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

毎日、世界は消えることのないプラスチック廃棄物の山を生み出しており、それが埋立地や水路を塞いでいる一方で、従来の建設業は道路を舗装するための材料を作るために膨大な量の天然資源を消費し続けています。これは困難なパズルを生み出しています。すなわち、標準的な舗装ブロックに必要とされる大規模な採掘やセメント生産に頼ることなく、どのように蓄積するプラスチックを管理するかという問題です。その答えは、単純な置き換えにあるのかもしれません。石を結合させるために通常使われるセメントを、溶かしたプラスチックに完全に置き換え、砂を岩石の採掘後に残される微細な粉塵と入れ替えるという方法です。このアプローチは、単に廃棄物を隠そうとするのではなく、2つの別々の環境問題を、単一の機能的な建築材料へと変えようとする試みです。

タコラディ技術大学で行われた研究において、研究者たちはセメントを一切使わずに舗装ブロックを作ることで、このアイデアを検証することに乗り出しました。通常のセメント、砂、石の混合物の代わりに、彼らは多くのレジ袋やボトルに見られる柔らかく柔軟なタイプである低密度ポリエチレンとして知られる、裁断された廃棄プラスチックと、鉱物粉末であるクオリーダスト（採石粉）を使用しました。彼らは、プラスチックとダストのバランスを変えながら、どの混合物が最もよく結合するかを確認するために、いくつかの異なるバージョンのブロックを作成しました。一つのグループは、伝統的なセメントと砂で作られた標準的な参照用として機能し、他のグループは、プラスチックを溶かしてダストと重量比で50対50、60対40、および80対20で混ぜ合わせたものです。目的は、これらのプラスチック主体のブロックが、従来のコンクリートのブロックと同様のテストに耐えられるかどうか、具体的には、どれだけ壊れにくいか、どれだけ水を吸収するか、そして熱に対してどのように反応するかを確認することでした。

結果は、プラスチックブロックが単なる理論上の可能性ではなく、明確で測定可能な強さを持つ材料であることを示しました。研究者がブロックを分割するのにどれだけの力が必要かをテストした際、最も優れた性能を示したプラスチックの混合物（プラスチック60に対しダスト40の割合）は、伝統的なセメントブロックに非常に近い強度に達しました。セメントブロックが28日目に特定の強度レベルに達したのに対し、最高のプラスチック混合物はほぼ同じレベルに達し、この材料が引張力の下でも結合力を維持できることを証明しました。しかし、プラスチックブロックが最も輝いたのは、水に関する点でした。伝統的なセメントブロックは、3日間の水浴びの後にかなりの量の水を吸収しましたが、プラスチック版はほとんど吸収しませんでした。最もプラスチックが多い混合物は、全混合物の中で最も水の吸収が少なく、セメント版の激しい吸水と比較して、ほとんど水分を吸い込みませんでした。これは、プラスチックが水が浸透できない障壁を作り出していることを示唆しており、この特性は湿った環境において非常に有用である可能性があります。

しかしながら、熱に関しては明確なトレードオフがありました。プラスチックブロックは水を弾くことには優れていましたが、セメントのものよりも高温に対してはるかに敏感でした。研究者たちは、目に見える損傷の兆候が現れ始めるまで試験片を加熱しましたが、結果は混合物によって異なりました。プラスチックが最も多いブロックは、ダストが多いものよりもはるかに低い温度で劣化し始め、これはプラスチックが多すぎるとブロックが熱に対して脆弱になることを示しています。全体として最も優れた性能を示した60対40のブレンドは、セメントの対照群よりも熱耐性は低いものの、結合力と耐水性の間で優れたバランスを提供しました。

本研究は、これらのセメントフリーのブロックが実行可能な選択肢であるが、あらゆる道路やドライブウェイに適した万能な解決策ではないと結論付けています。熱に敏感であり、最高のセメントブロックよりも強度がわずかに低いため、これらは重車両や高温の工業地帯ではなく、歩道や庭の小道、建物の周囲といった、歩行者の通行が少ない場所に最も適しています。この研究は、廃棄プラスチックとクオリーダストが耐久性があり耐水性のある舗装材へと融合できることを実証しており、その強みが活用でき、弱点が避けられる適切な場所で使用されることを条件に、プラスチック廃棄物を削減し天然資源を節約するための実用的な方法を提示しています。