PAVIMENTOS DE ALTA RESISTENCIA Y ESTANQUEIDAD QUÍMICAS

Desde la invención de la primera porcelana europea en 1711 se tiene conciencia de las excelentes propiedades de este producto cerámico como contenedor de sustancias químicas, pasando a formar parte de la gran familia de crisoles y recipientes de la actividad alquimista. Con la Era Industrial, la porcelana, ahora denominada porcelana técnica, pasa a ocupar una posición relevante en un sinnúmero de aplicaciones industriales, de las que destacan los contenedores y los recubrimientos antiácido, mucho antes incluso de la aparición de los refractarios de alta resistencia química. Especialmente en las industrias química y farmacéutica, la porcelana técnica ocupa un lugar indiscutible que pervive hasta nuestros días. En Centroeuropa existe una tecnología específica para los recubrimientos cerámicos de alta resistencia química, tanto en aplicaciones especiales antiácido como en aplicaciones de bajos requerimientos de resistencia química, como son los depósitos y conducciones de agua potable. Al igual que en los pavimentos de alta resistencia mecánica, la falta de sistemas para recubrimiento y una oferta muy reducida, unido a graves carencias en materia de colocación, han llevado a la sustitución de los recubrimientos cerámicos por materiales sintéticos que, si bien tienen una adecuada resistencia química, deben ser repuestos periódicamente por sus bajas prestaciones mecánicas en su uso como pavimento, generando problemas de residuos difícilmente reciclables y encareciendo notablemente el mantenimiento de los espacios revestidos con esos materiales. Por otra parte, la legislación cada vez más exigente en materia medioambiental, obliga a la consideración de los recubrimientos de alta resistencia química bajo los siguientes aspectos:

► Utilización de materiales que por su composición y características no representen un problema medioambiental, tanto desde la fase de su fabricación como desde el reciclado como materiales de desecho.

Recubrimientos no convencionales 1 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

► Que aseguren la resistencia química pretendida junto con otras propiedades funcionales y, entre ellas, un óptimo comportamiento a lo largo de la vida útil del espacio a revestir, para evitar no solamente los costes de mantenimiento y reposición sino también la generación de residuos.

► Que confieran total estanqueidad a los espacios revestidos con el fin de eliminar cualquier contaminación y aislar las fuentes contaminantes de una forma absolutamente controlada.

► Que la limpieza del espacio y el mantenimiento ordinario puedan realizarse de forma sencilla, y con la utilización de productos no agresivos con el medio ambiente y la menor cantidad posible de agua.

Bajo esos aspectos, algunas leyes nacionales contemplan una severa restricción para la utilización de materiales y establecen normas muy estrictas en cuanto a impermeabilización química de aquellos espacios que puedan representar un riesgo para la contaminación, sobre todo en el medio hídrico. Así por ejemplo, la Ley de economía hídrica del Estado Alemán, en su Sección 19, establece las directrices para instalaciones de manipulación de materiales peligrosos para las aguas, considerando los recubrimientos cerámicos como una de las opciones más respetuosas con el medio ambiente si van acompañadas de un sistema de impermeabilización química adecuado. La impermeabilización química tiene por objeto proteger los elementos constructivos del ataque de sustancias químicas pero, a su vez, permite asegurar que esos productos químicos puedan estar permanentemente controlados y, especialmente, evitar que pasen a capas freáticas o aguas subterráneas con el consiguiente daño, en ocasiones irreparable. Por ello, la impermeabilización química tiene el doble objetivo de barrera contra las filtraciones y de protección de la construcción. En ese contexto, los recubrimientos cerámicos representan la epidermis de un recubrimiento antiácido que aporta los restantes requisitos funcionales: resistencia mecánica adecuada, fácil limpieza y canalizador de los productos químicos hacia lugares de evacuación o depósito. En la misma proporción que se activan políticas medioambientales y aumenta la sensibilidad y el respeto hacia el entorno, los recubrimientos cerámicos han iniciado un proceso de recuperación imparable en aquellas aplicaciones especiales donde la química está presente, incluso de la forma más discreta: depósitos y canalizaciones de agua, evacuación de aguas residuales, balsas de decantación y depósito, hostelería, arquitectura sanitaria y, muy especialmente, todos los espacios que albergan actividades industriales relacionadas directa o indirectamente con productos químicos (industria metalmecánica, alimentaria, química, farmacéutica, etc.). Normalmente la resistencia química va asociada a una adecuada resistencia mecánica para el tipo de aplicaciones especiales anteriormente citadas. Bajo ambas componentes se contempla la mayoría de normas referidas a la pavimentación de alta resistencia química y se les otorga un nivel de alta especialización. Así por ejemplo, la ley alemana de economía hídrica define el tipo de empresa especializada que debe acometer los trabajos de alicatado/solado y las autorizaciones pertinentes para el control de calidad de ese tipo de recubrimientos.

