Avaliação das capacidades fotocatalítica, superhidrofóbica e autolimpante de misturas betuminosas funcionalizadas com TiO2 e ZnO

Abstract

Atualmente, existe uma preocupação crescente acerca do esgotamento dos recursos naturais e do dano ao meio ambiente. A engenharia rodoviária em geral e particularmente o domínio dos pavimentos rodoviários pode contribuir de forma significativa para a mitigação destes problemas. A integração de nano/micromateriais nas misturas asfálticas que constituem as camadas superficiais dos pavimentos dotará essas superfícies de novas capacidades (funcionalização) particularmente em termos ambientais e em termos de segurança viária: (i) fotocatalíticas: capazes de fotodegradarem poluentes com o intuito de limparem o meio ambiente; (ii) superhidrofóbicas: melhor resistência à água e uma maior segurança rodoviária em períodos de chuva e de baixas temperaturas; (iii) autolimpantes: evitar problemas de derrapagem, facilitar a drenabilidade da água e dificultar o fenômeno da colmatação dos poros. Com o objetivo de dotar as superfícies dos pavimentos com estas novas capacidades funcionais, misturas asfálticas do tipo AC 6 e AC 14 foram funcionalizadas a partir da aspersão superficial dos semicondutores nano-TiO2 e/ou micro-ZnO. Previamente, a fim de avaliar o impacto químico e morfológico da aplicação dos semicondutores, foram realizados ensaios de Microscopia de Força Atômica (AFM) e Espectroscopia de Infravermelho Transformada de Fourier (FTIR) nos ligantes asfálticos usados para compor as misturas. A seguir, para verificar as novas capacidades, foram realizados ensaios de Ângulo de Contato e de Avaliação Fotocatalítica. Por fim, a melhor solução foi avaliada mecanicamente pela resistência à tração após o condicionamento por água para avaliar o impacto dos semicondutores. Os resultados indicam que houve um maior impacto superficial e químico pela técnica de aspersão da solução aquosa contendo ZnO. A combinação de TiO2 com ZnO promoveu propriedades fotocatalíticas, superhidrofóbicas e auto-limpantes, proporcionando a ambas as misturas asfálticas essas novas capacidades. Ademais a aspersão não causou impacto mecânico. Com o desenvolvimento dessas camadas, prevêem-se grandes benefícios para o ambiente e para a segurança rodoviária.

Presently, there is a growing concern about the depletion of natural resources and environmental damage. The road engineering in general and road pavements can contribute significantly to mitigate these problems. The integration of micro/nanoparticles in asphalt mixtures that compose the top layer of the pavements will provide their surfaces with new capabilities (functionalization) particularly in environmental and safety related terms: (i) photocatalytic: able to photodegrade pollutants for the purpose of cleaning the environment; (ii) superhydrophobic: better water resistance and better road safety in periods of rains and low temperatures; (iii) self-cleaning: avoid slipping problems, facilitate the water drainability and prevent the pore clogging phenomenon. In order to provide the new functional capabilities to the surface of the pavements, asphalt mixtures AC 6 and AC 14 were functionalized with superficial spraying of semiconductors nano-TiO2 and/or micro-ZnO. First, in order to evaluate the chemical and morphological impacts of the application of the semiconductors, tests of Atomic Force Microscopy (AFM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) onto the asphalt binder that compose the mixtures were carried out. Next, in order to verify the new capabilities, tests of Water Contact Angle and Photocatalytic Evaluation were carried out. Finally, the best solution was mechanically evaluated through Indirect Tensile Strength after immersion to analyze the impact of semiconductors. The results show that there was a higher superficial and chemical impact onto the bitumen by the spray technique of the ZnO aqueous solution. The combination of TiO2 and ZnO promoted photocatalytic, superhydrophobic and self-cleaning properties, providing the asphalt mixtures these new capabilities. Besides the spraying technique did not cause mechanical impact. With the development of these layers, benefits to the environment and road safety are foreseen.