ES2590913T3 - Adoquín para pavimento basado en cemento para la pavimentación fotocatalítica para la reducción de contaminantes urbanos - Google Patents

Adoquín para pavimento basado en cemento para la pavimentación fotocatalítica para la reducción de contaminantes urbanos Download PDF

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Roberto Cucitore
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Abstract

Adoquines para pavimento para carreteras y también pavimentación fotocatalítica peatonales capaces de disminuir los contaminantes presentes en el ambiente, que comprenden al menos una capa de base generalmente de material de cemento y una capa superficial obtenida a partir de una composición cementosa que comprende: I. un aglutinante hidráulico II. un fotocatalizador basado en TiO2 capaz de oxidar sustancias contaminantes orgánicas e inorgánicas presentes en el medio ambiente en presencia de luz ambiente, aire y humedad III. agua IV. al menos un agregado V. opcionalmente, un aditivo reductor de agua en los que el fotocatalizador basado en TiO2 está presente en la capa superficial del 0,1 % al 4,9 % en masa con respecto al cemento o aglutinante, y tiene una superficie específica desde 60 hasta 290 m2 /g.

Description

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DESCRIPCION
Adoqufn para pavimento basado en cemento para la pavimentacion fotocatalitica para la reduccion de contaminantes urbanos
Campo de la invencion
[0001] La presente invencion se refiere a un adoqufn para pavimento basado en cemento para la pavimentacion fotocatalitica para la reduccion de contaminantes urbanos, mas especificamente a un adoqufn para pavimento que comprende una capa superficial basada en una composicion cementosa con propiedades fotocataliticas capaces de disminuir los contaminantes organicos e inorganicos, tales como compuestos aromaticos polimericos de condensacion, aldehidos, benceno, carbon negro equivalente a PM10, oxidos de nitrogeno (NOx) y de azufre (SOx), monoxido de carbono (CO) y una capa de base de naturaleza cementosa.
Tecnica anterior
[0002] La contaminacion atmosferica es causada por la presencia de una o mas sustancias indeseables o extranas en el aire, en cantidades y durante un tiempo suficiente para modificar la salubridad del aire y crear un riesgo para la salud humana.
[0003] Al tener en cuenta la cantidad de aire inhalado cada dia por una persona (de 6 a 9 litros de aire por minuto en reposo, que es aproximadamente de 9 a 13 metros cubicos de aire por dia), es facil de comprender su importancia para la salud y los riesgos relacionados con la inhalacion de aire contaminado.
[0004] Por lo general, las principales fuentes de contaminacion se forman a partir de emisiones atmosfericas derivadas de los procesos de produccion (industrias y empresas pequenas) y los procesos de combustion (calefaccion y trafico de vehiculos).
[0005] La principal fuente de contaminacion proviene del trafico de vehiculos. Esta es responsable de las emisiones atmosfericas de productos de combustion de los motores, polvos liberados mediante el desgaste de los frenos, neumaticos y la superficie de la carretera y, finalmente, por los hidrocarburos que se evaporan de los depositos de combustible de los vehiculos.
[0006] Los gases de escape de los vehiculos de motor, que se derivan de una combustion incompleta, incluyen numerosas sustancias en forma de gases y polvos.
[0007] Entre ellas, las principales sustancias son: monoxido de carbono (CO); oxidos de nitrogeno (NOx); oxidos de azufre (SOx); compuestos organicos volatiles (COV); particulas suspendidas totales (PST) que contienen un gran numero de contaminantes: plomo, cadmio, hidrocarburos aromaticos policiclicos, por citar solo los mas significativos.
[0008] La gran contribucion del trafico de vehiculos para las emisiones atmosfericas se confirma tambien por el hecho de que la contaminacion en las areas urbanas ya no se limita al invierno, sino que se ha convertido, con episodios mas o menos agudos, una constante durante todo el ano. Los contaminantes atmosfericos antes mencionados tienen una accion irritante sobre las mucosas, en particular las de las vias respiratorias. Para resolver estos problemas se han propuesto diferentes soluciones; uno de los mas interesantes se refiere a la utilizacion de materiales de cemento que contienen fotocatalizadores que, aplicados a las paredes exteriores de edificios, son capaces de oxidar las sustancias contaminantes presentes en el ambiente que entran en contacto con las superficies de estos componentes.
[0009] El solicitante ha presentado bajo su nombre dos solicitudes de patentes para materiales de cemento que contienen fotocatalizadores. La primera aplicacion WO 98/05601, se refiere a materiales de cemento que comprenden particulas de TiO2 principalmente en forma de anatasa capaz de foto-oxidar las sustancias contaminantes presentes en el medio ambiente con el fin de prolongar la conservacion del color original del material una vez establecido. En particular, se describe de hormigon arquitectonico capaz de mantener inalterada la brillantez y la cantidad de coloracion en el tiempo, que contiene en particulas a granel de un fotocatalizador capaz de oxidar sustancias contaminantes en presencia de luz, oxigeno y agua.
[0010] La segunda solicitud WO 01/00541, se refiere en cambio al uso de aditivos especificos para obtener una pintura basada en cemento con propiedades fotocataliticas.
[0011] El documento EP 919 667 describe una pavimentacion de carreteras en la que una capa superficial se acopla con una capa de asfalto y una capa de base de hormigon o roca formando la carretera, que es de hecho una estructura continua sujeta a la congestion de trafico.
