Acciones de implementación

B1. Estudio de la influencia de variables determinantes de la actividad fotocatalítica en condiciones controladas y ensayos de regeneración

Acción B1 Parte A: Estudio de la influencia de variables determinantes de la actividad fotocatalítica en condiciones controladas y ensayos de regeneración. Parte A) Ensayo acelerado de firmes a escala real.

El CEDEX se encargó del estudio de la influencia de los parámetros ambientales y mecánicos (cargas de tráfico) sobre los productos fotocatalíticos aplicados en las mezclas bituminosas que formaban parte de los firmes de las carreteras, en un entorno controlado antes de su puesta en obra en las calles del Ayuntamiento de Alcobendas.

Se realizaron simultáneamente a la acción C3 Fase I (seguimiento del impacto del proyecto sobre los materiales ensayados en laboratorio y pista de ensayos).

Se extendieron dos aditivos fotocatalíticos en dos sustratos diferentes, mezcla bituminosa cerrada y mezcla abierta, en la pista de ensayos del CEDEX. Se aplicaron cargas de forma controlada, simulando tráfico real, para determinar la respuesta estructural y superficial, así como su comportamiento bajo un proceso acelerado de acumulación de daños. Se aplicaron en suficiente extensión para disponer de sección rodada por el vehículo y sin rodar con el fin de poder discriminar el efecto de las variables climáticas de la influencia del tráfico en las 6 secciones estudiadas. También se realizó un estudio de la estabilidad de los diferentes aditivos frente al desgaste por rodadura y riego, mediante análisis de fotografías.

En la acción C3 se evaluaron las modificaciones producidas por la incorporación de los aditivos fotocatalíticos en las mezclas bituminosas mediante ensayos de laboratorio en las 6 secciones. Además se realizaron ensayos sobre testigos extraídos para estudiar el efecto del tráfico y las variables ambientales sobre las mezclas bituminosas.

Las conclusiones extraídas fueron que todos los aditivos aplicados producían algún efecto en el soporte aplicado y, en general, suponían ligeras pérdidas de características del sustrato; además, se observaron en todos los productos una baja durabilidad en el ensayo de desgaste acelerado por vehículos simuladores de tráfico.

  • Mezcla bituminosa cerrada: la durabilidad de los productos fotocatalíticos en la zona rodada resultó baja, los dos aditivos estudiados supusieron reducción en características superficiales de la mezcla (resistencia a deslizamiento) y efecto ligeramente negativo en algunas propiedades mecánicas (rigidez y sensibilidad al agua).
  • Mezcla abierta: en los dos aditivos estudiados se apreció nuevamente baja durabilidad en la rodada (mayor en la lechada), mayor efecto en las propiedades mecánicas de la mezcla en la lechada junto con pérdida de la capacidad drenante y en el otro producto aplicado supuso ligera reducción de características superficiales (resistencia a deslizamiento) de la mezcla.

Acción B1 Partes B y C: Parte B) Ensayo de actividad fotocatalítica de los materiales seleccionados. Parte C) Ensayo de regeneración de la actividad fotocatalítica del material cuando se sometió a lavado.

Se realizó el estudio paramétrico de correlación multivariable, analizando el efecto del caudal, concentración de NO, irradiancia y humedad relativa en la actividad fotocatalítica. Se utilizó el mismo sistema experimental desarrollado para llevar a cabo los experimentos de acuerdo a la norma ISO 22197-1.

Así mismo, se realizaron ensayos de regeneración del fotocatalizador mediante proceso de lavado suave y fuerte, tras exposición de las muestras a largos periodos de exposición en intemperie. La temperatura, el pH, el tiempo o la agitación fueron algunas de las variables analizadas. La actividad fotocatalítica se evaluó tras el proceso de regeneración de las diferentes probetas tanto de fachadas de edificios, como pavimentos de hormigón y asfaltos. La pérdida de actividad fotocatalítica por la eliminación del producto fotocatalítico tanto en el periodo de exposición como durante el proceso de lavado dificultó este estudio. Por tanto, se completó esta tarea sometiendo las probetas a un proceso de saturación de nitratos durante 48 horas y posterior lavado con agua destilada a diferentes tiempos, concluyendo que el lavado de 15 minutos era suficiente para la regeneración de las propiedades fotocatalíticas de un pavimento saturado con nitratos.

A continuación, se ensayaron las muestras de acera implementadas en el Street Canyon (pintadas a pistola), observando una actividad fotocatalítica heterogénea y - en general - por debajo de la obtenida en las probetas preparadas en laboratorio. En vista de estos resultados, se sometieron tres de estas muestras a condiciones de intemperie y detectar un progresivo decaimiento de la actividad fotocatalítica a partir de las 1.000 h de exposición y alcanzar niveles mínimos de actividad tras el paso de 3.000 h con puntuales mejoras tras el lavado con agua destilada.

También se sometieron las muestras de pavimento de acera de referencia a condiciones de intemperie y posteriormente a diferentes procesos de lavado sólo con agua destilada, con agua y cepillo, con materiales tensoactivos comerciales y con una disolución diluida de agua oxigenada.

Las conclusiones obtenidas fueron las siguientes:

  • El tipo de mezcla asfáltica (porosidad abierta o cerrada) así como el envejecimiento de la misma, ejerce una influencia importante en el comportamiento de las muestras. Los materiales sufren una pérdida de actividad fotocatalítica importante con el número de cargas, siendo más significativa cuando se trata de asfaltos de mezcla abierta y sobre sustratos no envejecidos.
  • El método de aplicación de los productos fotocatalíticos sobre el sustrato tiene una marcada influencia en la eficiencia fotocatalítica inicial y durabilidad del material.
  • La implementación de los materiales en escenarios urbanos reales implica un cambio en la actividad fotocatalítica medida en laboratorio: la superficie a recubrir debe estar lo más limpia posible antes de aplicar el producto fotocatalítico.
  • Las condiciones óptimas de concentración de NO, caudal, irradiancia y humedad relativa, para las cuales se obtiene un mayor rendimiento dependen de cada material. La sensibilidad a la presencia de vapor de agua es el parámetro que mayor variabilidad ha mostrado.
  • Los materiales fotocatalíticos implementados muestran valores de conversión de NOx , en laboratorio, en torno al 10% incluso después de largos periodos de exposición en condiciones reales de uso.
  • Los nitratos adsorbidos en la superficie de los materiales fotocatalíticos, que restan eficiencia al material, pueden eliminarse con un simple proceso de lavado que se asemeja al lavado con agua de lluvia.
  • La eliminación de otros elementos que restan eficacia fotocatalítica (como materia orgánica acumulada sobre el material) puede lograrse mediante lavado con disoluciones diluidas de agentes oxidantes o con los desengrasantes comerciales habitualmente utilizados por los ayuntamientos en la limpieza de las calles.

Parte A

Secciones con productos fotocatalíticos en la pista del CEDEX. Medida de variables ambientales y temperatura del firme. Extracción inicial de catas en secciones de ensayo en la Pista de CEDEX.

Parte B

Fotografías de la variación del aspecto de las muestras tras 40.000 y 80.000 cargas. Análisis mediante SEM-EDX de una de las muestras tras envejecimiento por rodadura.