La resina epoxi, un material bàsic a la Sagrada Família

Amb la tècnica innovadora de la pedra tesada, estructura amb què estem construint les torres centrals de la Sagrada Família, entra en joc un tercer element, a banda de la pedra i l’acer inoxidable dúplex, de menor presència però bàsic en la concepció d’aquesta pedra tesada: la resina. Aquesta funciona com a element d’unió entre els elements metàl·lics, és a dir, entre els caps de tesat i la mateixa pedra estructural.

LA RESINA EPOXI: PER QUÈ?

Davant de la necessitat d’assegurar la posició dels blocs d’acer inoxidable dúplex dins les peces de pedra i garantir una resistència mecànica correcta i perdurable al llarg del temps, els calculistes van prescriure quines eren les necessitats que havien de complir les resines epoxi―que són les que utilitzem a la Sagrada Família per a aquesta feina― perquè encapsulessin els caps de tesat metàl·lics.

Les resines epoxi són les resines polimèriques més estables que es coneixen en el mercat, amb aplicacions en adhesions estructurals i laminació de fibres de vidre i carboni. Es caracteritzen sobretot per una gran estabilitat dimensional i resistència als agents químics, així com per tenir una alta resistència mecànica. Així doncs, eren les resines idònies per al nostre temple.

A LA CERCA DE LA RESINA EPOXI IDÒNIA 

D’acord amb els requeriments del Departament de Projecte de la Sagrada Família, les principals característiques que havia de complir aquest material epoxi a la Basílica eren:

• Omplir totalment l’espai entre pedra i caps de tesat, amb un gruix nominal d’entre 5 mm i 10 mm.
• Temperatura màxima de servei de 70 °C.
• Coeficient de dilatació tèrmica ≤ 40×10^-6.
• Mòdul elàstic ≤ 12 kN/mm².
• Compressió màxima en servei de 26 N/mm².
• Deformació a 60 °C, ≤ 0,005 mm/mm.
• Tensió màxima de trencament en servei de 4,25 N/mm².

Per aconseguir el material que necessitàvem, es va fer una recerca inicial entre les principals marques de resines i adhesius estructurals per avaluar si existia un material comercial que complís els requeriments. El proveïdor de resina escollit havia de ser global i estar acostumat a treballar en projectes d’alta exigència tècnica, a més de tenir la capacitat d’assajar internament els materials i oferir un gran ventall de referències i formats.

Abans d’escollir definitivament la resina, es van fer proves d’aplicabilitat a les instal·lacions del centre de treball de Galera en format cartutx de 400 ml i bidó de 20 kg per poder ser aplicat amb pistoles manuals o amb màquina d’injecció automàtica.

En relació als assajos, se’n van prescriure tant a compressió ―requeriment no habitual per a resines epoxi― com a la fluència, de forma que es mesurava l’estabilitat dimensional de la resina sotmesa a una càrrega permanent i a 60 °C, i a l’envelliment. En aquest últim cas els assajos es van fer amb unes provetes sotmeses a 1.000 hores de cicles d’envelliment segons la norma ISO 9142:2003. Totes aquestes proves realitzades per a la validació de les resines epoxi es van dur a terme en paral·lel als laboratoris interns de les empreses i a laboratoris externs contractats directament per la Sagrada Família.

La durada de tot el procés de validació i homologació definitiva de les resines es va perllongar al voltant de nou mesos, des de l’octubre del 2015 fins al juny del 2016.

UNA RESINA DE DOS COMPONENTS

La resina que utilitzem a la Sagrada Família és de dos components, la qual cosa fa que tingui prestacions estructurals majors que les resines monocomponents. En aquestes resines, el component A funciona com a molècula principal del polímer de l’adhesiu, mentre que el segon component, el B, funciona com a catalitzador, és a dir, facilita la generació de cadenes moleculars del polímer (polimerització).

En el cas de les resines epoxi, a més, la polimerització es fa per poliaddició, la qual cosa significa que la barreja dels components A i B ha de ser exacta.

QUÈ REQUEREIX EL TREBALL AMB LA RESINA EPOXI?

El procés d’industrialització de la resina epoxi requereix una planificació i dimensionament tant del flux del procés, com de la infraestructura i de la maquinària per injectar.