Recubrimientos no convencionales 2 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

La impermeabilización química Se considera la existencia de esfuerzo químico cuando ácidos, álcalis, sales o cualquier sustancia de naturaleza química está presente en concentraciones tales que posibiliten una agresión, de forma permanente o transitoria, sobre los elementos constructivos o sobre el entorno. Según las directrices alemanas, el esfuerzo químico puede establecerse en los siguientes niveles:

► Fuertemente alcalino: cuando las sustancias presentes están en una concentración cuyo pH está por encima de 10

► Débilmente alcalino: cuando las sustancias presentes están en una concentración cuyo pH se sitúa entre 7 (neutro) y 10

► Débilmente ácido: cuando las sustancias presentes están en una concentración cuyo pH se sitúa entre 5 y 7

► Fuertemente ácido: cuanto las sustancias presentes están en una concentración cuyo pH está por debajo de 5

Además establece categorías de esfuerzo químico específico para disoluciones salinas, disolventes, aceites y grasas. Dado que un recubrimiento cerámico de alta resistencia e impermeabilización químicas debe ser motivo de un proyecto completo, hay que considerar en primer lugar el previsible esfuerzo químico máximo a que estará sometido dicho recubrimiento; después se considerarán las restantes exigencias funcionales. La posible previsión de exposiciones a ataque químico muy fuerte durante períodos de tiempo cortos (por ejemplo, como consecuencia de escapes) debe formar también parte del proyecto. Un recubrimiento cerámico de alta resistencia química se compone esencialmente de un estrato de baldosas cerámicas, un lecho de colocación configurado por los materiales de agarre y rejuntado, y una capa de impermeabilización química antepuesta al resto de elementos constructivos implicados en el sistema multiestrato que configura ese recubrimiento, desde la solera hasta las diferentes capas intermedias contempladas en otros apartados de la presente documentación. En la Figura 1 se ilustra un perfil sencillo de recubrimiento cerámico sobre solera de hormigón y soporte de acero.

Sistema de impermeabilización química sobre soporte de hormigón y acero Figura 1

Recubrimientos no convencionales 3 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

