CN1989299A - 用于减少城市污染物的高耐用性光催化铺路材料 - Google Patents

用于减少城市污染物的高耐用性光催化铺路材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有光催化作用的复合水泥铺路材料，该材料可用于减少城市污染物，材料中包括：沥青或水泥基础、具有分界功能的树脂、具有光催化性并能减少有机和无机污染物的表面水泥层，所述铺路材料还包括增强材料和可能合适的固定纤维材料。即使在由沉重交通引起的高机械压力存在时，由此制备的铺路材料也具有强大的、随时间延长的光催化作用。

Description

用于减少城市污染物的高耐用性光催化铺路材料
技术领域：
本发明涉及光催化水泥材料和使用它们来减少城市污染的领域。本发明描述了新型铺路材料结构，该结构包含对表面腐蚀具有高阻力的光催化物质，具有随时间的延长而减少污染的强大活性。
背景技术：
由于空气中存在的一种或多种有害物质或外来物质而引起大气污染，其数量或持续时间会改变空气健康并对人体健康形成威胁。如果考虑到个人每天呼吸的空气量(在休息状态下为6-98升空气/分钟，即约9.13立方米/天)，就会意识到大气污染对健康的重要性和与呼吸污染空气相关的危险。
通常，污染的主要来源是来自制造过程(工业和手工艺活动)和燃烧过程(加热和车辆交通)的大气排放。污染的主要来源是车辆交通。后者引起发动机的燃烧产物、由刹车片、轮胎和路面磨损产生的粉末和最后来自车辆燃料桶蒸发的碳氢化合物排放到大气中。由于燃料不完全燃烧所致的发动机车辆排放包括许多气体和粉末形式的物质。这些物质中的主要一种是：一氧化碳(CO)；氮氧化物(NOx)；硫氧化物(SOx)；挥发性有机化合物(VOC)；总悬浮粒子(TSP)，其包含许多污染物：铅、镉、芳族多环碳氢化合物，这些只是最主要的例子。车辆交通对大气排放的巨大影响还被如下事实证明，即城市区域的污染不再只限于冬季，而是或多或少地变得全年如此。上述大气污染物会对粘膜，尤其是气道粘膜产生刺激作用。
现已经提出多种解决方案来克服这些问题；最引起关注的一种方案涉及使用包含光催化剂的水泥材料，当用于建筑的外壁时，该材料能够氧化环境中存在的并与所述结构的表面接触的污染物。专利申请WO98/05601涉及水泥材料，该材料包括主要以锐钛矿形式存在的TiO2粒子，它能够光氧化环境中存在的污染物，从而在材料应用后能将颜色保持更长的时间。申请WO 01/00541涉及使用特殊添加剂获得涂料，该涂料包含具有光催化性质的水泥基质。专利EP 919667描述了铺路材料，由于使用了光催化剂，该铺路材料能够显著减少环境中存在的NOx的百分比；所述铺路材料的结构包括至少两层：由沥青或混凝土组成的基础层和1mm至300mm厚的表面层，表面层具有包括光催化剂的水泥基。
具有中间厚度(约5-50mm)的光催化层是特别引起关注的：事实上光催化层的厚度足以抵抗表面腐蚀；同时它也薄到足以在液态铺设后立刻迅速硬化：这是特别重要的方面，因为光催化铺路材料通常铺设在承受沉重交通的已有公路上：这些公路对公众关闭的时间必须尽可能短。不幸地是，在这个厚度范围内会产生临界的结构构造，会涉及不同程度的沥青基础和光催化水泥表面层之间连接的变形；后者不能确保整个铺路材料的承受功能；从而当公路表面承受巨大负荷时，会产生沥青层的塑性变形运动；同时，光催化层的高硬度会防止它有弹性地配合沥青的变形；从而在重复的负荷循环后，下面的沥青层会变形，而上部的光催化层不能跟随基础变形，会趋于破裂；然后破裂层会被大气中物质和车辆运动迅速粉碎和腐蚀：然后在铺路材料安装后其光催化活性迅速损失；此外表面层的腐蚀会威胁路面的完整性，结果是必需要经常修补公路。
因此重要的是要具有如下铺设材料：该材料包含厚度适中的光催化层，即使在承受密集的车辆交通机械压力时，也能够确保高机械强度和光催化活性随时间延长。如果考虑到公路铺路材料被用于非常巨大的表面的事实，则所有这些目标都更加急迫：因此从产品的工业利用和商业竞争的角度，对上述方面的每个改良都是非常重要的。
发明内容：
