Cement TioCem� w produkcji
fotokatalitycznej kostki brukowej
1. Wprowadzenie Takie cechy nadaje cementowi zawarty w jego
Cement TioCem� umożliwia wykonywanie po- składzie nanocząsteczkowy dwutlenek tytanu TiO2.
wierzchni betonowych, wykazujących zdolność Związek ten aktywowany promieniowaniem sło-
redukcji zanieczyszczeń zawartych w powietrzu necznym UV-A przyspiesza naturalne utlenianie
i posiadających właściwości samoczyszczące. To i rozpad szkodliwych związków zawartych w po-
nowoczesne rozwiązanie materiałowe określane wietrzu (np. tlenki azotu NO obecne w spalinach
x
jest mianem technologii TX Active�, która w efek- pojazdów mechanicznych) lub zanieczyszczających
tywny sposób może przyczyniać się do ochrony powierzchnię betonu. Opisany proces jest również
środowiska naturalnego oraz wpływać korzystnie związany z superhydrofilowym działaniem aktywo-
na wygląd obiektów budowlanych. wanego promieniowaniem UV-A dwutlenku tyta-
Technologia TX Active� i wykorzystanie cementu Tio- nu TiO2. Efektem tego jest równomierne pokrycie
Cem� znajduje szczególne zastosowanie w produkcji całej powierzchni betonu bardzo cienkim filmem
wibroprasowanej kostki brukowej, powszechnie wy- wodnym, tworzącym płaszczyznę poślizgu, co za-
korzystywanej do budowy nawierzchni dróg, placów pobiega nawarstwianiu się zanieczyszczeń i umoż-
parkingowych czy chodników przy ciągach komunika- liwia ich łatwe usuwanie podczas zraszania betonu
cyjnych. Ze względu na bezpośredni kontakt ze spali- wodą (np. podczas opadu deszczu) [1, 2, 3].
nami pochodzącymi z silników pojazdów, nawierzchnie Istotnym jest również fakt, że dwutlenek tytanu, jako
z kostki brukowej TX Active� pozwalają na redukcję za- fotokatalizator, nie ulega zużyciu podczas zachodzą-
nieczyszczeń w miejscu ich powstawania. Dodatkowym cych reakcji. Proces oczyszczania powietrza i po-
efektem jest samooczyszczanie ułożonej nawierzchni wierzchni betonu jest długotrwały i stale odnawialny.
z różnego rodzaju substancji organicznych. Ograniczony Właściwości fotokatalityczne cementu TioCem� i wy-
zostaje rozwój grzybów, porostów i gromadzenie się bru- nikające z tego procesy zachodzące na powierzchni
du, co podnosi to walory estetyczne nawierzchni. betonu przedstawiono na schemacie (rys. 1).
W celu przybliżenia opisanych zagadnień i wskazania Potwierdzeniem aktywności fotokatalitycznej ce-
nowoczesnych rozwiązań materiałowych w technologii mentu TioCem� są wyniki testu odbarwienia
betonu, w referacie zaprezentowano właściwości ce- substancji organicznej Rodaminy-B pokrywającej
mentu TioCem� oraz zasady i efekty stosowania tech- próbki wykonane z zaprawy cementowej zgodnej
nologii TX Active� do wytwarzania kostki brukowej. z normą PN-EN 196-1 [4]. W badaniach wyko-
Rys.1. Właściwości
rzystano 2 próbki zaprawy, jedna przygotowa-
fotokatalityczne cementu
TioCem�  schemat prze- 2. Cement TioCem�  właściwości na z użyciem cementu TioCem, druga z użyciem
biegu procesów redukcji
Redukcja zanieczyszczeń obecnych w powietrzu i standardowego cementu. Powierzchnię próbek
zanieczyszczeń zawartych
zdolność do samooczyszczania betonu są efektem stwardniałej zaprawy pokryto Rodaminą B i pod-
w powietrzu i samooczysz-
czania betonu [2, 3] właściwości fotokatalitycznych cementu TioCem�. dano naświetlaniu promieniowaniem UV-A przez
24 godziny, mierząc jednocześnie stopień odbar-
wienia Rodaminy B. Wyniki badania jednoznacz-
nie wskazują na intensywny proces odbarwienia
Rodaminy B w przypadku zaprawy wykonanej
z użyciem cementu TioCem� (rys. 2). Świadczy to
o aktywacji cementu TioCem� promieniowaniem
UV-A i szybkim utlenianiu substancji organicznej
na powierzchni próbki zaprawy [5].
