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STRADE Sviluppo di una tecnologia fotocatalitica d'avanguardia per i manti in conglomerato bituminoso DOTT. ING. LORETTA VENTURINI Scopo della ricerca è stato quello di sviluppare un trattamento superficiale fotocatalitico d'avanguardia per manti in conglomerato bituminoso, che possa permettere: di abbattere la concentrazione degli inquinanti atmosferici; di garantire l'aderenza pneumatico - pavimentazione, quindi di garantire la sicurezza stradale; di mantenere le caratteristiche funzionali e fisico - meccaniche della pavimentazione originaria (per esempio: portanza, permeabilità e colore). I capisaldi della ricerca sono: la tipologia della superficie da trattare che è in conglomerato bituminoso; la peggior situazione d'inquinamento atmosferico ovvero quando si è in assenza di pioggia e di vento; le macchine di verifica (analizzatore e camera climatica) e il protocollo di prove da seguire (assenza di una normativa dedicata) che devono avere sufficiente sensibilità per poter verificare la differenza tra vari prodotti. La sperimentazione è iniziata nel gennaio 2006 quando il quadro normativo italiano non presentava ancora norme specifiche per questa tipologia di prove. Quindi, tenendo in considerazione i capisaldi sopra riportati, si è progettata una camera climatica che permette di verificare provini dalle dimensioni di una carota, sino a placche di 50 cm x 70 cm, e si è stilato un apposito protocollo di prova (protocollo Bacchi). Dopo la fase di approccio, che ha compreso tutta una serie di prove di taratura, nel dicembre del 2007 è entrata in vigore la norma UNI 11247 (Determinazione della attività di degradazione di ossidi di azoto in aria da parte di materiali inorganici fotocatalitici) che si riferisce ai materiali fotocatalitici inorganici. In funzione della nuova normativa, si è proceduto all'apporto di alcune migliorie alla camera climatica ed al protocollo Bacchi, comunque tenendo in considerazione che: il prodotto deve essere posato su conglomerato bituminoso, il cui legante ha origini organiche; la porosità superficiale di una pavimentazione in conglomerato bituminoso è maggiore rispetto ad una superficie in ceramica o in calcestruzzo; la velocità del vento deve essere pari a quella di "calma di vento"; il rapporto "superficie trattata e volume della camera" deve rispecchiare la realtà stradale; la situazione atmosferica dal punto di vista dell'inquinamento, delle temperature, dell'umidità e del vento; le caratteristiche degli analizzatori di NOx in commercio. Pertanto, si è provveduto ad eseguire il confronto tra il protocollo della norma UNI 11247 e quello "Bacchi". Quest'ultimo è risultato più sensibile [Grafico 1] ed adatto per soddisfare le esigenze intrinseche della ricerca in esame. Il protocollo Bacchi prevede il seguente iter procedurale: 1) esecuzione prove sul biossido di titanio puro, per la verifica della relativa capacità fotocatalitica; 2) analisi delle materie prime con particolare riferimento all'impatto visivo, ambientale e sulla salute; 3) miscelazione delle materie prime e del biossido di titanio per la formulazione dei prodotti; 4) esecuzione prove sulle miscele per la determinazione della capacità fotocatalitica; 5) realizzazione di campi prove, sia di piccole dimensioni (100 cm x 100 cm), sia di grandi dimensioni (interi ritratti stradali); 6) analisi dei campi prove (capacità fotocatalitica su carote, impatto visivo, adesione, scivolosità e durata nel tempo). La mole di lavoro sviluppata è la seguente: il gas inquinante utilizzato è di 1.020 litri ovvero 153 m 3 ; i provini analizzati in laboratorio sono stati circa 2.000; i campi prova di dimensioni ridotte di 100 cm x 100 cm sono pari a 75; i campi prova di grandi dimensioni sono pari a 9; i progetti pilota in atto sono 5. Dall'analisi di tutti i risultati ottenuti si può asserire che: non tutti i biossidi di titanio presentano adeguata capacità fotocatalitica, anche a parità di struttura cristallina; prodotti fotocatalitici, anche se realizzati con un biossido di titanio attivo, non sempre presentano adeguata capacità fotocatalitica perché le diverse materie prime miscelate tra loro possono inibire l'azione fotocatalitica; non tutti i prodotti fotocatalitici sono idonei per uso stradale, con particolare riferimento alla pavimentazione in conglomerato bituminoso. Ad esempio, nel grafico 2 si riportano alcuni risultati: 1) in verde ed in giallo sono riportati due differenti biossidi di titanio: il primo non presenta capacità fotocatalitica, il secondo presenta un abbattimento pari al 94% secondo il "protocollo Bacchi"; 64 Lavori Pubblici n. 36 gennaio - febbraio 2009
