Recycling von Mikropolypropylen in modifizierter Heißasphaltmischung

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 3639 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Eines der Ziele der Kreislaufwirtschaft besteht darin, die weltweite Plastikverschmutzungskrise zu lösen und Materialien zu recyceln, indem für weniger Abfall gesorgt wird. Die Motivation dieser Studie bestand darin, die Möglichkeit aufzuzeigen, zwei Arten von Abfällen mit einem hohen Verschmutzungsrisiko zu recyceln, wie z. B. Polypropylen auf Kunststoffbasis und Strahlmittelabfälle in Asphaltstraßen. In dieser Studie wurden die Auswirkungen der Zugabe von Mikroplastik auf Polypropylenbasis und Splittabfällen in Asphaltmischungen auf die Leistung der Nutzschicht gezeigt. Die Morphologie und Elementzusammensetzung der heißen Asphaltmischungsproben vor und nach dem Gefrier-Tau-Zyklus wurden mittels SEM-EDX untersucht und die Leistung der modifizierten Asphaltmischung wurde mit Labortests bestimmt, einschließlich Marshall-Stabilität, Fließgeschwindigkeit, Fest-Flüssigkeits-Bericht, scheinbar Dichte und Wasseraufnahme. Es wird auch eine heiße Asphaltmischung offenbart, die zur Herstellung einer Verschleißschicht im Straßenbau geeignet ist und Zuschlagstoffe, Füllstoffe, Bitumen, Strahlmittelabfälle und Mikroplastik auf Polypropylenbasis enthält. In der Rezeptur der modifizierten Heißasphaltmischungen wurden drei Anteile an Mikroplastik auf Polypropylenbasis hinzugefügt, nämlich 0,1 %, 0,3 % und 0,6 %. Eine Verbesserung der Mischungsleistung zeigt sich an der Asphaltmischungsprobe mit 0,3 % Polypropylen. Darüber hinaus verbinden sich Mikroplastik auf Polypropylenbasis gut mit Zuschlagstoffen aus der Mischung, sodass die mit Polypropylen modifizierte Heißasphaltmischung das Auftreten von Rissen bei plötzlichen Temperaturänderungen wirksam verringern kann.