Oprócz opisanych właściwości cementu TioCem�,
zapewniających odpowiednią aktywność fotoka-
Rys.2. Test aktywności fotokatalitycznej cementu TiCem�  od-
barwienie Rodaminy B z powierzchni próbek zaprawy poddanej
promieniowaniu UV-A o intensywności 600źW/cm2 [5]
60
styczeń  marzec 2010
t
e
c
h
n
o
l
o
g
i
e
Tabela 1. Właściwości cementu TioCem�
talityczną kostki brukowej, istotne są inne cechy
użytkowe cementu. Ze względu na proces formo-
Wyniki badań cementu Wyniki badań cementu Tio-
Właściwość
wania elementów oraz ich krótki czas dojrzewania,
TioCem� klasy 42,5R Cem� klasy 52,5R (biały)
składowania i transportu do klienta, niezbędne
Początek czasu wiązania 160 minut 150 minut
jest stosowanie cementów o szybkim przyroście
Koniec czasu wiązania 200 minut 190 minut
wytrzymałości. Dodatkowo, wysokie wymagania
Wytrzymałość po 2 dniach 29,0 MPa 42 MPa
dotyczące wytrzymałości kostki po 28 dniach na
Wytrzymałość po 28 dniach 60,0 MPa 67 MPa
rozłupywanie wg PN-EN 1338 [6], determinują
Stopień białości - 85 %
stosowanie cementów klas wytrzymałościowych
42,5 lub 52,5.
Tablica 2. Poziom aktywności fotokatalitycznej [8]
Cement TioCem� jest produkowany w dwóch kla-
Spadek koncentracji tlenków NOx w teście wg normy
sach wytrzymałościowych, 42,5R (cement szary Poziom aktywności fotokatalitycznej
UNI-11247:2007
i biały) i 52,5R (cement biały). W tabeli 1 przed-
Niedostateczny < 12 %
stawiono właściwości fizyczne i mechaniczne ce-
Średni 12-20 %
mentu TioCem�.
Wysoki 20-25 %
Bardzo wysoki > 25 %
3. Fotokatalityczna kostka brukowa Tx Active�
 zasady produkcji i właściwości kostki i tym samym pozwala uzyskać lepszy efekt
Ogólne zasady produkcji fotokatalitycznej kostki ekonomiczny. Zawartość cementu TioCem� w mie-
brukowej szance jest identyczna jak w przypadku innych ce-
Technologia produkcji fotokatalitycznej wibro- mentów zwykle stosowanych do produkcji kostki
prasowanej kostki brukowej jest identyczna jak brukowej.
w przypadku standardowej kostki, ponieważ zasa-
dy stosowania cementu TioCem� są takie same jak Właściwości fotokatalitycznej kostki brukowej
innych cementów powszechnego użytku, spełnia- TX Active�
jących normę PN-EN 197-1 [7]. Potwierdzenie fotokatalitycznych właściwości kost-
Zarówno przygotowanie mieszanki, jak i formowa- ki brukowej wyprodukowanej z użyciem cementu
nie elementów jest prowadzone na tych samych TioCem� i oznaczenie jej znakiem jakości techno-
urządzeniach dozujących, mieszających i zagęsz- logii TX Active� wymaga spełnienia wytycznych
czających. Również czynności technologiczne włoskiej normy UNI 11247:2007 [8].