现在本申请人惊讶地发现，通过如下的复合铺路材料够克服本领域中已知的缺点，该材料包括至少下列三层，从底部到顶部：
(i)基础层
(ii)包括树脂和增强材料的中间层
(iii)包括光催化水泥组合物的表面层。
基础层(i)是城市和市外铺路材料的普通结构。中间层(ii)包括树脂如环氧树脂或聚氨酯树脂。增强材料可以是合适长度的真正丝网、一套细丝或纤维，当铺设在基础层上时它们能够形成用于覆盖的丝网。表面层(iii)包含光催化剂，优选二氧化钛、水硬粘结剂、硬化剂、任何水泥添加剂和抗收缩纤维。
通过向基础层中添加增强材料、树脂、和新鲜状态的水泥组合物来制造铺路材料，水泥组合物包括光催化剂、水硬粘结剂、硬化剂、任何水泥添加剂和抗收缩纤维。
在表面和下面的树脂硬化合适的时间后，准备好向行人和/或车辆交通开放铺路材料。
即使在来自沉重交通的高机械压力存在的情况下，该铺路材料也具有强大持久的光催化作用。
附图说明：
图1：该图表示反应室(1.5L或3.5L)的实验细节，反应室中包含光催化剂样品、或催化剂样品，所述室具有派莱克斯(Pyrex)光学窗口，如实施例2所述。
图2：该图显示实施例2所述的流程I，其中A为混合室，B为反应室，C为NOx的化学发光检测器，P为室A入口，1和2是气流遵循的途径。
图3a-三幅测震仪在1相过程中测得的信号比。
图3b-三幅测震仪在3相过程中测得的信号比。
图4a-在推动激发后，在铺路材料PC1上发现的加速度信号，显示底封和顶封周线。阻尼指数ξ＝18。
图4b-在推动激发后，在铺路材料PC2(用于比较)上发现的加速度信号，显示底封和顶封周线。ξ＝5。
图5-在4相疲劳试验后铺路材料PC2的裂缝开口。
具体实施方式：
基础层(i)与普通的城市或市外铺路材料没有不同的要求；因此它可以是普通公路或步行铺路材料(例如公路、高速公路、硬质地面、停车区域、车库、通路斜坡、人行道、步行区域等)；它可以是预先存在的层，或者可以有意地产生它；它可以具有连续均匀的形态如一层沥青或混凝土，或者具有间断的不均匀形态如砌块路面。从下面可以看出，在本发明中，基础层在负荷下的任何变形对顶部光催化层的性能及其持久活性都是无害的。
层(ii)包括树脂和增强材料。
树脂(或引物)优选选自环氧树脂和聚氨酯树脂；它们典型地是双组分树脂，优选具有低粘度，从而利于例如用喷雾体系撒布它们。典型地，根据标准ISO 9371评估，用于本发明的树脂在25℃的粘度为200-1200mPa/秒，更优选500-900mPa/秒，甚至更优选等于约720mPa/秒。在室温下的弹力系数(在树脂硬化时测定)优选为3000-3500MPa。在7天后硬化树脂的张力强度优选为40-80MPa，更优选等于约60MPa。这些产品的例子是快速型(Fast Type)环氧树脂(Tecnoresyn，Bakelite)。
层(ii)的其它组分是增强材料，例如包括甚至为丝网形式的金属丝。
增强材料可以是真正的丝网，例如不锈钢或钒钢金属丝网；作为非限制性例子，可以参考丝网的开口为10-50mm，优选20-30mm，金属丝直径为0.5-2mm，优选0.8-1.2mm的丝网。或者增强材料可以是具有合适长度(例如1-20米)和上述直径的一套细丝，当铺设在基础层上时，它们能通过简单叠印形成丝网；在这种情况下，通过它们与树脂和顶部光催化层的连接来保证交互作用。
或者增强材料可以包括独立的纤维，例如不锈钢或钒钢。作为非限制性例子，纤维直径为0.5-1mm，优选0.2-0.5mm；它们的长度通常为10-50mm，例如30cm。
表面层(iii)包括光催化剂，在光和空气存在的情况下，这种物质能催化环境中存在的一种或多种污染物的分解反应，无论它们是无机物还是有机物；这些污染物的例子为芳族缩聚物、醛、可以被PM10吸收的炭黑、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)。
光催化剂的优选例子是二氧化钛，优选主要或全部以锐钛矿的形式使用它。
在本发明的特别优选方面，光催化剂粒子是100％锐钛矿粒子，具有纳米级尺寸，从而能产生5-350m2/gr、更优选100-300m2/gr的特定表面。在本发明的优选方面使用由Millennium Inorganic Chemical制造的TiO2PC105。
