Reciclagem de micropolipropileno em mistura asfáltica quente modificada

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3639 (2023) Citar este artigo

1398 Acessos

4 Altmétrico

Detalhes das métricas

Um dos objetivos da economia circular é resolver a crise mundial de poluição plástica e a reciclagem de materiais, garantindo menos resíduos. A motivação deste estudo foi demonstrar a possibilidade de reciclagem de dois tipos de resíduos com alto risco de poluição, como o polipropileno à base de plástico e os resíduos de granalha de jateamento abrasivo em estradas asfálticas. Os efeitos da adição de microplásticos à base de polipropileno e resíduos de areia na mistura asfáltica para o desempenho da camada de desgaste foram demonstrados neste estudo. A morfologia e a composição elementar das amostras de mistura asfáltica quente antes e depois do ciclo de congelamento-descongelamento foram examinadas por SEM-EDX e o desempenho da mistura asfáltica modificada foi determinado com testes de laboratório incluindo estabilidade Marshall, vazão, relatório sólido-líquido, aparente densidade e absorção de água. Também é divulgada uma mistura asfáltica quente adequada para formar camada de desgaste na construção de estradas, contendo agregados, carga, betume, resíduos de granalha de jateamento abrasivo e microplásticos à base de polipropileno. Na receita das misturas asfálticas quentes modificadas foram adicionadas 3 proporções de microplásticos à base de polipropileno como 0,1%, 0,3% e 0,6%. Uma melhoria no desempenho da mistura é demonstrada na amostra de mistura asfáltica com 0,3% de polipropileno. Além disso, os microplásticos à base de polipropileno aderem bem aos agregados da mistura, de modo que a mistura asfáltica quente modificada com polipropileno pode efetivamente diminuir o aparecimento de rachaduras durante mudanças repentinas de temperatura.