związane z dojrzewaniem i składowaniem goto- Normowy test przeprowadzany jest na aparaturze
wych elementów są identyczne. laboratoryjnej (rys. 3) i potwierdza aktywność foto-
Ponieważ aktywność fotokatalityczna cementu katalityczną powierzchni betonu poprzez redukcję
TioCem� wymaga dostępu promieniowania sło- zanieczyszczeń powietrza (redukcję tlenków azotu
necznego, nie ma potrzeby wprowadzania tego NO ). W zależności od uzyskanego w teście spadku
x
cementu do całej masy betonu. Wystarczająca jest koncentracji tlenków NO w powietrzu, powierzch-
x
tylko wierzchnia, kilkumilimetrowa warstwa wyko- ni betonu  w tym przypadku kostce brukowej
nana z użyciem cementu TioCem�. Z tego wzglę-  przypisuje się odpowiedni poziom aktywności
du w produkcji fotokatalitycznej kostki brukowej fotokatalitycznej  tablica 2.
najkorzystniej jest stosować technologię dwuwar- Na rysunku 4 przedstawiono wyniki przykładowego
stwową. Cement TioCem� wprowadzany jest do testu aktywności fotokatalitycznej powierzchni kostki
Rys. 3. Aparatura labora-
mieszanki przeznaczonej na warstwę fakturową brukowej. Wyniki pomiaru przedstawione na rysunku toryjna do pomiaru spadku
koncentracji tlenków azotu
kostki, ponieważ tylko ta warstwa jest widoczna po potwierdzają spadek koncentracji tlenków NO w po-
x
NO w wyniku oddziały-
x
ułożeniu kostki. Takie działanie zmniejsza również wietrzu, na skutek oddziaływania fotokatalitycznej
wania fotokatalitycznej
zużycie cementu TioCem� w całkowitej produkcji powierzchni kostki, poddanej promieniowaniu UV-A. powierzchni betonu
61
budownictwo " technologie " architektura
Tablica 3. Wyniki badań właściwości kostki brukowej
wyprodukowanej z użyciem cementu TioCem� w zakresie
wymagań normy PN-EN 1338 [6]
Właściwość Wyniki badań Wymaganie
wg PN-EN 1338
Srednie obciążenie niszczące
przy badaniu wytrzymałości na 656,2 N/mm e" 250 N/mm
rozciąganie przy rozłupywaniu
Średnia wytrzymałość na roz-
5,2 MPa e" 3,6 MPa
ciąganie przy rozłupywaniu
Średnia wytrzymałość na
60,7 MPa 50,0 MPa 1)
ściskanie
Ścieralność na tarczy
11000 mm3
Boehme go
/5000 mm2 d" 18000 mm3
/5000 mm2
Nasiąkliwość 4,8% d" 6,0%
Rys. 4. Spadek koncentra- W tym przypadku zanotowano spadek koncentracji
Mrozoodporność w obecno-
cji tlenków NO w powietrzu
x
tlenków NO na poziomie 25%, co pozwala zakwali-
x ści środków odladzających; 0,5 kg/m2 d" 1,0 kg/m2
w wyniku oddziaływania
fikować kostkę do elementów o wysokiej aktywności
średnia masa złuszczeń
aktywnej fotokatalitycznie
kostki brukowej, poddanej fotokatalitycznej (tabela 2). Tym samym produkowa-
1) Badanie wg procedury IBDiM
promieniowaniu UV-A
na kostka może być oznaczana znakiem jakości tech-
nologii TX Active� (rys. 5). A 42,5N-HSR/NA. Po zaformowaniu, proces dojrze-
Oprócz pomiarów laboratoryjnych, wykonywane wania elementów odbywał się w komorze VAPOUR,
są także badania aktywności fotokatalitycznej na- w warunkach podwyższonej wilgotności powietrza
wierzchni z kostki brukowej sygnowanej znakiem TX i temperatury oraz przy wysokim nasyceniu powietrza
Active�, w warunkach naturalnych, tj. zanieczyszczo- dwutlenkiem węgla. Taki sposób dojrzewania korzyst-
nego powietrza w wyniku ruchu pojazdów mecha- nie wpływa na szybki rozwój szczelnej struktury be-
nicznych i pracujących instalacji przemysłowych. tonu, co zwiększa dynamikę przyrostu wytrzymałości
Przykładem takich badań są testy porównawcze betonu, a także zapobiega powstawaniu wykwitów
nawierzchni z fotokatalitycznej kostki brukowej węglanowych na powierzchni kostki.