Bajo la consideración de que el recubrimiento cerámico por sí mismo no es impermeable, los materiales de agarre y rejuntado (especialmente estos últimos) deben tener idéntica resistencia química que las baldosas cerámicas por entrar en contacto directa o indirectamente con las sustancias químicas. La capa de impermeabilización asume la función principal de impermeabilización del soporte y estanqueidad química del espacio. A su vez, los soportes de colocación deberán cumplir una serie de requisitos desde el punto de vista de la impermeabilización química que albergan. Así, la directriz alemana VDI 2532 hace referencia a los soportes de acero; la directriz VDI 2533, así como la Hoja de trabajo S 10, Parte 1 de la AGI hacen referencia a los soportes de hormigón u hormigón armado, solados y revoques. En general, a los soportes se les exige baja deformabilidad, para reducir al máximo la formación de fisuras y grietas, ya que éstas pueden disminuir o anular la función impermeabilizadora. El proyecto de impermeabilización química debe tener en cuenta todos los parámetros de naturaleza mecánica, tanto los relativos a la propia construcción (retracciones, fluencia y flechas máximas, que no sobrepasarán el 1/500 del vano o luz), como las relativas a cargas dinámicas y estáticas, oscilaciones de temperatura y acción de la humedad. En todos los casos se exige un total acoplamiento entre los tres elementos básicos que configuran la impermeabilización química (baldosas cerámicas, materiales de agarre y rejuntado y capa de impermeabilización) y también entre ésta y el soporte. Dado que todos los materiales utilizados en la impermeabilización química no tienen las mismas propiedades, se deberán seleccionar aquéllos que mantengan un equilibrio entre las exigencias prioritarias, combinando tanto la resistencia química como las prestaciones de naturaleza mecánica, inalterabilidad, facilidad de reparación, etc. El Usuario puede consultar la Hoja de trabajo de la AGI, La construcción antiácida, Parte 2, Punto 3. La ejecución de la impermeabilización química puede realizarse de dos formas:

► Mediante la disposición de láminas prefabricadas a base de elastómeros (cauchos naturales o sintéticos), o láminas termoplásticas a base de poliisobutilenos (PIB) o cloruro de polivinilo (PVC), con unión por adherencia o soldadura. La ejecución mediante láminas tiene la ventaja de poderse aplicar sobre soportes que presenten fisuras o tengan tendencias a su formación, ya que se aprovecha su flexibilidad. Las láminas de impermeabilización se anclan al soporte normalmente mediante una imprimación y un adhesivo, distinguiéndose los materiales adhesivos en frío y en caliente. Las capas de impermeabilización deben someterse a ensayo (inspección visual y determinación de la fuerza de adherencia) por personal cualificado. En casos excepcionales se utilizan láminas metálicas (plomo, cobre, aluminio o acero fino). En la impermeabilización química las láminas de material bituminoso tienen un interés muy secundario.

► Mediante la utilización de materiales extensibles, aplicados con rodillo, llana y espátula, y a base de resinas epoxi, poliuretano, poliuretano/brea u otras combinaciones que añaden cierta flexibilidad a la resistencia química. Esta segunda modalidad es la más cómoda y en ciertos aspectos mucho más

Recubrimientos no convencionales 4 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

económica que la disposición de láminas, aunque está restringida a soportes estables que no presenten fisuras continuas y que si son discontinuas no tengan una anchura máxima superior a 0,5 mm. Para este tipo de materiales de impermeabilización química se controlará el espesor y la óptima reticulación. La aplicación de los materiales extensibles se realiza en varias capas con el fin de que cada una de ellas, de muy pequeño grosor, endurezca con una óptima reticulación de la resina. Se inicia el proceso con una dispersión diluida para terminar en la última mano con la aplicación del material según las instrucciones del fabricante. Sumideros, conducciones, tuberías y encuentros con elementos constructivos o cambios de plano se resuelven con la utilización de bandas tejidas y manguitos que se instalan entre dos capas sucesivas.

Imprimación previa de los paramentos encontacto con el pavimento

Colocación de bandas en los encuentros revestimiento/pavimento. Fijación con e

Colocación de manguitos en las instalaciones de fontanería. l

material de impermeabilización

Impermeabilización de sumideros Proceso de aplicación del material impermeabilizante

Un estrato uniforme sobre la solera

Espolvoreado de arena silícea de 0,4-0,7 mm Ø con el fin de preparar la impermeabilización para recibir el pavimento cerámico

Secuencia fotográfica que ilustra la impermeabilización química con materiales extensibles. PCI®

Recubrimientos no convencionales 5 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