Straßen sind die vorherrschende Verkehrsinfrastruktur in Europa und leisten einen wichtigen Beitrag zur Wirtschaft1. Heißasphaltmischung ist ein Baumaterial, das durch ein technologisches Verfahren hergestellt wird, bei dem natürliche Zuschlagstoffe und Bitumen erhitzt, die Mischung gemischt, transportiert und in Betrieb genommen werden, und zwar durch Heißverdichtung2,3. Mit der fortschreitenden Beschleunigung des Klimawandels wurden verschiedene Mechanismen der Straßenverschlechterung beobachtet, darunter Spurrillenbildung, Rissbildung und Erosion auf versiegelten oder nicht versiegelten Straßen4. Asphalt- oder bituminöse Straßenmischungen verwenden im Allgemeinen vorgewaschenen Flussschotter als natürliche Zuschlagstoffe, gemischt mit Quarzsanden, die aus Kiesgruben oder -betten gewonnen werden, und Schotter (der aus Steinbrüchen aufgrund von Gesteinszerkleinerungs- und -sortierungsprozessen entnommen wird, oder der Zerkleinerung feiner Sandfraktionen aus Steinbrüchen5). Eines der Ziele der AGENDA 2030 ist die nachhaltige Entwicklung, um nachhaltige Konsum- und Produktionsmuster sicherzustellen. Um das Konzept der nachhaltigen Entwicklung im Hinblick auf die Umstrukturierung der Art und Weise der Nutzung natürlicher Ressourcen zu unterstützen, damit die wirtschaftlichen Aktivitäten mit den ökologischen Systemen in Einklang gebracht werden Um die letztgenannte völlige Erschöpfung zu vermeiden, haben wir in früheren Untersuchungen die Verwendung von Abfallsplitt in Asphaltmischungen untersucht6. Werften verwenden ein Material namens Splitt mit einer Zusammensetzung aus SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO, ZnO, MnO, SO4–2 und Cl in Bei der Sprengung von Schiffsrümpfen entsteht ein großes Problem hinsichtlich der Lagerung und des Umweltschutzes, da die leichten Fraktionen Flugstaub bilden (erhebliche Mengen werden an den Ufern der Donau transportiert)7. In einer anderen Studie haben wir erfolgreich 25 % der Menge an natürlichem Quarzsand durch Abfallkies mit ähnlicher Körnung (0,1–2,0 mm) ersetzt und die erhaltene Asphaltmischung weist sowohl die physikalisch-mechanischen Eigenschaften als auch die Verschleißfestigkeit auf, die der Standardasphaltmischung überlegen sind8 . Die Plastikverschmutzung ist ein ernstes Problem von globaler Bedeutung, das dringend einer internationalen Reaktion bedarf, an der alle relevanten Mitglieder auf verschiedenen Ebenen beteiligt sind. Zur Verwendung von recycelten Kunststoffen in Asphaltbindemitteln und -mischungen liegen zahlreiche Studien vor9. Ahmed et al. bewertete Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE) für die Asphaltmodifizierung im Nassverfahren. Sie empfahlen die optimale Dosierung von 2 Gew.-% LDPE und HDPE im Asphaltbindemittel (Penetrationsgrad 40/50) für die Asphaltmodifikation und die Verbesserung der Mischungseigenschaften war bei HDPE deutlicher als bei LDPE10. Appiah et al. evaluierte die Verwendung von recyceltem Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polypropylen (PP) für die Asphaltmodifizierung im Nassverfahren. Als optimale Dosierung wurden 2 % HDPE und 3 % PP, bezogen auf das Gewicht des Asphaltbindemittels (Sorte AC-20), ermittelt. Durch die Zugabe von HDPE und PP11 erreichten sie eine Erhöhung des Erweichungspunktes und der Viskosität des Grundbindemittels. Der zweitproduktive Kunststoff ist Polypropylen, der weltweit 21 % des gesamten Kunststoffmarktes ausmacht12. Im Vergleich zum Modifikator Polyethylen ist es aufgrund des höheren Schmelzpunkts schwieriger, Polypropylen im Nassverfahren homogen mit Asphalt zu vermischen. Die reguläre Mischtemperatur variiert zwischen 160 und 190 °C, während der Anteil an Polypropylen für die Herstellung von modifiziertem Asphalt zwischen 3 % und 5 % liegt13. Ahmedzade et al. haben Abfall-Polypropylen-Additive synthetisiert, die einen Anteil von 80 % Abfall-Polypropylen und anderen Materialien (Maleinsäureanhydrid und Styrol) als Modifikator im bituminösen Bindemittel in einer Menge von 3, 4, 5 und 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, aufweisen beobachteten, dass bei einem höheren Polymergehalt das mechanische Verhalten von Bindemitteln sowohl durch Bitumen als auch durch Polymerphasen gesteuert wird, was zu einem verstärkten Verformungsverhalten von Bitumen unter Last führen könnte14. Al-Hadidy und Yi-Giu untersuchten die Vorteile der Modifizierung der Mischung aus Asphalt und Steinmatrixasphalt (SMA) in flexiblen Belägen und kamen zu dem Schluss, dass der Belag mit einem PP-Gehalt von 5 % des Asphaltgewichts zur Verbesserung der Leistung empfohlen wird von Asphaltbetonmischungen und PP-modifiziertem SMA als Oberflächenschicht trägt zur Reduzierung des Baumaterialverbrauchs bei15. Die Einarbeitung von gemahlenen Polypropylenpulvern in Asphalt würde die Penetration deutlich verringern und die Viskosität und den Erweichungspunkt der modifizierten Bindemittelmischungen erhöhen, die eine ausgeprägtere Beständigkeit gegen Spurrillen aufweisen als mit Polyethylen modifizierter Asphalt16. Jin et al. führte eine Studie über die Verwendung von Stempelsand und ASA-Kunststoffverbundstoff als Mischung für Gehwege oder Straßenbeläge durch. Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Stempelsand- und Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Abfallmischungen eine bessere Feuchtigkeitsanfälligkeit und Spurrinnenbeständigkeit aufweisen als die Standardasphaltmischungen17. Die Lösung der weltweiten Plastikverschmutzungskrise ist eines der Ziele der Kreislaufwirtschaft. Das Konzept der Kreislaufwirtschaft stellt das Modell dar, das auf der Beziehung zwischen Produktion und Verbrauch basiert und die Auswahl, Wiederverwendung, Aufwertung und das Recycling von Materialien umfasst. Eines der Ziele besteht darin, weniger Abfall zu gewährleisten. Die potenziellen Asphaltprodukte verwenden Kunststoff- und Splittabfälle, um die Verringerung der wirtschaftlichen und ökologischen Kosten, aber auch der CO2-Emissionen (Global Warming Potential – GWP in kg CO2-Äquivalent) zu demonstrieren. Darüber hinaus sind die Kosten für die Herstellung der Asphaltmischung durch die Preise für die Rohstoffgewinnung, aber auch durch den hohen Preis des Bitumens gegeben. Insbesondere im Südosten Rumäniens führt ein plötzlicher Klimawandel mit Frost-Tau-Wechsel zu Schäden am Asphalt, die zu Rissen führen. Um die oben genannten Probleme zu überwinden, wurde in dieser Studie die Verwendung von recyceltem Polypropylen und Abfallsplitt in heißen Asphaltmischungen vorgeschlagen. Die experimentellen Asphaltmischungsproben untersuchen die morphologische Charakterisierung und die Marshall-Eigenschaften, wie Stabilität, Fließgeschwindigkeit, Fest-Flüssigkeits-Verhältnis, scheinbare Dichte und Wasseraufnahme. Die Neuheit unserer Forschung besteht in der Mischung beider Abfälle wie Polypropylen und Splitt aus dem Strahlprozess in heißer Asphaltmischung, die als Nutzschicht im Straßenbau verwendet wird.

