ITTO20060469A1 - Metodo per il consolidamento di blocchi in pietra naturale o altro materiale lapideo - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: "Metodo per il consolidamento di blocchi in pietra naturale o altro materiale lapideo”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per il consolidamento di blocchi in pietra naturale, marmo e materiale lapideo in genere mediante impregnazione degli stessi con resine indurenti.

Nell’attività di trasformazione dei blocchi in pietra naturale in lastre e manufatti, la materia prima presenta spesso dei difetti che condizionano l’intero ciclo di produzione, dalla fase estrattiva alla posa dei manufatti.

È noto infatti che i marmi e le pietre naturali in genere non sono materiali omogenei, in quanto la loro struttura è fortemente influenzata dalla composizione mineralogica e dalla storia geologica del giacimento di estrazione.

Mentre altre materie prime nascono da processi produttivi controllabili e migliorabili, il marmo, il granito e le altre pietre naturali sono il risultato di milioni di anni di modificazioni della crosta terrestre e sono contraddistinte, di conseguenza, da una notevole eterogeneità strutturale.

D’altra parte è molto spesso l’eterogeneità dei suoi costituenti a conferire ad una roccia le apprezzate caratteristiche cromatiche ed estetiche.

Tuttavia, a valle del processo produttivo la presenza di difetti strutturali nel materiale complica i problemi di cantiere per la posa, riduce la vita utile del manufatto in opera e ne rende più difficile e costosa la manutenzione.

In particolare, nella fase di sezionamento dei blocchi di cava per l’ottenimento di lastre, i difetti strutturali presenti nel blocco possono condurre alla frattura delle lastre stesse.

Per le lastre così fratturate viene spesso tentata la riparazione incollando fra loro le parti, con approssimate e costose operazioni manuali.

Le lastre così ricomposte e anche quelle non rotte, ma che non danno sufficienti garanzie di poter proseguire le lavorazioni fino alla lucidatura finale, vengono spesso assoggettate a operazioni di riparazione e rinforzo.

Queste operazioni consistono nel colare resine d’incollaggio molto fluide sulla superficie della lastra lesionata in modo che il loro infiltrarsi e successivo indurirsi colleghi fra loro le parti staccate. L’evoluzione tecnica delle linee di produzione, sempre più automatiche e veloci, ha dato impulso a queste tecniche di riparazione, ma i risultati restano modesti e parziali.

Una tecnica alternativa che consente di recuperare blocchi di materia prima di buona qualità decorativa ma con molti difetti strutturali, consiste nell’impregnare con resine induribili il blocco di pietra naturale prima di iniziare il ciclo di lavorazione in stabilimento, in particolare prima della fase di sezionamento in lastre.

Vari tentativi sono stati fatti in tal senso su blocchi parallelepipedi, guidati dalla logica che un processo d’impregnazione sotto vuoto con resine atte a riparare i difetti strutturali interni al blocco permetterebbe alla resina di raggiungere tutti i difetti strutturali che sono in comunicazione con l’esterno.

Tuttavia, i metodi noti non hanno permesso di raggiungere risultati tecnico-economici accettabili, in quanto le resine sono molto costose, il consumo delle resine necessarie al processo è troppo elevato e gli impianti stessi risultano essere costosi e di difficile gestione.

Il problema di mantenere entro termini accettabili i consumi e i costi delle resine necessarie per l’impregnazione resta irrisolto.

Tale problema risulta ulteriormente amplificato se anziché trattare blocchi sostanzialmente parallelepipedi si intendo trattare blocchi informi. Sono stati fatti tentativi di realizzare delle casseforme di contenimento del blocco a geometria variabile. Tuttavia, oltre al costo più elevato della struttura, non si è riusciti a garantire una perfetta tenuta delle guarnizioni fra le pareti componenti la cassaforma.

La domanda di brevetto internazionale WO 01/38257 descrive un metodo per il consolidamento di blocchi in materiale lapideo in cui il blocco è poggiato su un foglio di base, impermeabile a liquidi e gas, su cui sono disposti dei distanziatori discontinui, ed in cui sulle facce laterali del blocco sono analogamente applicati fogli laterali, impermeabili a liquidi e gas, con interposizione di elementi distanziatori. Il blocco, avvolto nella guaina impermeabile così ottenuta, viene inserito in un’autoclave e sottoposto alla colata di resina induribile.

Tuttavia, il metodo sopra descritto si presta solo a blocchi parallelepipedi, mentre non è adatto al consolidamento di blocchi informi.