Habitualmente, se procede al enarenado de la última capa de material químicamente impermeable todavía sin endurecer, para permitir la colocación de las baldosas cerámicas con un adhesivo cementoso compatible (en el caso de que no se vayan a utilizar adhesivos de reacción). Aunque en la mayoría de los casos la impermeabilización química de paramentos y elementos constructivos verticales se resuelve con el revestimiento cerámico y un rejuntado con materiales de reacción (RG), es preceptivo continuar la impermeabilización química de los suelos por lo menos hasta una altura de 30 cm respecto al plano definitivo del pavimento cerámico (esta altura será mayor, en función del riesgo de exposición o de derrame de productos químicos), en el marco de asegurar la total estanqueidad del espacio revestido, incluso ante la posibilidad de escapes. En la impermeabilización con láminas, esta entrega a los paramentos se rematará con una sujeción mecánica. Dada la escasa información sobre materiales para impermeabilización química, aportamos en el Cuadro 1 información sobre propiedades y características de láminas de impermeabilización química, extraído del Reglamento de la Federación Internacional de Natación Amateur (FINA) y en el Cuadro 2 la resistencia química de los materiales de impermeabilización.

Recubrimientos no convencionales 6 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS LÁMINAS PARA IMPERMEABILIZACIÓN QUÍMICA Tiras elastoméricas Tiras termoplásticas

Propiedades Estrato único

vulcanizado Estrato doble vulcanizado

Estrato único auto-

vulcanizante

Estrato único

vulcanizado PIB

PVC-blando compatible

con material bituminoso

PVC-blando no compatible con material bituminoso

Forma de suministro Rollos Rollos + separación Rollos + separación Rollos

Base IIR, CR IIR, CR, CSM IIR, CR, NBR IIR, CR PIB PVC PVC Medidas: Longitud aprox. [m] 10-20 10-15 10-20 Anchura aprox. [mm] 10000-1100 1050 1000-1500 1050-2000 Grosor [mm] 0,8-2 1,5-2 1,3-2 1,5-3 1-2 Calidad o estructura general aristas rectas, libre de burbujas, grietas, bolsas de contracción,

poros, ondulación idem Cambio dimensional máximo después de posicionamiento en condiciones de calor [%]

2 no utilizable 2 2 Densidad [g/cm3] 1,2-1,5 1,25-1,35 1,3-1,6 1,3-1,5 1,38 1,35 1,25 Resistencia a la rotura [N/mm2] 4-6 5-6 3-6 3-5 > 3 17 15 Alargamiento de la rotura [%] 400-600 400-450 300-500 > 350 350 300 Dureza [Shore A] 55-60 55-65 80 70-80 Tipo de adhesión: Superficial K, W K K, W K, W K Junta entre tiras K K, S, Q S, Q Ensayo de las propiedades de acuerdo con DIN 7864 de acuerdo con DIN 16726 K = Adhesivo en frío S = Soldadura con gas W = Adhesivo en caliente Q = Soldadura con disolventes

FUENTE: KERAMISCHE BELÄGE UND BEKLEIDUNGEN, de Hans Günter Marx. Editorial Rudolf Müller (Berlín, 1995)

Cuadro 1

Recubrimientos no convencionales 7 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

RESISTENCIA QUÍMICA DE LAS LÁMINAS PARA IMPERMEABILIZACIÓN Capas impermeabiliz ntes a

no conformadas Tiras impermeabilizantes

Clase Grupo 1 UP VER EP FU PF

Grupo 2 EP-T PUR-T

Grupo 3

PUR Elastómeros

IIR CR NBR CSM Termoplásticos

PIB PVC PVC W1 W2

Ácidos inorgánicos, no oxidantes Ácidos inorgánicos, oxidantes Ácidos inorgánicos solubilizantes de SiO2 Ácidos orgánicos Soluciones salinas Agua Bases Bases oxidantes Hidrocarburos alifáticos Hidrocarburos aromáticos Alcoholes Cetonas, éteres Hidrocarburos clorurados Grasas, aceites

