專利名稱：具有光催化效應(yīng)的含瀝青路面和所述路面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有光催化效應(yīng)的含瀝青路面和制備所述路面的方法。
背景技術(shù)：
已知的光催化過程能將污染物質(zhì)和雜質(zhì)氧化。
光催化過程是基于當(dāng)使用合適的電磁波激發(fā)電子時由適合的半導(dǎo)體所提供的電荷或電子的應(yīng)用。
用于激活光催化過程的優(yōu)選半導(dǎo)體是二氧化鈦(TiO2)，優(yōu)選為銳鈦型。
利用二氧化鈦獲得到的電子可產(chǎn)生容易鍵聯(lián)存在于環(huán)境中的其它分子的負(fù)電荷。更精確地說，它鍵聯(lián)空氣中的氧(O2)分子，同時產(chǎn)生負(fù)離子(O2-或O-)。
這些離子O2-和O-是高活性的，并能鍵聯(lián)存在于環(huán)境中的污染物分子，尤其是氮氧化物(NOx)，其主要為一氧化氮和二氧化氮(NO或NO2)——由此形成負(fù)離子NO3-或者是一氧化碳(CO)——形成二氧化碳(CO2)分子。
當(dāng)光催化物質(zhì)被置于堿性水泥基體中時，負(fù)離子(NO3-)容易鍵聯(lián)從存在于堿性水泥基體中的化合物(碳酸鈣，石膏......)游離出的鈣或鈉陽離子(Ca++或Na+)。
最后的步驟最具重要性，因為它阻止在光催化過程的末端產(chǎn)生酸，并產(chǎn)生沉淀于環(huán)境中的無害鹽來代替，如硝酸鈣Ca(NO3)2和硝酸鈉NaNO3。
光催化過程不僅能氧化氮氧化物和碳氧化物，而且能氧化許多其它有害物質(zhì)，如苯、甲苯、乙苯、間二甲苯、臭氧、二氧化硫、甲醛、乙醛、PMx、甲醇和乙醇。
已經(jīng)實施了多種實驗來評價用光催化表面層涂布路或墻而獲得的氮氧化物和其它污染物的減少，記錄到這些污染物最高減少了62％。
雖然所述實驗已經(jīng)確定有某些重要缺陷。但事實上，為了獲得所有上面提及的優(yōu)點，光催化物質(zhì)必須包含在堿性基體中，如水泥和砂漿，否則NO3-負(fù)離子不能與存在于堿性水泥模塊中的鈣或鈉陽離子(Ca++或Na+)鍵聯(lián)，并因此在光催化過程的末端產(chǎn)生有害的酸。
堿性基體材料不一定可用于道路，道路通常由瀝青混合物而非水泥基混合物制成。
含瀝青混合物通常包含胺。當(dāng)二氧化氮與該胺結(jié)合時發(fā)生亞硝基轉(zhuǎn)變便產(chǎn)生了亞硝胺。
因此已提議了各種各樣的方案，包括用水泥基上涂層來覆蓋含瀝青路面。
這樣一種方案能在含瀝青表面之上獲得水泥路面。
但是，有證據(jù)表明，當(dāng)砂漿和水泥澆注在一層含瀝青混合物上時，它們不能確保滿意的機械性能。
事實上，這些不同類型的材料——含瀝青的和水泥基——具有不同的彈性系數(shù)和機械特點；尤其是，砂漿和水泥具有遠(yuǎn)大于下層的含瀝青層的剛度。結(jié)果，當(dāng)水泥(其通常形成一薄層)受到重負(fù)荷時，比如由卡車造成的，含瀝青基礎(chǔ)層不能可靠地支撐上層的水泥。支撐的不足和隨后水泥層的彎曲以表面裂紋的形式顯現(xiàn)。
可替代地，水泥層能制得較厚和較堅固，但是這將顯著增加相關(guān)成本和建設(shè)時間。
已經(jīng)進(jìn)行了一些測試，這些測試包括用含光催化物質(zhì)的涂料或類似產(chǎn)品涂布含瀝青路面的頂部。