Il brevetto italiano IT 1027222 descrive un metodo in cui il blocco di pietra viene inserito in un contenitore flessibile, in particolare un sacco di materiale plastico, e poi introdotto in un’autoclave, riempiendo gli spazi fra il blocco così contenuto e le pareti dell’autoclave o della cassaforma che contiene il blocco con un olio di peso specifico vicino a quello delle resine immesse all’interno del contenitore.

Questo metodo tuttavia presenta limiti operativi derivanti da difficoltà tecniche della realizzazione pratica dell’idea, oltre a comportare alti costi di gestione.

Scopo principale della presente invenzione è pertanto quello di superare gli inconvenienti sopra citati fornendo un metodo che consenta di procedere al consolidamento di blocchi di materiale lapideo anche informi mediante impregnazione del blocco di cava con resine induribili.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per il consolidamento di blocchi di materiale lapideo anche informi che comporti costi limitati e che renda pertanto vantaggiosa l’operazione di recupero dei blocchi con molti difetti strutturali.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti dal metodo per il consolidamento di blocchi in materiale lapideo secondo la presente invenzione, come rivendicato nelle unite rivendicazioni.

Grazie all’impiego di una guaina in materiale termoretraibile, è possibile procedere all’impregnazione di blocchi di materiale lapideo di forma qualsiasi mantenendo comunque limitata la quantità di resina che partecipa al processo di consolidamento.

Il metodo secondo l'invenzione può vantaggiosamente essere utilizzato per il consolidamento di blocchi di marmo o pietra di varie dimensioni riducendo al minimo lo spreco di resina ed i costi totali di trattamento.

Preferibilmente, secondo il metodo rivendicato, durante la fase di depressione in autoclave, prima dell’impregnazione con la resina, il blocco di materiale lapideo è sottoposto a ripetuti lavaggi con gas inerti, così da eliminare l’umidità presente in autoclave e da evitare effetti di reazione all’umidità da parte dei collanti previsti fra il blocco stesso e la guaina.

Altri vantaggi e caratteristiche dell’invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione di una forma preferita di attuazione del metodo secondo l'invenzione, data a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui:

- la Figura 1 mostra un blocco di marmo all’inizio del trattamento secondo il metodo della presente invenzione;

- la Figura 2 mostra un blocco di marmo all’inizio del trattamento secondo il metodo della presente invenzione, secondo una variante realizzativa;

- le Figure 3a e 3b sono rappresentazioni schematiche in sezione del blocco di Figura 1 rispettivamente prima e dopo il trattamento termico secondo il metodo della presente invenzione.

- la Figura 4 mostra il blocco di marmo di Figura 1 durante il trattamento di impregnazione secondo il metodo della presente invenzione;

- la Figura 5 mostra il blocco di marmo di Figura 1 durante il trattamento di impregnazione secondo il metodo della presente invenzione, secondo una variante realizzativa.

Con riferimento alla Figura 1, è rappresentato un blocco di marmo o pietra naturale o materiale ricomposto, che chiameremo semplicemente “blocco”. Il blocco 1 può infatti essere di qualsiasi materiale lapideo o di altro genere, ad esempio marmo o granito naturale, oppure può essere un blocco di materiale lapideo ricomposto.

Il blocco 1 viene appoggiato su una piattaforma 5 di appoggio e trasporto piana e rigida con interposizione di un foglio di base 3a, impermeabile a liquidi e gas, di dimensioni eccedenti di qualche centimetro la dimensione in pianta del blocco, su cui sono disposti dei distanziatori discontinui.

Analogamente sulle quattro facce verticali del blocco 1 vengono applicati fogli laterali 3b, impermeabili a liquidi e gas, con interposizione di elementi distanziatori 7, incollati alla faccia del blocco 1. Secondo l'invenzione, il foglio di base 3a ed i fogli laterali 3b sono fogli in materiale termoretraibile, cioè in un materiale che si restringe per effetto del calore.

I fogli laterali 3b sono incollati o saldati tra loro sui lati confinanti ed incollati o saldati sul loro bordo inferiore al foglio di base 3a, in modo da formare una guaina 3 che avvolge il blocco 1 in un contenitore stagno.