oraz tradycyjnej nawierzchni asfaltowej w Berga- Do innych zaobserwowanych właściwości kostki bru-
mo we Włoszech. W obydwu technologiach wybu- kowej wykonanej z użyciem cementu TioCem� należy
dowano nawierzchnie dróg w cementowni Calusco zaliczyć efektywne barwienie betonu i łatwość uzyska-
d Adda i przeprowadzono 7-godzinny pomiar za- nia intensywnych kolorów kostki  efekt białej barwy
wartości tlenków NO w powietrzu, przy ciągłym dwutlenku tytanu TiO2 (biel tytanowa) oraz bardzo
x
ruchu pojazdów i produkcji klinkieru. Wyniki po- niskie wnikanie cieczy rozlanej na powierzchni kost-
miarów przedstawiono na rysunku 6. Uzyskane ki w głąb warstwy fakturowej  efekt doszczelnionej
wyniki wykazały średni spadek koncentracji tlen- struktury przez nanocząsteczkowy TiO2.
ków NO w powietrzu o 45%, w przypadku stoso-
x
wania aktywnej fotokatalitycznie kostki brukowej w 4. Przykłady fotokatalitycznych nawierzchni
porównaniu do nawierzchni asfaltowej [9]. z kostki brukowej TX Active�
Kostka brukowa TX Active� oprócz właściwości Technologia TX Active� zdobywa coraz większą po-
fotokatalitycznych charakteryzuje się również wy- pularność w Europie Zachodniej do produkcji foto-
sokimi parametrami technicznymi: wysoką wy- katalitycznej kostki brukowej. Nawierzchnie z tego
Rys. 5. Znak jakości
trzymałością, niską nasiąkliwością oraz wysoką materiału są stosowane jako element podnoszący
TX Active�  gwarancja
właściwości fotokata-
mrozoodpornością w obecności środków odladza- estetykę otoczenia reprezentacyjnych obiektów,
litycznych materiałów
jących odpowiednimi cechami trwałościowymi. W a także coraz częściej pełnią funkcję ochrony
budowlanych
tablicy 2 zestawiono przykładowe wyniki badań ludzi przed szkodliwymi związkami zawartymi
właściwości kostki TX Active� w zakresie wymagań w powietrzu. Chodniki i place ułożone w pobliżu
Rys. 6. Pomiary koncen-
tracji tlenków azotu NO
normy PN-EN 1338. dróg o dużym natężeniu ruchu samochodowego
x
w powietrzu  porównanie
Kostka Holland 80 została wyprodukowana w tech- stanowią  bariery oczyszczające powietrze. Poni-
nawierzchni asfaltowej
nologii dwuwarstwowej z użyciem cementu TioCem� żej przedstawiono kilka przykładów zastosowania
i nawierzchni z fotokatali-
tycznej kostki brukowej [8] do warstwy fakturowej i cementu hutniczego CEM III/ fotokatalitycznej kostki brukowej [9, 10, 11]:
62
styczeń  marzec 2010
Fot. 1. Nawierzchnia
z kostki brukowej TX Acti-
ve� w otoczeniu przedszko-
la w Bietigheim-Bissingen
(Niemcy)
Fot. 2. Chodniki w Tatton
Park w Knutsford (Wielka
Brytania)
" nawierzchnia w otoczeniu przedszkola i na jego te- Zastosowanie kostki brukowej TX Active� ma
renie w Bietigheim-Bissingen w Niemczech (Bade- szczególne znaczenie w nawierzchniach drogo-
nia-Wirtembergia) (fot 1.) Przedszkole jest położone wych i chodnikowych eksploatowanych w obsza-
w sąsiedztwie arterii komunikacyjnej, którą dziennie rach intensywnego ruchu samochodowego. Fo-
przejeżdża ok. 15 tys. samochodów, stąd decyzja tokatalitycznie aktywne nawierzchnie korzystnie
o wykonaniu nawierzchni fotokatalitycznej chronią- wpływają na czystość powietrza i tym samym na
cej zdrowie przebywających w przedszkolu dzieci poprawę jakości życia ludzi narażonych na nega-
" chodniki i place w historycznym zespole parko- tywne oddziaływanie spalin i smogu. Świadczą o
wym Tatton Park w Knutsford w Wielkiej Bryta- tym wyniki prac badawczych, a przede wszystkim
nii (fot. 2)  efekt oczyszczania powietrza oraz zrealizowane w ostatnich latach obiekty.
