CONSOLIDAMENTO DEI MATERIALI EDILI 

01 - premessa

L’argomento delle presenti note è rappresentato dai materiali e dalle tecniche per il consolidamento dei materiali. A titolo di semplice introduzione si riportano i termini più ricorrenti nell’ambito del consolidamento più generale ed il loro significato tecnologico.

Consolidare: Rendere solido o più solido, rendere stabile, rinforzare, rinsaldare, stabilizzare.

Consolidamento superficiale (consolidamento del materiale):  consolidamento di un elemento materico realizzato applicando un prodotto opportuno attraverso la superficie esterna del materiale, con tecniche idonee a farlo penetrare in profondità, in coerenza con le indicazioni normative.

Consolidamento del materiale a livello di: micropori e microfessure, scaglie e sfoglie. Il consolidamento “materico“ può essere definito come l’insieme di uno o più trattamenti superficiali successivi del supporto, con prodotti impregnanti, liquidi, trasparenti, incolori o colorati, atti a penetrare nelle porosità del supporto con lo scopo di conservarne le caratteristiche originarie e/o modificarne le caratteristiche determinate dal tempo, con sistemi non costituiti da una pellicola superficiale.

Consolidamento strutturale: Consolidamento di una struttura muraria o della struttura di un elemento sculto-reo per garantirne la stabilità. Generalmente si ottiene iniettando nella struttura un prodotto legante (per esempio boiacche cementizie specializzate) o inserendo elementi metallici o lignei.

02 – scopo del consolidamento

Migliorare la coesione tra i componenti del materiale da consolidare, l’adesione tra le parti deteriorate e quelle ancora sane e, di conseguenza, la resistenza del materiale agli sforzi meccanici. Lo scopo accennato viene raggiunto  facendo riaderire le parti decoese, fino al livello cristallino.

03 – requisiti necessari per i prodotti consolidanti

Il prodotto consolidante deve agire come un adesivo, aderendo alle superfici dei componenti minerali; Deve essere liquido, e penetrare in profondità nella rete capillare. Deve bagnare le superfici da ricongiungere e, successivamente, si deve trasformare in una sostanza solida.

04 – requisiti affinché il consolidamento sia compatibile e vantaggioso

04.1 - Non debbono essere modificati o alterati il colore, la tessitura e le ulteriori caratteristiche di aspetto delle superfici interessate.
04.2 - Il prodotto consolidante deve essere uniformemente assorbito per una profondità sufficiente a rag-giungere le parti interne del materiale, in genere meglio conservate di quelle esterne, senza formare croste superficiali.
04.3 – Il consolidamento deve ricostituire un’adeguata continuità tra le parti deteriorate e quelle ancora ben conservate; Deve essere migliorata la resistenza agli sforzi meccanici, applicati sia dall’esterno che all’interno della rete capillare.
04.4 – Il prodotto consolidante non deve occludere completamente le porosità: il materiale trattato deve ri-sultare ancora adeguatamente permeabile al vapore acqueo.
04.5 – Il prodotto consolidante non deve modificare, aumentandolo, il coefficiente di espansione termica li-neare delle parti raggiunte dal consolidante rispetto a quelle più interne, al fine di non creare tensioni differen-ziate in conseguenza delle inevitabili alternanze termiche.
04.6 – Il prodotto consolidante e la tecnica di consolidamento non debbono determinare significativi  irrigidi-menti delle aree trattate, rispetto alle parti non raggiunte dal prodotto consolidante, in modo che essa possa assorbire omogeneamente eventuali sforzi di tensione dovuti a cicli termici e termo-igrometrici.

05 – reversibilità dell’intervento di consolidamento

È considerato reversibile l’intervento i cui effetti possono essere successivamente eliminati senza danno per l’oggetto; L’intervento deve lasciare  praticamente inalterato lo spettro di eventuali scelte conservative future.

Può essere considerato reversibile il prodotto che rimane solubile in uno o più solventi (compatibili con i materiali costituenti il manufatto) e che può essere eliminato senza danno per il manufatto.

Si osserva che, nella pratica corrente, salvo condizioni, modalità di applicazione e materiali specificamente formulati, ogni intervento di consolidamento di materiali lapidei ed edili, è irreversibile, anche se ottenuto mediante l’applicazione di un prodotto che rimane solubile in solventi compatibili con il materiale trattato. E’ soprattutto importante che il prodotto consolidante non pregiudichi la successiva applicazione di un nuovo trattamento, qualora esso si rendesse necessario.