這種方案比較便宜并較快予以應(yīng)用，但是由于由各種類型的車輛的通過導(dǎo)致的磨損和破縫，已知含瀝青路面的頂部持續(xù)非常有限的時間。用這種方法僅能獲得具有短暫的光催化效應(yīng)的路面。
而且，光催化涂料與含瀝青路面中的有機化合物反應(yīng)，引起它們的降解和隨后粘附力的喪失。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到這種情況，本發(fā)明的技術(shù)目的是設(shè)計一種具有光催化效應(yīng)的含瀝青路面和能基本克服上面提及的缺陷的所述路面的制作方法。
在所述技術(shù)目的中，本發(fā)明的一個重要目的是設(shè)計一種具有光催化效應(yīng)的路面，該路面具有瀝青的機械特點和堿性基體材料的化學(xué)優(yōu)勢。
本發(fā)明的另一個重要目的是以非常有限的成本設(shè)計一種具有光催化效應(yīng)的路面。
一個進(jìn)一步的目的是設(shè)計一種非常耐用的道路。
技術(shù)目的和所述的目標(biāo)是通過光催含瀝青路面加以實現(xiàn)的，該類型的含瀝青路面可限定道路的外表面，由以下部分組成內(nèi)排水型含瀝青基底，厚度介于10mm至60mm之間，并至少在表面附近包含縫隙，用水泥砂漿從表面下深至至少1mm處細(xì)微地涂布該縫隙，所述砂漿包含適于獲得光催化反應(yīng)的光催化材料，質(zhì)量比為所述砂漿的2.0％-5.0％；適于流化所述砂漿并包括三聚氰胺樹脂的增塑混合物，質(zhì)量比為所述砂漿的1％-4％；和適于使所述砂漿致密的無定形二氧化硅，質(zhì)量比為所述砂漿的5％-15％。
光催化含瀝青路面通過用所述的水泥砂漿覆蓋含瀝青基底的外表面來制作。
所述的水泥砂漿形成一非常薄的密實層，其滲入到該含瀝青基底中的縫隙中，由于道路的強度和機械性能大體上由含瀝青基底限定，因此不易破裂或開裂。
下面參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述可以更好地說明本發(fā)明進(jìn)一步的特點和優(yōu)點，其中圖1說明了按照已有技術(shù)的路面部分；圖2示意性地表示了按照本發(fā)明的路面部分。
優(yōu)選實施方案參考前述附圖，按照本發(fā)明的含瀝青路面通常由數(shù)字1表示。
路面1限定了適于使摩托車、卡車和類似車輛通過的道路6的外表面1a。
所述含瀝青路面1由已知厚度基本為10mm-60mm的含瀝青基底2組成。
所述含瀝青基底2是用混凝料3和瀝青4制成的，瀝青充當(dāng)所述混凝料3的粘結(jié)劑。
混凝料3和瀝青或粘結(jié)劑4沒有完全充滿被含瀝青基底2占據(jù)的空間，也就是說，被含瀝青基底2內(nèi)縫隙5占據(jù)的所述空間的遠(yuǎn)不可忽略的部分。
含瀝青基底2也可以優(yōu)選為內(nèi)排水型，因此它有相當(dāng)大的中空部分和大尺寸的混凝料3，即超過40％的混凝料3優(yōu)選大于10mm。
而且，所述混凝料3優(yōu)選通過碾碎獲得，從而具有不規(guī)則的形狀，因此確?；炷喜幻軐?，從而保留較高百分率的縫隙5。
事實上，所述縫隙5的優(yōu)選比例為所述含瀝青基底2的10％-30％。
含瀝青基底2僅形成道路6的最外層，道路6可以進(jìn)一步包含含瀝青混合物、碎石頭和其它材料的層，用數(shù)字8示意性表示。
