Eco-Friendly Asphalt Mixture: Utilization of Waste Polypropylene as a Partial Replacement of Aggregate

Abstract

Recently, many techniques have been developed to improve the properties of asphalt pavement and to reduce environmental pressure. Adding waste polypropylene (WPP) to asphalt mixtures is one of the most often used and effective techniques. Nevertheless, waste plastic aggregate in flake form exhibited the worst performance in the asphalt mixture, as demonstrated in previous investigations. Therefore, a new recycling process is used in this research to produce crushed and angular WPP aggregate (WPPA) with controlled dimensions, usually ranging from 0.075?mm to 12.5?mm, similar to those of natural aggregate. WPPA is used as a partial replacement for coarse aggregates, fine aggregates, and mineral filler, replacing all aggregate sizes from 12.5 mm to less than 0.075 mm. Modified asphalt mixture was designed with replacement proportions of 4%, 6%, and 8% for coarse WPPA; 2%, 4%, and 6% for fine WPPA; and 0.5%, 0.75%, and 1.0% for filler WPPA by the weight of the asphalt mixtures. An abrasion test was performed to assess the resistance and durability of WPPA to tearing and wear. Marshall and indirect tensile strength tests were employed to assess the performance of control and WPP-modified mixtures. Compared to the control mixture, WPPA incorporation provided greater stability and higher stiffness. For instance, notable increases in stability (up to 34.8%) and stiffness (up to 42.8%) were observed upon replacing fine aggregates with 2% WPPA in the asphalt mixture. In addition, a significant enhancement in the resistance of WPPA-modified mixture against moisture damage was achieved as the tensile strength ratio (TSR) was increased substantially, especially at replacement ratios of 4% coarse WPPA, 2% fine WPPA, and 0.75% filler WPPA, where TSR was increased by 14.4%, 10.9%, and 8.8%, respectively. In conclusion, WPPA-modified mixtures are less susceptible to moisture damage with higher stability and stiffness.

ABSTRAK: Dalam beberapa tahun terakhir, banyak teknologi telah dikembangkan untuk meningkatkan sifat-sifat pengaspalan asfalt dan mengurangkan beban alam sekitar . Penambahan sisa polipropilena (WPP) kepada campuran asfalt adalah salah satu teknik yang paling kerap digunakan dan berkesan. Dalam kajian ini, agregat WPP (WPPA) digunakan sebagai penggantian separa agregat kasar, agregat halus, dan pengisi mineral, menggantikan semua kecerunan agregat daripada saiz 12.5 mm kepada saiz kurang daripada 0.075 mm.  Kompaun plastik terpakai dalam bentuk kepingan menunjukkan prestasi yang lebih buruk untuk campuran aspal seperti yang dibuktikan dalam penyelidikan sebelum ini. Oleh itu, satu proses kitar semula baru sedang digunakan untuk menghasilkan WPPA dengan dimensi yang terkawal, biasanya antara 0.075 mm hingga 12.5 mm. Campuran asfalt diubah suai telah direka bentuk dengan perkadaran gantian 4%, 6%, dan 8% untuk WPPA kasar; 2%, 4% dan 6% untuk WPPA halus; dan 0.5%, 0.75% dan 1.0% untuk pengisi WPPA mengikut berat campuran asfalt berat. Ujian lelasan dilakukan untuk menilai rintangan dan ketahanan WPPA untuk koyak dan haus. Marshall dan ujian kekuatan tegangan tidak langsung telah digunakan untuk menilai prestasi campuran kawalan dan campuran asfalt yang diubah suai dengan WPP. Berbanding dengan campuran kawalan, penggabungan WPPA memberikan kestabilan yang lebih tinggi dan kekukuhan yang lebih baik, yang masing-masing meningkat sebanyak 7-35% dan 1-43%. Menurut ujian kekuatan tidak langsung, peningkatan ketara dalam rintangan campuran diubah suai WPPA terhadap kerosakan lembapan telah dicapai kerana nisbah kekuatan tegangan (TSR) telah meningkat dengan ketara terutamanya pada nisbah penggantian 4% WPPA kasar, 2% WPPA halus dan 0.75% pengisi WPPA. Secara kesimpulannya, campuran yang diubah suai WPPA kurang terdedah kepada kerosakan lembapan dengan kestabilan dan kekakuan yang lebih tinggi.