06 – parametri che influenzano la profondità di penetrazione

06.1 - Natura del consolidante e del solvente (se si tratta di un prodotto in soluzione);
06.2 - Concentrazione, viscosità e tensione superficiale della soluzione;
06.3 - Tempo di contatto tra prodotto consolidante e superficie da trattare;
06.4 - Condizioni climatiche durante il trattamento.

07 – influenza del tempo di contatto nella profondità di penetrazione

Premesso che la “capacità di penetrazione” in profondità è fondamentale per qualsiasi tipo di consolidante, la distanza (d) percorsa da un liquido in un mezzo poroso, nel tempo (t), tenuto conto del coefficiente di permeabilità (A), dipendente dal raggio dei pori, dalla bagnabilità, dalla tensione superficiale e dalla viscosità del prodotto, è esprimibile con l’espressione:

08 – natura dei consolidanti di più largo impiego

Sulla base delle esperienze pratiche e delle acquisizioni degli istituti preposti alla conservazione del patrimonio edile ed architettonico, i consolidanti più sperimentati possono essere compresi in due differenti categorie:
08.1 - Consolidanti inorganici: Formano, attraverso reazioni chimiche, nuovi prodotti, insolubili nel solvente impiegato,  che precipitano all’interno dei pori e si legano con deboli legami secondari ai componenti minerali. Le caratteristiche fisico-chimiche dei consolidanti inorganici consentono, in genere, il consolidamento di microfessure e micro cavità di apertura compresa fra 50 e 100 micron. 

08.2 - Consolidanti organici: Formano uno strato aderente, adesivo ed idrorepellente in grado di rive-stire e ricoprire le pareti dei pori e delle fessure, rinsaldandole.

09 – consolidanti a confronto

Le informazioni sommarie di seguito proposte sono desunte dalle acquisizioni degli istituti preposti alla conservazione del patrimonio architettonico e dalle pratiche conferme applicative, verificate nel tempo.

I più recenti sviluppi tecnologici hanno consentito di arricchire le opzioni di consolidamento con materiali inno-vativi di tipo multifunzionale.

La messa a punto di miscele bilanciate, ad elevata compatibilità , di esteri dell’acido silicico con silani e silossani ha portato alla produzione di sistemi consolidanti efficaci e, nello stesso tempo, idrorepellenti del tipo CONSILEX IDROCON. Nella stessa misura, l’apporto delle “NANOTECNOLIGIE” ha consentito la definizione di peculiari consolidanti indurenti del tipo QL NANOLITHIUM, con caratteristiche specialmente rivolte, in termini di realizzazione e manutenzione, alle pavimentazioni in calcestruzzo.   

10 – le fasi del consolidamento 

Anche le procedure di consolidamento, così come qualsivoglia intervento in genere, sugli organismi edili, richiedono indagini conoscitive caratterizzate da un grado di accuratezza progressivamente crescente con l’importanza strutturale e/o architettonica del manufatto.

A conclusione delle indagini conoscitive può essere redatto il protocollo esecutivo che deve necessariamente prevedere adeguate tecniche di pulitura.

11 – modalità di applicazione dei prodotti consolidanti 

Le modalità di applicazione più ricorrenti per i prodotti consolidanti, sono comunque dipendenti dal tipo e della natura del prodotto, nonché dalle esigenze di consolidamento, in termini di profondità e diffusione.

11.1 – con sistemi a spruzzo (spray);
11.2 – con sistemi a impacco, sino a rifiuto;
11.3 – mediante percolazione (scorrimento continuato del prodotto sulla superficie del materiale;
11.4 – a pennello, con applicazioni ripetute sino a rifiuto;
11.5 – mediante impregnazioni sotto vuoto (vacum system).

12 – degrado dei manufatti edili

 “I materiali calcarei, quali il marmo, numerose pietre ornamentali e di rivestimento, gli intonaci alla calce, il calcestruzzo carbonatato, le murature allettate con malte alla calce ed al cemento, esposti alle precipitazioni meteoriche, sono soggetti a patologie degenerative fra le quali possono essere annoverate la disgregazione, l’esfoliazione, l’alveolizzazione, ecc.”- (Normal 1/85).   

La raccomandazione Normal citata rappresenta un significativo riferimento per valutare l’ambito dei processi di degrado dei manufatti calcarei, ambito che risulta sensibilmente più esteso di quanto la definizione lascerebbe intendere. Oltre ai materiali calcarei classici debbono infatti essere considerati gli intonaci, sia alla calce che di tipo cementizio, il calcestruzzo carbonatato ecc.