在光催化水泥组合物中光催化剂的含量不重要，虽然因为成本的原因使用较低数量是合意的。
优选地，按干燥状态下层(iii)的总组分计，本发明的水泥组合物包含0.1-20％(wt)、更具体0.3-3％，例如约1.5％的光催化剂。
在本文中，术语“粘结剂”或“水硬粘结剂”是指固体干燥状态的研磨材料，当与水混合时，该材料能提供可塑的混合物，该混合物即使在水中也能硬化和硬化，例如水泥。
术语“水泥组合物”(或“水泥混料”或“混料”)是指在组合物中将粘结剂与水和各种颗粒尺寸的硬化剂混合。
“硬化剂”(或“惰性材料”或“惰性硬化剂”，根据本发明都是同义词)可以是细硬化剂如沙子和填充剂，可以根据标准UNI EN 206分类。
混料的例子是砂浆(包括粘结剂、水和细硬化剂的混合物)、和混凝土(包括水、粘结剂、细硬化剂和粗硬化剂的混合物)。
用于制造本发明粘结剂的“渣块”是由此根据标准UNI EN 197.1定义的Portland水泥的任何渣块，这是一种水硬材料，其中至少三分之二的质量为硅酸钙(3CaO SiO2)和(2CaO SiO2)，剩余部分为Al2O3、Fe2O3和其它氧化物。
根据本发明，“水硬粘结剂”的定义包括根据已经提及的标准UNI EN197.1定义的水泥(白色、灰色或彩色)和1965年5月26日意大利法律595定义的所谓堤防用水泥、水泥粘结剂和水硬石灰和无机硅酸盐。
在本文中，术语“全部”指将光催化剂添加到总体粘结剂、或本发明水泥组合物中，从而使光催化剂分布到全部质量中，也就是不仅位于预混料、和因此从中获得的水泥组合物的表面上，而且也位于它们的内部和深层中。在本发明的优选方面使用光催化水泥TX Millennium，它由本申请人出售，其中包括水硬粘结剂和用于分解城市污染物的二氧化钛。
在表面层(iii)的光催化水泥组合物中，可以包含加速添加剂、硬化调整剂、液化剂、特级液化剂、和用于砂浆和混凝土的其它典型添加剂。使用硬化和硬化加速剂是特别有利的，因为这允许减少表面硬化时间，从而减少受处理表面不能对交通开放的时间。可以使用本领域已知的典型加速剂，例如CaCl2或Ca(N(O3)2；加速剂的用量取决于环境温度，这在水泥领域中是已知的；例如在20℃下，按水泥的重量计，用量为平均0.5-3％。
在表面层的可选组分中，必须提及纤维材料，该术语是指各种长度的独立纤维，它们分布在层(iii)总体中。不考虑其增强功能，该材料可以用于对抗收缩现象。优选地，可以使用具有低弹力系数的纤维，例如长度为3-25mm、优选4-10mm的聚氨酯，按新鲜状态下的水泥砂浆计，用量为0.5-10kg/m3。
一旦硬化，层(iii)的厚度优选为5-50mm，更优选10-30mm，甚至更优选12-20mm。
本发明的还一个目标是用于制造上述铺路材料的方法。该方法包括下列步骤：
(a)在基础层上施加树脂和增强材料；
(b)在所得层上施加包括光催化剂的新鲜水泥组合物。
基础层可以是预先存在的层，或者可以有意产生它。在预先存在基础的情况下，建议进行合适的清洗/洗涤操作以消除表面上存在的尘土、油渍或其它外来材料；还可以根据公路维护领域中常用的方法和设备打磨表面：这会帮助平整由局部沉陷的存在所引起的表面变形。为了获得本发明的结果可以使用这些操作，但它们不是必须的。
如果要有意产生基础，可以按照常用的技术，根据它是否是沥青路、人行道、砌块路面、水泥表面等来制造它。
在步骤(a)中，向所述基础层上铺设一层树脂和增强材料。可以以任意次序铺设这两个元素，但是考虑到树脂硬化时间有限，优选先铺设增强材料，然后铺设树脂。在铺设增强材料时，可以在丝网和基础层之间插入隔离物，例如塑料隔离物，从而将丝网固定在稍微远离基础的位置(例如3-4mm)；也可以使用钉枪或类似方式将增强材料锚定在有关区域的边缘，以利于进一步将结构固定为整体。
根据本领域已知的方式，优选通过用合适的喷枪或喷雾泵喷雾来铺设树脂；例如，根据待处理的基础层，树脂用量可以为50-600gr/m2，优选100-300gr/m2。