[0012] Los adoquines para pavimento de enclavamiento se realizan de hormigon comprimido por vibracion con diferentes geometrias que se colocan generalmente utilizando soluciones de colocacion en "mosaico". La
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pavimentacion realizada de adoquines para pavimento se puede utilizar en entornos residenciales y urbanos, donde son sometidos a cargas ligeras, y para producir superficies sometidas a cargas medio-pesadas tales como aceras, areas peatonales, areas que rodean los edificios, carriles para bicicletas y aparcamientos, y carreteras con trafico de vehiculos lentos.
[0013] La patente EP 786283 describe adoquines para pavimento de enclavamiento para la reduccion de NOx que contiene dioxido de titanio en la capa superficial.
[0014] De acuerdo con la presente memoria, es sin embargo necesario el uso de cantidades de TiO2 que varien de 5 a 50 por ciento en peso con respecto al cemento con el fin de obtener una actividad de degradacion adecuada de los oxidos de nitrogeno. Sin embargo, estas cantidades de TiO2 tienen la desventaja de aumentar el deslizamiento del adoquin para pavimento, que se puede reducir mediante la adicion de una cantidad adecuada de arena a la mezcla. Por lo tanto, se sintio la necesidad de obtener un adoquin para pavimento de enclavamiento en el que la cantidad de TiO2 se redujo al minimo, no solo por razones relacionadas con el coste, sino tambien para disminuir el deslizamiento del adoquin para pavimento, sin reducir su actividad fotocatalitica. El adoquin para pavimento de enclavamiento tiene algunas particularidades que lo hacen esencialmente diferente a la pavimentacion de carretera normal; de hecho, se caracteriza por un alto nivel de permeabilidad que permite el drenaje optimo de agua, esta libre de mantenimiento y es facilmente retirado y reemplazado.
Sumario de la invencion
[0015] El solicitante ha encontrado ahora sorprendentemente que es posible obtener adoquines para pavimento para carreteras y tambien pavimentos peatonales fotocataliticos capaces de disminuir los contaminantes presentes en el ambiente, que comprenden al menos una capa de base, generalmente en material de cemento, y una capa superficial obtenida a partir de una composicion que comprende cemento:
I. un aglutinante hidraulico
II. un fotocatalizador basado en TiO2 capaz de oxidar sustancias contaminantes organicas e inorganicas presentes en el medio ambiente en presencia de luz ambiente, aire y humedad
III. agua
IV. al menos un agregado
V. opcionalmente, un aditivo reductor de agua
en la que el fotocatalizador basado en TiO2 esta presente en la capa superficial del 0,1 % al 4,9 % en masa con respecto al cemento o aglutinante, y tiene una superficie especifica desde 60 hasta 290 m2/g, preferentemente de 105 a 250 m2/g.
[0016] Los adoquines para pavimento antes mencionados tienen actividad fotocatalitica en la oxidacion de contaminantes urbanos iguales o incluso superiores a la descrita en la tecnica anterior, para los contenidos de fotocatalizadores mas altos. Dicha solicitud permite tambien que se obtengan ventajas economicas considerables, puesto que la cantidad de fotocatalizador puede ser reducida. El uso de tales dosis bajas para la capa superficial permite reducir el deslizamiento del pavimento sin modificar sus capacidades de drenaje.
[0017] El solicitante ha encontrado de este modo una forma de producir un tipo mejorado de adoquines de pavimento para la pavimentacion fotocatalitica, para la reduccion de la contaminacion urbana, que comprende al menos una capa de base, por ejemplo constituida por un material de cemento, y una capa superficial, que permanece en contacto directo con el medio ambiente, basada en una mezcla de cemento, que contiene un fotocatalizador basado en TiO2 con propiedades fotocataliticas, siendo dichos adoquines para pavimento para la pavimentacion fotocatalitica capaces de disminuir los contaminantes organicos e inorganicos presentes en el medio ambiente, tales como compuestos aromaticos polimericos de condensacion, aldehidos, benceno, negro de carbono equivalente a PM10, oxidos de nitrogeno (NOx) y de azufre (SOx).
Descripcion de las figuras
[0018]
Figura 1: representacion grafica de datos experimentales de la camara de reaccion (1,5 L o 3,5 L) que contiene la muestra de fotocatalizador, o muestra de catalizador, teniendo dicha camara una ventana optica Pyrex, como se describe en el Ejemplo 3.
Figura 2: representacion grafica del diagrama I, como se describe en el Ejemplo 3, en el que A es una camara de mezcla, B es la camara de reaccion, C es el detector de quimioluminiscencia de NOx, P es la entrada de la camara A, 1 y 2 son las trayectorias tomadas por el flujo de gas.
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Descripcion detallada de la invencion
[0019] Por lo tanto, un objeto de la presente invencion es un adoquin para pavimento para la pavimentacion fotocatalitica capaz de disminuir los contaminantes presentes en el medio ambiente, que comprende al menos una capa de base, generalmente en material de cemento, y una capa superficial basada en una composicion cementosa que comprende :
I. un aglutinante hidraulico
II. un fotocatalizador basado en TiO2 capaz de oxidar sustancias contaminantes organicas e inorganicas presentes en el medio ambiente en presencia de luz ambiente, aire y humedad
III. agua
IV. al menos un agregado
V. opcionalmente, un aditivo reductor de agua
en la que el fotocatalizador basado en TiO2 esta presente en la capa superficial del 0,1 % al 4,9 % en masa con respecto al cemento o aglutinante, y tiene una superficie especifica desde 60 hasta 290 m2/g, preferentemente de 105 a 250 m2/g.
