PT1535886E

PT1535886E - Betão arquitectónico que compreende partículas de fotocatalisador

Info

Publication number: PT1535886E
Application number: PT05100826T
Authority: PT
Inventors: Luigi Cassar; Carmine Pepe
Original assignee: Italcementi Spa
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2009-03-06
Also published as: WO1998005601A1; DK1535886T4; PT946450E; ES2318419T3; DK0946450T3; DE69740124D1; ATE468306T1; ATE531677T1; ATE481367T1; EP1564194A3; ITMI961722A0; DK1564194T3; EP1600430B1; AU3940797A; DK1600430T3; EP2100861B2; PT1564194E; ES2360923T3; PT2100861E; EP0946450B1

Description

DESCRIÇÃO

BETÃO ARQUITECTÓNICO QUE COMPREENDE PARTÍCULAS DE

FOTOCATALISADOR A presente invenção está relacionada com um betão arquitectónico e com uma pré-mistura seca, que possui a propriedade melhorada de manter, após a instalação, o brilho e a quantidade de cor durante maiores períodos de tempo.

TÉCNICA ANTERIOR

Uma das utilizações mais importantes do cimento (quer cinzento quer branco) é no fabrico dos chamados "betões arquitectónicos", isto é, lançamento no trabalho para superfícies não tratadas (lisas ou perfiladas) ou tratadas (por exemplo com jacto de areia sob pressão) . Em particular, o cimento branco é usado como elemento decorativo no pré-fabrico leve e na produção de ladrilhos. A composição do betão arquitectónico, particularmente do branco, deve respeitar o requerimento de obter também, além de boas renitências mecânicas e durabilidade ao longo do tempo, superfícies que possuam boa aparência e por conseguinte de cor e textura uniformes.

De modo a obter betões arquitectónicos que possuam cor homogénea e composição constante é essencial a selecção de material inerte mas, embora o referido material inerte forme até 80% da massa do betão, a superfície do betão possui uma composição que difere das camadas inferiores e assim de toda a massa: o material inerte bruto não aparece na superfície e a própria superfície consiste apenas em pasta de cimento e areia. 1

Como consequência a superfície do betão fabricado com cimento branco e areia leve revela-se boa mesmo que o agregado bruto seja mais escuro. A uniformidade da cor da areia é menos importante do que no caso do betão arquitectónico de cimento cinzento: a constância de cor do cimento branco pode cobrir, obviamente dentro de certos limites, as variações de cor da areia.

PROBLEMA TÉCNICO 0 principal problema do fabrico do betão arquitectónico, quer em cimento cinzento quer em cimento branco, está relacionado com a manutenção ao longo do tempo da aparência original; é importante atrasar o mais possível o processo de envelhecimento natural devido, essencialmente, à influência dos agentes atmosféricos. A protecção destes produtos é realizada principalmente com produtos repelentes da água, que são aplicados nas superfícies através de pulverizadores ou pincéis, por exemplo soluções de silicone, que são estáveis em ambiente alcalino, e possivelmente à luz e no mau tempo.

Contudo, talvez devido ao aumento progressivo de poluentes presentes no ambiente das áreas metropolitanas, a protecção superficial destes produtos resiste, nas cidades, durante períodos de tempo mais e mais limitados com a subsequente degradação estética da obra. Na maioria dos casos a rápida degradação estética destes materiais impede a utilização destes betões arquitectónicos.

Assim, há a necessidade de resolver o problema da preservação da aparência original da superfície do betão arquitectónicos durante períodos de tempo mais longos. 2

SUMÁRIO DA INVENÇÃO 0 Requerente verificou surpreendentemente que este problema pode ser eficazmente resolvido usando ligantes hidráulicos que compreendem na maior parte das partículas fotocatalisadores adequadas capazes de oxidarem, na presença da luz, oxigénio e água, as substâncias poluentes presentes no ambiente. 0 fotocatalisador capaz de oxidar na presença de luz, ar e humidade ambiental (oxigénio e água), as substâncias poluentes que contactam com a superfície do ligante hidráulico (ou as argamassas e betões relativos) num estado edurecido, sendo parte da presente invenção, é um dióxido de titânio, principalmente sob a forma de anatásio, ou um precursor deste, opcionalmente dopado com outros átomos diferentes do Ti. A presente invenção também está relacionada com um método para preservar sem alterações o brilho e a quantidade de cor de um ligante hidráulico instalado para as composições de cimento, caracterizado pelas partículas do referido fotocatalisador serem adicionadas ao referido ligante antes do mesmo ser instalado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

As figuras 1-4 dizem respeito às imagens das superfícies que estão relacionadas com as composições de argamassa de cimento D, E, F, G referidas no Exemplo 2.

