Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Panel 5
Photocatalytic building materials
Research, architectural examples, prospects
Photokatalytische Baustoff e
Forschung, Beispiele für architektonische Anwendungen, Perspektiven
Autoren
Dipl.-Bau-Ing. und Dipl.-
Wirtsch.-Ing. Martin Möllmann,
Dyckerhoff , Wiesbaden
martin.moellmann
@dyckerhoff .com
Geb. 1960; Studium Bauingenieurwesen;
Studium des
Wirtschaftsingenieurwesens;
Berufspraktikum auf verschiedenen
Hoch- und Tiefbaustellen
der Walter-Bau-Gruppe,
Borken; 1987 Chemische Werke
Brockhues AG, Walluf; seit
1991 bei der Dyckerhoff AG
Wiesbaden, verantwortlich im
Geschäftsbereich Deutschland/
Westeuropa für die Bereiche
Produktmarketing und Vertrieb
Weißzement.
Dr. rer. nat. Josef Strunge,
Dyckerhoff , Wiesbaden
josef.strunge@dyckerhoff .com
Geb. 1948; Ausbildung zum
Baustoff püfer; Studium der
Verfahrenstechnik mit den
Schwerpunkten Baustoff technologie
und -chemie; Studium
der Mineralogie; Promotion
an der Universität Marburg;
seit 1986 bei der Dyckerhoff
AG als Leiter der Abteilung
Mineralogie und als Laborleiter
des Werkes Amöneburg;
seit 2002 Leiter des Wilhelm-
Dyckerhoff -Instituts für Baustoff
technologie Wiesbaden.
At times when the environmental properties of building
materials are a matter of growing concern, the eff ect of
photocatalysis by means of titanium dioxide in the anatase
phase is also under discussion. The photocatalytic effect
has been known for a long time and causes, for instance,
the destruction of organic binders in paint. As
early as 1959, titanium oxide was applied in road construction
for the brightening of white concrete used for roadway
marking. In 1965, titanium dioxide was described in
the technical literature as a white pigment with distinct
long-term brilliancy [1]. From that date, it was increasingly
used, on account of its self-cleaning eff ects, as white pigment
in particular in cementitious building materials
containing white Portland cement. Being the market-leading
manufacturer of white Portland cement in Germany
with many years of customer experience in the use of titanium
oxide in building materials, Dyckerhoff wishes to
contribute to a more objective discussion about its photocatalytic
eff ectiveness.
Titanium dioxide is a pigment which, when exposed
to UV radiation, develops highly oxidizing properties similar
to the eff ect of hydrogen peroxide. This causes surfaces
to have a disinfecting and self-cleaning eff ect. Each
NO molecule that comes into contact with the TiO 2 surface
is immediately converted to nitrate. The molecule
needs to reach the surface, however, as only the surface is
photochemically active. Wind-induced circulation therefore
plays an important role. This is what causes the diffi -
culties in making an assessment with regard to translating
the laboratory measurements into real-world
conditions.
A measuring apparatus as published in ISO 22197 is
used to determine the photocatalytic degradation eff ect of
a pollutant gas consisting of NO. In the process, a defi ned
testing surface is exposed to UV radiation while a test gas
containing 1 ppm of NO is caused to fl ow over the surface
Fig. 1 Laboratory measurement result of a photocatalytically
eff ective surface.
Abb. 1 Labormessergebnis einer photokatalytisch wirksamen
Oberfl äche.
| Proceedings 54 th BetonTage
In Zeiten, in denen zunehmend über die Umwelteigenschaften
von Baustoff en diskutiert wird, ist auch die Wirkung
der Photokatalyse durch Titandioxid in Form von
Anatas im Gespräch. Der photokatalytische Eff ekt ist
schon seit langem bekannt und führt z. B. zur Zerstörung
von organischen Bindemitteln in Farben. Bereits 1959
wurde Titanoxid zur Aufhellung von weißem Markierungsbeton
im Straßenbau eingesetzt. 1965 wurde Titandioxid
als Weißpigment mit einer deutlichen Langzeitbrillanz
in der Fachliteratur beschrieben [1] und ab dann
wegen seiner selbstreinigenden Eff ekte zunehmend als
Weißpigment insbesondere bei zementären Baustoff en
mit Weißzement eingesetzt. Dyckerhoff als marktführender
Hersteller von Weißzement in Deutschland und damit
mit langjähriger Kundenerfahrung im Einsatz von
Titanoxid in Baustoff en möchte zu einer Versachlichung
der Diskussion über die photokatalytische Wirksamkeit
beitragen.
Titandioxid ist ein Pigment, das bei Bestrahlung mit
UV-Licht stark oxidierende Eigenschaften bekommt, die
mit der Wirkung von Wasserstoff peroxid vergleichbar
sind. Dadurch wirken Oberfl ächen desinfi zierend und
selbstreinigend. So wird jedes NO-Molekül, das die TiO 2 -
Oberfl äche berührt, sofort in Nitrat umgewandelt. Das
Molekül muss aber die Oberfl äche auch erreichen, denn
nur die Oberfl äche ist photochemisch aktiv. Daher spielen
Umwälzbedingungen durch Wind eine besondere Rolle.
Dies macht die Schwierigkeiten einer Abschätzung für
die Übertragung von Labormessungen auf die realistischen
Bedingungen in der Umwelt aus.
Für die Messungen der photokatalytischen Abbauwirkung
eines Schadgases bestehend aus NO wird eine Messapparatur
verwendet, die bereits in der ISO 22197 veröffentlicht
wurde. Dabei wird eine defi nierte, zu prüfende
Oberfl äche mit UV-Licht bestrahlt und dabei mit einem
Prüfgas mit 1 ppm NO mit defi nierter Fließgeschwindigkeit
überströmt. Die heute in Deutschland und international
eingesetzten Messmethoden vergleichen die Effi zienz
von photokatalytisch wirksamen Oberfl ächen. Sie
lassen aber keine direkten Aussagen über die nachhaltige
Wirkung dieser Oberfl ächen auf die Umwelt zu. Auch
Messungen der Wirkung unter Umweltbedingungen sind
sehr schwierig und waren bisher nicht erfolgreich. Daher
wird in diesen Untersuchungen ein klimatologischer Simulationsansatz
zur Anwendung gebracht, der für die
Simulation des Mikroklimas und der Lufthygiene wie
z. B. der Feinstaubbelastung in unseren Städten eingesetzt
wird.
In einer Simulation wurden zunächst sehr einfache
Prozesse an der Oberfl äche eines photokatalytisch wirksamen
Straßenbelags aus Beton betrachtet. Dabei wurde
in einer ersten Simulation ein Beton mit einem TiO 2 -haltigen
Zement mit einer eff ektiven Umwandlungsrate
unter Laborbedingungen von 1,5 % NO betrachtet und in
einer zweiten Simulation von einer aktiven Zementober-
BFT 02/2010