13 – porosità dei manufatti edili

I pori dei manufatti edili possono essere suddivisi in macropori, con diametro maggiore di 500 Å, mesopori, con diametro compreso tra 500 e 20 Å e micropori, con diametro inferiore ai 20 Å. I micropori sono i più pericolosi dal punto di vista del degrado poiché nei loro reticoli la penetrazione dell’acqua per capillarità è più profonda. (a titolo di esempio, il marmo, pur essendo caratterizzato da una porosità complessiva relativamente bassa, dell’ordine del 4%, è particolarmente degradabile poiché la sua porosità è prevalentemente rappresentata da micropori.

14 – il ruolo dell’acqua nel degrado dei manufatti edili

Grazie (fino ad un certo punto!) a numerose peculiarità, quali l’elevato valore della sua costante dielettrica l’acqua è il “solvente univer-sale per eccellenza” in grado di “accoppiarsi” con quasi tutte le sostanze, modificandole significativamente.

Anche per questo, l’acqua, piovana, di condensazione, di permeazione, ecc. è il veicolo delle sostanze nocive ed aggressive dell’atmosfera quali l’anidride carbonica, gli ossidi d’azoto, le anidridi dello zolfo, ecc. Le sue differenti manifestazioni di stato inoltre, attraverso i processi fisici di gelo/disgelo, l’attacco chimico, ecc. confermano l’acqua come “fonte” principale dei processi degenerativi dei manufatti calcarei e dei materiali edili in genere.

15 – importanza dei sistemi idrorepellenti

L’attitudine “degenerativa” dell’acqua, seppure semplicemente accennata nel precedente paragrafo, rende insufficienti le pratiche di solo consolidamento dei materiali edili esposti. 
Per questo motivo CONSILEX IDROCON, che fornisce, nello stesso tempo, prestazioni consolidanti ed idrorepellenti, costituisce un presidio di consolidamento e protezione estremamente interessante.

16 – indirizzi di consolidamento

I prodotti inorganici, caratterizzati da una notevole affinità con i materiali lapidei, in termini di struttura reticolare e di proprietà fisiche, realizzano il consolidamento attraverso un meccanismo di precipitazione, all'interno dei capillari, di nuovi composti a ridottissima solubilità, come conseguenza delle reazioni con i componenti del materiale lapideo, con l'anidride carbonica dell'aria, o con l'acqua con cui vengono in contatto. I nuovi composti aderiscono alle pareti dei capillari riducendo lo spazio vuoto anche attraverso l’instaurazione di sistemi “a ponte, fra le pareti dei capillari stessi. I miglioramenti delle proprietà meccaniche, indotto dai consolidanti i-norganici, dipendono dal tipo e dall'abbondanza dei legami che si stabiliscono tra il composto che precipita negli spazi porosi e i costituenti del materiale lapideo. La durata nel tempo del consolidamento con composti inorganici adeguati, è generalmente molto elevata.  

I prodotti organici realizzano il consolidamento attraverso la formazione di uno strato più o meno continuo di materiale organico che riveste le pareti dei capillari, saldando tra loro i componenti minerali grazie all'elevato potere adesivo che caratterizzano i particolari polimeri impiegati.

La durata nel tempo del consolidamento con composti organici, è spesso considerata inferiore a quella offerta dai migliori consolidanti inorganici poiché almeno teoricamente, le molecole organiche possono essere soggette a meccanismi di “invecchiamento” per “infragilimento” del polimero, correlabili con l’ossigeno, con i raggi U.V., con le variazioni termiche e con l’acqua.  Sul piano pratico si deve però osservare che il consolidante, come tale, è destinato a penetrare all’interno del materiale, dove  gli scambi con l'ossigeno sono estremamente ridotti e l'azione degli UV è praticamente nulla.

I prodotti inorganici ed organici sopra accennati, esplicano le azioni di positivo consolidamento descritte, anche nel caso di massetti, intonaci, manufatti, ecc., costituiti da conglomerati con leganti aerei ed idraulici.

Sulla base di quanto premesso e sulla scorta della Raccomandazione Normal 20/85, è possibile approntare una tabella indicativa per un orientamento preliminare nella selezione del consolidante più adatto nelle diverse circostanze d’impiego. 
 

SIS = silicati in soluzione; AAS = alchil-alcossi-silani; EAS = esteri dell’acido silicico; MSA = miscele di esteri dell’acido silicico con silani e silossani; ACR = soluzioni acriliche; IDR = idrossidi di calcio o bario; SIN = nano-silicati di litio;   FS = fluosilicati; SIE = silicati di etile

Edoardo Mocco