Experimental investigation of waste LDPE and quarry dust as a cement replacement for paving blocks

Jeden Tag produziert die Welt einen Berg an Plastikmüll, der nicht verschwinden will, Deponien und Wasserwege verstopft, während die herkömmliche Bauwirtschaft weiterhin riesige Mengen natürlicher Ressourcen verbraucht, um die Materialien herzustellen, die unsere Straßen pflastern. Dies schafft ein schwieriges Rätsel: Wie lässt sich der anfallende Kunststoff bewältigen, ohne auf den intensiven Bergbau und die Zementproduktion angewiesen zu sein, die für Standard-Pflastersteine erforderlich sind. Die Antwort könnte in einem einfachen Austausch liegen, bei dem der Zement, der normalerweise Steine zusammenbindet, vollständig durch geschmolzenes Plastik ersetzt wird und der Sand durch den feinen Staub aus der Gesteinsgewinnung ausgetauscht wird. Dieser Ansatz versucht nicht nur, den Abfall zu verstecken; er versucht, zwei getrennte Umweltprobleme in ein einziges, funktionales Baumaterial zu verwandeln.

In einer Studie an der Takoradi Technical University untersuchten Forscher diese Idee, indem sie Pflastersteine ohne ein einziges Körnchen Zement herstellten. Anstelle der üblichen Mischung aus Zement, Sand und Stein verwendeten sie geschredderten Kunststoffabfall, bekannt als Polyethylen niedriger Dichte – die weiche, flexible Art, die in vielen Einkaufstüten und Flaschen zu finden ist – kombiniert mit Steinbruchstaub, einem feinen Mineralpulver. Sie stellten mehrere verschiedene Versionen dieser Blöcke her, wobei sie das Gleichgewicht zwischen dem Kunststoff und dem Staub veränderten, um zu sehen, welche Mischung am besten zusammenhält. Eine Gruppe diente als Standardreferenz, hergestellt aus traditionellem Zement und Sand, während die anderen durch das Schmelzen des Kunststoffs und das Mischen mit dem Staub in Gewichtsverhältnissen von fünfzig-fünfzig, sechzig-vierzig und achtzig-zwanzig hergestellt wurden. Das Ziel war es zu sehen, ob diese kunststoffreichen Blöcke denselben Tests wie die Betonsteine standhalten könnten, insbesondere im Hinblick darauf, wie gut sie dem Zerbrechen widerstanden, wie viel Wasser sie aufnahmen und wie sie auf Hitze reagierten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Kunststoffblöcke nicht nur eine theoretische Möglichkeit waren, sondern ein Material mit deutlichen und messbaren Stärken besaßen. Als die Forscher testeten, wie viel Kraft nötig war, um die Blöcke auseinanderzureißen, erreichte die am besten abschneidende Kunststoffmischung, die sechzig Teile Kunststoff zu vierzig Teilen Staub enthielt, eine Festigkeit, die der des traditionellen Zementblocks sehr nahe kam. Während der Zementblock nach achtundzwanzig Tagen eine spezifische Festigkeit erreichte, erreichte die beste Kunststoffmischung fast denselben Wert, was bewies, dass das Material unter Zugspannung halten kann. Die Kunststoffblöcke glänzten jedoch am meisten, wenn es um Wasser ging. Der traditionelle Zementblock absorbierte eine beträchtliche Menge Wasser, nachdem er drei Tage lang in einem Bad gelegen hatte, aber die Kunststoffversionen absorbierten fast gar nichts. Die Mischung mit dem meisten Kunststoff nahm am wenigsten Wasser auf, wobei sie kaum Feuchtigkeit aufnahm im Vergleich zur starken Aufnahme der Zementversion. Dies deutet darauf hin, dass der Kunststoff eine Barriere schafft, die Wasser einfach nicht durchdringen kann, eine Eigenschaft, die in feuchten Umgebungen sehr nützlich sein könnte.

Es gab jedoch einen klaren Kompromiss beim Thema Hitze. Während die Kunststoffblöcke hervorragend darin waren, Wasser abzuweisen, waren sie gegenüber hohen Temperaturen deutlich empfindlicher als die Zementsteine. Die Forscher erhitzten die Proben, bis sie sichtbare Anzeichen von Schäden zeigten, und die Ergebnisse variierten je nach Mischung. Der Block mit dem meisten Kunststoff begann bei einer viel niedrigeren Temperatur zu zerfallen als derjenote mit mehr Staub, was darauf hindeutete, dass zu viel Kunststoff den Block anfällig für Hitze macht. Die Mischung, die insgesamt am besten abschnitt, war die Sechzig-Vierzig-Variante, die ein starkes Gleichgewicht zwischen Zusammenhalt und Wasserbeständigkeit bot, obwohl sie immer noch eine geringere Hitzetoleranz als die Zementkontrolle aufwies.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass diese zementfreien Blöcke eine praktikable Option sind, aber keine Einheitslösung für jede Straße oder Einfahrt darstellen. Da sie hitzeempfindlich sind und eine etwas geringere Festigkeit als die besten Zementblöcke aufweisen, eignen sie sich am besten für Bereiche mit geringem Fußgängerverkehr, wie etwa Gehwege, Gartenwege oder die Außenanlagen von Gebäuden, statt für schwere Fahrzeuge oder industrielle Hochwärmezonen. Die Forschung zeigt, dass Abfallkunststoff und Steinbruchstaub zu einem langlebigen, wasserbeständigen Pflastermaterial verschmolzen werden können, was einen praktischen Weg bietet, Kunststoffabfälle zu reduzieren und gleichzeitig natürliche Ressourcen zu schonen – vorausgesetzt, die Blöcke werden an den richtigen Orten eingesetzt, wo ihre spezifischen Stärken genutzt und ihre Schwächen vermieden werden können.