Recyclage du micro polypropylène dans un enrobé chaud modifié

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3639 (2023) Citer cet article

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L'un des objectifs de l'économie circulaire est de résoudre la crise mondiale de la pollution plastique et de recycler les matériaux en garantissant moins de déchets. La motivation de cette étude était de démontrer la possibilité de recycler deux types de déchets à haut risque de pollution, tels que le polypropylène à base de plastique et les déchets de décapage abrasif dans les routes asphaltées. Les effets de l’addition de microplastiques à base de polypropylène et de déchets de gravier dans le mélange asphaltique sur les performances de la couche d’usure ont été démontrés dans cette étude. La morphologie et la composition élémentaire des échantillons de mélange d'asphalte chaud avant et après le cycle de gel-dégel ont été examinées par SEM-EDX et les performances du mélange d'asphalte modifié ont été déterminées par des tests en laboratoire, notamment la stabilité Marshall, le débit, le rapport solide-liquide, l'apparence. densité et absorption d’eau. L'invention concerne également un mélange d'asphalte chaud adapté à la fabrication d'une couche d'usure dans la construction de routes, contenant des agrégats, des charges, du bitume, des déchets de sablage abrasif et des microplastiques à base de polypropylène. Dans la recette des enrobés chauds modifiés ont été ajoutées 3 proportions de microplastiques à base de polypropylène telles que 0,1%, 0,3% et 0,6%. Une amélioration des performances du mélange est constatée sur l'échantillon de mélange asphaltique avec 0,3% de polypropylène. De plus, les microplastiques à base de polypropylène se lient bien aux agrégats du mélange, de sorte que le mélange d'asphalte chaud modifié par du polypropylène peut réduire efficacement l'apparence des fissures lors de changements brusques de température.