用水泥砂漿7細(xì)微且均勻地涂布位于距離所述外表面1a有1-40mm的含瀝青基底2內(nèi)的縫隙5。
已知水泥砂漿主要由水、混凝料(主要由砂子組成)和就水泥砂漿而言是膠結(jié)材料的粘結(jié)劑組成。砂漿也可以包含多種不同類型的混合物。
由于水泥砂漿7包含質(zhì)量比為所述砂漿的2.0％-5.0％的光催化材料，因此其有光催化效應(yīng)。
所述光催化材料優(yōu)選是二氧化鈦，更優(yōu)選銳鈦礦的形式。
水泥砂漿7也包括增塑混合物，質(zhì)量比為1％-4％。
所述增塑混合物用于使砂漿流體化，并優(yōu)選由三聚氰胺樹脂組成，如MELMENTF10，由Degussa建筑聚合體股份有限公司生產(chǎn)，并優(yōu)選以粉末形式使用。
另外，增塑混合物優(yōu)選包括基于質(zhì)量比約為4％的醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯和丙烯酸丁酯共聚物的超增塑劑物質(zhì)。例如由Hercules生產(chǎn)的名稱為ElotexAP200的超增塑劑物質(zhì)。
水泥砂漿7也包括無定形二氧化硅，質(zhì)量比為砂漿7的5％-15％。
砂漿和水泥的混合物中包含所述無定形二氧化硅，叫做微硅粉(SilicaFume)，其優(yōu)選用于本發(fā)明的砂漿7。
所述混合物能使水泥和砂漿的強度顯著地增加最高可達(dá)兩倍。
這源于硅顆粒有限的尺寸(硅顆粒比包含水泥的顆粒小兩個數(shù)量級)和二氧化硅與砂漿7中的各種成分相當(dāng)大的反應(yīng)活性。
砂漿7也優(yōu)選包含保水混合物。
當(dāng)水泥砂漿7固化時，該保水混合物具有減少水蒸發(fā)的趨勢。
通常任何蒸發(fā)對砂漿和水泥都是有害的，尤其是對當(dāng)前的混合物是有害的，因為當(dāng)水蒸發(fā)時，水會揮發(fā)較輕質(zhì)量的物質(zhì)，也就是二氧化鈦，并把其它存在于水泥中的物質(zhì)帶到了表面，如碳酸鈣等，這對涉及二氧化鈦或其它光催化劑的光催化作用有屏蔽效應(yīng)。保水混合物優(yōu)選是通過增加流體的粘度來保持水的纖維素醚，以0.1％-0.4％的質(zhì)量比將其添加至砂漿7中。
例如，適合的保水混合物由Hercules生產(chǎn)，名稱為Culminal Mhec 6000 PR。
砂漿7也優(yōu)選包括優(yōu)選由抗堿玻璃制成的玻璃纖維，以質(zhì)量比為砂漿7的1％-3％加入。
更確切地說，所述纖維由具有高含量氧化鋯(ZrO2)的抗堿玻璃制成，能夠抵抗堿的侵蝕作用并確保優(yōu)異的機械特性。
這些纖維優(yōu)選平均直徑為12-14μm，并且長度優(yōu)選介于3mm-20mm之間。
玻璃纖維確保砂漿7具有優(yōu)良的機械強度，并在砂漿固化時阻止任何形式的開裂。
例如，這種類型的玻璃纖維例如是由Vetrorex SaintGobain生產(chǎn)的，名為cem-fil或微玻璃纖維(micro fiberglass)。
可以向砂漿7中添加很多其它已知的混合物，如為了改善它的粘合性或可使用性，或為了增加砂漿7的密度以阻止它在深度上滲入。
也可以添加彩色顏料，如某種鐵氧化物等。
下表給出了砂漿7的成分的一個實例。
在表中，質(zhì)量百分比是單獨以堿成分(也就是混凝料和水泥)的質(zhì)量為基礎(chǔ)進(jìn)行計算的。先前描述的砂漿7的化學(xué)和物理特性能使它能夠均勻涂布縫隙5而不會將其完全填充。