在(b)相中，在由此形成的基础上铺设光催化水泥层，该层优选具有触变性。预先从干燥或预混合的混合物中制造该层，混合物中包含在上面点(iii)中所述的组分，通过与合适量的水混合使之液化或触变化和均匀化。当存在纤维材料时，优选已经将它包括在干燥预混料中，虽然不排除可能将它单独添加到不包含它的新鲜水泥混料中。通过与水混合得到的新鲜状态混料典型地为砂浆，其中包括水和上述光催化剂、水硬粘结剂、硬化剂如沙子、水泥添加剂。水/粘结剂比率是普遍用于制备砂浆或类似新鲜水泥混料的比率，通常为0.3-0.45。水硬粘结剂相对干燥总混合物的量可以为30-45wt％。将由此制备的混合物以新鲜状态铺设到已经覆盖了增强材料而树脂还没有硬化的基础上；考虑到树脂的迅速硬化时间，建议在活化树脂之间单独制备新型水泥组合物，并保持其状态备于铸造，直至其铺设时间。按照普遍使用的技术和机器铺设层(iii)，这些机械为例如可能装配有激光控制的自动喷雾机器、手动撒布体系如振动筛等。按照普遍使用的技术，通过制备接缝可以完成撒布，例如使用具有三角形部分的金属刮板，使用最终的表面抛光操作也是公知的。
在表面和下面树脂的合适硬化时间后，路面就准备好向行人和/或车辆交通开放。
按本发明制备的铺路材料结构能够减少环境中存在的有机和无机污染物，例如芳族缩聚物、醛、能被PM10吸收的炭黑、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)。当使用二氧化钛作为光催化剂时，对于Nox的效果特别强烈。
因此本发明的还一个目标是使用上述铺路材料减少环境中存在的有机和无机污染物。
上述发明允许制备具有光催化表面层的铺路材料，该表面层具有典型地为5-50mm、优选10-30mm、更优选12-20mm的中等厚度，厚到足以抵抗表面腐蚀现象，但同时避免使用任何过量的催化剂而形成过厚的层。同时，当存在机械重压力时，由于光催化层与下面的层具有高度同源性，所有该层具有高度一致性和高硬度。在这种情况下，基础层经受负荷时的任何变形都不会以任何方式脱离光催化层的粘附和一致。因此，即使在持续繁重车辆交通的情况下，铺路材料也能维持持久的高度一致性和均匀的表面和高度的光催化活性。
现在参考下列非限制性实施例描述本发明。
实验部分
实施例1
根据下面配方为复合铺路材料表面层制造快速光催化水泥砂浆：
混合物A
    占总数的％
    水泥TX(Millenium)     36.08
    Quartz硬化剂     47.83
    CaCl2x2H2O     0.74
    Superflux NF(液体)     0.73
    Acrylic HSP 146(液体)     0.21
    聚丙烯纤维     0.05
    附加水     14.37
    总计     100
    总水     15.2
水/水泥比率为0.42；聚丙烯纤维具有低弹力系数。向该混合物中添加加速添加剂。在强制混合器中制备砂浆，先将所有固体材料放入混合物桶中，然后在开始旋转混合物后，放入添加剂和水。纤维添加在干料中。
实施例2
根据下述配方为复合铺路材料表面层制造第二种光催化水泥砂浆：
混合物B
    占总数的％
    水泥TX(Millenium)     30.97
    Quartz硬化剂     57.52
    Superflux NF(液体)     0.63
    Acrylic HSP 146(液体)     0.19
    PP纤维     0.05
    附加水     10.64
    总计     100
    总水     15.2
水/水泥比率为0.36。
实施例3
对本发明光催化复合铺路材料结构的一些样品测试NOx和NO2还原性，该铺路材料结构包括具有如实施例1和2所述的水泥组合物基础层的表面层。
仪器
在Monitor Labs Model 8440E仪上分析NOx和NO2盐，该仪器根据化学发光检测原理工作。仪器具有四个灵敏度间隔：从0.2-5ppm(部分/百万)；从0.1-10ppm；从0.05-5ppm；从0.2-10ppm；根据所选择的灵敏度间隔，仪器精度为从100ppb检出4ppb(部分/十亿)或从400ppb检出2.5ppb。
