Il sistema di classificazione a penetrazione è stato sviluppato agli inizi del 1900 per caratterizzare la consistenza degli asfalti semisolidi. Il bitume con grado di penetrazione è un bitume di raffineria prodotto a diverse viscosità ed è un bitume standard solitamente utilizzato come bitume da pavimentazione essenziale per la costruzione di strade e per la produzione di pavimentazioni in asfalto con proprietà superiori. La prova di penetrazione viene effettuata per caratterizzare il bitume, in base alla durezza. Pertanto, ha il nome di bitume di penetrazione.
Il presupposto di base della classificazione della penetrazione è che meno viscoso è l'asfalto, più profondamente penetrerà l'ago. Il bitume prodotto durante il processo di ossidazione del fondo sotto vuoto (la materia prima per la produzione di bitume che deriva dai residui delle torri di distillazione nelle raffinerie di petrolio sotto vuoto) nell'unità di produzione del bitume sarà classificato in base al suo punto di penetrazione. I gradi di penetrazione sono elencati come un intervallo di unità di penetrazione (un'unità di penetrazione = 0,1 mm), ad esempio 60/70. La classificazione del bitume aiuta a valutarne l'idoneità alle diverse condizioni climatiche e tipologie di costruzione. Nelle regioni più calde, si preferiscono gradi di penetrazione più bassi per evitare il rammollimento, mentre gradi di penetrazione più elevati come 120/150 vengono utilizzati nelle regioni più fredde per prevenire il verificarsi di un'eccessiva fragilità. I gradi di penetrazione specificati in AASHTO M 20 e ASTM D 946 sono elencati nella tabella seguente.

• Bitume 80/100: Le caratteristiche di questo grado confermano quelle del grado S 90 di IS-73-1992. Questo è adatto per strade a basso volume ed è ancora ampiamente utilizzato in tutto il mondo. Grazie al suo punto di soffiaggio e penetrazione dell'aria relativamente basso, viene utilizzato nelle zone fredde.

• Bitume 60/70: questo grado è più duro di 80/100 e può sopportare carichi di traffico più elevati. Le caratteristiche di questo grado confermano quelle del grado S 65 dell'IS-73-1992. Bitume 60/70, significa che la penetrazione è compresa tra 60 dm (decimetri) e 70 dm, ovvero l'ago medio penetrerà nel campione di bitume da un minimo di 60 dm a un massimo di 70 dm. Attualmente viene utilizzato principalmente nella costruzione di autostrade. Il bitume 60/70 è una delle qualità di bitume più utilizzate ed è un materiale base per tutti gli altri prodotti bituminosi. Viene utilizzato nelle zone miti.

• Bitume 40/50: il grado di penetrazione del bitume 40/50 significa che il valore di penetrazione è compreso tra 40 e 50 in condizioni di prova standard comunemente utilizzate come grado di pavimentazione. Il bitume con grado di penetrazione 40/50 è un bitume semiduro con grado di penetrazione adatto per la costruzione e la riparazione di strade. Questa qualità di bitume viene utilizzata principalmente nella produzione di asfalto a caldo per basi e strati di usura.

• Bitume 30/40: questo è il più duro di tutti i gradi e può sopportare carichi di traffico molto pesanti. Le caratteristiche di questo grado confermano quelle del grado S 35 dell'IS-73-1992. Il bitume 30/40 viene utilizzato in applicazioni specializzate come le piste aeroportuali e anche nelle strade a traffico molto intenso nelle città costiere.

Il Cutback è un liquido scorrevole a temperature normali e si ottiene flussando il bitume con idonei solventi. La viscosità del bitume viene ridotta sostanzialmente aggiungendo cherosene o qualsiasi altro solvente. Il bitume ridotto viene prodotto riducendo la viscosità del bitume ordinario aggiungendo principalmente solvente di tipo petrolio. Per l'uso nei rivestimenti superficiali, in alcuni tipi di macadam bituminoso e nella stabilizzazione terreno-bitume, è necessario disporre di un legante fluido che possa essere miscelato relativamente a basse temperature. Quindi per aumentare la fluidità del legante bituminoso alle basse temperature il legante viene miscelato con un solvente volatile. Dopo che la miscela di riduzione viene utilizzata nei lavori di costruzione, la sostanza volatile evapora e la miscela di riduzione sviluppa proprietà leganti. La viscosità del prodotto e la velocità con cui si indurisce su strada dipendono dalle caratteristiche e dalla quantità sia del bitume che dell'olio volatile utilizzati come diluenti. Il bitume cutback viene utilizzato perché la sua viscosità è inferiore a quella dell'asfalto puro e può quindi essere utilizzato in applicazioni a bassa temperatura. Il bitume ridotto può essere utilizzato per la costruzione e la manutenzione di strade bituminose a basse temperature.
I ritagli vengono classificati in base al tempo impiegato per polimerizzare o diventare solidi a causa dell'evaporazione del diluente. Le classificazioni sono a polimerizzazione rapida (RC), a polimerizzazione media (MC) o a polimerizzazione lenta (SC). Il comportamento di un taglio varia a seconda del tipo di taglierina o di flusso utilizzato come diluente con acqua ragia minerale comunemente utilizzata per le qualità RC, cherosene per MC e diesel per SC. Un solvente a polimerizzazione rapida (RC) evapora più rapidamente di un solvente a polimerizzazione media (MC), che a sua volta polimerizza più rapidamente di un solvente a polimerizzazione lenta (SC).
Gli standard di riduzione del bitume sono i seguenti:
– ASTM D 2026, D 2027 e D 2028 per riduzione a polimerizzazione lenta, media e rapida
– AASHTO M 81, M 82 per taglio a polimerizzazione rapida e media
– EN 15522 Legante bituminoso tagliato e flussato

I bitumi Cutback generalmente sono divisi in tre gruppi a seconda della volatilità del solvente aggiunto:

• A polimerizzazione lenta (SC-30, SC-70, SC-250, SC-800, SC-3000), spesso chiamati “oli stradali”, sono solitamente un materiale residuo prodotto dalla distillazione frazionata di alcuni petroli grezzi. Tradizionalmente vengono utilizzati tutti i tipi di oli aromatici, naftenici e paraffinici. I materiali bituminosi liquidi a polimerizzazione lenta possono essere preparati miscelando il bitume con una frazione oleosa di petrolio.