Em particular as figuras IA - 1B dizem respeito às imagens das superfícies que estão relacionadas com a composição D, figuras 2A - 2B com a composição E, figuras 3A - 3B com a composição F, figuras 4A - 4B com a composição G. 3 A figura 5 representa a % de reflectância (R%) para a amostra B incluída no Exemplo 5 medida a tempos diferentes em função do comprimento de onda (em nm). A figura 6 representa a Q% residual em função do tempo das amostras (A) ·, (B) , (C) ·, descritas no Exemplo 5 sujeitas a um comprimento de onda superior a 290 nm (450 nm) . A figura 7 representa histogramas de Q% residual de cimento branco tratado com 5% P-25® e de cimento branco não tratado (como tal).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na presente descrição "ligante" ou "ligante hidráulico" referem-se a um material hidráulico de cimento, sob a forma de pó no estado sólido, seco, o qual, uma vez misturado com água proporciona misturas plásticas capazes de assentar e endurecer. Na definição mais alargada de "ligante hidráulico", de acordo com a presente invenção, estão incluídos ambos os cimentos (branco, cinzento ou pigmentado) como definido de acordo com o padrão UNI ENV 197.1 e os assim chamados cimentos para barragens filtro, aglomerados de cimento e cal hidráulica, como definido pela Lei 595 de 26 de Maio de 1965. A presente invenção não está apenas relacionada com o ligante hidráulico no qual o fotocatalisador é adicionado a um dos seus componentes tal como clínquer ou gesso, em qualquer fase da preparação relativa, mas também com uma pré-mistura seca, nomeadamente um material que compreende um ligante hidráulico ao qual, antes da instalação deste, são adicionadas as partículas do fotocatalisador. 4

Um objecto da presente invenção é uma composição de betão arquitectónico de cimento que compreende um fotocatalisador.

Por "pré-mistura seca" entende-se uma mistura homogénea de ligante e agregado e opcionalmente pelo menos um aditivo adequado para ser misturado com água e para a preparação de betões.

Por "composição de cimento" ou "mistura de cimento" entende-se qualquer composição na qual o ligante é misturado com água, e com agregados que possuem diferente granulometria.

Os "agregados" ou "materiais inertes" podem ser agregados em bruto, tal como pedras britadas ou gravilha de seixos, ou agregados finos, tal como areia, e estão classificados no padrão UNI 8520. O "clínquer" usado para a preparação do ligante de acordo com a presente invenção é um clinquer qualquer do cimento Portland como definido de acordo com o padrão UNI ENV 197.1, isto é, um material hidráulico que consiste em pelo menos dois terços em massa de silicatos de cálcio (3CaO SÍO2) e (2CaO SÍO2), sendo a restante parte de AI2O3, Fe2C>3 e outros óxidos. O ligante hidráulico, a pré-mistura seca ou as composições de cimento composições, de acordo com a presente invenção, podem então conter cimento branco, cinzento ou pigmentado, de preferência cimento branco. 5 A propriedade particular que distingue essencialmente o cimento branco dos outros cimentos é apenas o facto de ser perfeitamente branco. A coloração cinzenta dos cimentos comuns da Portland deriva da presença de ferro e de outros compostos metálicos. 0 cimento branco é obtido a partir de materiais que em estado puro são perfeitamente brancos e a pigmentação "branca" é demonstrativa da pureza da composição.

As pré-misturas secas, de acordo com a presente invenção contêm, de preferência, cimento branco e são caracterizadas por manterem, após a instalação, o brilho e a quantidade de cor durante períodos de tempo mais longos. A presente invenção também está relacionada com a utilização de um fotocatalisador adicionado "a granel" a um ligante hidráulico ou a um aglomerado de modo a preservar, ao longo do tempo, a aparência estética, o brilho e a quantidade de cor.

Na presente descrição a palavra granel significa que o fotocatalisador é adicionado à massa do ligante, e então, distribuído em toda a massa, isto é mesmo nas camadas inferior e profundas, e não apenas na superfície do presente ligante, e consequentemente também a mistura ou a pré-mistura obtidas desta.

No que diz respeito à pré-mistura, a definição "a granel" significa que as partículas de fotocatalisador são misturadas de forma homogénea com os vários componentes da referida pré-mistura. Por outras palavras, a pré-mistura seca compreende quer o ligante já com o fotocatalisador e 6 separadamente um ligante hidráulico convencional e as partículas do fotocatalisador. 0 fotocatalisador de acordo com a presente invenção é o dióxido de titânio ou um dos seus precursores.

As partículas de fotocatalisador presentes no ligante hidráulico da presente invenção são partículas de dióxido de titânio (Ti02) que possuem uma estrutura de octaedrite de pelo menos 5%, de preferência de 25%, de maior preferência de pelo menos 50%, ainda de maior preferência de pelo menos 70% em peso. Num aspecto preferido da invenção foi usado o Ti02 P-25®, comercializado através de Degussa, o qual é uma mistura de 70:30 de Τί02 anatásio:Ti02 rútilo.