Le dimensioni in altezza dei fogli laterali 3b sono di qualche centimetro superiori all’altezza del blocco 1, in modo tale da formare superiormente al blocco una vasca di contenimento per una resina fluida che verrà successivamente colata sul blocco. Materiali che possono vantaggiosamente essere utilizzati per realizzare la guaina 3 sono, ad esempio, il polietilene, le poliolefine, il polipropilene (PVC o PET) e gli stirenici plastici. I distanziatori 7 possono essere realizzati in un materiale qualsiasi, purché assicurino di mantenere la guaina 3 ad una certa distanza dal blocco 1, in modo da formare una rete di canali intercomunicanti. A titolo di esempio, i distanziali 7 potrebbero essere realizzati negli stessi materiali utilizzati per realizzare la guaina 3 (polietilene, poliolefine, polipropilene, stirenici plastici) o anche in tessuto in fibra di vetro.

Si noti a tale proposito che come elemento distanziatore, anziché una pluralità di distanziatori discreti 7 (come nell’esempio rappresentato nelle Figure) può essere utilizzata una rete a maglia sufficientemente larga disposta sulla faccia inferiore e sulle facce laterali del blocco, come descritto nel brevetto IT 1,027,222.

I distanziatori 7 sono incollati alla faccia inferiore ed alle facce laterali 1b del blocco 1 e la faccia 7a di detti distanziatori rivolta verso la guaina 3 è preferibilmente rivestita di uno strato di collante attivabile a caldo.

Come collante è possibile utilizzare, ad esempio, colle poliuretaniche, colle epossidiche in fase acquosa o in fase chimi mono- o bi-componente, cianacrilato, poliestere, collanti “hot-melt” con attivatori di temperatura.

In alternativa alla realizzazione sopra descritta, le facce laterali 1b del blocco 1 possono essere rivestite da un unico foglio piegato intorno al blocco, riducendo in questo modo le parti incollate ed aumentandone ulteriormente la tenuta.

Ancora, secondo la forma di realizzazione illustrata in Figura 2, il blocco 1 – con i distanziatori 7 incollati sulla faccia di base 1a e sulle facce laterali 1b – può essere introdotto in un sacco 3’, realizzato in materiale termoretraibile.

Una volta rivestito con la guaina termoretraibile 3, il blocco 1 viene sottoposto a riscaldamento affinché la suddetta guaina termoretraibile si restringa.

Tale riscaldamento può essere effettuato, ad esempio, inserendo il blocco all’interno di un forno o di una camera di riscaldamento oppure investendo il blocco con flussi di aria calda.

Tipicamente, il tempo di permanenza del blocco all’interno di detto forno può essere compreso fra 1 e 10 ore, ad una temperatura compresa fra 55°C e 95°C, a seconda del materiale trattato.

Con riferimento alle Figure 3a, 3b, sono schematicamente illustrati il blocco 1 e la guaina termoretraibile 3 prima e dopo il trattamento termico: sotto l’effetto del riscaldamento, la guaina 3 si restringe cosicché aderisce ai distanziatori 7 previsti sul blocco 1 e si avvicina alla faccia del blocco 1 stesso – anche se, a causa delle scabrosità della superficie del blocco, non aderisce perfettamente a detta faccia.

Inoltre, il riscaldamento del blocco 1 porta all’attivazione del collante previsto sulla faccia 7a dei distanziatori 7, causando l’incollatura della guaina 3 a detti distanziatori.

Si noti che, in alternativa, è anche possibile prevedere di ricoprire con il collante attivabile a caldo la faccia interna della guaina 3 anziché i distanziatori 7, ottenendo comunque il medesimo risultato.

In tal modo, il blocco 1 risultato collegato per punti alla guaina 3, in corrispondenza dei distanziatori 7.

Come illustrato in Figura 4, la piattaforma 5 su cui è appoggiato il blocco 1 viene poi trasferita in un’autoclave 9, dotata di aperture per il passaggio delle resine di impregnazione ed eventualmente di un oblò per consentire il controllo visivo del processo da parte di un operatore.

Con riferimento alla Figura 4, si noti che il trattamento termico del blocco 1 può avvenire direttamente in autoclave, prima di fare il vuoto: è sufficiente prevedere all’interno dell’autoclave 9 riscaldatori 11 (ad esempio, riscaldatori a resistenza elettrica) per investire il blocco 1 con flussi di aria calda.

Nell’autoclave 9, mediante una pompa 13, viene fatto il vuoto per ottenere una rapida asciugatura in profondità del blocco, favorita dal preriscaldamento e dalla ridotta tensione di vapore dell’acqua a pressioni via via più ridotte.

Dopo l’asciugatura del blocco ed il raggiungimento di una pressione residua preferibilmente non superiore a 20 torr, o comunque una pressione il più possibile vicina al vuoto, la resina viene introdotta progressivamente fino a coprire la faccia superiore del blocco.

