MATERIALI IMMATERIALI
Trattamenti idrofobizzanti a base silanica:
invisibili ed impalpabili, ma funzionano

Mario Collepardi

     
Non è un giuoco di parole. Si riferisce a quei materiali che, per essere invisibili ed impalpabili, sono appunto "immateriali". Nel settore delle costruzioni dell’ingegneria civile e dell’architettura - dove tutto si misura - i materiali immateriali rischiano di apparire, per la loro "evanescenza" non quantificabili e quindi immisurabili. Non è il caso, però, dei prodotti idrofobizzanti a base di silano, in quanto la loro funzionalità, può essere accertata facilmente sul cantiere e può essere quantificata e misurata con prove di laboratorio neppure sofisticate o laboriose.
Nel seguito sono sinteticamente illustrati l’azione, l’effetto, il meccanismo, i vantaggi, l’applicazione, il costo ed i limiti dei trattamenti idrofobizzanti con prodotti silanici.
L’azione dei silani (un termine abbreviato per indicare la famiglia degli alchil-alcossi-silani) consiste nel modificare la "pelle" dei materiali in costruzione sui quali vengono applicati, in strato così sottile (appena lo spessore di una molecola), da non cambiarne l’aspetto ed il colore originale del substrato (pietra, mattone, malta o calcestruzzo).
L’effetto sull’epidermide di questi materiali, dopo il trattamento con i silani, consiste nella variazione del comportamento nei confronti dell’acqua: da materiali idrofili (cioè affini all’acqua e quindi capaci di assorbirla all’interno dei propri pori) si trasformano in materiali idrofobi (cioè "nemici" dell’acqua, e per questo detti anche idrorepellenti) L’effetto è visivamente documentato dalla persistenza di una goccia d’acqua appoggiata su un materiale poroso trattato con silano in confronto alla rapida scomparsa della goccia d’acqua per suzione capillare da parte dei pori dello stesso materiale non trattato (Fig. 1).
Il meccanismo, in realtà alquanto complesso, verrà qui semplificato tenendo conto della peculiarità della chimica del silano. La molecola del silano può essere schematizzata da un atomo di silicio al quale sono collegati due gruppi funzionali: il primo, detto gruppo alchilico, ha la funzione di respingere l’acqua per il suo carattere intrinsecamente idrofobo; il secondo, detto gruppo alcossico, consente l’aggancio di tutta la molecola del silano alla superficie del materiale da trattare grazie alla sua affinità per quest’ultima. Il risultato di questa interazione è la formazione di un sottilissimo strato di tante molecole di silano, ciascuna delle quali - agganciata, grazie al gruppo alcossico, alla superficie del materiale - presenta il gruppo alchilico orientato verso l’esterno (Fig. 2).


Fig. 1 - Una goccia d'acqua appoggiata su un
mattone trattato con silano (a destra) o su un
mattone tal quale (a sinistra).


Fig. 2 - Schematizzazione dell'aggancio
della molecola di silano (*) alla superficie
del materiale (malta, mattone o pietra).


L’aggancio delle molecole di silano alla superficie di un materiale poroso rende idrofoba la "pelle" del substrato proprio per la presenza dei gruppi alchilici che respingono l’acqua (Fig. 3).
La Fig. 4 riproduce schematicamente un provino di malta (con e senza il trattamento silanico) dopo l’esposizione all’acqua: si noti la goccia d’acqua che viene assorbita dai pori della malta non trattata per la grande affinità (si potrebbe dire, quasi, "avidità") del materiale nei confronti dell’acqua; al contrario, la goccia d’acqua a contatto con la malta silanizzata non solo non entra nei pori, ma addirittura assume una forma pressoché sferica a causa dell’idrorepellenza superficiale del silano (Fig. 5).



Fig. 3 - Schematizzazione di un campione di malta (con due pori) in sezione: le molecole di silano, indicate con
·, si agganciano sulla superficie esterna trattata a contatto con l'aria, ma anche sulla superficie interna dei pori nella zona adiacente a quella esterna direttamente trattata.




Fig. 4 - A destra una goccia d'acqua in fase di assorbimento da parte della malta non trattata. A sinistra: una goccia d'acqua, quasi sferica, viene "respinta" dalla malta resa idrofoba dal silano. Si noti come i pori del materiali non risultino ostruiti dallo strato molecolare di silano.


I vantaggi tecnici derivanti da un trattamento silanico sono sostanzialmente incentrati su due aspetti :

a) la barriera creata nei confronti dell’acqua esterna (tipicamente quella piovana);
b) la possibilità, tuttavia, di far fuoriuscire l’umidità interna (quella per esempio di risalita nei muri dalle fondazioni o dal terreno) attraverso i pori che rimangono comunque "sgombri" da ogni occlusione.

Il secondo aspetto, in sostanza, è quello che più caratterizza il trattamento silanico, giacché la creazione di una barriera impermeabile all’acqua piovana potrebbe essere realizzata con materiali alternativi dotati di spessore (resina, vernice, ecc.), non "immateriali", quindi, come il silano, ma capaci di occludere materialmente i pori nella zona adiacente alla superficie (Fig. 6).


