EN Standard - Bitumen 40/60 Penetration Grade Bitumen 40/60 is semi-hard grade bitumen that has strong adhesive properties and high softening value that assures durability and integrity of pavements and structures. De penetratie range of bitumen 40/60 is between 40 to 60 tenths of a millimetre. The penetration value of the bitumen is determined by the depth of the needle in the bitumen during laboratory tests. De consistentiekarakteristieken van bitumen zijn de karakteristieken waarmee de viscositeit wordt omschreven. Bitumen is een bijzondere stof, omdat het over een tamelijk beperkt temperatuurgebied van circa -25°C tot circa +180°C een geweldige viscositeitsverandering vertoont, namelijk van ruwweg 0,1 Pa.s tot 1010 Pa.s.
Bij -10°C tot -25°C is bitumen een glasachtig materiaal. Dat wil zeggen dat het dan een vaste, amorfe stof is, zonder kristalstructuur. Bitumen is dan niet alleen zo hard als glas, maar ook even bros. Dat heeft tot gevolg dat het bij lage temperatuur een geringe weerstand tegen scheurvorming heeft. Bij 160°C tot 180°C is de vloeibaarheid vergelijkbaar met die van water. Het enorme viscositeitsbereik in het genoemde temperatuurgebied maakt bitumen bijzonder geschikt voor toepassing als bouwstof voor asfalt. Het is bij een temperatuur van 140 à 180°C uitstekend mengbaar en verwerkbaar. Het levert bij gebruikstemperaturen tussen circa -25°C en circa +70°C goede constructieve eigenschappen.
De in Figuur 32 weergegeven relatie beschrijft de consistentie bij gebruikstemperaturen voor vier verschillende penetratiebitumina. Voor de verwerking van bitumen is de consistentie bij verwerkingstemperaturen van belang. Voor de beschrijving hiervan gebruikt men de viscositeit- temperatuurrelatie. [ link ] Figuur 32 Penetratie en viscositeit van bitumen als functie van de temperatuur (Heukelom-nomogram).
Vanwege de sterke temperatuursinvloed is het viscositeitsgedrag van bitumen tamelijk complex. Dit heeft, in combinatie met de zeer complexe chemische samenstelling van bitumen, tot gevolg dat het niet mogelijk is een relatie te leggen tussen die samenstelling en de viscositeitseigenschappen. Voor de asfaltproductie en -verwerking is in feite alleen van belang dat de ‘vloeibaarheid’ binnen redelijke grenzen bekend is. Deze wordt daarom normaliter op empirische wijze gemeten. Penetratie en verwekingspunt...
De penetratiebitumina worden in Nederland geklasseerd naar de penetratie uitgedrukt in 0,1 mm bij 25°C. Bitumen 40/60 wil zeggen dat de penetratie ligt tussen 40 x 0,1 mm en 60 x 0,1 mm. De temperatuurgevoeligheid van bitumen kan door de penetratie-index PI in één getal worden uitgedrukt (zie NEN-EN 12591). De temperatuurgevoeligheid kan worden gemeten door de penetratie bij verschillende temperaturen te bepalen. Als de logaritmen van de penetraties worden uitgezet tegen de bijbehorende temperaturen, blijkt veelal een rechtlijnig verband te bestaan (zie Figuur 32).
Hoe steiler de lijnen lopen, des te groter is de temperatuurgevoeligheid. Bij een zelfde verschil in temperatuur (T) stijgt de penetratie (pen) bij een steilere lijn immers meer ofwel de temperatuurgevoeligheid neemt af bij stijging van de PI. De hoek α kan daarom worden gebruikt als een aanduiding van de temperatuurgevoeligheid. Tussen tg α en de penetratie-index PI is het volgende verband gekozen: De PI is op deze wijze arbitrair vastgelegd met als basis een waarde PI = 0 voor een bepaald bitumen, bereid uit een indertijd veel gebruikte Mexicaanse aardolie. De PI van bitumen van het normale type, het penetratiebitumen, ligt tussen -2 en +2. Bitumina met een PI kleiner dan -2 zijn zeer temperatuurgevoelig; zij behoren tot het zogenoemde pektype. Bitumina met een PI groter dan +2 (geblazen bitumina) zijn weinig temperatuurgevoelig.