[0020] En una realizacion preferida de la presente invencion, la capa superficial del adoquin para pavimento para la pavimentacion fotocatalitica tiene un volumen de vacios del 10 al 40 % y/o una permeabilidad al agua de al menos 0,01 cm/s.
[0021] El fotocatalizador basado en TiO2 presente en la capa superficial del adoquin para pavimento, que constituye el objeto de la presente invencion, esta contenido en la composicion cementosa, o en su precursor la premezcla seca correspondiente, que constituye la base dela capa superficial, en una cantidad que va del 0,1 % al 4,9 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante.
[0022] Mas especificamente, la cantidad del fotocatalizador basado en TiO2 presente en la capa superficial del adoquin para pavimento, que constituye el objeto de la presente invencion, varia del 0,12 % al 2,6 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante, preferentemente del 0,25 % al 2,5 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante, mas preferentemente del 0,5 % al 2,45 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante, lo mas preferible es del 1 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante; como alternativa, dicha cantidad de fotocatalizador varia del 2,6 % al 4,9 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante, preferentemente del 3 % al 4,5 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante, mas preferentemente del 3,5 % al 4 % en masa con respecto a la del cemento o aglutinante. El fotocatalizador preferido de acuerdo con la presente invencion es dioxido de titanio (TiO2), y mas normalmente "oxido de titanio al menos parcialmente en forma de anatasa".
[0023] La expresion "oxido de titanio al menos parcialmente en forma de anatasa" significa que las particulas de fotocatalizador presentes en el aglutinante hidraulico de la presente invencion son particulas de dioxido de titanio (TiO2) con una estructura de anatasa de al menos el 5 %, preferentemente del 25 %, mas preferentemente de al menos el 50 % e incluso mas preferentemente de al menos el 70 %, como porcentaje en masa con respecto al oxido de titanio total (TiO2).
[0024] En un aspecto particularmente preferido de la invencion, las particulas de fotocatalizador son 100 % particulas de oxido de titanio anatasa. Dichas particulas de oxido de titanio con actividad fotocatalitica y presentes en la composicion cementosa, y de su precursor la premezcla seca correspondiente, que forman la base de la capa superficial del adoquin para pavimento que forma el objeto de la presente invencion, en cualquier caso, tienen una superficie especifica de 60 a 290 m2/g, preferentemente de 105 a 250 m2/g.
[0025] En un aspecto preferido adicional de la invencion TiO2 PC 105 y PC 500, comercializado por "Millennium Inorganic Chemical", se utilizo.
[0026] La actividad fotocatalitica se puede obtener tambien en matrices de TiO2 dopadas con atomos adecuados como Fe(III), Mg(II), Mo(V), Ru(III). Os(III), Re(V), V(IV) y Rh(III).
[0027] En particular, estos atomos pueden sustituir, a nivel atomico, el Ti(IV) presente en la matriz de TiO2 de al menos el 0,5 % en masa de dioxido de titanio total (TiO2).
[0028] El metodo para la obtencion de estos fotocatalizadores se describe en la literatura por ejemplo en J. Phys. Chem. 1994, 98, 1127-1134, Angew. Chemie 1994, 1148-9 y en Angew. Chemie Int., Ed. 1994, 33, 1091 y en la Patente WO 01/00541 del solicitante.
[0029] El espesor de la capa superficial fotocatalitica del adoquin para pavimento para la pavimentacion que constituye el objeto de la presente invencion, independientemente del tipo de regla, puede variar de valores de aproximadamente 0,1 mm a valores de aproximadamente 20 mm, sin modificar su actividad fotocatalitica,
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preferentemente del 5 a 12 mm y aun mas preferentemente del 7 a 10 mm.
[0030] La superficie de la capa superficial del adoqurn para pavimento antes mencionado puede ser rugosa con el fin de aumentar la superficie especffica en contacto con el aire y, al mismo tiempo, aumentar la friccion. Este resultado se puede obtener a traves de la conformacion adecuada de los encofrados o actuando mecanicamente sobre la superficie despues del des-encofrado. En este ultimo caso se puede tomar una accion manual o automatica, utilizando herramientas adecuadas, para producir ranuras o pequenos crateres distribuidos sobre la superficie de la capa superior del adoqurn para pavimento.
[0031] La expresion "adoqurn para pavimento para su uso como pavimento fotocatalftico" pretende ser un adoqurn para pavimento para su uso en carreteras y tambien en pavimentos peatonales, por ejemplo, para aceras o areas peatonales, en general, que tiene al menos dos capas; al menos una capa basada en material de cemento, y una capa superficial basada en una composicion cementosa que comprende fotocatalizadores capaces de disminuir los contaminantes organicos presentes en el medio ambiente.
[0032] La expresion "contaminantes organicos presentes en el medio ambiente" se pretende, puramente como ejemplo, como contaminantes organicos tales como compuestos aromaticos polimericos de condensacion, aldehfdos, benceno, carbono equivalente negro de PM10, y los contaminantes inorganicos, tales como oxidos de nitrogeno (NOx) y de azufre (SOx), y monoxido de carbono (CO). Los adoquines para pavimento para la pavimentacion fotocatalftica de acuerdo con la presente invencion se exponen o se producen de acuerdo con las normas comunes de buenas practicas.