De facto sabe-se que o Ti02 cristaliza nas formas tetragonais octaedrite e rútilo. O rútilo é mais estável e é a forma industrialmente mais importante. A octaedrite por ser transformada em rútilo também à temperatura ambiente mas com uma velocidade extremamente baixa. A temperaturas mais elevadas a velocidade de transformação é mais significativa. A transformação do rútilo para octaedrite é impossível para cristais de Ti02; industrialmente esta transformação é possível graças à acção orientadora de certas impurezas embora as mesmas estejam presentes em quantidades mínimas. A expressão "precursor de dióxido de titânio" significa que o fotocatalisador preferido não está limitado ao "Ti02 predominantemente sob a forma de octaedrite" mas também se 7 estende a qualquer produto que adicionado ao clínquer, ao ligante hidráulico, à pré-mistura ou á mistura, pode formar o TÍO2 principalmente sob a forma de octaedrite opcionalmente através de tratamentos térmicos adequados.

Por exemplo a denominada "pasta de titânio" pode ser considerada um precursor válido para o dióxido de titânio com base no fotocatalisador da presente invenção. A pasta de titânio (Ti02-H20) deriva do tratamento do produto T1OSO4 com água e pode ser utilizado eficazmente como um precursor octaedrite sem qualquer tratamento térmico particular. Uma pasta de titânio particularmente eficaz é comercializada através de TIOXIDE®. A actividade fotocatalitica pode também ser obtida com matrizes de Ti02 dopadas com átomos adequados tais como o Fe (III), Mo (V), Ru (III), Os (III), Re (V), V (IV) e Rh (III).

Particularmente estes átomos podem substituir, ao nível atómico, o Ti (IV) presente na matriz de Ti02 para pelo menos 0,5%. O método para obter estes fotocatalisadores está descrito na literatura, por exemplo em J. Phys. Chem. 1994, 98, 1127-34, Angew. Chemie 1994, 1148-9 e em Angew. Chemie Int., Ed. 1994, 33. 1091. A quantidade do fotocatalisador presente no ligante hidráulico ou na mistura da invenção está entre 0,01 e 10% a granel calculado em relação ao ligante. Assim, mesmo em percentagens extremamente baixas os fotocatalisadores podem 8 produzir um elevado efeito de conservação de cor ao longo do tempo. "Substâncias poluentes do ambiente" são as substancia orgânicas que podem estar presents no ambiente devido aos escapes dos carros ou ao lixo industrial, tal como benzeno, compostos aromáticos voláteis, pesticidas, compostos orgânicos aromáticos, benzofluoretos, etc.

De acordo com um aspecto particularmente preferido da presente invenção utilizou-se a fenantroquinona como substancia orgânica poluente. A selecção deste composto especifico é considerada particularmente significativa para demonstrar a maior vantagem obtida com os produtos objecto da presente invenção.

Em particular esta selecção foi feita com base no conhecimento prévio da percentagem mais ou menos significativa dos componentes no ambiente típico das grandes cidades.

Uma classe de compostos importante presente como poluentes na troposfera é a dos hidrocarbonetos policiclicos aromáticos (PAH). Estes compostos e os seus análogos que contêm heteroátomos (tal como S, N, 0) , derivam da combustão incompleta do material orgânico tal como carbono, óleo, madeira, combustíveis, etc. 0 mecanismo de formação dos PAH é baseado na produção de radicais livres através da hidrólise (-500+800 °C) de hidrocarbonetos na zona reduzida da chama, caracterizada por possuir um fluxo de oxigénio insuficiente, a estrutura destes compostos é caracterizada por conter pelo menos dois anéis aromáticos condensados na mesma molécula. 9

Foi demonstrado em várias experiências in vitro e in vivo, que muitos compostos pertencentes à referida classe apresentam actividade mutagénica e carcinogénica. Em particular, a fenantroquinona que pretence à classe PAH foi seleccionada pelas seguintes razões: - é uma substância que não apresenta problemas no manuseamento; - é uma substância que origina uma coloração amarela e o seu desaparecimento pode ser seguido visualmente; - é solúvel em metanol, um solvente que evapora facilmente, uma vez aplicado numa superfície a ser tratada.

Também não devem ser excluídos os poluentes inorgânicos tal como os óxidos de azoto Nox os quais com o fotocatalisador, de acordo com a presente invenção, podem ser oxidados a nitratos. A acção fotocatalítica do dióxido de titânio é bem conhecida na técnica, como é conhecido que as partículas de TÍO2 podem aderir aos substratos inorgânicos como o cimento.

Pelo contrário não está descrita a utilização do titânio, ou, mais em geral, de um f otocatalisador, a granel, no cimento ou numa mistura de modo a manter constante a qualidade da aparência superficial em termos de brilho e de quantidade de cor do produto endurecido. Por "quantidade de cor" entende-se um conjunto de características de comprimento de onda dominante e pureza, como definido abaixo. Graças ao aspecto peculiar para manter a cor inalterada com o tempo, um aspecto preferido da invenção relaciona particularmente a utilização do cimento branco e cimento preparado como ligante hidráulico. 10 A "coloração branca" do cimento pode ser caracterizada por três propriedades:

Como brilho, que é o poder para reflector a luz incidente (que é a caracteristica típica dos corpos brancos em contraste com os corpos negros, expressa como percentagem da razão entre a luz reflectida pela superfície do cimento branco e a reflectida por uma superfície igual de óxido de magnésio, convencionalmente considerado como o corpo branco ideal; em cimentos brancos produzidos em Itália, o valor do brilho é maior do que 82, e nas argamassas produzidas com estes cimentos é um pouco inferior;

Como comprimento de onda dominante, que é a tonalidade da gradação que acompanha e caracteriza todo o branco (de facto os corpos brancos não são iguais entre si) ; o outro comprimento de onda dominante está entre o amarelo e o azul; como pureza, ou intensidade da gradação; pureza é medida através da percentagem de cor, que é inferior a 5%. A utilização de fotocatalisadores de acordo com a presente invenção permite, assim, manter constante ao longo do tempo estas três importantes propriedades. 0 cimento branco também pode ser pigmentado de modo a obter um efeito cromático adicional.

