변형된 고온 아스팔트 혼합물에서 마이크로 폴리프로필렌을 재활용

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3639(2023) 이 기사 인용

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순환경제의 목표 중 하나는 폐기물을 줄여 전 세계의 플라스틱 오염 위기를 해결하고 재료를 재활용하는 것입니다. 본 연구의 동기는 플라스틱 기반 폴리프로필렌과 아스팔트 도로의 연마제 분사 그릿 폐기물과 같이 오염 위험이 높은 두 가지 유형의 폐기물을 재활용할 수 있는 가능성을 입증하는 것이었습니다. 마모층 성능을 위해 아스팔트 혼합물에 폴리프로필렌 기반 미세 플라스틱과 모래 폐기물을 함께 추가하는 효과가 이 연구에서 나타났습니다. 동결-해동 사이클 전후의 고온 아스팔트 혼합물 샘플의 형태 및 원소 조성은 SEM-EDX로 조사되었으며 개질된 아스팔트 혼합물의 성능은 Marshall 안정성, 유속, 고액 보고, 겉보기를 포함한 실험실 테스트를 통해 결정되었습니다. 밀도 및 수분 흡수. 골재, 충전제, 역청, 연마재 분사 그릿 폐기물 및 폴리프로필렌 기반 미세 플라스틱을 함유하는 도로 건설에서 마모층을 만드는 데 적합한 고온 아스팔트 혼합물도 개시되어 있습니다. 변형된 고온 아스팔트 혼합물의 제조법에는 0.1%, 0.3%, 0.6% 등 3가지 비율의 폴리프로필렌 기반 미세 플라스틱이 첨가되었습니다. 혼합 성능의 개선은 0.3% 폴리프로필렌을 함유한 아스팔트 혼합물 샘플에서 나타났습니다. 또한, 폴리프로필렌 기반의 미세 플라스틱은 혼합물의 골재와 잘 결합하므로 폴리프로필렌으로 개질된 고온 아스팔트 혼합물은 급격한 온도 변화 시 균열 발생을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