2) in rosso ed in blu sono riportati due differenti prodotti contenenti lo stesso biossido di titanio (94% di capacità fotocatalitica): il primo presenta un abbattimento finale del mix pari al 38%, il secondo dell'83%. I diversi prodotti per uso stradale, miscelati ed analizzati presentano mediamente i seguenti valori di abbattimento (secondo protocollo Bacchi): provini di laboratorio = 50÷70%; carote prelevate dai campi prova = 50÷55 % A parità di miscela fotocatalitica, i provini di laboratorio e le carote prelevate dal campo prove evidenziano valori di abbattimento differenti a causa del diverso metodo di preparazione. E' evidente che i valori di riferimento sono quelli delle carote prelevate in situ; i risultati dei campioni di laboratorio servono come riferimento per la cernita delle miscele. Inoltre, l'analizzatore permette di verificare non solo gli NOx, ma anche separatamente la concentrazione nel tempo degli NO e degli NO2 [Grafico 3]. La sicurezza stradale, dal punto di vista dell'aderenza pneumatico - pavimentazione, è verificata in sito con skid tester secondo la normativa del CNR 105/85 (Norme per la misura delle caratteristiche superficiali delle pavimentazioni: metodo di prova per la misura della resistenza di attrito radente con l'apparecchio a pendolo). La posa in opera del trattamento fotocatalitico può essere eseguita direttamente a ridosso della squadra di stesa (posa a caldo) oppure su pavimentazioni già esistenti (posa a freddo). A seconda dei due metodi di posa in opera, le analisi dei dati hanno evidenziato che (confrontando un'area trattata con area non trattata della stessa usura): posa a caldo: riduzione dell'attrito radente di 3÷5 punti BPN; posa a freddo: riduzione dell'attrito radente di 6÷8 punti BPN. La durata nel tempo della capacità fotocatalitica di un'usura trattata è controllata verificando congiuntamente aderenza in situ e capacità fotocatalitica su campioni ottenuti tramite carotaggio. Tali verifiche sono eseguite secondo uno specifico scadenziario, per determinare la variazione nel tempo dei parametri di riferimento. In grafico 4 sono riportati i risultati di un campo prove che è particolarmente sollecitato sia a causa del peso e della frequenza dei mezzi pesanti che transitano, sia a causa delle sollecitazioni tangenziali (area in curva), sia a causa della presenza di sabbia che funziona da agente abrasivo. Inoltre, va sottolineato che la posa del prodotto è avvenuta a freddo. Tale situazione estrema è avvallata dalla repentina diminuzione dell'attrito radente: si è passati da un valore iniziale di 75 BPN a circa 58 BPN dopo soli 60 giorni (una pavimentazione "normale" subisce tale diminuzione in almeno 2 anni). Paragonando i risultati nel tempo inerenti l'aderenza del campo prove con una curva di degrado del BPN per una pavimentazione "normale", si può supporre l'andamento teorico dell'aderenza per una pavimentazione "normale" trattata con prodotto fotocatalitico. Di conseguenza si può anche proiettare l'andamento della capacità fotocatalitica nel tempo. In particolare, i 365 gioni del campo prove dovrebbero corrispondere teoricamente a circa 3 anni per una pavimentazione "normale" trattata [Grafico 5]. Oltre alla sicurezza ed all'efficacia, fattore considerato è l'impatto visivo. Come si può vedere in figura 1, a parità di prodotto, anche per l'impatto visivo è fondamentale il metodo di posa in opera perché condiziona colore ed effetto ottico. Inoltre, si è proceduto anche alla verifica della segnaletica orizzontale che deve comunque essere ben visibile anche dopo il trattamento superficiale [Figura 2]. Ulteriore fattore controllato è l'impatto ambientale. La miscela per essere giudicata idonea deve anche risultare ad "impatto positivo", ovvero non deve essere pericolosa per gli usi a cui è destinata. Inoltre, a fine vita utile dello strato di usura, il conglomerato bituminoso trattato deve essere paragonabile ad un fresato non trattato, ovvero deve aver uguale codice CER per poter essere riciclato con le stesse metodologie di una pavimentazione tradizionale in conglomerato bituminoso [Figura 3]. Figura 1 - Confronto provino di laboratorio e carota a parità di prodotto fotocatalitico Figura 2 - Pavimentazione trattata con prodotto fotocatalitico Figura 3 - Analisi chimica del prodotto fotocatalitico La ricerca sviluppata ha consentito la messa a punto di Coverlite che è una microemulsione polimerica additivata Lavori Pubblici n. 36 gennaio - febbraio 2009 65
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