Abbildung 1 zeigt REM-Bilder auf der Oberseite des Standards, der Probe 1 und der Probe 2 der Heißasphaltmischung Typ BA8. Zu beobachten ist die kompakte Anordnung zwischen den Komponenten bei Zugabe von Polypropylen (PP) (Probe 1 und Probe 2).

REM-Bilder der Standard-Heißasphaltmischung Probe 1 (0,1 % PP) und Probe 2 (0,3 % PP).

Bei Standardproben lässt sich eine höhere Porosität feststellen als bei Proben mit PP. Die Morphologie der Proben 1 und 2 zeigt, dass der zerkleinerte Kieselsteinsplitter, der zerkleinerte Sand, der Abfallsand aus dem Strahlprozess und der sortierte Kalksteinfüller gut in eine Polymermatrix eingebettet sind.

Die Einbettungsmatrix und die Brücken zwischen den Bauteilen weisen weniger Poren auf und weisen eine geringere Rauheit auf.

REM-Bilder auf der Oberseite des Standards, Probe 1 und Probe 2 der heißen Asphaltmischung Typ BA8 nach dem Gefrier-Tau-Zyklus sind in Abb. 2 dargestellt. Man kann erkennen, dass im Fall von Probe 2 (mit einem höheren Anteil an Polypropylen) die Die eingebettete Polymermatrix bleibt nach dem Gefrier-Tau-Zyklus unverändert, und wir können sagen, dass sie eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen durch Wasser verursachte Schäden bei einem plötzlichen Klimawandel aufweist.

REM-Bilder der Standard-Heißasphaltmischung Probe 1 (0,1 % PP) und Probe 2 (0,3 % PP) nach dem Gefrier-Tau-Zyklus.

Die Elementzusammensetzung bestehend aus C, O, N, Ca und S ist in Abb. 3 dargestellt. Die hohe Kohlenstoffkonzentration in Probe 2 weist auf das Vorhandensein von Polypropylen hin.