+ + 0 + + + + - - - + + + + + + + - + + + + + + + + + + + + 0 + + + 0 + + - - - + + + + + - + - + + + + - + + - 0 - + + - 0 - + + + + 0 + +

0 0 0 0 + 0 - 0 + + + + + 0 - + 0 0 - - 0 0 - - - - 0 0

+ 0 0 0

+

+ 0

+ 0 - 0 - - 0

+ + + + - 0 - + + + 0 + 0 0 0 0 + + + + + + + + + + + + - 0 - + - - + 0 - - 0 - 0 0 + 0 0 - 0 - - - 0 - - + + 0

+ + 0 + 0 - + 0 0 0 + + + + + + + + + + 0 0 0 - - - + - - 0 0 0 0 0 - - - - - - 0 0

Todas las indicaciones son únicamente de carácter orientativo. Sirven para expresar la relación entre las resistencias de los materiales de forma comparativa. Aclaración: + resistente PVC W1: no compatible con materiales bituminosos - no resistente PVC W2: compatible con materiales bituminosos 0 resistente bajo determinadas circunstancias (p. ej. para bajas concentraciones, baja temperatura o exposición transitoria al esfuerzo) UP: Composiciones a base de resinas poliéstricas FU: Composiciones a base de resinas de furano VER: Composiciones a base ésteres vinílicos PF: Composiciones a base de resinas fenolíticas EP: Composiciones a base de resinas epoxídicas PUR: Composiciones a base de resinas de poliuretano PIB: Poliisobutilenos PVC: Cloruro de polivinilo IIR, CR, NBR, CSM: Cauchos naturales o sintéticos

FUENTE: KERAMISCHE BELÄGE UND BEKLEIDUNGEN, de Hans Günter Marx. Editorial Rudolf Müller (Berlín, 1995) Cuadro 2

La impermeabilización química debe cubrir todo el espacio revestido sin interrupciones, con lo que debemos resolver convenientemente el paso de la impermeabilización sobre las juntas de movimiento. En las Figuras 2, 3 y 4 se ofrecen detalles constructivos de la impermeabilización química sobre juntas de movimiento y en la Figura 5 se ofrecen sendos esquemas de la entrega de la impermeabilización a sumideros. La utilización de bridas sueltas/fijas de alta resistencia a la corrosión química es aconsejable en todas las interrupciones de la impermeabilización.

Recubrimientos no convencionales 8 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

A

B

Esquema de una junta de movimiento en un pavimento con resistencia química A: Sin resistencia mecánica B: Con resistencia mecánica

Figura 2 Figura 2

Figura 3

Recubrimientos no convencionales 9 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

Esquema de una junta perimetral en puntos de apoyo o apertura del forjado, con pavimento cerámico con resistencia química.

Figura 4

A B

Esquema constructivo de un sumidero. A: Con tubo ensanchado de evacuación B: Con sifón y elemento antiácido incorporado

Figura 5

Los materiales para el sellado de estas juntas tienen una especial importancia, tanto para el correcto funcionamiento de la junta como para prever su envejecimiento, ya que no sólo debemos asegurar una buena resistencia química sino también un buen comportamiento a la agresión mecánica. El Usuario puede consultar el Cuadro 3, el cual ofrece información sobre la resistencia química de diferentes masillas para juntas de movimiento.