[0033] Los contaminantes reducidos a traves de la accion fotocatalftica de la capa superficial del adoqurn para pavimento que forma el objeto de la presente invencion se retiran de dicha superficie fotocatalftica a traves de la accion de limpieza de la lluvia o lavando periodicamente las vfas urbanas.
[0034] La produccion o colocacion del adoqurn para pavimento que constituye el objeto de la presente invencion representa el elemento esencial del metodo para la reduccion de contaminantes organicos e inorganicos presentes en el medio ambiente.
[0035] Un objeto adicional de la presente invencion se forma, por tanto, a partir de un metodo para la reduccion de contaminantes organicos e inorganicos presentes en el ambiente que comprende la colocacion de adoquines para pavimento para la pavimentacion fotocatalftica tal como se ha descrito anteriormente en la presente memoria.
[0036] Aun otro objeto de la presente invencion se forma de las composiciones cementosas, y de sus precursores las premezclas secas correspondientes, adecuados para preparar la capa superficial de adoquines para pavimento para la pavimentacion fotocatalftica de acuerdo con la invencion.
[0037] En particular, como una realizacion adicional preferida de la presente invencion, la composicion cementosa, o de su precursor la premezcla seca, componentes esenciales de la capa superficial del adoqurn para pavimento no incluyen al menos uno de los siguientes aditivos organicos:
a) al menos una resina de melamina, obtenida a partir de melamina condensada con formaldehfdo; b) al menos un eter de celulosa; c') al menos un polfmero seleccionado entre polfmero de etileno, polfmero acnlico y terpolfmero que comprende como comonomeros al menos un ester de acido acnlico con un alcohol y al menos un ester de alcohol de vinilo con un acido carboxflico, o como alternativa al componente c'), c'') un latex seleccionado entre latex acnlico, latex de estireno, latex de butadieno; d) al menos un almidon qmmicamente modificado.
[0038] En los adoquines para pavimento para la pavimentacion de acuerdo con la presente invencion, la composicion cementosa, o su precursor la premezcla seca correspondiente, el componente de base de la capa superficial del adoqurn para pavimento para la pavimentacion puede incluir tambien cargas de origen mineral o materiales de relleno inorganicos, sinonimos entre sf de acuerdo con la presente invencion. Ejemplo de cargas de origen mineral son puzolanas, metacaolm, escorias, cenizas volantes y humo de sflice.
[0039] En el presente texto "aglutinante" o "aglutinante hidraulico" pretende ser un material en polvo en estado solido, seco, que cuando se mezcla con agua proporciona mezclas plasticas capaces de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, por ejemplo un cemento.
[0040] "Premezcla en seco" pretende ser una mezcla homogenea adecuada para mezclarse con agua y proporcionar composiciones cementosas (como morteros y hormigones) que comprenden al menos un aglutinante de cemento, uno o mas aditivos para las composiciones cementosas y, opcionalmente, uno o mas agregados. "Composicion cementosa" o "mezcla de cemento" pretende ser una composicion en la que un aglutinante se mezcla con agua, opcionalmente con agregados de diferente granulometna. Por lo tanto, las composiciones cementosas incluyen tanto las "pastas" de cemento, es decir, mezclas de aglutinante y agua, sin agregados, como las mezclas, es decir mezclas que contienen agua, aglutinante y agregados.
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[0041] Los "agregados", "materias inertes" o "agregados inertes", sinonimos entre si de acuerdo con la presente invencion, pueden ser agregados finos, tales como arena y materiales de relleno, y se definen en la norma UNI EN 206.
[0042] Ejemplos de mezclas son morteros (mezclas con aglutinante, agua y agregado fino) y los hormigones (mezclas con agua, aglutinante, agregado fino y agregado grueso).
[0043] El "clinker" que se utiliza para preparar un aglutinante para la presente invencion es cualquier clinker de cemento Portland segun se define de acuerdo con la norma UNI EN 197.1, que es un material hidraulico, al menos, dos terceras partes en masa del que se componen de silicatos de calcio (3CaOSiO2) y (2CaOSiO2), la parte restante se compone de a^O3, Fe2O3 y otros oxidos.
[0044] La amplia definicion de "aglutinante hidraulico", de acuerdo con la presente invencion, incluye tanto los cementos (blancos, grises o pigmentados) definidos de acuerdo con la norma UNI EN 197.1 mencionada como los denominados cementos para presas de almacenamiento, aglomerados de cemento y cales hidraulicas como se definen en la Ley italiana del 26 de mayo de 1965 n.° 595 y silicatos inorganicos.
[0045] La amplia definicion de "aditivo reductor de agua", de acuerdo con la presente invencion incluye tanto el aditivos reductores de agua con eficacia normal y con una alta eficacia, que, respectivamente, se pueden denominar agentes "fluidificantes" y "super fluidificantes" como se define en la norma UNI EN 934-2.
[0046] De acuerdo con la presente invencion, la premezcla seca o las composiciones cementosas obtenidas a partir de la misma pueden, por lo tanto, contener cemento blanco, gris o pigmentado.
[0047] En el presente texto, el termino en masa indica que el fotocatalizador se anade a la masa del aglutinante, en la premezcla seca o en las composiciones cementosas de acuerdo con la presente invencion y por lo tanto, se distribuye a traves de toda la masa, es decir tambien en las capas interiores y mas profundas, y no solo en la superficie.