更精確地說，由增塑混合物賦予砂漿7的流動性能使它滲入含瀝青基底內(nèi)的縫隙5中，而不停留在表面。結(jié)果，即使在含瀝青道路的瀝青頂層受到磨損后，光催化砂漿7仍保留在適當(dāng)?shù)牡胤健?br>
而且，砂漿7密實并均勻的性質(zhì)源于無定形二氧化硅或微硅粉(SilicaFume)實現(xiàn)了確保光催化反應(yīng)總是發(fā)生在堿性水泥物質(zhì)存在的地方的期望作用。
事實上，表面1a和鄰近區(qū)域被水泥砂漿7均勻地覆蓋。
本發(fā)明包含用于制作具有光催化效應(yīng)的含瀝青路面1的新方法。
所述方法包含一個用于制作如先前描述的含瀝青基底2的已知步驟。
所述含瀝青基礎(chǔ)2優(yōu)選是內(nèi)排水型。
按照本發(fā)明的方法也包含一個隨后為使用先前描述類型的水泥砂漿7覆蓋所述含瀝青基底2的外表面1a的步驟。
所述覆蓋操作可以使用已知的方法手動或機械地執(zhí)行。
水泥砂漿7在含瀝青基底2內(nèi)流動，并填塞所述含瀝青基礎(chǔ)2內(nèi)的縫隙5，均勻且密實地涂布它們，但不完全充滿縫隙5，事實上，所述縫隙約20％的體積被充填。
獲得這種結(jié)果是由于砂漿7的化學(xué)和物理性質(zhì)，特別是由于先前所述的增塑混合物和二氧化硅或微硅粉的添加。
砂漿7涂布含瀝青層下深至1mm-40mm處，這取決于所述路面對強度和耐用性的要求。
優(yōu)選地，每平方米外表面1a用約3kg的砂漿7。
覆蓋工序可以在已制備的特定含瀝青基底2上實施。
在這種情況下，優(yōu)選制備內(nèi)排水含瀝青基底2代替先前的道路等或另外制備。
可替換地，在位于道路6上的含瀝青基底2上進(jìn)行覆蓋。
本發(fā)明也包括所描述類型的砂漿7的一種新的用途。
所述用途包括以和涂料相同的方式在形成道路6的外表面1a的含瀝青基底2上充分地涂布砂漿7。
每平方米被處理的表面積優(yōu)選使用3kg砂漿7。
本發(fā)明提供了重要的優(yōu)點。
事實上，砂漿7粘附在含瀝青基底2內(nèi)的縫隙5中。
因此光催化反應(yīng)總是在用砂漿7涂布的面積附近發(fā)生，形成于光催化過程的負(fù)離子能鍵聯(lián)砂漿7內(nèi)的堿，從而生成無害的鹽。
將本發(fā)明的路面1與圖1中示出的已有技術(shù)的路面相比能觀察到進(jìn)一步的優(yōu)點。
已知技術(shù)提供了一種水泥基的頂涂層10，其包含光催化材料的顆粒并覆蓋含瀝青基底2。
水泥基的頂涂層10遠(yuǎn)比含瀝青基底2堅固。結(jié)果，含瀝青基礎(chǔ)2不能支撐上面的頂涂層10。支撐的不足和隨后水泥層的彎曲以表面開裂的形式變得顯現(xiàn)。
不同的是，由于道路6的強度和機械性能大體上由含瀝青基底2限定，因此砂漿7形成了非常薄的密實層，不易破裂或開裂。
另一個優(yōu)點是縱使路面1的頂層磨損，道路6的光催化效應(yīng)仍保留著，這是由于含光催化物質(zhì)的砂漿7不僅僅覆蓋在表面1a上，而且還滲入了含瀝青基礎(chǔ)2內(nèi)的裂縫5中。因此光催化效應(yīng)能持續(xù)于路面1的全部使用年限。
進(jìn)一步的優(yōu)點在于僅需要小量的砂漿7因此也就是僅需要少量的光催化物質(zhì)來覆蓋大面積的含瀝青基底2，其因此保留了內(nèi)排水特性。
