Ecological, photocatalytic, superhydrophobic and self-cleaning asphalt pavement surfaces

Abstract

Atualmente, é crescente a preocupação com a poluição do ar, o esgotamento dos recursos naturais e, consequentemente com os danos impostos ao meio ambiente. Os pavimentos asfálticos precisam ser tecnicamente viáveis do ponto de vista mecânico, apresentar características funcionais adequadas em termos de conforto e segurança rodoviária e ser sustentáveis e de custo aceitável. Nesse contexto, o objetivo desta tese é desenvolver misturas asfálticas recicladas (ecológicas pela substituição parcial de material virgem) e com novas funções através da integração de nano/micropartículas para a camada superficial dos pavimentos. A integração de nano/micropartículas proporciona novas capacidades (funcionalização) às misturas asfálticas, nomeadamente fotocatalíticas, superhidrofóbicas e autolimpantes com um efeito adicional de antienvelhecimento dos ligantes asfálticos. Com o desenvolvimento da capacidade fotocatalítica, as misturas asfálticas são capazes de fotodegradar poluentes, melhorando assim a qualidade do ar. Sobre a capacidade superhidrofóbica, as misturas asfálticas funcionalizadas passam a repelir a água, proporcionando maior segurança rodoviária, principalmente em períodos de chuva e temperatura ambiental negativa. Com o efeito autolimpante, as misturas asfálticas funcionalizadas conseguem limpar poluentes, como partículas de sujidade, óleo e gordura, mitigando a diminuição do atrito devido à presença desses materiais na sua superfície. Para tanto, foi realizada uma extensa revisão bibliográfica para fundamentar esta tese de doutoramento. Em seguida, as misturas asfálticas foram funcionalizadas através de diferentes métodos de aplicação (incorporação em volume, modificação de ligante e revestimento por pulverização) e usando diferentes materiais (TiO2, ZnO e Politetrafluoroetileno). As novas propriedades e seus impactos foram analisados sob o ponto de vista mecânico, funcional e de funcionalização. As principais conclusões indicam que as misturas asfálticas podem ser funcionalizadas por esses materiais a fim de apresentarem novas capacidades, apresentando benefícios para o meio ambiente, sociedade, economia e também para o desempenho das misturas asfálticas.

Currently, there is a growing concern with air pollution, the depletion of natural resources, and, consequently, with the damage imposed on the environment. Asphalt pavements need to be technically viable from a mechanical point of view, present adequate functional characteristics in terms of comfort and road safety, be sustainable and at an acceptable cost. In this context, this thesis aims to develop recycled asphalt mixtures (ecological through the partial replacement of virgin material) and with new functions through the integration of nano/microparticles for the surface layer of asphalt pavements. The integration of nano/microparticles provides new capabilities (functionalization) to asphalt mixtures, namely photocatalytic, superhydrophobic, and self-cleaning with the additional anti-aging effect of asphalt binders. With the development of the photocatalytic capability, the asphalt mixtures are able to photodegrade pollutants, and therefore improving the air quality. Regarding the superhydrophobic capability, the functionalized asphalt mixtures start to repel the water, providing higher road safety, especially in periods of rain and negative environmental temperature. With the self-cleaning effect, the functionalized asphalt mixtures are able to clean pollutants, such as dirt particles, oil, and grease, over their surface, mitigating the decrease of friction due to the presence of these materials over their surface. Therefore, an extensive bibliographic review was carried out to support this doctoral thesis. Then, the asphalt mixtures were functionalized using different application methods (volume incorporation, modification of binder, and spraying coating) and using different materials (TiO2, ZnO, and Polytetrafluoroethylene). The new properties and their impacts were analyzed from mechanical, functional, and functionalization point of views. The main conclusions indicate that these materials can functionalize the asphalt mixtures to provide them with new capabilities, presenting benefits for the environment, society, economy, and for the performance of the asphalt mixtures.