The use of waste plastics in asphalt mixtures

Abstract

Within the scope of this study, the use of waste plastics in asphalt mixtures for surface layer of pavements was evaluated considering the specification limits in the Highways Technical Specifications of Turkiye General Directorate of Higways. Waste plastic data collected in Talas region has been used, a circular economy model has been created and its contributions have been evaluated. Polyethylene type of waste plastics as high and low density were used to replace bitumen in hot asphalt mixtures with 7.5 to 12.5% by weight of bitumen. The optimum binder content currently used by the Talas municipality was kept constant as (5%). In the context of Highways Technical Specifications, Marshall stability and flow values of the mixtures with and without waste plastics were determined and 10% replacement level were selected to use for further testing due its maximum stability and proper flow value (2-4 mm). Air voids, voids filled with bitumen, voids in mineral aggregates parameters on asphalt mixtures as well as softening point and flash point of bituminous binders were also determined. In addition, environmental impacts of asphalt mixtures with and without waste plastic replacement were examined via life cycle assessment methodology in the scope of cradle-to-gate.10% replacement of bitumen with waste plastics increased stability, air voids, voids in mineral aggregates and decreased flow and void filled with bitumen of asphalt mixtures as compared with the control. Softening point and flash point of bitumen increased with waste plastic replacement. Considering the environmental impact of with and without waste plastic replacement asphalt mixtures, abiotic depletion, ozone layer depletion, terrestrial ecotoxicity, and eutrophication values increased. Abiotic depletion (fossil fuels), global warming, freshwater aquatic, marine aquatic ecotoxicity, photochemical oxidation, acidification, and human toxicity values decreased. The cost of waste plastic replacement asphalt mixtures can reduce the costs of production, and laying costs.

Bu çalışma kapsamında, Türkiye Karayolları Genel Müdürlüğü Karayolları Teknik Şartnamesi'nde yer alan spesifikasyon limitleri dikkate alınarak atık plastiklerin asfalt karışımlarında aşınma tabakası içerisinde kullanımı değerlendirilmiştir.Talas bölgesinde toplanan atık plastik verileri kullanılmış olup, döngüsel ekonomi modeli oluşturulmuş ve katkıları değerlendirilmiştir. Bitüm ağırlığının %7,5 ve %12,5 oranları arasında plastik ikamesi ile bitümün yerine yüksek ve düşük yoğunluklu polietilen türü atık plastikler kullanılmıştır. Halihazırda Talas belediyesi tarafından kullanılan optimum bağlayıcı içeriği (%5) olarak sabit tutulmuştur.Teknik şartname kapsamında atık plastik içeren ve içermeyen karışımların Marshall stabilitesi ve akma değerleri belirlenmiştir. Maksimum stabilite ve uygun akış değeri (2-4 mm) nedeniyle testler için %10 ikame seviyesi seçilmiştir. Asfalt karışımlarda stabilite, akma, hava boşlukları, bitümle dolu boşluklar, mineral agregalar arası boşluklar gibi parametrelerinin yanı sıra bitümlü bağlayıcıların yumuşama ve parlama noktaları da incelenmiştir. Beşikten-kapıya yaşam döngü değerlendirmesi ile atık plastik ikameli ve plastiksiz asfalt karışımlarının çevresel etkileri karşılaştırılmıştır. Bitümün atık plastiklerle %10 oranında değiştirilmesi, kontrol numunesi ile karşılaştırıldığında, plastik ikameli asfaltların stabilitesini, hava boşluklarını, mineral agregalar arasındaki boşlukları arttırmış, akma ve bitümle dolu boşlukları azaltmıştır. Atık plastik ikamesi ile bitümün yumuşama ve parlama noktası artmıştır. İkameli ve plastiksiz asfalt karışımlarının çevresel etkileri karşılaştırıldığında, abiyotik tükenme, ozon tabakası incelmesi, karasal ekotoksisite ve ötrofikasyon değerleri artmıştır. Abiyotik tükenme(fosil yakıtlar), küresel ısınma, tatlı su-sucul, deniz-sucul ekotoksisite, fotokimyasal oksidasyon, asitlenme ve insan toksisite değerleri azalmıştır. Atık plastik ikamesi ile asfalt karışımlarının üretim ve serim maliyetleri azaltılabilir.