Estructura de refuerzo para piedra natural basada en el empleo de fibras de carbono y polímeros sintéticos.

1. Estructura de refuerzo para piedra natural que consiste en la incorporación a la pieza de piedra natural (1) de mallas de fibra de carbono (2) impregnadas en polímeros epoxídicos (3),

las cuales se adhieren a la cara no vista de la piedra.

Estructura de refuerzo para piedra natural basada en el empleo de fibras de carbono y polímeros sintéticos

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere una estructura de refuerzo aplicable a piezas realizadas en piedra natural, de manera que mejore su comportamiento frente a la flexión e impactos, aumentando notablemente el nivel de cargas soportable sin la necesidad de grandes grosores y disminuyendo radicalmente el peso relativo de las piezas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la presente invención, se aborda la problemática de la fragilidad de la piedra natural, así como de su relativamente baja resistencia a la flexión y a la rotura por impacto, lo cual provoca la rotura de numerosas piezas pétreas durante todo el ciclo de vida del producto, ya sea en la fabricación, manipulación, transporte, colocación y uso final.

Este inconveniente ha marcado a la industria de la piedra natural desde sus orígenes ya que, por una parte, conlleva la necesidad de trabajar y utilizar este material en formatos limitados, ya sea a pequeñas dimensiones o a grandes espesores, y por otra parte, supone en las empresas del sector unos altos costes en su explotación y transformación, pues el consumo de material es muy elevado.

Para reforzar los materiales pétreos, se utilizan habitualmente mallas de fibra de vidrio que se adhieren al sustrato utilizando materiales poliméricos como resinas epoxídicas y de poliéster.

Sin embargo, este refuerzo no consigue minimizar durante su uso y manipulación las roturas en las piezas pétreas, y sólo ha resultado eficaz para evitar el desprendimiento de piezas rotas. Por tanto, el refuerzo basado en la fibra de vidrio adherida con resina no mejora las propiedades mecánicas de la piedra natural y, en consecuencia, no disminuye la rotura de piezas ni permite su utilización con menores espesores y mayores formatos.

Tradicionalmente el refuerzo de la piedra natural se lleva a cabo durante el proceso de fabricación, sobre las tablas obtenidas tras el corte del bloque de piedra. Para ello, generalmente se emplean resinas de poliéster insaturado y resinas epoxi.

Estas últimas son las más extendidas en el sector de la piedra natural por su elevada resistencia mecánica, elevado poder de adhesión con la roca, excelente durabilidad de la unión adhesiva y una disminución de volumen (contracción) durante el curado despreciable.

Estas resinas penetran en el interior de los poros, fisuras y demás cavidades de la piedra natural, uniendo aquellas partes más débiles con las más fuertes y rellenando los vacíos de esta.

Normalmente se aplican en la cara posterior de las tablas donde se añade la malla de fibra de vidrio como refuerzo.

En la patente ES 1 028 049 U plantea el uso de una matriz de resina poliéster con fibra de vidrio, dando lugar a un material compuesto, adherido a la cara posterior de la piedra natural.

Alternativamente se han desarrollado otros procesos en los que no interviene la fibra de vidrio, y que adolecen de la misma problemática.

La patente ES 2 172 394 describe un método de refuerzo que consiste en cortar placas de un determinado grosor, a partir de los bloques de piedra natural extraídos de las canteras, y fijar en sus caras mediante resina de poliéster sendas planchas de poliuretano, efectuándose luego un corte de división por la mitad del grosor de la placa de piedra natural, con lo que resultan dos piezas y de reducido grosor reforzadas con poliuretano.

La patente ES 2 203 322 describe un método de refuerzo de piedra natural que consiste en aplicar sobre una o ambas superficies de una piedra natural, una capa de mortero en estado fluido, pudiendo incorporar opcionalmente una malla de refuerzo intercalada entre la capa de mortero y la piedra natural, o bien embebida en la propia capa de mortero.

Un sistema de refuerzo similar se describe en la patente ES 2 157 157 y su posterior certificado de adición, para el que se emplean, una base compuesta de cemento de alta calidad, sílice y fibras celulósicas (lo que se conoce como fibrocemento) con espesor comprendido entre 2 y 5 mm, tratadas con un proceso de curación en autoclave.