实验设置
在下面方案I中，如图2所示，描述了用于测量光催化作用对NOx和NO2还原程度的方法。
方案I
A-为混合室，在这里将NO/NO2混合物或NO2盐混合物稀释到空气中，以获得确定量的污染物。所采用的实验程序计划使用包含纯NO和NO2的小圆筒(2-5L)，用圆筒填充具有纯气体室的真空管。从这个管中，用取样瓶采集气体量，通过室入口P将气体量稀释到空气中。
B-为包含光催化剂的反应室(1.5L或3.5L)，其实验细节如图1所示。
C-为用于上述NOx的化学发光检测器。
方案I所示的设置可以在连续流和气体循环的条件下运行。第一种情况示于方案I：如果气体遵循途径1，则可以在反应器入口处测量NOx量；或者，如果通过途径2，则可以在黑暗和处于辐射下，在气体与催化剂接触后，在出口处测量NOx量。
制备复合铺路材料结构
为了优化沥青性基础铺路材料层(沥青)、环氧树脂和具有光催化活性的水泥砂浆表面层之间的结合，根据文献中给出的指导充分制备基础铺路材料。
为了这个目的，研磨表面除去约2mm的厚度。受试面积的有限尺寸(长10m，宽5m)允许使用手动研磨机械。
在距离受试面积最短侧50cm处，生成尺寸为5×0.50m的两条带，从铺路材料上除去4-5cm的层。这个操作的目的是在沥青性混料和随后用水泥砂浆涂布的沥青受试面积之间产生连接。
用刷子清理经研磨的表面，以除去由研磨产生的大颗粒。用压缩空气除去细颗粒；最后喷水清洗表面。
然后用钉枪固定连接开口为25mm、金属线直径为1mm的不锈钢丝网。
向丝网和经研磨的基础上均匀地喷洒环氧树脂组合物，该组合物基于环氧树脂EPR 05335和硬化型EPH 04852(制造商为Bakelite AG)。引物消耗为约280g/m2。
在经上述处理的沥青表面上，在不同的区域上用辊子铺设如实施例1和2中所述的光催化水泥砂浆组合物，所铺设的组合物具有10-20mm的不同厚度。在铺设前，用高速搅拌机将每种组合物剧烈混合五分钟，直到液体达到一致性。然后在20℃±2℃和RH约60±5％将由此制备的光催化水泥砂浆/沥青铺路材料样品固化七小时。
A.NOx还原测试
当形成表面层的光催化水泥砂浆完全硬化时，从水泥砂浆/沥青铺路材料上剥离表面为10cm×10cm的样品。用光学显微镜观察每个样品的受试表面，以排除会影响光催化效果的分析质量的裂缝。使用在实验设置中所述的途径1结构，如下评估NOx的还原程度：
NOx还原程度(％)＝(NOx入口浓度-NOx出口浓度)/NOx入口浓度×100
结果示于表1中。
表1
  水泥砂浆实施例    NOx还原程度(％)
        1         88
        1         85
        2         87
        2         89
(入口NOx浓度为1ppm)。
B.NO2还原测试
按A中所述，对按还原测试A所述制备的样品测试NO2还原。按测试A计算NO2还原程度数据，示于表2中。
表2
   水泥砂浆实施例    NO2还原程度(％)
         1         85
         2         86
实施例4
在根据本发明制备的设计尺寸为230×50cm的一片复合铺路材料上(称为PC1)进行疲劳压力测试。
用能产生循环负荷的机械振动器进行测试，振幅按照正弦曲线随时间变化。将振动器牢牢锚定在钢架中线上，钢架具有两个相隔约200cnm的支撑底部，每个底部碾压地面10×20cm。支架底部的碾压和它们的中心距离被设计成能模拟普通汽车两个车轮(前轮和后轮)在地面上的碾压。用上述支架施加负荷允许模拟由于汽车通过而对铺路材料施加的压力。
如下进行疲劳压力：
  相   激发类型   施用压力的间隔[kg/cm2]   频率[Hz]  循环数
  1     垂直       +0.04/+2.8     14  2000000
  2     水平       +0.13/-0.13     9  275000
