Applicazione di cementi fotocatalitici nelle opere di ingegneria civile

In civil engineering works, such as realization of new buildings and road networks, the application of photocatalytic cement is functional to the aesthetic conservation and to the abatement of pollutant concentrations, both for existent constructions and for new ones. Photocatalytic process allows to reduce concentrations in air of photochemical pollutants and to keep the surface white and clear. Also, it is capable to capture and dispose of compounds as innocuous salts. For these reasons, taking into account the joint of oxidative photocatalytic process and traditional cement turns to be useful in application of cement with the admixture of TiO2. A wide and significant contribution can be given to the environmental aspects among sustainable constructions. On the one hand, pervious concrete mix design and photocatalytic pervious concrete, mortars and paints specimens were tested in laboratory in order to evaluate the mechanical characteristics and photocatalytic activity. Pervious concrete pavements were studied for the realization as road infrastructures, also replacing natural aggregate with recycled ones. On the other hand, pervious concrete and photocatalytic pervious concrete were tested on field. Their activity and capability to drain water were verified. An experimental research was carried out inside a highway tunnel painted with photocatalytic coatings: paints and a coat. Photocatalytic coatings and grout were applied to highway road surface, on field. Environmental properties of photocatalytic pervious concrete were tested considering the abatement of organic and inorganic compounds in plug-flow tests, as recommended by Italian regulations. Batch tests and a related model are proposed for the characterization of photocatalytic materials by kinetic and adsorption parameters. Analyses on images, 3D and 2D scans were run. Their results are extremely useful for evaluating materials’ surfaces, referring to the high specific surfaces and corresponding depollution performances of this concrete. Finally, monitoring systems were designed and verified in order to study and evaluate the proper parameters which are considered to be the ones that control applications on field. Results from applications and monitoring systems of a photocatalytic concrete pavement, a tunnel and a highway pavement are showed.

Nell’ambito della realizzazione di opere di ingegneria civile, quali edifici, reti stradali in un contesto di tessuto connettivo urbano e non, l’impiego di cementi fotocatalitici si colloca nel contesto attuale in cui è necessario coniugare esigenze di valorizzazione del patrimonio esistente e di nuova edificazione con le problematiche derivanti dall’inquinamento e di durabilità anche estetica. Attraverso il processo fotocatalitico si è in grado di ridurre le concentrazioni di inquinanti fotochimici in aria, mantenere le superfici pulite, bianche nonché attive nella cattura e nello smaltimento di composti sotto forma di sali dilavati. Di qui la scelta di abbinare alle consuete caratteristiche di impiego di un cemento tradizionale le proprietà derivanti dal processo ossidativo fotocatalitico, nel sincretistico approccio dell’impiego di cementi additivati con TiO2. Le possibili applicazioni comprendono numerose opere di ingegneria civile. Le realizzazioni su cui si è indagato hanno coinvolto la messa a punto, dapprima, di miscele di calcestruzzo drenante con cemento fotocatalitico, con aggregati naturali e/o riciclati, per pavimentazioni stradali e la realizzazione di provini per lo studio in laboratorio di fotocatalisi. Si è quindi proceduto a studiare applicazioni in campo prova di calcestruzzo drenante e calcestruzzo drenante fotocatalitico, di materiali fotocatalitici, tra cui un rasante e pitture, per l’applicazione su superfici in ambiente outdoor ed indoor, quali su pareti di una galleria stradale, di prodotti fotocatalitici per la applicazione a freddo su pavimentazione, in particolare, di tipo autostradale. Per quanto concerne la messa a punto delle miscele, il calcestruzzo drenante è stato oggetto di studio in laboratorio calcestruzzi per il raggiungimento di adeguate proprietà meccaniche ed idrauliche di permeabilità, nonché sono state analizzate le proprietà in termini di abbattimento di inquinanti organici ed inorganici, attraverso prove in modalità plug-flow, seguendo la attuale normativa italiana aggiungendo tuttavia prove realizzate in modalità batch, proponendo un modello per la caratterizzazione dei materiali e dei campioni provenienti da opere realizzate con cementi fotocatalitici attraverso parametri cinetici e di adsorbimento. Sono stati condotti studi sull’analisi per immagini, approfondendo le indagini tramite scansioni in 2D e 3D, dimostrandone l’utilità di impiego. Relativamente agli studi su grande scala, sono state progettate e verificate metodologie di lavoro atte a monitorare, isolare, indagare i parametri ritenuti fondamentali nello studio di applicazioni di questo tipo. Si presentano i risultati di realizzazioni e monitoraggio relativi ad una pavimentazione realizzata in calcestruzzo drenante fotocatalitico, rivestimenti per gallerie, applicazione di prodotti su pavimentazione autostradale.