La resina può così fluire senza ostacoli nelle interfacce tra il blocco 1 e la guaina 3 e nelle fratture più rilevanti presenti nel blocco.

La resina destinata a penetrare successivamente nelle fratture minori e discontinuità strutturali del blocco viene invece accumulata, in questa fase, sopra la faccia superiore del blocco. Lo spessore di resina fluida da lasciar accumulare sul blocco dipende dal tipo di pietra da risanare, dai suoi difetti ed è determinata dall’esperienza produttiva su basi statistiche.

E’ importante che il blocco venga completamente coperto di resina in quanto una eventuale fessurazione rimasta scoperta sulla superficie superiore del blocco permetterebbe all’aria di infiltrarsi all’interno del blocco compromettendone il processo di impregnazione a pressione.

In una variante dell’invenzione, illustrata in Figura 5, l’autoclave 9 prevede un sistema di ricircolo 15 di gas inerti (quali azoto) provvisto di una pompa di ricircolo 17. Grazie a detto sistema di ricircolo 15, il blocco 1 durante la fase di depressione in autoclave può essere sottoposto a ripetuti lavaggi con gas inerte. Tali lavaggi da un lato consentono di eliminare l’umidità presente nell’autoclave, dall’altro hanno un effetto stabilizzante sui collanti previsti fra i distanziatori 7 e la guaina 3, in quanto alcuni tipi di collante potrebbero dare origine a reazioni chimiche in presenza di umidità. Successivamente, secondo tecnica nota, si rimette l’autoclave in comunicazione con l’atmosfera esterna e l’aria, rientrando nell’autoclave, esercita una spinta sulla superficie di resina fluida spingendola a penetrare nel blocco.

Volendo aumentare la penetrazione della resina nel blocco dopo il riequilibrio dei valori atmosferici all’interno dell’autoclave, si può inserire una sovrappressione che aumenta la spinta sulla faccia superiore e favorisce il fluire della resina anche nelle microfessure del materiale all’interno del blocco.

Si noti, a tale proposito, che l’effetto stabilizzante dei lavaggi con gas inerte sopra descritti sul collante utilizzato per incollare la guaina 3 ai distanziatori 7 consente il raggiungimento di sovrappressioni molto elevate e contribuisce sensibilmente alla penetrazione della resina ed alla buona riuscita del procedimento.

Tipicamente, il tempo di permanenza del blocco all’interno dell’autoclave può essere compreso fra 1 e 2 ore, ad una temperatura compresa fra 35°C e 65°C, a seconda del materiale trattato.

Si estrae quindi la piattaforma con il blocco dall’autoclave e si lascia indurire la resina in modo naturale o, preferibilmente, sottoponendo a riscaldamento il blocco.

Si provvede poi alla segagione senza necessità di rimuovere la guaina termoretraibile.

Il metodo descritto è semplice, non necessita di casseforme rigide di contenimento e può essere applicato a blocchi di qualsiasi dimensione e forma, anche non parallelepipedi.

Inoltre, dato il basso costo della guaina termoretraibile e la minima quantità di resina sprecata, il procedimento risulta essere economicamente molto conveniente.

È evidente che numerose varianti e modifiche a quanto sopra descritto a titolo di esempio sono possibili senza uscire dall’ambito della presente invenzione. In particolare, benché nella descrizione dettagliata di una forma preferita di realizzazione dell’invenzione si sia fatto riferimento ad una guaina 3 interamente realizzata in materiale termoretraibile, sarà possibile prevedere di utilizzare una guaina realizzata solo in parte con materiale termoretraibile.