Este efeito revelou-se decididamente melhor do que o obtido, em condições iguais, pelo cimento cinzento. É interessante notar que o cimento branco, devido à sua composição química, não afecta nem o tom nem a luminosidade da coloração obtida com o pigmento (alterações que pelo contrário são inevitáveis com a utilização do cimento cinzento). 11 0 pigmento deve ser misturado intimamente na mistura ou, em separado, com o cimento. A percentage de adição deve ser procurada caso a caso de acordo com o efeito cromático que se deseja obter. Esta percentagem é referida em relação ao peso do cimento (por exemplo, e.g., se são usados os pigmentos minerais com base em óxido de ferro, a percentagem acima mencionada é de cerca de 2% em relação ao peso do cimento).

Os pigmentos são em geral: corantes inorgânicos básicos, como por exemplo os corantes naturais (amarelo ocher, vermelhos com base em óxido de ferro tal como o vermelho ocher, vermelho inglês, vermelho espanhol; cor âmbar terra; azul ultramarino; etc.) ou corantes minerais (amarelo de cromato de zinco; verde Schweinfurt; azul de Berlin; azul de Bremen); corantes com base em chumbo tal como o amarelo Nápoles; amarelo de crómio; o grupo de corantes minerais com base em óxido de ferro (que possuem um intervalo cromático entre o castanho ao laranja e ao amarelo).

Foi descrito previamente que com o ligante da invenção podem ser produzidos betões arquitectónicos, de preferência fabricados com pré-misturas que compreendem cimento branco e caracterizados por manterem, durante períodos de tempo mais longos, o brilho e a quantidade de cor.

Os betões fabricados com o ligante da invenção possuem razões de ligantes/agregados em peso entre 1/3 a 1/6. A quantidade de água usada nas composições de cimento é a suficiente para completar a reacção de hidratação do ligante e para proporcionar uma trabalhabilidade óptima no estado plástico da mistura. A proporção entre água, ligante e possíveis agregados das composições cimento pode variar 12 entre amplos limites, e é uma função das propriedades e utilizações finais das argamassas e betões desejados. Em termos gerais a quantidade de água está entre cerca de 20 a 60% em peso em relação ao peso do ligante. O método para preparar a mistura pode ser qualquer método convencional. A temperatura da formação da mistura entre o ligante e a água, e os agregados, está em geral entre +5 ° e 30 °C, e é de preferência de pelo menos 20 °C. A adição do fotocatalisador ao ligante hidráulico não é uma fase critica; o fotocatalisador pode ser adicionado simplesmente ao pó do ligante hidráulico e misturado de acordo com qualquer técnica conhecida, usando quer a mistura automática quer a manual.

Sendo a adição simples do fotocatalisador ao ligante possível sob a forma de pó, as pré-misturas de acordo com a presente invenção são preferidas. Apresenta-se aqui abaixo os seguintes Exemplos da invenção para efeitos de ilustração mas não limitativos. É necessário salientar que que uma exemplificação exaustiva da invenção pode ser realizada apenas através de procedimentos muito longos (na ordem de anos) porque a avaliação correcta da manutenção das características dos ligantes endurecidos, em particular dos betões arquitectónicos, necessita dos procedimentos "naturais" de envelhecimento no microclima real.

Forma de realização 1

As seguintes formas de realização são úteis para perceber a invenção. 13

Foram realizados alguns suportes com tamanho 25 x 8 x 2,5 cm com argamassa de cimento normal com base em cimento branco Italbianco Italcementi 52,5®.

Após as amostras de teste fabricadas terem sido curadas durante 1 dia nos moldes no ambiente a 20 °C e HR > 90%; após a ejecção foram armazenados durante mais 7 dias a 20 °C e com HR « 60% (HR = Humidade Relativa).

Estas amostras de teste foram usadas como suportes para as aplicações de argamassa de cimento adicionado com dióxido de titânio. A argamassa base tinha a seguinte formulação:

Cimento branco Italbianco Italcementi 35, 4%

Metacaolina 3,5%

Quartzo (0,06-0,25 mm) 59,7% Éter etílico de celulose 0,2% MELMENT F10 0,25% (melanina condensada com formaldeído)

Fibras de celulose 0,25%

Terpolímero ELOTEX 50 AV/_90 0,7% (terpolímero butilacrilato/vinilacetato/vinil versatato)

Razão água/Cimento 0,60

Em particular, foram realizadas seis composições usando as seguintes doses de dióxido de titânio, em relação ao peso de cimento: 0 - tal e qual (dióxido de titânio 0%) 1 - 10% 2- 5% 3- 1% 4 - 0,5% 14 5 Ο, 1%

Foi utilizado o dióxido de titânio, comercializado sob a marca commercial P-25 de Degussa.

