a los mesoporos que se forman del gel. Los valores de permeabilidad al vapor en Ia roca sin consolidar y en Ia roca consolidada con el tamiz molecular resultaron similares (Los datos recogidos en Ia Tabla 2 corresponden a los valores medios de cuatro probetas), mientras en Ia roca consolidada con el producto comercial se apreció una reducción de dicho valor. La presencia de mesoporos en el tamiz molecular favorece el transporte de vapor de agua a través de Ia roca. Por último, indicar que Ia resistencia a Ia rotura que presenta Ia roca en el ensayo de compresión (datos medios de 10 probetas aparecen en Ia Tabla 2) resultó ligeramente superior en Ia roca consolidada con el tamiz molecular.
TABLA 2
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MANERA EN QUE LA INVENCIÓN ES SUSCEPTIBLE DE APLICACIÓN INDUSTRIAL.
El procedimiento objeto de Ia presente invención presenta una aplicación industrial inmediata en Ia restauración y rehabilitación de edificios monumentales y cualquier otras piezas de valor histórico-artístico, y en general en Ia restauración de cualquier material de construcción de naturaleza porosa.

Claims

REIVIDICACIONES
1. Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción, que comprende las siguientes etapas: • Mezcla de un alcoxisilano, un tensioactivo, capaz de ser eliminado por evaporación a temperatura ambiente, agua, etanol y ácido clorhídrico, en concentraciones tales que permitan alcanzar Ia concentración m ¡celar critica del tensioactivo antes de que se produzca el proceso de gelificación. • Impregnación del material a consolidar con el sol preparado.
• Secado del gel, por evaporación del disolvente y del tensioactivo.
2. Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción, según reivindicación 1, caracterizado porque el alcoxisilano puede ser TEOS y el tensioactivo, una amina primaria, como Ia n-octilamina.
3. Procedimiento parajx>nsoljdar rocas y otros materiales de construcción, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque Ia concentración del tensioactivo debe ser inferior a su concentración micelar crítica con objeto de que dicha concentración se alcance en el interior del sustrato a consolidar.
4. Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción, según reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado porque Ia concentración del ácido clorhídrico debe ser suficiente para lograr un pH de Ia mezcla entre 1-2.
5. Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción, según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque Ia relación molar alcoxisilano/agua debe ser igual o superior a su relación esquiométrica,
1 :4 en el caso del TEOS.
6. Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción, según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque Ia relación molar alcoxisilano/etanol debe ser igual o superior a Ia relación necesaria para formar un gel de sílice, 1:3,8 en el caso del TEOS.
7. Procedimiento para consolidar rocas y otros materiales de construcción, según reivindicación 1, caracterizado porque Ia impregnación del consolidante puede realizarse en el sustrato por impregnación de Ia superficie mediante un cepillo o brocha, mediante inmersión en un tanque en un tanque que contenga el sol en el caso de objetos de tamaño reducido, o bien por ascenso capilar mediante el contacto superficial del consolidante y Ia cara inferior del objeto.
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