EDX-Elementarkarte der Standard-Heißasphaltmischung Probe 1 (0,1 % PP) und Probe 2 (0,3 % PP).

Die Marshall-Stabilität misst die maximale Belastung, die das Gemisch bei einer Temperatur von 60 °C aushält, und korreliert gut mit Messungen der Spurrillenbildung im Asphaltgemisch im Betrieb.

Gemäß STAS 174–197 wird für Asphaltmischungen des Typs BA8 eine Marshall-Stabilität von mindestens 6,0 kN empfohlen. Alle Testergebnisse für heiße Asphaltmischungen erfüllen die Leistungsanforderungen in Rumänien (Abb. 4). Es zeigt sich, dass mit zunehmendem Polypropylenanteil die Spurrinnenbeständigkeit zunächst zunimmt und dann abnimmt. Wenn der Polypropylengehalt auf 0,6 % ansteigt (Probe 3), verringert die Varianz der Abstufung und der mechanischen Eigenschaften von PP die Festigkeit der Mischung.

Stabilität bei 60 °C für Standard-Heißasphaltmischungen Probe 1 (0,1 % PP), Probe 2 (0,3 % PP) und Probe 3 (0,6 % PP).

Die Abbildung zeigt, dass mit zunehmendem PP-Gehalt die Stabilität zunimmt und bei einem höheren Gehalt von 0,6 % PP die Marshall-Stabilität abnimmt. Dies wurde auf das spezifische Gewicht von PP zurückgeführt, das geringer ist als das von Standardasphalt. Dies dient dem Eindringen zwischen Partikeln und einer verbesserten Verzahnung von Aggregaten, was die Stabilität erhöht. Im Fall von Probe 3 (0,6 % PP) nimmt die Stabilität ab und kann mit der Abnahme der Verzahnung durch mikroplastisches PP-Asphalt-Bindemittel und Zuschlagstoffpartikel in Zusammenhang gebracht werden. Infolgedessen weist die mit 0,3 % PP hergestellte Mischung (Probe 2) den besten Stabilitätswert auf, was zu einer erhöhten Verformungsbeständigkeit der Mischung führt.

Die Durchflussrate kann gemäß STAS 174–197 zwischen 1,5 und 4,5 mm variieren. In Abb. 5 ist die Durchflussrate von Standard- und modifizierten Heißasphaltmischungsproben dargestellt. Abbildung 5 zeigt, dass mit zunehmendem PP-Gehalt die Durchflussrate zunimmt. Dies hing mit der geringeren Verzahnung von Mikroplastik auf Polypropylenbasis in Asphaltbindemittel- und Zuschlagstoffpartikeln zusammen.

Durchflussrate für die Standard-Heißasphaltmischung Probe 1 (0,1 % PP), Probe 2 (0,3 % PP) und Probe 3 (0,6 % PP).

Die Fließwerte nehmen mit dem PP-Gehalt zu, was auf höhere Verformungen bei gleichem Druck hinweist. Dies zeigt, dass mit zunehmendem Mikroplastikgehalt auf Polypropylenbasis die Verformungsbeständigkeit abnimmt, insbesondere wenn der PP-Gehalt 0,6 % erreicht.

Die Fließwerte von Asphaltmischungsproben sind höher als bei Standardasphaltmischungen, was auf höhere Verformungen bei gleichem Druck hinweist. Dadurch wird der Verformungswiderstand der Asphaltmischung verringert.

Der erforderliche Mindestwert für den Fest-Flüssigkeits-Bericht beträgt 1,3 kN/mm. Abbildung 6 zeigt den Fest-Flüssig-Bericht für Standard- und modifizierte Heißasphaltmischungsproben.

Fest-Flüssig-Bericht für Standard-Heißasphaltmischungen Probe 1 (0,1 % PP), Probe 2 (0,3 % PP) und Probe 3 (0,6 % PP).