Cada composição foi vigorosamente agitada durante 5 minutos através de uma misturadora de alta velocidade, até ser obtida uma consistência fluida (utilizável com espátula).

Subsequentemente, as composições foram aplicadas com uma spatula metálica nos suportes acima descritos; e no final da aplicação a espessura média da argamassa era de cerca de 2 mm.

As amostras de teste, assim realizadas, foram então curadas durante 7 dias a 20 °C HR « 60%. Aplicou-se, então com um pincel, uma solução alcoólica a 0,5% de vários condensados baseados em compostos aromáticos policondensados, em metade da superfície de cada amostra de teste (cerca de 100 cm2) . Aplicou-se 6 g, (que correspondem a 0,03 g do produto seco) desta solução que possuía uma coloração amarela, em cada 100 cm2, consequentemente foi aplicado 0,3 mg/cm2 em cada amostra.

Cada amostra de teste apresentou, no final do tratamento, duas zonas com colorações distintas: amarela, a parte tratada branca, a parte não tratada.

Então, as amostras de teste assim tratadas foram submetidas a uma análise de imagens com um analisador computorizado LEICA Quantiment 500+ para detector as tonalidades brancas. 15

Subsequentemente, foram expostas, a uma distância de cerca de 50 cm, a uma lâmpada 300 Watt OSRAM Ultra-Vitalux que possui uma mistura de radiações semelhante à das radiações solares em montanhas naturais elevadas (Ultravioleta + visível).

Nos intervalos de tempo de exposição de 8, 16, 24 e 60 horas, repetiu-se a análise de imagens para detectar as tonalidades de branco. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1. TABELA 1

Valores de branco Tempo (h) Espécie não tratada Espécie livre de TiC>2 1 2 3 4 5 0 211 183,2 185, 4 184, 5 183, 7 184, 7 182, 7 8 211 185,3 200, 1 194, 9 190,5 189,5 188, 1 16 211 187, 1 203,5 197,6 194, 1 192,6 191, 1 24 211 190,0 206,2 200,8 197, 7 195,6 193,2 60 212 194, 9 211, 9 206,5 204,5 203,6 201,0

Como resulta das amostras de teste que contêm 10% de dióxido de titânio, após 60 horas de exposição, apresentam o mesmo tom de branco que as superfícies não tratadas; deve salientar-se que logo após 8-16 horas de exposição as tonalidades de branco estavam muito próximas das das superfícies não tratadas.

As peças de teste que continham as menores doses de dióxido de titânio apresentaram uma tendência semelhante, mas obviamente em menores níveis, contudo proporcionais ao teor em dióxido de titânio.

Pode ser observado que também é obtido um certo efeito de branqueamento através do efeito da luz nas amostras sem 16

Ti02. Em todos os casos, baixas quantidades de Ti02 são suficientes para obter um efeito de branqueamento muito superior.

Contudo, a partir da observação visual do que foi instrumentalmente medido, resulta um branqueamento mais marcado nas superfícies tratadas, em especial se humedecidas, comparando com a superfície não tratada. FORMA DE REALIZAÇÃO 2

Fabricaram-se, seguindo substancialmente o procedimento descrito no Exemplo 1, 4 composições de argamassa de cimento (de formulação idêntica às Exemplo 1) adicionadas a Ti02 (P-25® Degussa). Em particular:

Composição D - 5% de dióxido de titânio em peso E - 1% " F - 0,5% " " G - 0, 1 % " "

Ao contrário do Exemplo 1 as composições de cimento foram aplicadas a uma parede estucada exterior de um edifício.

Cada composição foi aplicada numa supperfície de cerca de o 600 cm ; a espessura média foi igual a 1-2 mm.

Metade de cada superfície (300 cm2) , correspondente a cada composição referida, foi tratada com a mesma solução alcoólica que compreende os poluentes orgânicos do Exemplo 1 (0,2 mg/cm2 do produto seco); então, foram obtidas 2 superfícies que possuíam colorações bem distintas: amarelo na parte tratada, branco na parte não tratada. 17

Nas Figuras 1 a 4 são apresentadas as imagens relativas às quarto composições, em particular: Figura IA - 1B: composição D;

Figura 2A - 2B: composição E; Figura 3A - 3B: composição F; Figura 4A - 4B: composição G. As Figuras IA, 2A, 3A e 4A referem-se às imagens das superfícies relativas às quatro composições D, E, F e G respectivamente imediatamente após o tratamento com a solução alcoólica em metade das referidas superfícies, sendo a parte de coloração amarela indicada em cada Figura com a letra T. Após 1 semana de exposição ao luz solar, as composições foram fotografadas de novo e as imagens são apresentadas nas Figuras 1B, 2B, 3B e 4B, que se referem às quatro composições D, E, F e G respectivamente após 1 semana de exposição.