De penetratie, het verwekingspunt en de penetratie-index kunnen op eenvoudige wijze worden bepaald. Deze eigenschappen zijn van belang voor het bepalen van de stabiliteit en de flexibiliteit van het bitumen. De penetratie geeft de consistentie van het bitumen weer in het vaste gebied en het verwekingspunt (TR&K) in het gebied waarin het bitumen duidelijk begint te verweken. De penetratie wordt bepaald bij 25°C; het verwekingspunt ligt rond de 50°C. De consistentie van het bitumen in de vloeibare fase bij hoge temperaturen is hiermee nog niet gedekt. Via uitgebreid onderzoek heeft Heukelom vastgesteld dat er bij een juist gekozen schaal en bij gebruik van de kinematische viscositeit in mm²/s als maat voor de consistentie van bitumen in de vloeibare fase, voor penetratiebitumen een lineaire relatie bestaat tussen temperatuur en bitumenconsistentie. De lineariteit gaat verloren voor gemodificeerde bitumina of als het paraffinegehalte hoog is.
Stijfheid en Equiviscositeitstemperatuur EVT170 mm²/s worden vastgesteld om de verwerking en stijfheid onder verschillende belastingomstandigheden te begrijpen. De EVT170 mm²/s is hoger naarmate de penetratie lager is. Voor een bitumen 40/60 is deze temperatuur 155 à 170°C. In Nederland wordt de EVT170 mm²/s door de bitumenproducent opgegeven. In andere landen wordt een indicatie van deze EVT verkregen door vastlegging van de viscositeit bij 135°C.
Breekpunt Fraass en rek (ductiliteit) zijn eveneens cruciaal. Het Breekpunt Fraass is een empirische test om de gevoeligheid van bitumen voor scheurvorming bij lage temperatuur te karakteriseren. De uitkomst geeft een indicatie van de ligging van het glaspunt van bitumen, hoewel bitumen in werkelijkheid een glasovergangstraject kent. De toepassingsmogelijkheden van bitumen zijn groter naarmate het plasticiteitsinterval groter is. Bitumen met paraffine heeft hoog glaspunt; in Nederland wordt paraffinehoudend bitumen doorgaans niet verwerkt, waardoor Fraass niet in de gangbare specificaties is opgenomen.
Een andere belangrijke eigenschap is rek, vastgesteld door de ductiliteitsproef. Ook deze proef is in verband met zijn beperkte zeggingskracht niet in de Nederlandse specificaties opgenomen. In NEN-EN 12597 wordt gemodificeerd bitumen gedefinieerd als een bitumen waarvan reologische eigenschappen tijdens de productie zijn beïnvloed door gebruikmaking van een chemische stof. Modificatie verbetert hechting, reologische eigenschappen en/of verouderingsgedrag. Multigrade-bitumen heeft een hoger verwekingspunt en verhoogde PI, wat resulteert in beter lagetemperatuurgedrag. Polymeer gemodificeerde bitumen (PmB) veranderen eigenschappen vooral via fysische beïnvloeding, niet door chemische reactie.
Polymeer modificatie kan kant-en-klaar worden geleverd of als emulsie of cutback. Elastomeren zoals SBS en SIS vertonen elastisch en thermoplastisch gedrag; plastomeren zoals PE en PVC vertonen doorgaans geen elastisch gedrag. Het verschil tussen chemisch gemodificeerd en fysisch gemodificeerd bitumen ligt in de aard van de modificatie en de toepassing (bijvoorbeeld als voegvullingsmaterialen of afwerklagen). De keuze voor modificatoren is gericht op betere hechting, verouderingsbestendigheid en performantie under verschillende klimatologische omstandigheden.