Les routes constituent la principale infrastructure de transport en Europe et un contributeur important à l’économie1. Le mélange bitumineux préparé à chaud est un matériau de construction fabriqué selon un processus technologique qui implique le chauffage de granulats naturels et de bitume, le mélange du mélange, le transport et la mise en service, par compactage à chaud2,3. Avec l'accélération continue du changement climatique, divers mécanismes de dégradation des routes, notamment l'orniérage, la fissuration et l'érosion des routes bitumées ou non, ont été observés4. Les mélanges routiers asphaltiques ou bitumineux utilisent généralement du ballast fluvial pré-lavé comme granulats naturels, mélangés à des sables de quartz extraits de gravières ou de graviers et à des pierres concassées (extraites des carrières en raison des processus de concassage et de tri des roches, ou des sables concassés fraction fine des querelles de carrière5. L'un des objectifs de l'AGENDA 2030 vise le développement durable pour garantir des modes de consommation et de production durables. Afin de soutenir le concept de développement durable en termes de restructuration de la manière dont les ressources naturelles sont utilisées, afin que les activités économiques s'équilibrent avec les systèmes écologiques, afin pour éviter l'épuisement total de ce dernier, dans des recherches antérieures, nous avons étudié l'utilisation de déchets de gravier dans un mélange d'asphalte.6 Les chantiers navals utilisent un matériau appelé gravier avec une composition de SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO, ZnO, MnO, SO4–2 et Cl dans opérations de dynamitage de coques de navires. Les déchets issus du processus de dynamitage présentent un problème majeur en termes de stockage et de mesures de protection de l'environnement, car les fractions légères forment des poussières volantes (des quantités importantes se retrouvent transportées sur les rives du Danube)7. Dans une autre étude, nous avons réussi à remplacer 25 % de la quantité de sable de quartz naturel par des déchets de granulométrie similaire (0,1 à 2,0 mm) et le mélange d'asphalte obtenu présente à la fois les caractéristiques physico-mécaniques et la résistance à l'usure supérieures au mélange d'asphalte standard8. . La pollution plastique est un problème grave de préoccupation mondiale qui nécessite une réponse urgente et internationale impliquant tous les membres concernés à différents niveaux. De nombreuses études sont disponibles sur l’utilisation de plastiques recyclés dans les liants et mélanges bitumineux9. Ahmed et coll. a évalué le polyéthylène basse densité (LDPE) et le polyéthylène haute densité (HDPE) pour la modification de l'asphalte par voie humide. Ils ont recommandé le dosage optimal de 2% en poids de LDPE et HDPE dans le liant bitumineux (grade de pénétration 40/50) pour la modification des enrobés et l'amélioration des propriétés du mélange a été plus marquée pour le HDPE que pour le LDPE10. Appiah et coll. a évalué l'utilisation de polyéthylène haute densité (PEHD) et de polypropylène (PP) recyclés pour la modification de l'asphalte par voie humide. Le dosage optimal identifié était de 2 % PEHD et 3 % PP en poids de liant bitumineux (qualité AC-20). Ils ont obtenu une augmentation du point de ramollissement et de la viscosité du liant de base en ajoutant du PEHD et du PP11. Le deuxième plastique productif est le polypropylène, qui représente 21 % du marché total du plastique au niveau mondial12. Comparé au modificateur polyéthylène, le polypropylène est plus difficile à mélanger de manière homogène avec l'asphalte par voie humide en raison de son point de fusion plus élevé. La température normale de mélange varie entre 160 et 190 °C, tandis que le pourcentage de polypropylène pour la production d'asphalte modifié varie entre 3 et 5 %13. Ahmedzade et coll. ont synthétisé des additifs de polypropylène usagé qui ont une teneur en polypropylène usé de 80 % et d'autres matériaux (anhydride maléique et styrène) comme modificateur de la quantité de liant bitumineux de % en poids : 3, 4, 5 et 6 en poids total du liant, et ils ont observé qu'à une teneur plus élevée en polymère, le comportement mécanique des liants est contrôlé à la fois par les phases bitume et polymère, ce qui pourrait induire un comportement de déformation amélioré du bitume sous charge14. Al-Hadidy et Yi-Giu ont étudié les avantages de la modification du mélange d'asphalte et d'asphalte à matrice pierreuse (SMA) dans une chaussée flexible et ils ont conclu que la chaussée composée de PP contenant 5% en poids d'asphalte est recommandée pour l'amélioration des performances. L’utilisation de mélanges de béton bitumineux et de SMA modifié au PP comme couche de surface est bénéfique pour réduire les matériaux de construction15. L’incorporation de poudres de polypropylène broyées dans l’asphalte réduirait considérablement la pénétration et augmenterait la viscosité et le point de ramollissement des mélanges de liants modifiés, qui présentent une résistance à l’orniérage prononcée par rapport à l’asphalte modifié au polyéthylène16. Jin et coll. a mené une étude sur l'utilisation du sable à tamponner et du composite plastique ASA comme mélange de revêtement de chaussée ou de route. Leurs résultats ont montré que les mélanges de déchets de sable de tamponnage et d’acrylate de styrène-acrylonitrile ont une meilleure sensibilité à l’humidité et une meilleure résistance à l’orniérage que les mélanges d’asphalte standards17. Résoudre la crise mondiale de la pollution plastique est l’un des objectifs de l’économie circulaire. Le concept d'économie circulaire présente le modèle soutenu par la relation production-consommation impliquant la sélection, la réutilisation, la revalorisation et le recyclage des matériaux et l'un des objectifs consiste à garantir moins de déchets. Les produits d'asphalte potentiels utilisant des déchets plastiques et des graviers afin de démontrer la diminution des coûts économiques et environnementaux, mais aussi des émissions de CO2 (Global Warming Potential-GWP en kg d'équivalent CO2). De plus, les coûts de production de l'enrobé sont donnés par les prix d'extraction de la matière première, mais aussi par le prix élevé du bitume. En particulier, dans le sud-est de la Roumanie, le changement climatique soudain avec le cycle de gel-dégel endommage l'asphalte, ce qui entraîne des fissures. Afin de surmonter les problèmes mentionnés ci-dessus, cette étude a proposé l'utilisation de polypropylène recyclé et de gravats de déchets dans le mélange d'asphalte chaud. Les échantillons expérimentaux de mélange d'asphalte explorent la caractérisation morphologique et les caractéristiques Marshall, telles que la stabilité, le débit, le rapport solide-liquide, la densité apparente et l'absorption d'eau. La nouveauté de notre recherche réside dans le mélange des deux déchets, comme le polypropylène et les graviers issus du processus de grenaillage dans un mélange d'asphalte chaud utilisé comme couche d'usure dans la construction de routes.