Como resulta das Fig. 1B - 4B as superfícies tratadas com os poluentes orgânicos reportam ao branco original. FORMA DE REALIZAÇÃO 3

Foi adicionada pasta de dióxido de titânio (precursor de TÍO2) em concentrações de 0,1%, 1% e 5% em peso respectivamente ao cimento cuja análise química e de espectrometria é apresentada na Tabela 2. TABELA 2 2,68% 90,0

Análise química Perda por combustão Brilho

Comprimento de onda dominante 569 nm

Pureza

F 2,3% 0,380% 18

Análise espectrométrica de raios X

Si02 21,80% A1203 3,60% Fe203 CaO 0,25% CaO 65,86% MgO 0,98% S03 3,15% Na20 0, 83% K20 0, 10% SrO 0,08% Mn2C>3 <0,04% P2O5 0,09% Ti02 0,03%

Preparou-se com cada mistura, 3 amostras de teste com tamanho 40 x 40 x 160 mm de argamassa normal de acordo com o padrão EN 196.1 (cimento/areia = 1/3, razão a/c = 0,5).

Para comparação foram preparadas 3 amostras de teste sem adição da pasta de titânio.

As doze amostras de teste foram armazenadas num ambiente húmido durante 24 horas e uma vez ejectadas foram armazenadas imersas em água até ao fim de 28 dias.

Então, realizaram-se testes de força de compressão cujos resultados médios são apresentados na Tabela 3. TABELA 3 1 2 3 4 Teor em pasta de titânio (%) - 1—1 O 1 5 Força de compressão (MPa) 58,1 58,2 57, 4 56, 7 19

Resulta que a adiçao do precursor de Ti02 nao afecta de forma significativa a força de compressão do cimento.

Forma de realização 4

Foram fabricadas 4 argamassas com cimento Italbianco Italcementi 52.5 ® que possuem as composições (em peso) apresentadas na Tabela 4. TABELA 4 A B C D Cimento Italbianco® 450 450 450 450 Agregado branco (0,1-2 mm)-g 1350 1350 1350 1350 Ti02 P-25®-g (% em peso de cimento) 0.45 0.90 4.5 Água 225 225 225 225

Com cada argamassa foram preparadas 3 amostras de teste com tamanho 8x8x2 cm. As amostras de teste foram curadas durante 1 dia em moldes num ambiente a 20 °C e H.R. > 90%, após ejecção foram armazenadas durante mais 7 dias a 20 °C a H.R. de cerca de 60%. As doze amostras de teste foram submetidas a um teste colorimétrico com um colorímetro Cologard System 0.5 de modo a estimar o brilho, o comprimento de onda dominante e a pureza da superfície (8 x 8 cm) da peça vazada. Os resultados são apresentados na Tabela 5. TABELA 5

Tijoleira No. Brilho Comprimento de onda dom. Pureza Tal e qual 1 82,3 576 3, 9 2 i—1 00 576 3,9 3 Oh 1-1 00 576 3, 9 Ti02 0, 1% 4 ÁQ 1-1 00 576 3, 9 20 5 80,6 576 3, 5 6 80, 7 576 3, 5 Ti02 0,2% 7 81, 1 576 3, 5 8 79, 8 576 3, 5 9 80,3 576 3,5 Ti02 1% 10 81,3 576 3,5 11 81,5 576 3,5 12 81,2 576 3, 5

Então, as amostras de teste foram expostas a um ambiente externo sujeitas a intense tráfego de carros durante 6 meses. Após este período foram repetidas as medições calorimétricas acima referidas. Os resultados são apresentados na Tabela 6. TABELA 6

Tijoleira No. Brilho Comprimento de onda dom. Pureza Tal e qual 1 80 578 4,3 2 79,5 579 4,4 3 79 576 4,3 Ti02 0,1% 4 80 576 4,0 5 80 576 3,6 6 80 576 3,5 Ti02 0,2% 7 80,5 576 3,6 8 80,5 576 3,5 9 80,5 575 3,5 Ti02 1% 10 82 575 3,2 11 82 575 3,3 12 81,5 575 3,2

Daqui resulta que o brilho, o comprimento de onda dominante e os valores de pureza das amostras de teste com dióxido de 21 titânio sofrem ao longo do tempo menores variações quando comparadas com as amostras de teste de cimento (sem TiO2) .

Forma de realização 5

Prepararam-se 2 amostras de cimento branco (espessura de 2 mm) em suportes adequados que possuem uma forma discoide com um diâmetro de 3,2 cm e uma espessura de 7 mm (substancialmente descrito no Exemplo 1).

As 2 amostras continham 5% de T1O2 respectivamente do tipo P-25® Degussa (amostra A) e do tipo AHR® (Tioxide) (amostra B) .