Alle Asphaltmischungsproben erfüllen die Leistungsanforderungen in Rumänien. Die Werte für den Fest-Flüssig-Bericht nehmen mit steigendem Gehalt an Polypropylen-basiertem Mikroplastik ab.

In Abb. 7 ist die scheinbare Dichte der erhaltenen Asphaltmischungsproben dargestellt. Für Asphaltmischungen vom Typ BA8 sollte der Wert der Rohdichte gemäß SR 174-1/2009 mindestens 2,330 g/cm3 betragen. Die Leistung einer Nutzschicht steht in direktem Zusammenhang mit der Dichte der Asphaltmischung. Wie man sieht, steigt die scheinbare Dichte zunächst an und nimmt dann ab, wenn der Polypropylengehalt 0,6 % erreicht. Wenn die scheinbare Dichte der Asphaltmischung zu niedrig ist, kann es aufgrund der geringen Luftporen aufgrund der Verdichtung der Nutzschicht unter dem Verkehr zur Bildung von Spurrillen kommen.

Scheinbare Dichte für Standard-Heißasphaltmischungen Probe 1 (0,1 % PP), Probe 2 (0,3 % PP) und Probe 3 (0,6 % PP).

Um diesen Teil zusammenzufassen: Die Asphaltmischung mit 0,3 % Mikroplastik auf Polypropylenbasis ergab die höchste scheinbare Dichte.

Abbildung 8 zeigt die Wasseraufnahme für Standard- und modifizierte Heißasphaltmischungsproben.

Wasseraufnahme für Standard-Heißasphaltmischungen Probe 1 (0,1 % PP), Probe 2 (0,3 % PP) und Probe 3 (0,6 % PP).

Gemäß der rumänischen Norm STAS 174-1/2009 sollte der Wert der Wasseraufnahme zwischen 1,5 und 5,0 % liegen. Bei Proben mit einem geringen Anteil an Mikroplastik auf Polypropylenbasis ist die Wasseraufnahme höher und nimmt mit zunehmendem Polypropylengehalt ab.

Bei der in dieser Studie verwendeten Asphaltmischung handelte es sich um Verschleißschichten (Walzschichten), sogenannte Asphaltbeton mit Schotter BA 8, wobei 8 die maximale Größe des Granulats darstellt3. Die heißen Asphaltmischungsproben vom Typ BA8 wurden gemäß der Norm STAS 11348-8718 hergestellt und im Straßentestlabor der Tancrad Company ermittelt. Die Gewichtsanteile der Komponenten der Standard-Asphaltmischungsprobe bestehen aus 33,5 % zerkleinertem Kieselsteinsplitt mit einer Körnung zwischen 4,0 und 8,0 mm, 50 % gebrochenem Sand mit einer Körnung zwischen 0,1 und 4,0 mm, 10 % Kalksteinfüller der Sorte 6,5 % Straßenbitumen Typ 50/7018,19. Für den Marshall-Test wurden drei Rezepte erstellt, indem 25 % zerkleinerter Sand mit einer Körnung zwischen 0,1 und 4,0 mm durch 25 % Abfallsand aus dem Strahlprozess mit einer Körnung zwischen 0,1 und 2,00 mm ersetzt und ein Gewichtsanteil von Polypropylen (PP) hinzugefügt wurde. Basis Mikroplastik mit einer Körnung zwischen 0,1 und 2 mm. So bestehen die Gewichtsanteile der Bestandteile der Asphaltmischungsproben aus 33,5 % gebrochenem Kieselsteinsplitt mit einer Körnung zwischen 4,0 und 8,0 mm, 25 % gebrochenem Sand mit einer Körnung zwischen 0,1 und 4,0 mm und 25 % Abfallsand aus der Sprengung Verfahren mit einer Körnung zwischen 0,1 und 2,00 mm, 10 % sortenreiner Kalksteinfüller und 6,4 % Straßenbitumen Typ 50/70 mit 0,1 % Mikroplastik auf Polypropylenbasis für Probe 1; 6,2 % Straßenbitumen Typ 50/70 mit 0,3 % Mikroplastik auf Polypropylenbasis für Probe 2 und 5,9 % Straßenbitumen Typ 50/70 mit 0,6 % Mikroplastik auf Polypropylenbasis für Probe 3, wie in Tabelle 1 aufgeführt Die Rezeptur der Probe 2 war Gegenstand des Patents in Zusammenarbeit mit Economic Environment20.

