改質ホットアスファルト混合物中でのマイクロポリプロピレンのリサイクル

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3639 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

循環経済の目的の 1 つは、廃棄物の削減を確保することで世界のプラスチック汚染危機を解決し、材料をリサイクルすることです。 この研究の動機は、プラスチックベースのポリプロピレンとアスファルト道路の研磨剤ブラスト砂の廃棄物など、汚染のリスクが高い 2 種類の廃棄物のリサイクルの可能性を実証することでした。 この研究では、アスファルト混合物にポリプロピレンベースのマイクロプラスチックと砂利廃棄物を一緒に添加することによる摩耗層の性能への影響が示されています。 凍結融解サイクルの前後の高温アスファルト混合物サンプルの形態と元素組成は SEM-EDX によって検査され、改質アスファルト混合物の性能はマーシャル安定性、流速、固液レポート、見かけの粗さなどの実験室試験によって決定されました。密度と吸水性。 道路建設における摩耗層を作製するのに適した、骨材、充填材、アスファルト、研磨用ブラスト砂廃棄物およびポリプロピレンベースのマイクロプラスチックを含む加熱アスファルト混合物も開示されている。 改質ホットアスファルト混合物のレシピには、0.1%、0.3%、0.6%などの 3 つの割合のポリプロピレンベースのマイクロプラスチックが追加されました。 混合性能の向上は、0.3% のポリプロピレンを含むアスファルト混合サンプルで示されています。 さらに、ポリプロピレンベースのマイクロプラスチックは、混合物からの骨材とよく結合するため、ポリプロピレン改質ホットアスファルト混合物は、急激な温度変化時の亀裂の発生を効果的に減少させることができます。