[0048] Las composiciones cementosas particularmente preferidas de la presente invencion para producir la capa superficial del adoquin para pavimento son morteros y hormigones adecuados para producir, por medio de compactacion por vibracion, componentes prefabricados que contienen el fotocatalizador mencionado.
[0049] El estado seco esta pensado como el grado de humedad que no modifica significativamente la composicion de la mezcla.
[0050] Las premezclas secas, precursores de las composiciones cementosas que forman la capa superficial del adoquin para pavimento de acuerdo con la presente invencion, incluyen, por lo tanto, al menos un aglutinante hidraulico (por ejemplo, un cemento), el catalizador mencionado anteriormente y al menos un agregado.
[0051] De acuerdo con las realizaciones normales de la presente invencion, la premezcla seca, precursor de las composiciones cementosas, contiene los siguientes componentes inorganicos: al menos un aglutinante hidraulico (normalmente un cemento); al menos un agregado o material inerte; opcionalmente una carga de origen mineral o un material inorganico, sinonimos entre si de acuerdo con la presente invencion, el fotocatalizador antes mencionado y el agua necesaria. Los tipos y las cantidades preferidas de aglutinante hidraulico, aglomerados y, opcionalmente, una carga de origen mineral son los mismos que los especificados a continuacion para las composiciones cementosas.
[0052] Las composiciones cementosas preferidas, y sus precursores las premezclas secas correspondientes, de la presente invencion, particularmente adecuadas para preparar adoquines para pavimento para la pavimentacion fotocatalitica de acuerdo con la presente invencion, ademas del fotocatalizador mencionado anteriormente, un aglutinante hidraulico (normalmente un cemento), incluyen los siguientes materiales inorganicos: al menos un agregado y opcionalmente una carga de origen mineral o material de relleno inorganico.
[0053] Las composiciones cementosas, y sus precursores las premezclas secas correspondientes, para producir la capa superficial de los adoquines para pavimento para la pavimentacion de fotocatalitica de acuerdo con la presente invencion, contienen, por ejemplo, los siguientes porcentajes en peso de componentes inorganicos, con referencia a la masa total de los componentes inorganicos en estado seco:
- aglutinante hidraulico (normalmente de cemento): del 12 % al 50 % en masa, mas preferentemente aproximadamente el 25 % en masa;
- agregado (normalmente arena): del 50 % al 88 % en masa, mas preferentemente aproximadamente el 75 % en masa;
- relleno de origen mineral: hasta el 10 % en masa, mas preferentemente aproximadamente el 5 % en masa. El aglutinante hidraulico es normalmente un cemento, preferentemente un cemento gris.
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[0054] Por ejemplo, es posible utilizar un cemento gris de tipo I de acuerdo con la norma UNI EN 197.1 (tal como el cemento gris de tipo I- 52,5 R), mas particularmente en una cantidad que va del 12 % al 45 %, mas preferentemente de aproximadamente el 25 % en masa de los componentes inorganicos totales en estado seco, o de tipo II (tales como cemento tipo II/BL, de acuerdo con la norma UNI EN 197.1), en particular en una cantidad que va del 15 % al 50 % en masa de los componentes inorganicos totales en estado seco.
[0055] El agregado es normalmente arena, silice o calcareos, con, por ejemplo, particulas con dimensiones que van de 0,075 mm a 4 mm.
[0056] El material de carga de origen mineral aumenta la resistencia y disminuye la porosidad de composiciones cementosas que lo contienen.
[0057] El material de carga de origen mineral es, por ejemplo, elegido de metacaolin (Al2O3SiO2) y humo de silice y sus mezclas, preferentemente una mezcla de estos.
[0058] El aditivo reductor de agua permite que el contenido de agua en las composiciones cementosas se reduzca sin influir en su consistencia o sus propiedades reologicas a variarse sin influir el contenido de agua o ambos de efectos se producen de manera simultanea. El aditivo reductor de agua se elige, por ejemplo, a partir de productos basados en lignosulfonatos o naftaleno, melamina o basados en acrilico. La cantidad de aditivo reductor de agua opcionalmente empleada en las composiciones cementosas es la cantidad requerida para proporcionar consistencia optima cuando la mezcla esta fresca.
[0059] En las composiciones normales de acuerdo con la presente invencion descritas anteriormente, el dioxido de titanio esta preferentemente en un 100 % en forma anatasa.
[0060] Las composiciones cementosas y sus precursores tipicos las premezclas secas correspondientes de acuerdo con la presente invencion tienen las composiciones indicadas a continuacion en los Ejemplos 1 y 2.
[0061] Las composiciones cementosas, y de sus precursores correspondientes las premezclas secas correspondientes, son particularmente morteros con relaciones de masa de aglutinante/agregado que van de 1/4 a 1/1 o hormigon con relaciones de masa de aglutinante/agregado que van de 1/3 a 1/7.
[0062] La cantidad de agua empleada en las composiciones cementosas es la cantidad requerida para la reaccion de hidratacion del aglutinante y para proporcionar la consistencia optima cuando la mezcla esta fresca. La proporcion de agua, aglutinante y, opcionalmente, agregados de las composiciones cementosas puede variar dentro de amplios limites, y es una funcion de las propiedades y de los usos finales requeridos para los morteros y los hormigones. En terminos generales, la cantidad de agua varia se aproximadamente el 20 % al 60 % en masa con respecto a la masa del aglutinante.