As estradas são a infra-estrutura de transportes predominante na Europa e um importante contribuinte para a economia1. A mistura asfáltica preparada a quente é um material de construção produzido por um processo tecnológico que envolve aquecimento de agregados naturais e betume, mistura da mistura, transporte e comissionamento, por compactação a quente2,3. Com a contínua aceleração das alterações climáticas, foram observados vários mecanismos de degradação das estradas, incluindo sulcos, fissuras e erosão em estradas pavimentadas ou não pavimentadas4. As misturas rodoviárias asfálticas ou betuminosas geralmente utilizam lastro de rio pré-lavado como agregados naturais, misturado com areias de quartzo extraídas de cascalheiras ou leitos e brita (retirada de pedreiras por causa de processos de britagem e triagem de rochas, ou areias de britagem de fração fina de brigas de carreira5. Um dos Objectivos da AGENDA 2030 visa o Desenvolvimento Sustentável para garantir padrões de consumo e produção sustentáveis, de forma a apoiar o conceito de desenvolvimento sustentável em termos de reestruturação da forma como os recursos naturais são utilizados, para que as actividades económicas se equilibrem com os sistemas ecológicos, de forma a para evitar este último esgotamento total em pesquisas anteriores estudamos o uso de resíduos de cascalho na mistura asfáltica 6. Os estaleiros utilizam um material denominado granalha com composição de SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO, ZnO, MnO, SO4–2 e Cl em operações de detonação de cascos de navios. Os resíduos resultantes do processo de detonação representam um grande problema em termos de armazenamento e medidas de protecção ambiental porque as fracções leves formam poeiras voadoras (quantidades significativas são encontradas transportadas nas margens do Danúbio)7. Em outro estudo, substituímos com sucesso 25% da quantidade de areia natural de quartzo por cascalho residual com granulometria semelhante (0,1–2,0 mm) e a mistura asfáltica obtida apresenta características físico-mecânicas e resistência ao desgaste superiores à mistura asfáltica padrão8 . A poluição plástica é um problema sério de preocupação global que necessita de uma resposta urgente e internacional envolvendo todos os membros relevantes em vários níveis. Muitos estudos estão disponíveis sobre o uso de plásticos reciclados em ligantes e misturas asfálticas9. Ahmed et al. avaliaram o Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) e o Polietileno de Alta Densidade (PEAD) para modificação de asfalto via processo úmido. Eles recomendaram a dosagem ideal de 2% em peso de LDPE e HDPE no ligante asfáltico (grau de penetração 40/50) para modificação do asfalto e a melhoria das propriedades da mistura foi mais acentuada para o HDPE do que para o LDPE10. Appiah et al. avaliaram o uso de polietileno de alta densidade (PEAD) e polipropileno (PP) reciclados para modificação de asfalto por processo úmido. A dosagem ótima identificada foi de 2% de HDPE e 3% de PP em peso de ligante asfáltico (grau AC-20). Obtiveram aumento do ponto de amolecimento e da viscosidade do ligante base pela adição de HDPE e PP11. O segundo plástico produtivo é o polipropileno, que representa 21% do mercado total de plástico a nível global12. Comparado ao modificador de polietileno, o polipropileno é mais difícil de misturar homogeneamente com o asfalto através do processo úmido devido ao maior ponto de fusão. A temperatura normal de mistura varia entre 160 e 190 °C, enquanto o percentual de polipropileno para produção de asfalto modificado varia entre 3% e 5%13. Ahmedzade et al. possuem aditivo residual de polipropileno sintetizado que possui um teor de 80% de polipropileno desperdiçado e outros materiais (anidrido maleico e estireno) como modificador na quantidade de ligante betuminoso de% em peso: 3, 4, 5 e 6 em peso total do ligante, e eles observaram que com maior teor de polímero, o comportamento mecânico dos ligantes é controlado pelas fases de betume e polímero, o que poderia induzir um comportamento de deformação aprimorado do betume sob carga . Al-Hadidy e Yi-Giu investigaram os benefícios da modificação da mistura asfáltica e asfáltica com matriz de pedra (SMA) em pavimento flexível e concluíram que o pavimento constituído por teor de PP de 5% em peso de asfalto é recomendado para a melhoria do desempenho de misturas de concreto asfáltico e SMA modificado com PP como camada superficial é benéfica na redução dos materiais de construção15. A incorporação de pós de polipropileno moído no asfalto reduziria notavelmente a penetração e aumentaria a viscosidade e o ponto de amolecimento das misturas de ligantes modificados, que apresentam uma resistência pronunciada ao sulco do que o asfalto modificado com polietileno16. Jin et al. conduziram um estudo sobre o uso de areia de estampagem e compósito plástico ASA como mistura de pavimento ou revestimento de estradas. Seus resultados mostraram que as misturas de resíduos de areia de estampagem e acrilonitrila estireno acrilato têm melhor suscetibilidade à umidade e resistência ao sulco do que as misturas asfálticas padrão17. Resolver a crise mundial de poluição plástica é um dos objetivos da economia circular. O conceito de economia circular apresenta o modelo apoiado na relação produção-consumo que envolve a seleção, reutilização, revalorização e reciclagem de materiais e um dos objetivos consiste em garantir menos desperdício. Os potenciais produtos asfálticos utilizando resíduos de plástico e areia para demonstrar a diminuição dos custos económicos e ambientais, mas também das emissões de CO2 (Potencial de Aquecimento Global - GWP em kg equivalente de CO2). Além disso, os custos de produção da mistura asfáltica são dados pelos preços de extração da matéria-prima, mas também pelo alto preço do betume. Particularmente, no sudeste da Roménia, as alterações climáticas repentinas com ciclo de gelo-degelo provocam danos no asfalto, o que provoca fissuras. Para superar as questões acima mencionadas, este estudo propôs a utilização de polipropileno reciclado e cascalho residual em mistura asfáltica quente. As amostras experimentais de mistura asfáltica exploram a caracterização morfológica e as características de Marshall, como estabilidade, vazão, relação sólido-líquido, densidade aparente e absorção de água. A novidade de nossa pesquisa consiste na mistura de ambos os resíduos, como o polipropileno e a areia proveniente do processo de jateamento, em mistura asfáltica a quente utilizada como camada de desgaste na construção de estradas.