In tal caso, si potrà utilizzare una guaina in cui, ad esempio, strisce verticali di materiale termoretraibile sono alternate a strisce verticali di materiale non termoretraibile.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il consolidamento di blocchi (1) in pietra naturale o di altro materiale lapideo, aventi fratture e cavità interne comunicanti con l’esterno, che utilizza un processo di impregnazione sottovuoto in autoclave (9) con resine indurenti, detto blocco (1) essendo introdotto in detta autoclave (9) collegato per punti ad una guaina (3;3’), impermeabile a liquidi e gas, che lo avvolge in corrispondenza della sua faccia inferiore (1a) e delle sue facce laterali (1b) caratterizzato dal fatto che detta guaina (3;3’) è realizzata almeno in parte con materiale termoretraibile.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta guaina (3) è formata da un foglio di base (3a) che ricopre detto blocco (1) in corrispondenza della sua faccia inferiore e da fogli laterali (3b) uniti tra loro che avvolgono detto blocco (1) in corrispondenza delle sue facce laterali (1b).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta guaina (3’) è in forma di sacco, all’interno del quale viene introdotto detto blocco (1).
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detta guaina è realizzata completamente con materiale termoretraibile.
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detta guaina è realizzata alternando strisce di materiale termoretraibile con strisce di materiale non termoretraibile.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente le seguenti fasi: - appoggiare il blocco (1) da consolidare su un foglio di base (3a) in materiale termoretraibile con interposizione di distanziatori (7) discontinui; - applicare a ciascuna faccia laterale del blocco un foglio laterale (3b) in materiale termoretraibile con interposizione di elementi distanziatori (7), ciascun foglio laterale (3b) avendo un’altezza superiore di alcuni centimetri all’altezza del blocco (1) stesso; - unire tra loro detti foglio di base (3a) e detti fogli laterali (3b) in corrispondenza degli spigoli di detto blocco in modo da formare una guaina (3) stagna per il blocco stesso; - sottoporre detto blocco (1) a riscaldamento fino ad ottenere il restringimento di detta guaina termoretraibile (3); - inserire detto blocco (1) in detta autoclave (9) e praticare una depressione; - colare sulla parte superiore di detto blocco (1) e nelle intercapedini tra detto blocco e detta guaina una resina induribile allo stato fluido in modo da ricoprire completamente detto blocco (1); - togliere la depressione da detta autoclave (9) facendo così penetrare la resina in dette fratture o cavità interne di detto blocco (1); - lasciare o fare indurire la resina attorno a detto blocco e in dette fratture o cavità interne.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente le seguenti fasi: - introdurre il blocco (1) da consolidare in un sacco (3’) in materiale termoretraibile con interposizione di distanziatori (7) discontinui, detto sacco formando una guaina (3) stagna per il blocco stesso; - sottoporre detto blocco (1) a riscaldamento fino ad ottenere il restringimento di detta guaina termoretraibile (3); - inserire detto blocco (1) in detta autoclave (9) e praticare una depressione; - colare sulla parte superiore di detto blocco (1) e nelle intercapedini tra detto blocco e detta guaina una resina induribile allo stato fluido in modo da ricoprire completamente detto blocco (1); - togliere la depressione da detta autoclave (9) facendo così penetrare la resina in dette fratture o cavità interne di detto blocco (1); - lasciare o fare indurire la resina attorno a detto blocco e in dette fratture o cavità interne.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7 in cui la faccia (7a) di detti distanziatori rivolta verso detta guaina (3;3’) è provvista di uno strato di collante attivabile a caldo, detto collante essendo attivato durante detta fase di riscaldamento.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7 in cui la faccia di detta guaina (3;3’) rivolta verso detto blocco (1) è provvista di uno strato di collante attivabile a caldo, detto collante essendo attivato durante detta fase di riscaldamento.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui in detta fase di riscaldamento detto blocco (1) è introdotto in un forno o in una camera termica.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui in detta fase di riscaldamento detto blocco (1) è investito da flussi di aria calda.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detta fase di riscaldamento avviene direttamente all’interno di detta autoclave (9).
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui durante detta fase di depressione in autoclave un flusso di gas inerte, quale azoto, è fatto circolare all’interno di detta autoclave (9), detto blocco (1) essendo così sottoposto a ripetuti lavaggi con detto gas inerte.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui, dopo il ripristino della pressione atmosferica all’interno di detta autoclave (9), segue una fase di sovrappressione che favorisce ulteriormente la penetrazione della resina all’interno di detto blocco (1).
15. 15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale termoretraibile è un materiale scelto fra polietilene, poliolefine, polipropilene e stirenici plastici.
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detti distanziatori sono realizzati in un materiale scelto fra polietilene, poliolefine, polipropilene, stirenici plastici e tessuto in fibra di vetro.
17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto collante è scelto fra colle poliuretaniche, colle epossidiche in fase acquosa o in fase chimi mono- o bi-componente, cianacrilato, poliestere, collanti “hot-melt” con attivatori di temperatura.
18. 18. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui il tempo di permanenza di detto blocco all’interno di detto forno o camera termica è compreso fra 1 e 10 ore e la temperatura è all’interno di detto forno o camera termica compresa fra 55°C e 95°C.
19. 19. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7 , in cui il tempo di permanenza di detto blocco all’interno di detta autoclave è compreso fra 1 e 2 ore e la temperatura all’interno di detta autoclave è compresa fra 35°C e 65°C.