Para efeitos de comparação foi preparada uma Terceira amostra (C) sem TÍO2. De modo a obter uma superfície reprodutível e quantidades constantes da substancia orgânica na amostra, a solução de fenantroquinona em metanol é depositada através de um aerógrafo, dando assim à superfície uma concentração de fenantroquinona igual a 0,1 mg de produto seco/cm2. No final do referido tratamento cada amostra apresentou superfície homogénea com uma coloração amarela.

Foram realizadas análises de reflectância espectrofotométrica quer antes quer depois da deposição das substâncias orgânicas, com um espectrofotometro do tipo Perkin Elmer lambda 6 fornecido com uma esfera de integração para eliminar a luz dispersa responsável pela anisotropia e pelas irregularidades da superfície.

As amostras foram irradiadas através de um simulador do fluxo solar, que emite radiação com comprimento de onda superior a 290 nm. 22 0 aparelho usado para a irradiação consiste em quarto lâmpadas de 400 Watt colocadas nos vértices de um quadrado que possui no centro um prato rotativo com a amostra que roda sobre o seu próprio eixo. Através do referido aparelho foi possível irradiar ao mesmo tempo mais amostras com a mesma quantidade de fotões por unidade de tempo. O aparelho de irradiação SOLAR SIMULATOR SET-UP12/24 permite realizar testes de envelhecimento acelerados, nos quais aproximadamente 100 horas de irradiação correspondem a 1 ano de luz solar.

Obteve-se, para cada amostra, em tempos diferentes várias % de reflectância (R%) em função do comprimento de onda (nm) . Como já foi salientado a reflectância é obtida pela razão entre a luz reflectida numa s superfície/luz incidente na referida superfície. A % de reflectância da amostra B é apresentada na Figura 5 em tempos diferentes em função do comprimento de onda (nm).

Em particular, em relação à Figura 5, a curva 1 representa o espectro antes do depósito da substancia orgânica, a curva 2 representa a situação após a deposição da referida substancia, as curvas 3, 4, 5 representam a situação respectivamente após 2, 4 e 8 horas de irradiação. Resulta que apenas após 8 horas de irradiações, a situação é quase a mesma que antes do tratamento com o poluente.

Os valores de reflectância devem ser normalizados para permitir a comparação entre diferentes materiais que possuem uma reflectância intrínseca diferente. 23 0 coeficiente de normalizaçao Nt é definido como se segue:

Nt = [Rt0 - Rt/Rt0] na qual Rto é a reflectancia da amostra no tempo = 0, antes da aplicação da substancia poluente, Rt é a reflectância no tempo t após a adição da substancia poluente (neste caso é a fenantroquinona). O coeficiente de normalização assim determinado permite calcular Q% residual tornando possível a comparação entre materiais diferentes que possuem diferentes reflectâncias intrínsecas. De facto Q% residual pode ser facilmente calculado aplicando a seguinte fórmula matemática 1 — Nt0poll — Nt Q% residual = ----- 100

Nt0poll

Na qual Ntopoll é o coeficiente de normalização do material após a adição do poluente a t = 0.

Na tabela 7, apresenta-se Q% residual em função do tempo das amostras acima mencionadas (A) (que contêm 5% P-25), (B) (que contêm 5% AHR®) e (C) (a amostra sem Ti02) sujeitas a um comprimento de onda superior a 290 nm (450 nm) e um fluxo de ar a T = 60° C. TABELA 7

Tempo (horas) P-25® Q% residual (A) AHR ® Q% residual (B) Como tal Q% residual (C) 0 100 100 100 1 68,6 78,4 85, 4 2 56,2 64, 9 75,6 3 46,9 51, 4 61, 0 24 4 37,5 43,3 53, 7 5 - - - 6 20,9 20,3 41,5 co 9,0 11, 4 29, 7 t t t

Desaparecimento da cor Tons amarelos amarela

Resulta da Tabela 7, que as amostras que contêm dióxido de titânio apresentam com o tempo menor e valores normalizados menores, indício da actividade do fotocatalisador.

Os dados analíticos também são confirmados visualmente. De facto o desaparecimento total da coloração amarela devido à fenantroquinona é observado nas amostras que contêm TiO2.

Embora os valores normalizados que correspondem à amostra C diminuam com o tempo, visualmente é possível observar zonas amarelas definidas na superfície da amostras.

Também resulta da Tabela 7 que o processo funciona com diferentes tipos de óxido de titânio na forma octaedrite. A Figura 6 resume sob a forma de diagrama os dados da tabela 7, em que Q% residual é apresentado nas ordenadas e o tempo (horas) nas abcissas.

Forma de realização 6

Usando substancialmente o mesmo procedimento e o mesmo aparelho do Exemplo 5, a actividade fotocatalitica do dióxido de titânio P-25® numa amostra de cimento branco (preparada como descrito no Exemplo 5) no qual foi depositado negro de carbono. 25 0 negro de carbon foi depositado de acordo com a técnica seguinte: um discoide de cimento branco tratado com 5% de TÍO2 P-25® (Degussa) foi deixado durante 10 minutos a uma altura de 10 mm de uma chama de uma vela. Para efeitos de comparação foi realizado o mesmo teste numa amostra sem Ti02.