Recubrimientos no convencionales 10 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

RESISTENCIA QUÍMICA DE MASILLAS PARA JUNTAS DE MOVIMIENTO

Grupo de agentes químicos Medios de ensayo Polisulfuro Silicona Poliuretano/alquitrán

Ácidos inorgánicos: no oxidantes oxidantes

Ácido sulfúrico 20% Ácido sulfúrico 40% Ácido sulfúrico 60% Ácido nítrico 25% Ácido sulfúrico 80%

+R +R + - -

+ - -

+ -

+ + - - -

Ácidos orgánicos Ácido acético 25% Ácido acético 50% Ácido acético 90%

+R +R +

+ (+) -

+ + -

Soluciones salinas Sulfato ferroso saturado +R + + Álcalis Sosa cáustica 25%

Sosa cáustica 50% +R +R

+ +

+ +

Álcalis oxidantes Hipoclor o sódico 10% it + + + Hidrocarburos alifáticos Octano-n +R - - Hidrocarburos aromáticos Xilol +R - - Alcoholes Metanol +R + - Cetonas, ésteres Acetona +R + - Hidrocarburos clorados (CKW) - - - Grasas, aceites Aceite mineral +R + + Símbolos: + = resistente (+) = relativamente resistente - = no resistente R = posibilidad de retro-secado, ensayado sólo para polisulfuro Ensayos de 72 h de duración a 23 ºC sobre clinker resistente a los ácidos FUENTE: KERAMISCHE BELÄGE UND BEKLEIDUNGEN, de Hans Günter Marx. Editorial Rudolf Müller (Berlín, 1995)

Cuadro 3

En el Cuadro 4 se aportan datos de propiedades físicas y resistencia química de los adhesivos y materiales de rejuntado para recubrimientos cerámicos con resistencia química [recubrimientos “antiácido”].

Recubrimientos no convencionales 11 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

Recubrimientos no convencionales 12 Pavimentos de alta resistencia y estanqueidad químicas

PROPIEDADES FÍSICAS Y RESISTENCIA QUÍMICA DE LOS MATERIALES DE AGARRE Y REJUNTADO PARA RECUBRIMIENTOS CERÁMICOS ANTIÁCIDO

Valores físicos Masa de colocac. bitumin.

Masa de colocación bitumin., resist. al

HF

Materialesde agarre de silicato de sodio

Materiales de agarre de resinas de fenol y furano PF, FH

Materiales de agarre de resinas poliéstr.

UP

Materiales de agarre de resina

epoxi EP

Morteros de

fraguado hidráulico

A

Resinas de

ésteres vinílicos

VER Absorción de agua (% en peso) Resist. a la compresión N/mm2 a temperatura ambiental Resist. a la tracción N/mm2 a temperatura ambiental Módulo de elasticidad 104 N/mm2 a temperatura ambiental Dilatación térmica lineal 10-5·K-1 a temperatura ambiental

0-1

0,1-0,2 - - -

0-1

0,1-0,2 - - -

10-16

20-60

2-5

0,8-1,0

1,0-1,2

0-1

50-100

7-15

0,5-0,8

2,0-4,0

0-1

70-120

7-15

0,5-2,0

2,0-5,0

0-1

70-120

7-15

0,5-1,5

3,0-5,0

12-16

20-40

1-4

1,3-2,0

1,0-1,2

0-1

70-120

9-18

0,5-0,8

2,0-4,0 Ácidos inorgánicos, no oxidantes. Concentración: <10% >10% Ácidos inorgánicos, oxidantes. Concentración: <5% >5% Ácido fluorhídrico Álcalis. Concentración: <10% >10% Agua (del grifo) Agua (destilada) Metanol/etanol Ésteres Cetonas Hidrocarburos alifáticos clorados Hidrocarburos de bencina Hidrocarburos benzólicos Ácidos orgánicos Aceites minerales Grasas y aceites vegetales

+ (+)

(+) - -

+ (+)

+

(+)

(+) - - - - -

(+) - -

+ (+)

+ (+)

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+/(+)

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+/- +/-

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+ +/(+)

+/(+)

+ +

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+/-

+/-

(+)/-

+

+/(+)

+

+

+ Aclaración: + resistente (+) relativamente resistente - no resistente FUENTE: KERAMISCHE BELÄGE UND BEKLEIDUNGEN, de Hans Günter Marx. Editorial Rudolf Müller (Berlín, 1995)

Cuadro 4