[0063] El metodo de mezcla puede ser cualquier metodo convencional. La temperatura a la que el aglutinante, y cualquier agregado, se mezclan con agua esta generalmente comprendida entre +5 °C y 30 °C y preferentemente al menos 20 °C.
[0064] La forma en que se anade el fotocatalizador no es una caracteristica esencial de la invencion; el fotocatalizador puede simplemente anadirse al polvo del aglutinante hidraulico o a los componentes de la mezcla de aditivos, de la premezcla o de las composiciones cementosas y mezclarse a traves de cualquiera de los metodos de la tecnica anterior, ya sea utilizando un mezclador automatico o manual.
[0065] El fotocatalizador tambien se puede mezclar adecuadamente con la mezcla en forma de suspension acuosa. El hecho de que el fotocatalizador se pueda anadir de una manera tan simple hace que el uso de premezclas particularmente preferidas se implemente en la presente invencion. Unos pocos ejemplos, que deben considerarse no limitantes, en relacion con la invencion descrita, se proporcionan a continuacion.
Ejemplo 1
[0066] La formulacion basada en cemento con una alta actividad fotocatalitica para la produccion de la capa superficial de los adoquines para pavimento fotocataliticos.
Mezcla seca
n. 1 1 Optima
Cemento Gris tipo II/B-LL 42,5 R
% 13 - 17 15,4
Arena de silice (0,25 - 4 mm)
% 82,5 - 85,5 84
Dioxido de titanio
% 0,3 - 0,9 0,6
[0067] La cantidad de agua oscila entre el 6 y el 6,5 % en masa de los materiales inorganicos en estado seco.
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Ejemplo 2
[0068] La formulacion basada en cemento con una alta actividad fotocatalitica para la produccion de la capa superficial de adoquines para pavimento fotocataliticos.
Mezcla seca
n. 2 2 Optima
Cemento Gris tipo II/A-LL 42,5 R
% 19 - 23 20,6
Arena de silice (0,25 - 4 mm)
% O OO ■1- 78,6
Dioxido de titanio
% 0,6 - 1,0 0,8
[0069] La cantidad de agua varia del 7 al 7,5 % en peso de los materiales inorganicos en estado seco.
Ejemplo 3
[0070] Algunos ejemplos de adoquin para pavimento se preparan comprendiendo una capa superficial que tiene la composicion descrita en los Ejemplos 1 y 2, cuyas propiedades de reduccion de NOx se verifican.
Instrumentos
[0071] El NOx se analizo utilizando un instrumento Monitor Labs Model 8440E, que funciona de acuerdo con el principio de la deteccion de quimioluminiscencia. El instrumento tiene cuatro rangos de sensibilidad:
de 0,2 a 5 ppm (partes por millon); de 0,1 a 10 ppm; de 0,05 a 5 ppm; de 0,2 a 10 ppm.
[0072] En funcion de los rangos de sensibilidad elegidos, la precision del instrumento es de 4 ppb (partes por billon) de un total de 100 ppb o 2,5 ppb de cada 400 ppb.
Configuracion experimental
[0073] El Diagrama I a continuacion, como se muestra en la Figura 2, describe el metodo para medir el grado de reduccion de NOx y NO2 a traves de la accion fotocatalitica.
Diagrama I
[0074]
A - es una camara de mezcla en la que una mezcla de NO/NO2 o sales de NO2 se diluye en el aire para proporcionar la cantidad establecida de contaminantes. El procedimiento experimental adoptado utiliza botellas pequenas (2-5 litros) de NO y NO2 puros que se utilizan para llenar una linea de vacio del gas puro. Por medio de viales de muestreo adecuados, las cantidades de gas requeridas se recogen de esta linea para diluirse en el aire a traves de la entrada P de la camara.
B - es la camara de reaccion (1,5 L o 3,5 L) que contiene la muestra de fotocatalizador, cuyos detalles experimentales se muestran en la Figura 1.
C - en diagrama I es el detector de quimioluminiscencia de NOx descrito anteriormente. La configuracion que se muestra en el diagrama I puede funcionar tanto en condiciones de flujo continuo como con recirculacion de gases. El primer caso se muestra en el diagrama I: si el flujo de gas sigue la trayectoria 1, la cantidad de NOx se puede medir a la entrada del reactor; en cambio, con la trayectoria 2, la cantidad de NOx se puede medir a la salida despues de que el gas ha entrado en contacto con el catalizador, tanto en la oscuridad como bajo irradiacion.
Prueba de reduccion de NOx
[0075] Las piezas de muestra con superficies que miden 10 cm x 10 cm se inspeccionaron utilizando un microscopio optico con el fin de excluir la presencia de grietas que podrian poner en peligro la calidad del analisis de la eficiencia fotocatalitica. El grado de reduccion NOx, utilizando el diseno de la trayectoria 1 descrita en la configuracion experimental, se evaluo como:
Grado de reduccion de NO* (%) =
(Concentracidn de MQt a la entrada - Concentracibn de NOxa la salida] x 100
Concerrtracion de NO„ a la entrada
[0076] Los valores se indican en la Tabla 1.