需要的光催化物質(zhì)數(shù)量的顯著降低也意味著相當(dāng)大的經(jīng)濟節(jié)省。特別是，每平方米路面1需要的TiO2的量能比完全用光催化水泥獲得的路面需要的TiO2的量降低十倍以上。
權(quán)利要求
1.限定道路(6)的外表面(1a)的光催化含瀝青路面，由以下部分組成內(nèi)排水型含瀝青基底(2)，其厚度介于10mm至60mm之間，并至少在表面附近包含縫隙(5)，其特征在于用水泥砂漿(7)從表面(1a)下深至至少1mm處細(xì)致地涂布所述縫隙(5)，所述砂漿(7)包含適于獲得光催化反應(yīng)的光催化材料，質(zhì)量比為所述砂漿(7)的2.0％-5.0％；適于流化所述砂漿(7)并包括三聚氰胺樹脂的增塑混合物，質(zhì)量比為所述砂漿(7)的1％-4％；和適于使所述砂漿壓實的無定形二氧化硅，質(zhì)量比為所述砂漿(7)的5％-15％。
2.按照權(quán)利要求1的路面，其中所述無定形硅為微硅粉的形式。
3.按照權(quán)利要求1的路面，其中所述光催化砂漿(7)包括存在于纖維素醚中的保水混合物，質(zhì)量比為所述砂漿(7)的0.1％-0.4％。
4.按照權(quán)利要求1的路面，其中所述光催化砂漿(7)包含抗堿玻璃纖維，質(zhì)量比為所述砂漿(7)的1％-3％。
5.按照權(quán)利要求1的路面，其中所述增塑混合物包括基于醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯和丙烯酸丁酯共聚物的物質(zhì)，質(zhì)量比約為4％。
6.按照權(quán)利要求1的路面，其中所述內(nèi)排水型含瀝青基底(2)包括體積比為所述含瀝青基底(2)的10％-30％的縫隙(5)。
7.按照權(quán)利要求1的路面，其中所述含瀝青基底(2)包括混凝料(3)，并且其中超過40％的所述混凝料(3)優(yōu)選大于10mm。
8.制作按照權(quán)利要求1至6的光催化含瀝青路面的方法，包括一個制作至少在表面附近有縫隙(5)的內(nèi)排水型含瀝青基底(2)的步驟，其特征在于它包括一個隨后用所述水砂漿(7)覆蓋所述外表面(1a)的步驟，所述水泥砂漿適于涂布所述含瀝青基底(2)內(nèi)的所述縫隙(5)下深至至少1mm處，并適于填塞所述含瀝青基底(2)內(nèi)的所述縫隙(5)。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中所述覆蓋步驟包含所述含瀝青基底(2)的每平方米表面積使用3kg的所述砂漿(7)。
10.按照權(quán)利要求1至6的光催化砂漿(7)用于覆蓋形成道路(6)的表面(1a)的內(nèi)排水型含瀝青基底(2)的用途。
全文摘要
一種設(shè)計用于制作光催化含瀝青路面的方法，由以下步驟組成包含制作厚度介于10mm－60mm之間并包含縫隙(5)的含瀝青基底(2)的步驟，一個隨后用于在所述含瀝青基底(2)上涂水泥砂漿(7)的步驟，所述含瀝青基底(2)包含用于獲得光催化反應(yīng)的光催化材料，適于流化所述砂漿(7)的增塑混合物，和適于使所述砂漿更密實的無定形二氧化硅，所述水泥砂漿(7)因此適于涂布所述含瀝青基底(2)內(nèi)的縫隙(5)。
文檔編號C04B22/06GK1990412SQ200610172370
公開日2007年7月4日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
發(fā)明者C·泰魯齊 申請人:環(huán)球工程貿(mào)易股份公司