Os resultados dos referidos testes são apresentados na Figura 7.

Resulta dos histogramas da Figura 8 que a actividade da amostra que continha Ti02 é evidente.

Forma de realização 7

Os óxidos de azoto, que compreendem que o NO quer o N02 (indicado em geral por NOx) têm um papel importante na química atmosférica. A concentração elevada destes óxidos em relação à quantidade média dos mesmos numa área não poluída é devida à presença de fontes moveis (veículos) e a fontes estacionarias e pode originar chuvas acidas ou compostos orgânicos tal como os nitratos de peroxiacetilo (PAN) que são irritantes para os olhos e fitotóxicos para as plantas.

Seguindo substancialmente a técnica descrita no Exemplo 1, preparou-se uma amostra de cimento branco que continha 1% em peso de Ti02 do tipo AHR®. A placa de cimento assim obtida foi colocada na base de uma caixa de vidro Plexyglass® de 1 1 de capacidade para avaliar a eficiência de remoção do NOx do cimento que contêm o fotocatalisador. 26 0 fluxo de ar que foi passado, através da caixa descita, continha 0,6 ppm N02, 0,5 ppm NO e humidade relativa de 60%, iluminada no topo por três lâmpadas de 300 Watt de vapor de Hg (emitindo luz com um comprimento de onda superior a 360 nm) colocadas a uma distancia de 15 cm da amostra. O fluxo de ar de 2 1/min foi dividido para garantir um tempo de contacto suficiente entre o ar e o cimento, e para haver um fluxo adequado para o funcionamento do sistema de detecção de quimiluminescência Monitor cabs 8440 NITROGENOXIDE ANALYZER®.

Para efeitos de comparação foi realizada a mesma técnica numa amostra de cimento que não continha Ti02. A diminuição em NOx medida no ar que saia da caixa que continha a amostra de cimento com Ti02 é de cerca de 40% mesmo após 3 horas de fluxo de ar, enquanto que não se observa redução significativa no NOx no ar que sai da caixa que tem a amostra de cimento sem Ti02. 27

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Composição de betão arquitectónico, que contém a qranel partículas de um fotocatalisador capazes de oxidar substancias poluentes na presença de luz, ar e humidade ambientais, a referida composição compreende água, agregados grosseiros e finos, um ligante hidráulico e partículas de fotocatalisador, e possui uma razão entre ligantes/agregados em peso entre 1/3 e 1/6, na qual as partículas do fotocatalisador são partículas de dióxido de titânio, pelo menos a 5% em peso das referidas partículas de dióxido de titânio possuem estrutura octaedrite, as referidas partículas de fotocatalisador estão presentes numa quantidade entre 0,01 e 10,0% em peso em relação ao ligante hidráulico.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual, as referidas partículas de fotocatalisador são partículas de dióxido de titânio, em que pelo menos 25% em peso das referidas partículas de dióxido de titânio possuem uma estrutura octaedrite.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual, as referidas partículas de fotocatalisador são partículas de dióxido de titânio, em que pelo menos 50% em peso das referidas partículas de dióxido de titânio possuem uma estrutura octaedrite.
4. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual, as referidas partículas de fotocatalisador são partículas de dióxido de titânio, em que pelo menos 70% em peso das referidas partículas de dióxido de titânio possuem uma estrutura octaedrite. 1
5. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual o dióxido de titânio está numa mistura 70:30 TÍO2 octaedrite: T1O2 rútilo.
6. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual o precursor de T1O2 é uma pasta de titânio.
7. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual as partículas fotocatalíliticas são partículas de óxido de titânio dopadas com um ou mais átmomos diferentes do Ti.
8. Composição de acordo com a reivindicação 7, na qual os átomos diferentes do Ti são seleccionados entre o grupo que consiste em Fe (III), Mo (V), Ru (II), Os (III), Re (V), V (IV), e Rh (III) .
9. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual o fotocatalisador está presente numa quantidade igual a 0,1% em peso em relação ao ligante.
10. Composição de acordo com a reivindicação 1, na qual o ligante hidráulico é seleccionado entre o grupo que consiste num material hidráulico que consiste em pelo menos dois terços em massa de silicatos de cálcio (3CaO SÍO2) e (2CaO Si02) , e sendo um terço AI2O3, Fe2C>3 e outros óxidos, um ligante de cimento e cal hidráulica.
11. Pré-mistura seca que contém a granel partículas de fotocatalisador capazes de oxidar substancias poluentes na presença de luz, ar e humidade ambientais, a referida composição compreende água, agregados grosseiros e finos, um ligante hidráulico e partículas de fotocatalisador, e possui uma razão entre ligantes/agregados em peso entre 1/3 e 1/6, na qual as partículas do fotocatalisador são 2 partículas de dióxido de titânio, pelo menos a 5% em peso das referidas partículas de dióxido de titânio possuem estrutura octaedrite, as referidas partículas de fotocatalisador estão presentes numa quantidade entre 0,01 e 10,0% em peso em relação ao ligante hidráulico. 3