(Amerikaans: asphalt), de Europese benaming voor een viskeuze vloeistof of vaste stof, voornamelijk bestaande uit een mengsel van koolwaterstoffen, en oplosbaar in koolstofdisulfide (zwavelkoolstof); het produkt is niet vluchtig en verweekt geleidelijk bij verhitten. Bitumen heeft een zwarte of bruine kleur en bezit waterafstotende en klevende eigenschappen.
Onder asfalt verstaat men in Europa een natuurlijk of kunstmatig mengsel van asfaltbitumen met inert, mineraal materiaal.
In de geologie wordt de term naftabitumen gebruikt voor het oplosbare gedeelte (van gas via aardgas tot ‘bitumen’); de term kerabitumen betreft de niet-oplosbare organische stoffen uitgezonderd kool. Voor het geologische proces waardoor bitumen ontstaat (bituminisatie) zie Fossiele brandstof.
Bitumineuze produkten.
Bitumineuze materialen kunnen worden onderscheiden in natuurlijke en kunstmatige.
De natuurlijke zijn gemengd met wisselende hoeveelheden mineraal materiaal, als natuurasfalten. Asfaltkalksteen (Frankrijk, Zwitserland) bevat 5...15% bitumen, meerasfalt (Trinidad) 50...90%, en asfaltieten (zoals gilsoniet, glanspek en grahamiet) 98% of meer. Het natuurlijke bitumen was reeds meer dan 5000 jaar geleden bekend en werd toegepast o.a. als constructiemateriaal (als cement en bij bestratingen) en als waterwerende stof.
Tot de kunstmatige bitumineuze materialen behoren teer uit koolstofrijk organisch materiaal (houtteer, steenkoolteer), met als destillatieresidu pek, en asfaltbitumen, een residuaal aardolieprodukt. Asfaltbitumen is verreweg het belangrijkste en kan op twee manieren worden verkregen, nl. uit destillatiebitumen (short residue), het bodemprodukt van de vacuümdestillatie, waarbij zware gasolie en smeerolie als destillaat worden verkregen; en uit geblazen bitumen, verkregen door bij 275 °C lucht te blazen door een short of long residue. Door reactie met zuurstof vindt dehydrogenering plaats, gevolgd door polymerisatie en condensatie. Een geblazen bitumen verschilt dan ook van een destillatiebitumen, vooral in reologische eigenschappen: destillatiebitumen heeft nog duidelijk vloeistofeigenschappen en zal op een hellend vlak, zij het zeer traag, vloeien, welke eigenschap de toepassingsmogelijkheden beperkt.
Chemisch bezien zijn asfaltbitumina koolwaterstoffen met een massagehalte van ca. 85% koolstof en ca. 10% waterstof; verder bevatten zij enige procenten zwavel en kleine hoeveelheden stikstof, zuurstof en metalen (zoals vanadium en nikkel). Asfaltbitumen is verder een colloïdaal systeem van asfaltenen in de zgn. malteenfase; de asfaltenen (hoogmoleculaire en koolstofrijke delen) zijn onoplosbaar in laagmoleculaire n-alkanen, de maltenen (laagmoleculaire en waterstofrijke delen) zijn oplosbaar. Het reologische gedrag van asfaltbitumen wordt bepaald door aard en hoeveelheid van zowel asfaltenen als maltenen. Bitumen is chemisch relatief inert en heeft een grote elektrische weerstand. In de verschillende toepassingen wordt van deze en de eerder genoemde eigenschappen gebruik gemaakt en wel voornamelijk van de mechanische eigenschappen.
Het jaarlijks verbruik van asfaltbitumen bedraagt ca. 65 miljoen ton (in de vrije wereld); ongeveer 75% wordt toegepast in de weg- en waterbouw, de overige 25% in industriële toepassingen (dakbedekking, vloerbedekking, papier en board, verf, pijpbekleding, elektrische isolatie enz.). Asfaltbitumen wordt in vloeibare vorm verwerkt, hetgeen kan plaatsvinden door opsmelten bij 150...200 °C, door oplossen in een vluchtig oplosmiddel (kerosine) en opbrengen bij ongeveer 90 °C (cutbacks), als een waterige emulsie die ca. 55% bitumen bevat (wegenbouw) en als kleiemulsie (papierindustrie). Voorts wordt natuurlijk of kunstmatig bitumen als bindmiddel gebruikt in bitumenlak (veelal onjuist asfaltlak genoemd), een zeer watervaste lak die wordt toegepast voor buizen en constructies onder de grond of onder water en als scheepslak (huidverf I, bituminous bottom primer).
Bij de meeste toepassingen vormt het asfaltbitumen slechts een gering gehalte van het totaal gebruikte materiaal, zoals in een wegdek dat een massagehalte van 5...7% (volumegehalte 15...20%) bitumen bevat en verder mineraal materiaal. Deze en andere toepassingen berusten zowel op mechanische (elastische), als op de klevende en waterafstotende eigenschappen van bitumen.
Meting eigenschappen.
De mechanische eigenschappen van bitumen worden op empirische wijze gemeten. De oudste methode is de penetratietest waarbij de indringdiepte van een gestandaardiseerde naald waarop een massa van 100 gram gedurende 5 seconden wordt bepaald; de penetratie, uitgedrukt in 0,1 mm, wordt meestal bij 25 °C gemeten. Voor de asfaltbitumina is de penetratie 0...500. Uit penetratiemetingen bij verschillende temperaturen verkrijgt men de penetratie-index (PI), een maat voor de temperatuurgevoeligheid van de consistentie; de PI van in de praktijk gebruikt asfaltbitumen is −3...+8. Een tweede empirische parameter is het verwekingspunt (resp. de verwekingstemperatuur) dat met de ring en kogelmethode (ring and ball, R & B) wordt bepaald. Hierbij meet men de temperatuur van een water- of glycerolbad, waarbij een metalen kogeltje een gestandaardiseerd plakje bitumen over een afstand van 1 inch (25,4 mm) heeft doen vervloeien; in het algemeen ligt het verwekingspunt van 30...150 °C.
De penetratie bij 25 °C en het verwekingspunt worden gebruikt voor de soortaanduiding van asfaltbitumen (zie afb.). Voor handelsdoeleinden karakteriseert men de zachtste bitumina door hun penetratiegrenzen bijv. 80/100; zij behoren tot de zgn. penetratiesoorten (grades). Hun verwekingspunten liggen van 30...70 °C en de PI is ca. 0.
Een andere verzameling ‘grades’ wordt gevormd door de H (high-vacuum) soorten, waarbij de grenzen zijn aangegeven waarbinnen het verwekingspunt moet liggen, bijv. H 110/120; de PI van deze bitumina bedraagt 0...4.
Een derde verzameling ‘grades’ zijn de R-(rubberachtige) soorten, geblazen asfaltbitumina, bijv. R 115/15, zowel gespecificeerd door het verwekingspunt (115) als door de penetratie (15). De specificatiegrenzen liggen hierbij vijf eenheden af van de opgegeven waarden: 110...120, resp. 10...20. De PI van de R-grades is globaal +2...+7.