Переработка микрополипропилена в модифицированную горячую асфальтовую смесь

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3639 (2023) Цитировать эту статью

1486 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Одной из целей экономики замкнутого цикла является решение мирового кризиса пластикового загрязнения и переработка материалов за счет сокращения отходов. Целью данного исследования было продемонстрировать возможность переработки двух типов отходов с высоким риском загрязнения, таких как полипропилен на основе пластика и отходы абразивоструйной обработки на асфальтированных дорогах. В этом исследовании было показано влияние добавления вместе микропластика на основе полипропилена и отходов песка в асфальтовую смесь на характеристики защитного слоя. Морфология и элементный состав образцов горячей асфальтовой смеси до и после цикла замораживания-оттаивания были исследованы с помощью SEM-EDX, а характеристики модифицированной асфальтовой смеси были определены с помощью лабораторных испытаний, включая стабильность Маршалла, скорость потока, отчет о твердой и жидкой фазе, кажущуюся величину. плотность и водопоглощение. Также раскрыта горячая асфальтовая смесь, пригодная для создания слоя износа в дорожном строительстве, содержащая заполнители, наполнитель, битум, отходы абразивоструйной очистки и микропластики на основе полипропилена. В рецептуру модифицированных горячих асфальтобетонных смесей были добавлены 3 пропорции микропластика на основе полипропилена: 0,1%, 0,3% и 0,6%. Улучшение характеристик смеси показано на образце асфальтобетонной смеси с 0,3% полипропилена. Кроме того, микропластики на основе полипропилена хорошо связываются с наполнителями из смеси, поэтому модифицированная полипропиленом горячая асфальтовая смесь может эффективно уменьшать появление трещин при резких перепадах температур.