道路はヨーロッパの主要な交通インフラであり、経済に重要な貢献をしています1。 熱間調製アスファルト混合物は、天然骨材とアスファルトの加熱、混合物の混合、輸送、および熱間圧縮による試運転を含む技術プロセスによって製造される建設材料です2、3。 加速し続ける気候変動に伴い、舗装された道路または舗装されていない道路のわだち掘れ、ひび割れ、侵食などのさまざまな道路劣化メカニズムが観察されました4。 アスファルトまたは瀝青質の道路混合物は通常、天然骨材として事前に洗浄した河川バラストを使用し、砂利ピットまたは砂利床から抽出した珪砂と砕石（岩石の破砕および選別プロセスのために採石場から採取されるか、またはキャリア喧嘩の細かい部分の破砕砂と混合）を混合します。 2030 アジェンダの目標の 1 つは、持続可能な消費と生産パターンを確保する持続可能な開発を目指しており、経済活動と生態系のバランスを保つために、天然資源の使用方法を再構築するという観点から持続可能な開発の概念をサポートするために、以前の研究では、後者の完全な枯渇を避けるために、アスファルト混合物中の廃棄グリットの使用を研究しました6. 造船所では、SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、ZnO、MnO、SO4-2、およびClの組成を持つグリットと呼ばれる材料が使用されています。船体発破作業で発生する廃砂は、軽質部分が飛散粉塵を形成するため（かなりの量がドナウ川の岸に運ばれていることが判明している）、発破プロセスから生じる廃棄砂は保管と環境保護対策の点で大きな問題を引き起こしている。 他の研究では、天然珪砂の 25% を同様の粒度測定 (0.1 ～ 2.0 mm) で廃砂に置き換えることに成功し、得られたアスファルト混合物は、標準的なアスファルト混合物よりも優れた物理的機械的特性と耐摩耗性の両方を示しました8。 。 プラスチック汚染は世界的に懸念される深刻な問題であり、さまざまなレベルのすべての関係国が参加する緊急かつ国際的な対応が必要です。 アスファルトバインダーおよび混合物における再生プラスチックの使用については、多くの研究が行われています9。 アーメドら。 湿式プロセスによるアスファルト改質用の低密度ポリエチレン (LDPE) と高密度ポリエチレン (HDPE) を評価しました。 彼らは、アスファルト改質には、アスファルト結合剤 (浸透度 40/50) 中のLDPE および HDPE の最適添加量 2 重量% を推奨し、混合物特性の改善は、LDPE10 よりも HDPE の方が顕著でした。 アッピアら。 湿式プロセスによるアスファルト改質のためのリサイクル高密度ポリエチレン (HDPE) とポリプロピレン (PP) の使用を評価しました。 同定された最適な用量は、アスファルト結合剤（AC-20 グレード）の重量で 2% HDPE と 3% PP でした。 彼らは、HDPE と PP11 を添加することにより、ベースバインダーの軟化点と粘度を増加させました。 2 番目に生産性の高いプラスチックはポリプロピレンであり、世界レベルでプラスチック市場全体の 21% を占めています12。 ポリエチレン改質剤と比較して、ポリプロピレンは融点が高いため、湿式プロセスでアスファルトと均一に混合することがより困難です。 通常の混合温度は 160 ～ 190 °C の間で変化しますが、改質アスファルト製造用のポリプロピレンの割合は 3% ～ 5% の範囲です13。 アフメドザデら。 は、瀝青バインダー中の改質剤として廃ポリプロピレンとその他の材料（無水マレイン酸およびスチレン）を 80% 含有する廃ポリプロピレン添加剤を合成しました。その量はバインダーの総重量に対して wt%: 3、4、5、および 6 です。ポリマー含有量が高くなると、バインダーの機械的挙動がアスファルトとポリマー相の両方によって制御され、荷重下でアスファルトの変形挙動が促進される可能性があることが観察されました 14。 Al-Hadidy と Yi-Giu は、柔軟舗装におけるアスファルトとストーンマトリックスアスファルト (SMA) の混合物を改質する利点を調査し、性能の向上にはアスファルト重量の 5% の PP 含有量からなる舗装が推奨されると結論付けました。アスファルトコンクリート混合物とPP改質SMAを表層として使用することは、建設資材の削減に有益です15。 粉砕したポリプロピレン粉末をアスファルトに組み込むと、ポリエチレン改質アスファルトよりも顕著なわだち掘れ抵抗性を有する改質バインダーブレンドの浸透力が著しく低下し、粘度および軟化点が上昇します16。 ジンら。 スタンプ砂と ASA プラスチック複合材を舗装または道路表面の混合物として使用する研究を実施しました。 彼らの結果は、スタンプ砂とアクリロニトリル・スチレン・アクリレート廃棄物の混合物が、標準的なアスファルト混合物よりも優れた感湿性とわだち掘れ抵抗性を備えていることを示しました17。 世界のプラスチック汚染危機を解決することは、循環経済の目標の 1 つです。 循環経済の概念は、材料の選択、再利用、再評価、リサイクルを含む生産と消費の関係に裏付けられたモデルを提示しており、その目的の 1 つは廃棄物を確実に減らすことにあります。 経済的および環境的コストだけでなく、CO2 排出量の削減も実証するために、プラスチックおよび砂利廃棄物を使用したアスファルト製品の可能性 (地球温暖化係数 - GWP (kg CO2 換算))。 さらに、アスファルト混合物の製造コストは、原材料の抽出価格だけでなく、アスファルトの高価によっても決まります。 特にルーマニアの南東部では、凍結融解を繰り返す急激な気候変動によりアスファルトに損傷が生じ、ひび割れが発生します。 上記の問題を克服するために、この研究では、再生ポリプロピレンと廃砂を高温のアスファルト混合物に使用することを提案しました。 実験用アスファルト混合物サンプルでは、​​安定性、流量、固液レポート、見掛け密度、吸水率などの形態学的特性とマーシャル特性を調査します。 私たちの研究の新規性は、道路建設で摩耗層として使用される高温のアスファルト混合物中でのブラストプロセスからのポリプロピレンと砂のような両方の廃棄物の混合物にあります。