Quant al flux del procés, primer es comproven els substrats, és a dir, la pedra i el metall, tant des d’un punt de vista dimensional com visual. És necessari que aquests es temperin fins a arribar als 22 °C ± 5 °C, i que es netegin amb aire comprimit. Posteriorment, es munten els caps de tesats amb utillatges que els fixen a la seva cota. És llavors quan s’injecta la resina epoxi. La peça passa aleshores a la sala de curat, que està a una temperatura controlada de 22 °C. Finalment, passa a una altra sala, anomenada de postcurat, que està a 40 °C. Aquest procés garanteix que l’epoxi assoleixi el màxim de propietats mecàniques.

Pel que fa a la infraestructura, i com a conseqüència del procés, necessitem condicionar una nau annexa a la principal i diferenciar-hi dues zones: en la primera s’aplica la resina i es fa l’esmentat curat durant un mínim de 8 hores; en la segona es du a terme el postcurat, i les peces s’hi estan durant 24 hores. Passat aquest temps, estan a punt per tesar. Ambdues zones tenen ventilació forçada amb renovació d’aire.

Per últim, pel que fa a la màquina d’injecció, era necessari que aquesta complís unes característiques mínimes que van condicionar la tria del fabricant. Entre aquestes característiques, destaquen la necessitat de mesurar i controlar el volum injectat dels dos components de la resina, així com de la temperatura d’injecció d’aquesta, la qual cosa ens va dur a necessitar mànegues calefactades. També es requeria un sistema d’injecció en sistema continu i un control del volum dels bidons. Per últim, es necessitava que la màquina fos resistent a les càrregues abrasives dels additius de la resina i que l’empresa proveïdora garantís la reposició de peces pel seu correcte funcionament.

EL PROCÉS DE TREBALL: PAS A PAS

Una vegada la resina epoxi ens arriba i es recepciona el material, aquest s’emmagatzema dins d’un APQ, que és un contenidor ignífug i amb control de temperatura, ja que la resina s’ha de conservar, fins a la seva utilització, a una temperatura d’entre 15 i 17 ºC. En rebre el material, es fa un registre d’entrada amb la referència de cada bidó/cartutx, lot i data de caducitat. Aquesta informació és molt important, perquè el període útil d’aquesta resina és d’un any.

En l’operació d’injecció, en primer lloc es comptabilitza la sortida de la resina. Això es fa anotant el número de bidó, el lot i la caducitat del producte que surt de l’APQ, tant del producte A com del producte B.

Aquests bidons d’epoxi se situen en els plats seguidors de les bombes, el producte A a les bombes tipus A i el producte B a les bombes tipus B. Una vegada col·locat el bidó, es fa una purga perquè no quedi aire a l’interior de la bomba i es procedeix a fer el control de pes i densitat del producte. Pel tipus d’epoxi que utilitzem a la Sagrada Família, aquest control es fa manualment, ja que, a causa del fet que aquest adhesiu és molt abrasiu, no podem disposar de comptadors volumètrics a la màquina que ens assegurin que la barreja es fa correctament. Així doncs, aquesta es realitza traient una quantitat determinada de producte i pesant-lo. Aquest pes ha de tenir una variació inferior a un ±5 %, i, un cop sabem la densitat del producte A i del producte B, així com la de la barreja, podem determinar que la màquina està fent-la amb la dosificació correcta.

Una vegada comprovat que la màquina dosifica bé, es procedeix a fer la injecció en els caps de tesat: es treu una mostra del producte i es determina la temperatura de les mànegues per fer el producte més o menys fluid per a la injecció òptima.

Un cop tot el producte surt amb el grau de fluïdesa que ens interessa, es passa a la injecció de l’element en qüestió.

Completada la injecció, la peça es deixa durant 8 hores a 22 ºC, com hem explicat anteriorment, i, un cop passat aquest temps, es trasllada a la zona de postcurat, on estarà unes 24 hores a 40 ºC.

CONTROLS DE QUALITAT AL LLARG DE TOT EL PROCÉS

Transcorregudes aquestes 24 hores, la peça es treu de l’espai de postcuració i es procedeix a netejar els sobrants de resina que puguin haver quedat, es fa un nou control visual de l’aplicació i es passa a comprovar-ne la qualitat.

Durant el procés de curat, es realitzen dos controls de la junta d’epoxi. El primer és un control visual a la zona d’injecció, unes tres hores després de realitzar-la, amb el qual es comprova que no hi ha bombolles, porositats, esquerdes ni separació entre l’adhesiu i la pedra o entre l’adhesiu i el metall.

La segona comprovació avalua la duresa i es fa a la zona de postcurat mitjançant un duròmetre calibrat, prenent cinc mesures per bloc i fent la mitjana aritmètica. Aquesta resistència ha de ser superior en un ±10 del valor 83 en l’escala de valor Shore D.