łatwiejsze utrzymanie estetyki nawierzchni nara- Marcin Sokołowski
żonej na rozwój mchów i porostów Górażdże Cement SA
" nawierzchnia odcinka ulicy via Borgo Pallazzo w Literatura
Bergamo we Włoszech (fot. 3)  alternatywa dla 1 M. Gawlicki, Inteligentny SCC,  Budownictwo, Tech-
dotychczasowej asfaltowej nawierzchni ruchliwej nologie, Architektura , nr 4/2005 Polski Cement,
ulicy (1000 pojazdów/godzinę) w zabytkowym Kraków 2005
centrum miasta, poprawa jakości powietrza. 2 A. Fujishima, K. Hashimoto, T. Watanabe, TiO2 Pho-
Aktualnie w Polsce technologia TX Active� do wy- tocatalytisis: Fundamentals and Applications, BKC
konywania fotokatalitycznej kostki brukowej jest Inc. Tokyo, Japan, 1999
wdrażana w pilotażowej produkcji w kilku zakła- 3 G. Bolte, W. Dienemann, I. Smolik, Can concrete pu-
dach. Niemniej pierwsze zastosowanie kostki TX rify the air?, Konferencja DNI BETONU, Wisła, 2008
Active� w naszym kraju stało się faktem. W Zie- 4 PN-EN 196-1, Metody badań cementu  Część 1:
lonej Górze została wykonana ścieżka rowerowa i Oznaczanie wytrzymałości
chodnik pomiędzy ruchliwą ulicą a terenem rekre- 5 G. Bolte, Innovative building materials  reduction
acyjnym na jednym z osiedli (fot. 4) Fotokatalitycz- of pollutants with TioCem, Cement, Lime, Gypsum,
na nawierzchnia stanowi swego rodzaju  barierę ZKG International 1/2009
przed spalinami samochodowymi, przez co pod- 6 PN-EN 1338:2005 Betonowe kostki brukowe. Wy-
Fot. 3. Via Borgo Palazzo
niesiona jakość powietrza w strefie przebywania magania i metody badań.
w Bergamo (Włochy)
ludzi ulega poprawie. Należy również oczekiwać, 7 PN-EN 197-1 Cement  Część 1: Skład, wymagania
że utrzymanie czystości nawierzchni chodnika i i kryteria zgodności dotyczące cementów powszech-
ścieżki powinno być ułatwione. Należy również za- nego użytku
znaczyć, że chodnik i ścieżka są traktowane jako 8 UNI 1127:2007 Diterminazione dell attivita di de-
odcinek doświadczalny, na którym w kolejnych gradazione di ossidi di azoto in aria de parte di ma-
miesiącach będą prowadzone obserwacje skutecz- teriali inirganic fotocatalytici
ności zastosowanej technologii. 9 Materiały informacyjne koncernu Italcementi
10 Materiały informacyjne koncernu HeidelbergCement
5. Podsumowanie Group
Kostka brukowa TX Active� o właściwościach fotoka- 11 G.L Guerrini, E. Peccati, Photocatalytic cementitious
talitycznych zawierająca cement TioCem� jest nowo- roads for depollution, International RILEM Sympo-
Fot. 4. Chodnik i ścieżka
czesnym materiałem budowlanym, o wysokich walo- sium, Florence, October 2007
rowerowa w Zielonej Górze
[12]
rach ekologicznych, trwałościowych i estetycznych. 12 Materiały informacyjne firmy ZPB KACZMAREK Rawicz
63
budownictwo " technologie " architektura