Die erhaltenen Proben haben eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Höhe von 6,3 cm.

In dieser Studie wurde die Asphaltmischung BA 8 verwendet, ein typischer Asphaltbeton mit weit verbreitetem Schotter, dessen Abstufung in Abb. 9 dargestellt ist. Die Abstufung der Asphaltmischung wurde für die Standardprobe und für Probe 2 mit 0,3 % vorgenommen. Mikroplastik auf Polypropylenbasis. Der Gehalt des Bindemittels wurde nach der Marshall-Methode gemäß der rumänischen Norm SR 174-1/200921 bestimmt.

Mischungsabstufung von Standard- und Probe 2 (0,3 % PP) Heißasphaltmischung Typ BA 8.

Die Morphologie und Elementzusammensetzung der heißen Asphaltmischungsproben vor und nach dem Gefrier-Tau-Zyklus wurden durch Rasterelektronenmikroskopie in Verbindung mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (REM/EDX) unter Verwendung eines FEI Q 200-Mikroskops im Niedervakuum untersucht. Vor der Untersuchung wurden die heißen Asphaltmischungsproben mithilfe eines SPI-Module™-Sputterbeschichtungssystems mit einer 4 nm dicken leitenden Schicht aus Au beschichtet.

Um die Qualität der Asphaltmischungen zu überprüfen, wurden die physikalisch-mechanischen Eigenschaften durch Tests an Marshall-Zylindern ermittelt. Das Prinzip des Tests besteht darin, die Bruchfestigkeit einer zylindrischen Probe unter der auf einen Generator ausgeübten Kraft zu bestimmen. Der Test wird an der in den Guss eingelegten Probe bei einer Temperatur von 60 °C durchgeführt.

Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften wurden gemäß der rumänischen Norm SR 174-1/200921 wie folgt durchgeführt:

Die Stabilität (S) ist die Belastung, ausgedrückt in kN, die in dem Moment erreicht wird, in dem die zylindrische Probe bei einer Temperatur von 60 °C bricht.

Der Fließindex (I) ist die Verformung, die der vertikale Durchmesser der Probe zum Zeitpunkt des Bruchs erreicht, und wird in mm ausgedrückt.

Die scheinbare Dichte (g/cm3) stellt die Masse der Volumeneinheit der verdichteten Asphaltmischung dar, die die mit Luft gefüllten Hohlräume umfasst. Dies wird auf der Grundlage der Formel für Masse/Volumen der Probe gemäß der Beziehung (1) bestimmt:

Dabei gilt für die Standardprobe: \({\rho }_{a}\) ist die scheinbare Dichte der Asphaltmischung (g/cm3); mu ist die Masse der Probe, die im trockenen Zustand auf der Analysenwaage gewogen wird und einen Wert von 1137,4 g hat; V ist das Volumen der zylindrischen Probe mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Höhe von 6,3 cm und beträgt 494,5 cm3.

Die Wasseraufnahme (%) ist die Wassermenge, die von den von außen zugänglichen Hohlräumen einer Asphaltmischungsprobe absorbiert wird, und wurde durch Verdunstung nach dem Eintauchen in Wasser unter Verwendung der thermischen Methode im statischen Modus bestimmt. Nachdem die Probe aus dem Wasser genommen wurde, wurde sie zunächst mit einem feuchten Tuch abgewischt, um überschüssiges Oberflächen- und Schwerkraftwasser zu entfernen. Die feuchte Probe wurde in einen Ofen gegeben, wo sie bei einer Temperatur von 60 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 2,5 % getrocknet wurde. Die Wasseraufnahme- oder Benetzungskapazität wird als Prozentsatz der anfänglichen Masse der Probe und der benetzten Masse ausgedrückt. Die Wasseraufnahme in Volumenprozent wird mit der folgenden Beziehung berechnet:

wobei mi die Anfangsmasse der Probe ist; mf ist die Endmasse der Probe nach der Befeuchtung.