  3     垂直       +0.04/+2.8     14  2000000
  4     水平       +0.13/-0.13     9  275000
作为预防测量，在垂直激发情况下施用的最大压力设置值高于由普通汽车引起的压力值，即约2kg/cm2。
在进行疲劳测试的过程中，用三幅地震仪测定由施用动态激发所产生的振动，该仪器能够在相互为直角的三个方向(垂直、纵向、横向)测定加速度，按下述排列仪器：
-2个三幅地震仪位于接近框架支撑基础的复合铺路材料上(S1和S3)；
-2个三幅地震仪作为参照，对应前面两个仪器，但安装在预先存在的沥青上(S2和S4)。
分析由四个三幅地震仪发现的信号，没有显示受试复合铺路材料的任何衰减迹象。尤其是，图3a和3b分别从1相和3相显示在受试铺路材料上的三幅地震仪(S1和S3)的垂直信号相对于参照三幅地震仪(S2和S4)获得的信号。
分析图3a和3b中的图表，显示在测试相的过程中不存在能引起衰减的反常行为迹象。对应1相中约800,000的循环数和2相中约1,100,000的循环数所观察到的变化比率并不是显著很高的程度，无论如何其循环性质与由日常温度循环的变化是一致的。
在相同的铺路材料上还检查了水泥砂浆顶层和预先存在的沥青性铺路材料之间的粘附。在水泥表面上用铁锤施加冲压，通过测量和分析所引起的垂直加速度来进行这些测试。在包括全部铺路材料表面的栅格点上进行测试。作为例子，图4a显示在铺路材料点上测得的信号。
分析信号的顶封和底封周线允许确定衰减值ξ，可以将ξ假定为顶层对预先存在的基础的粘附指数。不像封周线逐渐接近水平轴的情况，由封周线快速接近水平轴所示的高衰减值显示着良好的粘附。
可以通过阻尼指数ξ评估测得信号的衰减；ξ高于15被认为指示着良好的粘附。在图4a信号的具体情况下ξ指数为18，在任何情况下，受试铺路材料的ξ值通常都大于15。
实施例4b(参照)
在按照本发明制备的一片复合铺路材料上，但水泥砂浆顶层和预先存在的沥青性铺路材料之间没有必需的粘附(称为PC2)，根据实施例2所述的程序进行测试。复合铺路材料片的尺寸为380×1200cm。粘附的缺乏显示为阻尼指数ξ值通常低于15；例如在用于测试的一个框架支撑基础上ξ为5(图4b)。
如下进行疲劳压力：
 相  激发类型  所用压力的间隔[kg/cm2]  频率[Hz]  循环数
 1    垂直       +0.04/+2.8     14  100000
 2    垂直       +0.04/+2.8     14  2000000
 3    水平       +0.13/-0.13     9  260000
 4    垂直       +0.04/+2.8     14  2000000
铺路材料PC2的尺寸不允许使用安装在沥青性铺路材料上的参照三幅地震仪。因此难以解释所发现的加速度数据，但对铺路材料PC2的裂缝图进行了视觉分析。在铸造水泥砂浆表面层的一些天后，由于在同一铺路材料纵向轴的直角方向发生了收缩，所以出现了裂缝。在接受试验过程中产生的压力后，在接近受试框架的一个支撑基础处，一个收缩裂缝显示出开口明显增加，如图5所示。
对于所有可能性，图5所示的裂缝状态是两种共存原因的叠加结果：循环机械压力和热变形。在任何情况下，在水泥砂浆顶层和预先存在的沥青性铺路材料之间缺少必要的粘附会在水泥砂浆层中显著增加最初的收缩裂缝开口。

Claims (18)

1.具有能够分解城市污染物的光催化作用的复合铺路材料，该材料从顶部到底部包括：
(i)基础层；
(ii)包括树脂和增强材料的中间层；
(iii)包括光催化水泥组合物的表面层。
2.如权利要求1所述的铺路材料，其中所述层(iii)的厚度为5mm-50mm。
3.如权利要求1所述的铺路材料，其中所述层(iii)的厚度为10mm-30mm。
4.如权利要求1-3所述的铺路材料，其中所述基础层是城市或市外铺路材料表面，是由沥青性或水泥材料预先制成的或新形成的。
5.如权利要求1-4所述的铺路材料，其中树脂选自环氧树脂和聚氨脂树脂。