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TABLA 1
Porcentaje de NOx oxidado a traves de piezas de prueba del adoquin para pavimento que tiene diferentes tipos de TiO2 en la capa superficial
Identificacion de TiO2
% de TiO2 en comparacion con el cemento Area superficial de TiO2 (m2/g) Despues de 20 minutos de recirculacion en la oscuridad Despues de 20 minutos de recirculacion a la luz
AT1 *
3 <15 79,5 84,3
AT1 *
10 <15 80,1 90,0
PC 105
3 60 78,6 91,5
PC 500
3 290 83,0 94,5
*) para comparacion
[0077] En la practica, se observa que la actividad es mayor si TiO2 con un area superficial de 60 y 290 m2/g se utiliza; TiO2 con un area superficial por debajo de 15 m2/g dosificado al 10 % en peso con respecto al aglutinante actua como TiO2 dosificado al 3 % con un area superficial mas grande. El uso de TiO2 de acuerdo con las indicaciones de la presente invencion permite la reduccion de su porcentaje en peso con respecto al aglutinante, sin penalizar la actividad fotocatalitica de la capa superficial del adoquin para pavimento. Esto hace que sea posible reducir el coste unitario de la mezcla de cementosa empleada para la capa superficial del adoquin para pavimento que forma el objeto de la presente invencion y, al mismo tiempo, reducir el deslizamiento de dicha capa.
Ejemplo 4
[0078] Con el fin de verificar la eficacia del sistema fotocatalitico de los adoquines para pavimento de la invencion, se analizo el contenido del agua de lavado de los adoquines para pavimento. La accion fotocatalitica causa de oxidacion de NO en NO2 y la formacion consecuente del ion nitrato que queda adsorbido en la matriz cementosa. La Tabla 2 muestra la distribucion de la relacion NO27NO3" detectada en las aguas de lixiviacion despues de haber lavado las piezas de muestra con agua desnaturalizada. El lavado se considera completo despues de que aproximadamente el 90 % del NO2 adsorbida ha sido recuperado.
TABLA 2
Distribucion de la relacion de NO27NO3' detectada en las aguas de lixiviacion despues de haberse lavado las piezas de muestra con agua desnaturalizada)
Identificacion de TiO2
% de TiO2 en comparacion con el cemento Area superficial de TiO2 (m2/g) % de NO27NO3- en la oscuridad % de NO27NO3- a la luz
AT1 *
3 <15 63,0/37,0 57,5/42,5
AT1 *
10 <15 63,5/36,5 18,8/81,2
PC 105
3 60 62,4/37,6 17,8/82,2
PC 500
3 290 68,3/31,7 13,0/87,0
*) para comparacion
[0079] Como se puede observar en la Tabla 2, la relacion entre los iones de nitrito y nitrato se mueve a cantidades crecientes de nitrato despues de la exposicion a la luz.
[0080] Tambien en este caso, la actividad del fotocatalizador con area superficial de 60 y 290 m2/g es decididamente mayor que la actividad del fotocatalizador con area superficial <15 m2/g.
Ejemplo 5
[0081] Siguiendo esencialmente las preparaciones descritas en los Ejemplos 1 y 2, otras dos composiciones se prepararon caracterizadas por componentes secos equivalentes, como se indica a continuacion:
Mezcla seca
n. 3
Cemento Gris tipo I/ 42,5 R
% 19
Arena de silice (0,25 - 4 mm)
% 80,2
Dioxido de titanio AT 1
% 0,80
Mezcla seca
n. 3
Cemento Gris tipo I/ 42,5 R
% 19
Arena de silice (0,25 - 4 mm)
% 80,2
Dioxido de titanio PC 105
% 0,80
[0082] En esencia, siguiendo el procedimiento descrito en el Ejemplo 3 y la prueba de reduccion de NOx relativa, las composiciones descritas anteriormente se probaron.
TABLA 3
Composicion
% NO2 reducido
3
X
4
XX
[0083] La Evaluacion del % de NO2 reducido se expresa cualitativamente, indicado como X = mfnimo, XX = alto.
5
Ejemplo 6
[0084] Las pruebas se realizaron en muestras de adoquin para pavimento que contenia en la capa superficial cementosa 3 % de TiO2 con un area superficial de 60 (m2/g) (muestras B y C). Los experimentos se realizaron en
10 condiciones de recirculacion de gases (NO2 + aire). La muestra A no tenia TiO2. Los resultados se resumen en la Tabla 4.
TABLA 4
Muestra
ppm inicial ppm(60 min) ppm(%) residual
A * (oscuridad)
0,5 0,18 36
A (luz)
0,48 0,20 40
B (luz)
0,45 0,05 11
C (luz)
0,48 0,06 12,5
15
[0085] Las dos muestras B y C se comportan de forma analoga bajo la luz.

Claims (25)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Adoquines para pavimento para carreteras y tambien pavimentacion fotocatalitica peatonales capaces de disminuir los contaminantes presentes en el ambiente, que comprenden al menos una capa de base generalmente de material de cemento y una capa superficial obtenida a partir de una composicion cementosa que comprende:
    I. un aglutinante hidraulico
    II. un fotocatalizador basado en TiO2 capaz de oxidar sustancias contaminantes organicas e inorganicas presentes en el medio ambiente en presencia de luz ambiente, aire y humedad
    III. agua
    IV. al menos un agregado
    V. opcionalmente, un aditivo reductor de agua
    en los que el fotocatalizador basado en TiO2 esta presente en la capa superficial del 0,1 % al 4,9 % en masa con respecto al cemento o aglutinante, y tiene una superficie especifica desde 60 hasta 290 m2/g.
  2. 2. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el fotocatalizador basado en TiO2 tiene una superficie especifica de 105 hasta 250 m2/g.