도로는 유럽의 주요 교통 인프라이자 경제에 중요한 기여를 합니다1. 열간 아스팔트 혼합물은 천연 골재와 역청을 가열하고, 혼합물을 혼합하고, 운반하고, 시운전하는 열간 압축에 의한 기술적 과정을 통해 만들어진 건축자재입니다2,3. 기후변화가 계속 가속화되면서 포장 도로와 비포장 도로에서 바퀴 자국, 균열, 침식 등 다양한 도로 노후화 메커니즘이 관찰되었습니다4. 아스팔트 또는 역청 도로 혼합물은 일반적으로 사전 세척된 강 밸러스트를 천연 골재로 사용하고, 자갈 구덩이 또는 지층에서 추출한 석영 모래와 쇄석(암석 분쇄 및 분류 과정으로 인해 채석장에서 가져오거나 경력 싸움의 미세한 부분의 모래를 분쇄함)과 혼합합니다5. 2030년 의제의 목표 중 하나는 지속 가능한 소비와 생산 패턴을 보장하는 지속 가능한 개발을 목표로 하며, 천연 자원이 사용되는 방식을 재구성하여 경제 활동이 생태계와 균형을 이루도록 하는 측면에서 지속 가능한 개발 개념을 지원하기 위해 이전 연구에서 후자의 전체 고갈을 피하기 위해 우리는 아스팔트 혼합물에 폐그릿을 사용하는 방법을 연구했습니다6. 조선소에서는 SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO, ZnO, MnO, SO4-2 및 Cl의 조성을 가진 그릿이라는 재료를 사용합니다. 선박 선체 폭파 작업 폭파 공정에서 발생하는 폐기물 모래는 가벼운 부분이 날아다니는 먼지를 형성하기 때문에 저장 및 환경 보호 조치 측면에서 큰 문제를 나타냅니다(상당량은 다뉴브 강둑에서 운송되는 것으로 확인됩니다)7. 다른 연구에서 우리는 천연 석영사 양의 25%를 유사한 입자크기(0.1~2.0mm)의 폐그릿으로 성공적으로 대체했으며, 얻은 아스팔트 혼합물은 표준 아스팔트 혼합물보다 우수한 물리적-기계적 특성과 내마모성을 모두 나타냅니다8 . 플라스틱 오염은 다양한 수준의 모든 관련 구성원이 참여하는 시급하고 국제적인 대응이 필요한 세계적인 관심사의 심각한 문제입니다. 아스팔트 바인더 및 혼합물에 재활용 플라스틱을 사용하는 것에 대한 많은 연구가 있습니다9. Ahmedet al. 습식 공정을 통한 아스팔트 개질을 위한 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 평가했습니다. 그들은 아스팔트 개질을 위해 아스팔트 바인더(침투 등급 40/50)에 LDPE 및 HDPE 2중량%의 최적 투여량을 권장했으며 혼합 특성 개선은 LDPE10보다 HDPE에서 더 두드러졌습니다. Appiahet al. 습식 공정을 통한 아스팔트 개질을 위한 재활용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리프로필렌(PP)의 사용을 평가했습니다. 확인된 최적의 투입량은 아스팔트 바인더(AC-20 등급) 중량 기준으로 HDPE 2%와 PP 3%였습니다. 그들은 HDPE와 PP11을 첨가함으로써 베이스 바인더의 연화점과 점도를 증가시켰습니다. 두 번째로 생산적인 플라스틱은 전 세계적으로 전체 플라스틱 시장의 21%를 차지하는 폴리프로필렌입니다12. 폴리에틸렌 개질제에 비해 폴리프로필렌은 융점이 높기 때문에 습식 공정을 통해 아스팔트와 균질하게 혼합하기가 더 어렵습니다. 일반적인 혼합 온도는 160~190°C 사이이며, 개질 아스팔트 생산에 사용되는 폴리프로필렌 비율은 3~5%입니다13. Ahmedzadeet al. 역청바인더에 폐폴리프로필렌과 개질제인 기타 물질(무수말레산 및 스티렌)을 바인더 전체 중량%로 3, 4, 5, 6 중량%로 함유한 폐폴리프로필렌 첨가제를 합성하고, 더 높은 폴리머 함량에서 바인더의 기계적 거동은 역청과 폴리머 상에 의해 제어되어 하중 하에서 역청의 향상된 변형 거동을 유도할 수 있다는 것을 관찰했습니다. Al-Hadidy와 Yi-Giu는 연성 포장에서 아스팔트와 석재 매트릭스 아스팔트(SMA) 혼합물을 개질할 때의 이점을 조사했으며 성능 향상을 위해 아스팔트 중량 기준 5%의 PP 함량으로 구성된 포장이 권장된다는 결론을 내렸습니다. 아스팔트 콘크리트 혼합물과 PP 개질 SMA를 표면층으로 사용하면 건축 자재를 줄이는 데 도움이 됩니다15. 분쇄된 폴리프로필렌 분말을 아스팔트에 혼합하면 침투가 현저히 감소하고 개질된 바인더 혼합물의 점도와 연화점이 증가하며, 이는 폴리에틸렌 개질 아스팔트보다 바퀴 자국에 대한 저항성이 뚜렷합니다16. Jinet al. 스탬프 모래와 ASA 플라스틱 복합재를 포장 또는 도로 표면 혼합물로 사용하는 방법에 대한 연구를 수행했습니다. 그들의 결과는 스탬프 모래와 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트 폐기물 혼합물이 표준 아스팔트 혼합물보다 습기 민감성과 바퀴 자국 저항이 더 우수하다는 것을 보여주었습니다17. 세계의 플라스틱 오염 위기를 해결하는 것은 순환 경제의 목표 중 하나입니다. 순환 경제의 개념은 재료의 선택, 재사용, 재가치화 및 재활용을 포함하는 생산-소비 관계에 의해 뒷받침되는 모델을 제시하며 목표 중 하나는 폐기물을 줄이는 것입니다. 경제적, 환경적 비용뿐만 아니라 CO2 배출 감소(지구 온난화 지수-GWP(kg CO2 환산))를 입증하기 위해 플라스틱 및 모래 폐기물을 사용하는 잠재적인 아스팔트 제품입니다. 더욱이, 아스팔트 혼합물의 생산 비용은 원료 추출 가격뿐만 아니라 역청의 높은 가격으로 인해 발생합니다. 특히 루마니아 남동부에서는 동결-융해 주기를 동반한 급격한 기후 변화로 인해 아스팔트가 손상되어 균열이 발생합니다. 위에서 언급한 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 뜨거운 아스팔트 혼합물에 재활용 폴리프로필렌과 폐그릿을 사용하는 방법을 제안했습니다. 실험용 아스팔트 혼합물 샘플은 안정성, 유속, 고체-액체 보고서, 겉보기 밀도 및 수분 흡수와 같은 형태학적 특성과 Marshall 특성을 탐구합니다. 우리 연구의 참신함은 도로 건설에서 마모층으로 사용되는 뜨거운 아스팔트 혼합물의 폭파 공정에서 발생하는 폴리프로필렌과 모래와 같은 두 가지 폐기물의 혼합물에 있습니다.