Rubber als modificator is historisch relevant; natte en droge modificatieprocessen hebben verschillende impact op verwerkingssnelheid en eigenschappen van asfalt. In moderne praktijken blijft rubbergebruik actueel voor geluidreductie en flexibiliteit, hoewel de levensduur en verwerkingseisen per toepassing variëren. Tests om de kwaliteit van bitumen te waarborgen omvatten penetratietests, ductiliteitstests, verwekingstests en viscositeitstests, gevolgd door veiligheids- en destillatie-gerelateerde evaluaties zoals vlampunt en dichtheidsmetingen.
Belangrijke meetpunten en wat ze betekenen voor asfaltontwerp
Penetratie-waarde (bij 25°C) geeft de vaste toestand en consistentie aan; lagere penetratie duidt op harder bitumen. TR&K geeft het verwekkingspunt weer; hogere TR&K betekent beter bestand tegen vervorming bij hoge temperaturen. PI verklaart temperatuurgevoeligheid; lagere PI wijst op grotere temperatuurgevoeligheid. EVT beschrijft de gelijkmakende viscositeit bij een standaard vloeibaarheidsniveau en helpt bij afstemming op verwerkingsproces. Multigrade-bitumen biedt verbeterde bereidingsprestaties bij lage en hoge temperaturen vanwege zijn gewijzigde PI en TR&K verhoudingen.
| Eigenschap | Wat het betekent |
|---|---|
| Penetratie (25°C) | Hardheid/consistentie in vast gebied |
| TR&K (Ring & Ball) | Verwekkingspunt; verzwakt bij hoge temperatuur verminderen |
| Penetratie-index PI | Temperatuurgevoeligheid; hogere PI = minder gevoelig |
| EVT170 | Temperatuur die dezelfde visco-elastische toestand bereikt |
| Glaspunt / Fraass | Koude scheurgevoeligheid en plastische interval |
In de praktijk wordt beleid voor asfaltontwerp bepaald door deze parameters te combineren, rekening houdend met klimaat, belasting en gewenste levensduur. Multigrade-bitumen biedt voordelen bij wisselende temperaturen en kan hergebruik van asfalt beter ondersteunen doordat teruggewonnen bitumen eigenschappen beter representeren bij diverse temperaturen.
Testen en aanbevolen praktijken
Penetratietests, ductiliteitstests, verwekingstests en viscositeitstests worden toegepast om de kwaliteit en geschiktheid van bitumen voor specifieke toepassingen te bepalen. Voor veiligheid en opslag is het vlampunt van belang, en dichtheid- en destillatie-tests geven inzicht in vluchtigheid en waterinhoud in mengsels. Het Dean-Stark-apparaat en Fraas-testtoestel zijn voorbeeldopstellingen voor waterinhoud en breekpunt, terwijl moderne praktijken vaak gericht zijn op standaardisatie en reproduceerbare resultaten.
Samenvatting van toepassingsvelden
Bitumen 40/60 wordt veel gebruikt als standaard penetratiegraad in wegenbouw vanwege zijn evenwicht tussen stijfheid en verwerkbaarheid bij gangbare klimaatomstandigheden. MODBitumen en polymeren verbeteren prestaties bij extreme temperaturen en verouderingsbestendigheid. Rubber-modificaties blijven relevant voor geluidreductie en flexibiliteit, maar vereisen zorgvuldige procescontrole en kwaliteitsbewaking bij terugwinning en toepassingswerk.
Aanbevolen testmethoden en apparatuur
- Penetratietest met standaard naald en 25°C-omstandigheden
- Ductiliteitsproef voor rek bij plastische vervorming
- Verwekingstest (ring & kogel) voor TR&K bepaling
- Viscositeitstest met standaard uitloopbeker voor verwerking
- Vlampunt-testen voor opslag- en veiligheidsnormen
- Dichtheids- en destillatieopstellingen voor vluchtige componenten
tags: #penetratie #index #bitumen