In dieser Studie bestand jedes Testergebnis aus dem Durchschnitt von drei Wiederholungstests.

Eine der Lösungen zur Lösung dringender Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Kunststoffverschmutzung ist die Förderung des Recyclings von Kunststoffabfällen, um die Auswirkungen auf Klima und Umwelt zu verringern. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von Abfallmaterialien wie Polypropylen und Strahlmittel in heißen Asphaltmischungen eine praktikable Option ist, die weiter umgesetzt werden muss. Testergebnisse zeigten, dass die Kombination von Mikroplastik auf Polypropylenbasis und Splittabfällen die Mischungsleistung verbesserte.

Die SEM-Analyse zeigt, dass im Fall der heißen Asphaltmischung mit 0,3 % PP die einbettende Polymermatrix nach dem Gefrier-Tau-Zyklus unverändert bleibt, und wir können sagen, dass sie bei plötzlichem Klimawandel eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen durch Wasser verursachte Schäden aufweist. Der Zusammenhang zwischen den Marshall-Eigenschaften und dem auf Mikroplastik basierenden Polypropylengehalt spiegelt sich darin wider, dass mit zunehmendem PP-Gehalt die Stabilität zunimmt, was mit dem Eindringen von PP zwischen den Partikeln und einer verstärkten Verzahnung der Aggregate zusammenhängt. Basierend auf den ermittelten Marshall-Eigenschaften wurde 0,3 % als optimaler Polypropylengehalt ausgewählt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich Mikroplastik auf Polypropylenbasis wie ein homogenes Material verhält, das die Partikel des Sandstrahlabfalls stabilisiert und das Auftreten von Rissen in der heißen Asphaltmischung nach Gefrier-Tau-Zyklen verringert.

In zukünftigen Studien beabsichtigen wir, einen Teil der Straße experimentell mit der vorgeschlagenen Asphaltmischungsrezeptur zu füllen und sie unter klimatischen Bedingungen zu überwachen, um diese Studie zu unterstützen.

Alle während dieser Studie analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel und seinen ergänzenden Informationsdateien enthalten.

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Diese Forschung wurde durch das Projekt „Exzellenz und Beteiligung an intelligenter Entwicklung basierend auf Forschung und Innovation an der Dunarea de Jos University of Galati – DINAMIC“, ID 536/2021, unterstützt. Die Autoren danken dem Manager Cristian Catalin Stancic von der Tancrad Company aus Galati für die Unterstützung bei Marshall-Labortests von Asphaltmischungsproben.

Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Interdisziplinäres Forschungszentrum im Bereich Öko-Nano-Technologie und fortschrittliche Materialien CC-ITI, Universität „Dunarea de Jos“ Galati, 47 Domneasca, 800008, Galati, Rumänien

Daniela Laura Buruiana, Gabriel Bogdan Carp und Viorica Ghisman

Fakultät für Naturwissenschaften und Umwelt, Europäisches Exzellenzzentrum für Umwelt, Universität Galati, 800001, Galati, Rumänien

Lucian Georgescu Huhn

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Konzeptualisierung: (DLB, GBC und VG); Methodik: (DLB, PLG und VG); Formale Analyse und Untersuchung: (PLG und GBC; Schreiben – ursprüngliche Entwurfsvorbereitung: (DLB und VG). Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Viorica Ghisman.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Buruiana, DL, Georgescu, PL, Carp, GB et al. Recycling von Mikropolypropylen in modifizierter Heißasphaltmischung. Sci Rep 13, 3639 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30857-9

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Eingegangen: 04. Oktober 2022

Angenommen: 02. März 2023

Veröffentlicht: 04. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30857-9

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