En la patente ES 2 257 930 se describe un sistema de refuerzo basado en el uso de láminas de porcelánico. La baldosa de dos componentes obtenida consiste en una pieza compuesta de una cara vista de piedra natural de fino espesor y gran formato adherida a una lámina de soporte porcelánica que ofrece refuerzo y rigidización, presentando la placa soporte porcelánica una composición particular para su adaptación a las características físicas de la placa de piedra natural.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención consiste en un sistema de refuerzo para la piedra natural, que consiga evitar o minimizar estas limitaciones.

En este contexto se ha planteado la utilización de fibras de carbono para elaborar un refuerzo de piedra natural, habida cuenta de que la fibra de carbono, y los composites formados con ella, tienen una elevada eficacia como refuerzo en otros materiales, y se utilizan habitualmente en sectores tan avanzados tecnológicamente como la aeronáutica o la automoción.

Concretamente, el novedoso refuerzo consiste en la incorporación a la pieza de piedra natural de mallas de fibra de carbono impregnadas de diferentes polímeros epoxídicos, las cuales se adhieren a la cara no vista de la piedra y actúan como refuerzo de la piedra.

El nuevo refuerzo presenta un alto rendimiento de la adhesión de las fibras a la piedra natural, con larga durabilidad de los composites y sobre todo la capacidad de aportar resistencia mecánica a los materiales pétreos.

Para llevar a cabo la evaluación del refuerzo mecánico obtenido para la piedra natural, se han realizado una serie de ensayos de laboratorio en piezas pétreas reforzadas con el nuevo sistema desarrollado, los cuales permiten determinar propiedades mecánicas como la resistencia a la flexión bajo carga concentrada y la energía de rotura por impacto en la piedra natural.

Dicha caracterización se ha llevado a cabo en diferentes materiales como Crema Marfil, Caliza Alba, Arenisca Kafé y Travertino Olivillo, a los cuales se había adherido por la cara no vista una malla del composite formado de fibra de carbono y polímero epoxídico.

En todos los casos, la resistencia a la flexión bajo carga concentrada y la resistencia a la rotura por impacto fueron considerablemente mayores en las piezas reforzadas que en las piezas sin reforzar, siendo mayor el incremento en los materiales más frágiles.

El desarrollo de refuerzos efectivos en la piedra natural puede suponer una importante innovación para las empresas del sector, ya que se consigue una mejora evidente de las propiedades mecánicas del material pétreo, con lo cual se minimizarían las roturas en todas las fases del ciclo de vida de los productos, y se aumentaría considerablemente su durabilidad.

Además, se abre un amplio abanico de posibilidades para la industria de la piedra natural, pues permite la fabricación de productos en mayores formatos y menores espesores, con lo cual se aumentaría de manera importante su versatilidad y su competitividad en el mercado, a la vez que disminuirían drásticamente el consumo de material y los costes de fabricación.

DESCRIPCIÓN DEL EJEMPLO

Según los dibujos, la figura 1 representa una vista de una tabla de piedra natural en la que se incorpora el nuevo refuerzo.

El novedoso refuerzo consiste en la incorporación a la cara no vista pieza de piedra natural (1) de una malla de fibra de carbono (2) impregnada en un polímero epoxídico (3) . La malla de fibra de carbono tiene un espesor de 0.5 mm, y el polímero usado como adhesivo adquiere un espesor de capa de 0.05 mm.

Para evaluar la mejora de la resistencia mecánica de las baldosas reforzadas con malla de fibra de carbono, respecto a las baldosas de la misma piedra sin malla, se han llevado a cabo por una parte una serie de ensayos para la determinación de la energía de rotura por impacto (W) , empleando 10 probetas de cada material de dimensiones 20x20x2 cm, y por otra parte, se han realizado ensayos de determinación de la resistencia a la flexión bajo carga concentrada (F) , utilizando 10 probetas de cada material de dimensiones 12x6x2 cm.

En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos en estos ensayos para varios materiales pétreos de distinta naturaleza.

Tabla 1. Valores medios de los ensayos de determinación de la energía de rotura por impacto (W) y de la resistencia a la flexión bajo carga concentrada (F) .

Nombre comercial W (J) F (MPa)

del producto Sin malla Con malla % mejora...

1ª. Estructura de refuerzo para piedra natural que consiste en la incorporación a la pieza de piedra natural (1) de mallas de fibra de carbono (2) impregnadas en polímeros epoxídicos (3) , las cuales se adhieren a la cara no vista de la piedra.