Fig. 5 - La malta non trattata (a sinistra) assorbe l'acqua; quella silanizzata (a destra) la respinge.


Fig. 6 - Rivestimento pellicolare con vernice a spessore millimetrico.


Quest’ultimo trattamento, se protegge egregiamente il substrato poroso dalla penetrazione dell’acqua esterna, impedisce tuttavia la fuoriuscita del vapore laddove ci sia una fonte di umidità interna. Laddove poi la superficie è esposta all’irraggiamento solare, il riscaldamento del vapore che rimane intrappolato al di sotto del rivestimento, provoca la "sbollatura" della pellicola ed il successivo distacco. E’ proprio in questo tipo di applicazione che il trattamento silanico risulta vincente. Infatti, esso stabilisce una sorta di senso unico nei confronti dell’acqua: impedisce l’ingresso dell’acqua piovana esterna, e consente la fuoriuscita del vapore derivante dall’umidità interna.
In virtù di queste caratteristiche tecniche, unitamente alla trasparenza del prodotto - che non modifica l’aspetto superficiale del substrato - il trattamento silanico ha riscosso consensi e successi nel settore degli edifici storici da proteggere dall’acqua piovana senza tuttavia alterare il processo di "respirazione" delle murature che consente lo smaltimento dell’umidità interna verso l’ambiente.



Fig. 7 - L'acqua spruzzata su una parete silanizzata (a sinistra) non viene assorbita come si verifica sulla parete non trattata (a destra). Per gentile concessione della Società Mapei).

L’applicazione del trattamento con silano dipende fondamentalmente dalla porosità del materiale da trattare. Più esso è poroso, maggiore è il quantitativo di silano che occorre applicare per rendere la superficie idrofoba. Per verificare il raggiungimento di questo obbiettivo è sufficiente applicare il prodotto su una superficie nota (per es. 1m2) di muratura mediamente asciutta (ma non necessariamente secca) fin quando il silano appena applicato non si asciughi in almeno 4-5 secondi. Se dovesse asciugarsi più rapidamente è necessario procedere ad una successiva applicazione del silano. Per accertarsi dell’effettiva efficacia del trattamento idrofobizzante si può gettare un bicchiere d’acqua sulla superficie, trattata da almeno 5 minuti, e verificare che le gocce d’acqua scivolino sulla superficie senza essere minimamente assorbite dal substrato (Fig. 7).


I limiti nell’applicazione del silano sono fondamentalmente correlati con la sua incapacità di resistere all’acqua sotto pressione. Per esempio, se si dovesse impermeabilizzare dall’interno un serbatoio d’acqua, costruito in calcestruzzo poroso e alto 30 m, il trattamento idrofobizzante con silano risulterebbe efficace solo nella parte alta del serbatoio laddove la pressione idrostatica risulta inferiore a quella di una colonna d’acqua alta 5-10 m.
Un altro limite, ma si dovrebbe piuttosto parlare di applicazione errata, consiste nel trattamento all’interno di una costruzione interrata situata al di sotto di una falda d’acqua. In questo caso l’applicazione del silano potrebbe contrastare l’ingresso dell’acqua solo se fosse applicato sull’esterno in modo da rendere idrofoba la superficie a contatto diretto con l’acqua in ingresso. Un’applicazione all’interno della costruzione non è in grado, ovviamente, di opporsi all’acqua ormai penetrata attraverso la muratura. In questo caso, come in quello del serbatoio sopra menzionato, è preferibile proteggere le murature con un rivestimento epossidico a spessore millimetrico o con altri trattamenti sempre basati su materiali impermeabilizzanti ed adesivi al substrato (malte cementizie, e/o polimeriche).
Resta infine da segnalare l’incertezza che esiste circa l’efficacia nel tempo dei trattamenti idrofobizzanti sugli intonaci di murature che insistono sopra fondazioni immerse in acqua marina (per esempio a Venezia). In questo caso la risalita di acqua ad alto tenore di sale consente l’evaporazione dell’acqua, ma proprio per questo fa concentrare il contenuto di sale (che non può evaporare) fino a provocare la cristallizzazione appena al di sotto del trattamento silanizzante. Inoltre, soprattutto dove ci sono condizioni locali di forte ventilazione e quindi di evaporazione dell’acqua, si ha la formazione di un deposito salino al di sotto dell’intonaco (sub-florescenza) con conseguente distacco superficiale di quest’ultimo. In questi casi, sempre ricorrendo all’impiego del silano, è preferibile iniettare il prodotto all’interno della muratura (alla quota più bassa possibile) per creare uno "sbarramento orizzontale idrofobo" alla risalita di acqua salata al di sopra della quota di iniezione.

Per un approfondimento dell’argomento si segnala il libro "Materiali negli Edifici Storici: Degrado e Restauro" di M. Collepardi e L. Coppola, Ed. Enco, Spresiano (TV).