Дороги являются преобладающей транспортной инфраструктурой в Европе и важным фактором экономики1. Асфальтовая смесь горячего приготовления – строительный материал, изготовленный по технологическому процессу, включающему нагрев природных заполнителей и битума, смешивание смеси, транспортировку и ввод в эксплуатацию методом горячего уплотнения2,3. В условиях продолжающегося ускорения изменения климата наблюдались различные механизмы деградации дорог, включая образование колеи, растрескивание и эрозию дорог с покрытием или без покрытия4. В асфальтовых или битумных дорожных смесях в качестве природных заполнителей обычно используется предварительно промытый речной балласт, смешанный с кварцевыми песками, добытыми из гравийных карьеров или пластов, и щебнем (из карьеров, полученным в результате процессов дробления и сортировки горных пород, или дробящими песками мелкую фракцию карьерных карьеров5). Одна из целей Повестки дня на период до 2030 года направлена ​​на устойчивое развитие, направленное на обеспечение устойчивых моделей потребления и производства. Чтобы избежать последнего полного истощения, в предыдущих исследованиях мы изучали использование отходов песка в асфальтовой смеси 6. Судостроительные заводы используют материал, называемый песком, с составом SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO, ZnO, MnO, SO4–2 и Cl в дробеструйная обработка корпусов судов.Отходы пескоструйной обработки представляют собой серьезную проблему с точки зрения хранения и мер по охране окружающей среды, так как легкие фракции образуют летучую пыль (значительные количества вывозятся на берегах Дуная)7. В другом исследовании мы успешно заменили 25% количества природного кварцевого песка на отходную крошку с аналогичной гранулометрией (0,1–2,0 мм), и полученная асфальтобетонная смесь имеет как физико-механические характеристики, так и износостойкость, превосходящие стандартную асфальтобетонную смесь8. . Пластиковое загрязнение является серьезной проблемой, вызывающей глобальную озабоченность, которая требует срочного международного ответа с участием всех соответствующих членов на различных уровнях. Доступно множество исследований по использованию переработанных пластмасс в асфальтовых вяжущих и смесях9. Ахмед и др. провели оценку полиэтилена низкой плотности (LDPE) и полиэтилена высокой плотности (HDPE) для модификации асфальта мокрым способом. Они рекомендовали оптимальную дозировку 2% по массе ПЭВД и ПЭВП в асфальтовом вяжущем (степень проникновения 40/50) для модификации асфальта, и улучшение свойств смеси было более заметным для ПЭВП, чем для ПЭНП10. Аппиа и др. оценили использование переработанного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) и полипропилена (ПП) для модификации асфальта мокрым способом. Установленная оптимальная дозировка составляла 2% ПЭВП и 3% ПП по массе асфальтового вяжущего (марка АС-20). Они получили повышение температуры размягчения и вязкости базового связующего путем добавления ПЭВП и ПП11. Вторым продуктивным пластиком является полипропилен, на долю которого приходится 21% общего рынка пластиков на мировом уровне12. По сравнению с модификатором полиэтилена, полипропилен сложнее смешивать до однородного состояния с асфальтом в мокром процессе из-за более высокой температуры плавления. Обычная температура смешивания варьируется от 160 до 190 °C, а процентное содержание полипропилена для производства модифицированного асфальта колеблется от 3% до 5%13. Ахмедзаде и др. синтезировали добавку из отходов полипропилена с содержанием 80% отходов полипропилена и других материалов (малеинового ангидрида и стирола) в качестве модификатора в битумном вяжущем в количестве мас.%: 3, 4, 5 и 6 от общей массы вяжущего, и они заметили, что при более высоком содержании полимера механическое поведение вяжущих контролируется как битумной, так и полимерной фазами, что может вызвать повышенную деформацию битума под нагрузкой14. Аль-Хадиди и Йи-Гиу исследовали преимущества модификации асфальтобетонной смеси с каменной матрицей (SMA) в гибком дорожном покрытии и пришли к выводу, что дорожное покрытие, состоящее из ПП с содержанием 5% по массе асфальта, рекомендуется для улучшения характеристик. Использование асфальтобетонных смесей и ПП-модифицированного ЩМА в качестве поверхностного слоя способствует сокращению строительных материалов15. Введение измельченных полипропиленовых порошков в асфальт заметно уменьшит проникновение и повысит вязкость и температуру размягчения модифицированных смесей связующего, которые обладают выраженной устойчивостью к образованию колеи, чем асфальт, модифицированный полиэтиленом16. Джин и др. провели исследование по использованию штампованного песка и пластикового композита ASA в качестве смеси для дорожного покрытия или дорожного покрытия. Их результаты показали, что смеси штампованного песка и отходов акрилонитрил-стирол-акрилата обладают лучшей восприимчивостью к влаге и устойчивостью к колееобразованию, чем стандартные асфальтобетонные смеси17. Решение мирового кризиса пластикового загрязнения является одной из целей экономики замкнутого цикла. Концепция экономики замкнутого цикла представляет собой модель, поддерживаемую отношениями производства и потребления, включающими отбор, повторное использование, переоценку и переработку материалов, и одна из целей состоит в обеспечении меньшего количества отходов. Потенциальные асфальтовые продукты с использованием отходов пластика и песка, чтобы продемонстрировать снижение экономических и экологических затрат, а также выбросов CO2 (потенциал глобального потепления - ПГП в кг эквивалента CO2). Кроме того, затраты на производство асфальтобетонной смеси обусловлены ценами на добычу сырья, а также высокой ценой битума. В частности, на юго-востоке Румынии внезапное изменение климата с циклом замерзания-оттаивания приводит к повреждению асфальта, что приводит к его растрескиванию. Чтобы преодолеть вышеупомянутые проблемы, в этом исследовании предложено использовать переработанный полипропилен и отработанную крошку в горячей асфальтовой смеси. Экспериментальные образцы асфальтовой смеси исследуют морфологические характеристики и характеристики Маршалла, такие как стабильность, скорость потока, соотношение твердой и жидкой фаз, кажущаяся плотность и водопоглощение. Новизна нашего исследования заключается в смешивании обоих отходов, таких как полипропилен и песок от пескоструйных работ, в горячей асфальтобетонной смеси, используемой в качестве слоя износа в дорожном строительстве.