Sulphide oxidation in ornamental slates: protective treatment with siloxanes

15444-Materiales, 301(FF).qxp 24/2/11 11:10 Página 115 Materiales de Construcción Vol. 61, 301, 115-130 enero-marzo 2011 ISSN: 0465-2746 eISSN: 1988-3226 doi: 10.3989/mc.2011.53109 Oxidación de sulfuros en pizarra ornamental: tratamientos protectores con siloxanos Sulphide oxidation in ornamental slates: protective treatment with siloxanes T. Rivas(*), J. Iglesias(*), J. Taboada(*), J. A.Vilán(*) Recepción/Received: 19-VI-09 Aceptación/Accepted: 23-XI-09 Publicado online/Online publishing: 4-III-11 RESUMEN SUMMARY En este trabajo se presentan los resultados de la medida de la eficacia de dos silanos-siloxanos aplicados en pizarras de techar con el objetivo de reducir la oxidación de las inclusiones de sulfuros de hierro. Los productos fueron aplicados por inmersión y spray a diferentes concentraciones. La efectividad de los tratamientos fue evaluada mediante la medida del ángulo de contacto estático y las variaciones del coeficiente de absorción de agua y su durabilidad mediante ciclos térmicos y de exposición a luz ultravioleta. A pesar del bajo consumo de ambos productos, debido al particular sistema poroso de estas rocas, y del bajo incremento del ángulo de contacto, ambos silanos-siloxanos incrementan notablemente la resistencia de los sulfuros a la oxidación durante los ciclos térmicos sin producir cambios relevantes en el color de la roca y muestran una aceptable durabilidad bajo la luz ultravioleta. In this work, we present the results of the measurement of the effectiveness of two silanes-siloxanes based products applied on roofing slates with the aim of slowing down the oxidation of the iron sulphide inclusions. The products were applied by immersion and spraying and also at different dilutions. The effectiveness of the treatments were evaluated by means of static contact angle measurements and water absorption coefficient variations; also, the durability under thermal cycles and the colour variations before treatment and before UVA exposition were tested. In all the cases, a very low product consumptions were obtained, due to the particular porous system of these rocks; also, any of the treatments increased the static angle. Nevertheless, the products tested remarkably increased the resistance of sulphides to the oxidation during thermal cycles without producing important changes in rock colour and also they have shown a good durability under UVA exposition. Palabras clave: pirrotina, oxidación de sulfuros, silanossiloxanos, pizarras, rocas ornamentales. Keywords: pyrrhotine, sulphide oxidation, silanes-siloxanes, slates, ornamental rocks. ( *) Universidad de Vigo (Vigo, España). Persona de contacto/Corresponding author: 15444-Materiales, 301(FF).qxp 24/2/11 11:17 Página 116 T. Rivas et al. 1. INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCTION La pizarra es una roca ornamental muy apreciada y de excelente comportamiento como material para techar debido a su excelente fisilidad y a la impermeabilidad de su estructura (1-3). Entre los caracteres que definen la calidad técnica-estética de la pizarra, la presencia de inclusiones minerales de pirita o pirrotina en la placa de techar es uno de los que más condicionan su salida al mercado (1-4), debido a su susceptibilidad a la oxidación por contacto con el oxígeno atmosférico o el agua. A través de este proceso, se generan alteraciones estructurales y huecos en la placa que disminuyen su resistencia mecánica, su durabilidad en obra y su carácter impermeable y modifican sensiblemente el aspecto de la pizarra, al generarse como producto de la alteración fases minerales de un elevado poder de tinción. Slate is a highly appreciated ornamental rock, and its excellent fissility and impermeability mean that it makes excellent roofing material (1-3). Among the defining technical and aesthetic characteristics of slate is the presence of mineral inclusions of pyrite and pyrrhotite; these condition the value of the slate in the market (14), as they are susceptible to oxidation as a consequence of contact with atmospheric oxygen or water. The oxidation process leads to structural alterations and gaps in the slate that negatively affect its mechanical resistance, durability and impermeability properties; aesthetic appearance is also affected by the staining resulting from alterations in the minerals. El estudio de los mecanismos de oxidación de minerales de sulfuro ha sido y es objeto de numerosos trabajos, tanto de enfoque teórico (5-7) como aplicado; entre éstos destacan aquellos enfocados a minimizar el riesgo de aguas ácidas, en los cuales se estudia la eficacia de distintos compuestos en frenar la oxidación de los sulfuros en condiciones de laboratorio (8-12). Aunque estos trabajos constituyen una excelente base de conocimiento para abordar la investigación de productos protectores de la corrosión de pizarra para techar, carecen de un enfoque aplicado orientado a optimizar procesos anticorrosivos de los sulfuros en las propias plantas de producción. A number of studies have been made of sulphide oxidation mechanisms, whether from a theoretical (5-7) or practical perspective; among the latter are studies, aimed at minimizing the risk implied by acid rain, that assessed the effectiveness of different compounds in halting sulphide oxidation in laboratory conditions (812). Although these studies are an excellent knowledge base for tackling research into anti-corrosion agents for roofing slate, they are lacking in terms of an applied focus aimed at optimizing sulphide anti-corrosion processes in the production plant. Por otra parte, el estudio de métodos de protección de pizarras contra la oxidación puede afrontarse desde la perspectiva de la conservación y protección de los materiales constructivos. La presencia de inclusiones inestables en los materiales rocosos usados en la construcción es considerada un problema grave de conservación (13). Teniendo en cuenta que la oxidación de estas inclusiones se produce en medio acuoso, y sin olvidar el papel que las bacterias ferrroxidantes tienen en el proceso, un posible tratamiento sería la aplicación en las planchas de productos protectores de carácter hidrofugante que reducirían la intensidad de los fenómenos de alteración en los que el agua es el agente alterante. La aplicación de hidrófugos es el tratamiento más habitual como protección de la roca en el patrimonio arquitectónico (14,15,16-21), pero mientras que son numerosísimos los estudios sobre eficacia y durabilidad de estos productos en rocas sedimentarias e ígneas, no existe ninguna referencia sobre la aplicación en rocas metamórficas como la pizarra. The study of anti-oxidation methods can also be tackled from the perspective of the conservation and protection of construction materials. The presence of unstable inclusions in rock used for construction purposes is considered to be a serious conservation problem (13). Bearing in mind that the oxidation of these inclusions occurs in aqueous environments, and not over (...truncated)