  3. 3. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la capa superficial del adoquin para pavimento, para la pavimentacion fotocatalitica tiene un volumen de vacios del 10 al 40 % y/o permeabilidad al agua de al menos 0,01 cm/s.
  4. 4. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el fotocatalizador es oxido de titanio al menos parcialmente en forma de anatasa.
  5. 5. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que las particulas de dioxido de titanio (TiO2) tienen estructura de anatasa de al menos el 5 %, preferentemente del 25 %, mas preferentemente al menos el 50 % e incluso mas preferentemente de al menos de 70 %, como porcentaje en masa del oxido total de titanio (TiO2).
  6. 6. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que las particulas de dioxido de titanio (TiO2) tienen estructura de anatasa del 100 % en masa del oxido total de titanio (TiO2).
  7. 7. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el espesor de la capa superficial fotocatalitica varia de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 20 mm, preferentemente de 5 a 12 mm y mas preferentemente de 7 a 10 mm.
  8. 8. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la composicion cementosa incluye tambien rellenos de origen mineral o materiales inorganicos de carga, siendo las cargas de origen mineral preferentemente puzolanas, metacaolin, escoria, cenizas volantes y humo de silice, mas preferentemente el material de relleno de origen mineral escogiendose a partir de metacaolin (Al2O3-SiO2) y humos de silice y sus mezclas, incluso mas preferentemente una mezcla de estos.
  9. 9. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el aglutinante hidraulico se selecciona de entre un cemento o un clinker.
  10. 10. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que el cemento es seleccionado del grupo que consiste en: cemento blanco, gris o pigmentado o sus mezclas.
  11. 11. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que el cemento es cemento gris.
  12. 12. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el material de cemento que forma la capa de base es mortero u hormigon.
  13. 13. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el material de cemento es un mortero con una relacion de masa de aglutinante/agregado que va de 1/4 a 1/1, u hormigon con una relacion de masa de aglutinante/agregado que va de 1/3 a 1/7.
  14. 14. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la composicion cementosa de la capa superficial contiene los siguientes porcentajes en peso de componentes inorganicos, con referencia a la masa total de los componentes inorganicos en estado seco:
    - aglutinante hidraulico (normalmente de cemento): del 12 % al 50 % en masa, mas preferentemente aproximadamente el 25 % en masa;
    - agregado (normalmente arena): del 50 % al 88 % en masa, mas preferentemente aproximadamente el 75 % en masa;
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    45
    50
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    - relleno de origen mineral: hasta el 10 % en masa, mas preferentemente aproximadamente el 5 % en masa.
  15. 15. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 14, en el que el aglutinante hidraulico es cemento gris.
  16. 16. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 15, en el que el cemento gris es cemento gris de tipo I de acuerdo con la norma UNI EN 197.1 (tal como el cemento gris de tipo I- 52.5 R), mas particularmente en una cantidad que va del 12 % al 45 %, mas preferentemente de aproximadamente el 25 % en masa de los componentes inorganicos totales en estado seco, o de tipo II (tales como cemento tipo II/BL, de acuerdo con la norma UNI EN 197.1), en particular en una cantidad que va del 15 % al 50 % en masa de los componentes inorganicos totales en estado seco.
  17. 17. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el agregado es normalmente arena, silice o calcareos, que tiene particulas con dimensiones que van de 0,075 mm a 4 mm.
  18. 18. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la cantidad de agua en la composicion cementosa de la capa superficial va de aproximadamente el 20 al 60 % en masa con respecto a la masa del aglutinante.
  19. 19. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el aditivo reductor de agua se selecciona de entre agentes fluidificantes y "super fluidificantes" como se define en la norma UNI EN 934-2.
  20. 20. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 19, en el que el aditivo reductor de agua se elige de productos basados en lignosulfonatos o naftaleno, melamina o basados en acrilico.
  21. 21. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que en el fotocatalizador basado en TiO2, Ti(IV), se dopa con atomos seleccionados de Fe(III), Mg (II), Mo (V), Ru (III), Os (III), Re (V), V (IV) y Rh (III).
  22. 22. Adoquin para pavimento de acuerdo con la reivindicacion 21, en el que el Ti(IV) se dopa en al menos el 0,5 % en masa del dioxido de titanio TiO2 total.
  23. 23. Metodo para la reduccion de contaminantes organicos e inorganicos presentes en el medio ambiente que comprende la colocacion de adoquines para pavimento para la pavimentacion fotocatalitica de acuerdo con la reivindicacion 1.
  24. 24. Uso de una composicion cementosa que comprende:
    I. un aglutinante hidraulico
    II. un fotocatalizador basado en TiO2 capaz de oxidar sustancias contaminantes organicas e inorganicas presentes en el medio ambiente en presencia de luz ambiente, aire y humedad
    III. agua
    IV. al menos un agregado
    V. opcionalmente, un aditivo reductor de agua
    para la preparacion de una capa superficial de adoquines para la pavimentacion fotocatalitica tal como se reivindica en la reivindicacion 1.
  25. 25. Uso de una premezcla seca que comprende:
    I. un aglutinante hidraulico
    II. un fotocatalizador basado en TiO2 capaz de oxidar sustancias contaminantes organicas e inorganicas presentes en el medio ambiente en presencia de luz ambiente, aire y humedad
    III. al menos un agregado
    IV. opcionalmente, un aditivo reductor de agua
    para la preparacion de la capa superficial de adoquines para la pavimentacion fotocatalitica de acuerdo con la reivindicacion 1.
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