6.如权利要求1-5所述的铺路材料，其中增强材料是丝网或一套独立覆盖的细丝或纤维。
7.如权利要求1-6所述的铺路材料，其中所述增强材料是用钢制成的。
8.如权利要求1-7所述的铺路材料，其中按干燥状态时层(iii)的总组分计，以重量计层(iii)包含浓度为0.1-20％的光催化剂。
9.如权利要求1-8所述的铺路材料，其中层(iii)中包含的水泥是快速硬化水泥。
10.如权利要求1-9所述的铺路材料，其中层(iii)包括纤维材料。
11.如权利要求1-10所述的铺路材料，其中纤维材料包括长度为3-25mm的聚丙烯纤维。
12.用于制备权利要求1-11所述铺路材料的方法，该方法包括以下步骤；
(a)向基础层上施用树脂和增强材料；
(b)向所得层上施用包括光催化剂的新鲜水泥组合物。
13.如权利要求12所述的方法，其中基础层是预先存在的层或新形成的层。
14.如权利要求12-13所述的方法，其中树脂选自环氧树脂和聚氨树脂。
15.如权利要求12-14所述的方法，其中树脂的用量为50-600gr/m2，优选100-300gr/m2。
16.如权利要求12-15所述的方法，其中在途径(b)中施用的新鲜水泥组合物的水/粘结剂比率为0.3-0.45，按组合物的总固体组分计，组合物以重量计包含30-45％粘结剂。
17.权利要求1-11所述的铺路材料的用途是减少环境中存在的有机和无机污染物。
18.如权利要求17所述的用途，其中所述污染物为芳族缩聚物、醛、可以被PM10吸收的碳黑、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)中的一种或多种。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104020108A (zh) * 2014-06-13 2014-09-03 长沙理工大学 路面油污现场光催化降解处治效果监测方法
CN104141269A (zh) * 2013-05-08 2014-11-12 深圳海川新材料科技有限公司 一种光催化涂料的路面施工方法
CN106284016A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种净化尾气的功能复合型树脂铺装及其制备方法
CN107185407A (zh) * 2017-07-21 2017-09-22 江苏燕宁新材料科技发展有限公司 一种尾气降解型薄层罩面
CN108708245A (zh) * 2018-06-05 2018-10-26 海宁诺昊新材料有限公司 一种光催化沥青路面的铺设方法
CN111116145A (zh) * 2020-01-05 2020-05-08 河北工业大学 一种干撒式光催化水泥基地面硬化剂及其应用

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7922950B2 (en) * 2006-03-14 2011-04-12 3M Innovative Properties Company Monolithic building element with photocatalytic material
US7833935B2 (en) 2006-11-08 2010-11-16 Rockwood Italia S.P.A. Iron oxide containing precipitated crystalline titanium dioxide and process for the manufacture thereof
JP5964585B2 (ja) 2008-03-31 2016-08-03 ハンツマン ピグメンツ エス．ピー．エー． 光触媒活性を有する顆粒体およびその製造方法
ES2331169B1 (es) * 2008-12-10 2010-09-17 Pavimentos De Tudela, S.L Losa para pavimentos y procedimiento de obtenicion de la misma.
DE102010015786A1 (de) * 2010-02-08 2011-08-11 Franz Carl Nüdling Basaltwerke GmbH & Co. KG, 36037 Gesteinskörnung zur Herstellung eines Verkehrswegs sowie entsprechender Verkehrsweg, und Verfahren zur Herstellung einer photokatalytisch aktiven Schicht und Verfahren zur Herstellung desselben
CA2797389C (en) * 2011-11-30 2018-07-31 F. Von Langsdorff Licensing Limited Pollutant sequestering paving system
US20130266370A1 (en) * 2012-03-16 2013-10-10 Intecrete, Llc Multi-layered cement compositions containing photocatalyst particles and method for creating multi-layered cement compositions containing photocatalyst particles
US9303369B1 (en) * 2013-03-13 2016-04-05 D&D Emulsions, Inc. Embedding photocatalytic titanium dioxide in asphalt surfaces to reduce pollutants via photocatalytic reactions
CA2845980C (en) * 2013-03-13 2021-06-22 D&D Emulsions, Inc. Embedding photocatalytic titanium dioxide in asphalt surfaces to reduce pollutants via photocatalytic reactions
USRE48220E1 (en) * 2013-03-13 2020-09-22 D&D Emulsions, Inc. Embedding photocatalytic titanium dioxide in asphalt surfaces to reduce pollutants via photocatalytic reactions
KR102124188B1 (ko) * 2013-03-13 2020-06-26 삼성전자주식회사 이미지를 처리하는 전자장치 및 방법
EP3216510A1 (en) 2016-03-07 2017-09-13 Omya International AG A particulate earth alkali carbonate-comprising material for nox uptake
US20240042413A1 (en) 2021-01-11 2024-02-08 Omya International Ag A particulate magnesium ion-comprising material for nox uptake

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3385181A (en) * 1966-01-26 1968-05-28 Ulrich W Stoll Reinforced concrete pavement
US4392335A (en) * 1982-04-12 1983-07-12 Astro-Steel Grip International, Inc. Flexible cementitious coatings
BE1004705A3 (nl) 1991-03-22 1993-01-12 Bekaert Sa Nv Werkwijze voor het wapenen van een bovenlaag van een terrein.
US5628822A (en) * 1991-04-02 1997-05-13 Synthetic Industries, Inc. Graded fiber design and concrete reinforced therewith
US5836715A (en) * 1995-11-19 1998-11-17 Clark-Schwebel, Inc. Structural reinforcement member and method of utilizing the same to reinforce a product
JP3428381B2 (ja) * 1996-08-16 2003-07-22 三菱マテリアル株式会社 ＮＯｘ浄化舗装構造物
KR20010030773A (ko) 1998-07-29 2001-04-16 이시하라 겐조 공기 정화 기능을 가진 도로 및 도로상에서의 오염 공기의정화 방법
JP2003096707A (ja) 2001-09-21 2003-04-03 Bau Kensetsu Kk 舗装体及びその形成方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104141269A (zh) * 2013-05-08 2014-11-12 深圳海川新材料科技有限公司 一种光催化涂料的路面施工方法
CN104020108A (zh) * 2014-06-13 2014-09-03 长沙理工大学 路面油污现场光催化降解处治效果监测方法
CN106284016A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种净化尾气的功能复合型树脂铺装及其制备方法
CN107185407A (zh) * 2017-07-21 2017-09-22 江苏燕宁新材料科技发展有限公司 一种尾气降解型薄层罩面
CN108708245A (zh) * 2018-06-05 2018-10-26 海宁诺昊新材料有限公司 一种光催化沥青路面的铺设方法
CN108708245B (zh) * 2018-06-05 2019-05-21 海宁诺昊新材料有限公司 一种光催化沥青路面的铺设方法
CN111116145A (zh) * 2020-01-05 2020-05-08 河北工业大学 一种干撒式光催化水泥基地面硬化剂及其应用

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CA2571011C (en) 2012-08-28

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