• Medium Curing (MC-70, MC-250, MC-800, MC-3000), sono una miscela di bitume con idrocarburi più leggeri come il cherosene.

• Rapid Curing (RC-30, RC-70, RC-250, RC-800, RC-3000), sono preparati con un diluente leggero, che evapora rapidamente come nafta o benzina.

All'inizio degli anni '60 fu sviluppato un sistema di classificazione del bitume (asfalto) migliorato che incorporava un test scientifico razionale di viscosità. Questo test scientifico ha sostituito il test di penetrazione empirico come caratterizzazione chiave del legante bituminoso. La classificazione della viscosità quantifica le seguenti caratteristiche del bitume:

– Viscosità a 60°C (140°F)
– Viscosità a 135°C (275°F)
– La profondità di penetrazione di un ago da 100 g applicato per 5 secondi a 25° C (77° F)
– Temperatura del punto di infiammabilità
– Duttilità a 25°C (77°F)
– Solubilità in tricloroetilene
– Test in forno a film sottile (tiene conto degli effetti dell’invecchiamento a breve termine):
– Viscosità a 60° C (140° F)
– Duttilità a 25° C (77° F)

Gradi di viscosità Il bitume è classificato in base alla gradazione di viscosità (grado di fluidità). Maggiore è la qualità, più rigido è il bitume. Nel grado di viscosità, i test di viscosità vengono condotti a 60°C e 135°C, che rappresentano rispettivamente la temperatura della superficie stradale durante l'estate e la temperatura di miscelazione. Nelle specifiche è stata mantenuta anche la penetrazione a 25°C, che corrisponde alla temperatura media annuale della pavimentazione.
Gli standard del bitume del grado di viscosità sono i seguenti:
–AASHTO M226
– ASTM D3381
– IS73:2013

I nuovi gradi basati sulla norma S73:2013 si sono quindi evoluti con la nomenclatura:

BITUME VG-10: VG-10 è utilizzato principalmente in applicazioni di spruzzatura come rivestimento superficiale e pavimentazione in un clima molto freddo invece del bitume con penetrazione 80/100. Viene anche utilizzato per produrre emulsioni bituminose e prodotti a base di bitume modificato.

BITUME VG-20: VG-20 viene utilizzato per la pavimentazione in climi freddi e regioni ad alta quota.

BITUME VG-30: VG-30 è utilizzato soprattutto per costruire pavimentazioni in bitume extra pesanti che devono tollerare carichi di traffico significativi. Può essere utilizzato al posto del bitume con penetrazione 60/70.

BITUME VG-40: VG-40 viene utilizzato in aree altamente sollecitate come incroci, vicino a caselli autostradali e parcheggi per camion invece del grado di penetrazione 30/40. A causa della maggiore viscosità, è possibile produrre miscele di bitume più rigide per modificare la resistenza allo spinta e ad altri problemi legati a temperature più elevate e carichi di traffico pesanti.

L'emulsione bituminosa è un liquido scorrevole a temperatura ambiente ed è costituita da due liquidi immiscibili, bitume e acqua, stabilizzati da un terzo componente, l'emulsionante. Il bitume viene disperso in tutta la fase acquosa continua sotto forma di goccioline discrete, tipicamente da 0,5 a 5 micron di diametro, che vengono mantenute in sospensione da cariche elettrostatiche. La dispersione è ottenuta lavorando bitume e acqua in condizioni controllate attraverso un mulino colloidale insieme ad additivi selezionati.
Il contenuto di bitume può essere variato per soddisfare le diverse esigenze ed è generalmente compreso tra 30% e 70%. L'obiettivo primario dell'emulsionamento del bitume è quello di ottenere un prodotto che possa essere utilizzato senza il riscaldamento normalmente richiesto quando si utilizzano bitumi di tipo cutback e paving grade. L'uso di emulsionanti di adeguata qualità è essenziale per garantire che l'emulsione abbia stabilità nel tempo e anche che si rompa e solidifichi quando applicata su inerti/manto stradale. È un liquido scorrevole color cioccolato a temperatura ambiente.
Le emulsioni bituminose devono essere classificate in base alla loro carica ionica in cationiche o anioniche. Poiché le emulsioni bituminose acquose vengono utilizzate intensamente come materiale legante e filmogeno nelle costruzioni, vengono utilizzati due tipi di emulsionanti: anionici e cationici. Le emulsioni bituminose anioniche non sono generalmente utilizzate nella costruzione di strade poiché generalmente nella costruzione di strade vengono utilizzati aggregati silicei. Le emulsioni bituminose anioniche non danno buone prestazioni con silicei mentre le emulsioni bituminose cationiche danno buone prestazioni con questi aggregati.
Le emulsioni cationiche rivestono gli aggregati in modo più efficiente grazie al loro carico positivo e hanno quindi migliori proprietà di adesione. L'emulsione cationica è sia più preferita che più ampiamente utilizzata. Le emulsioni cationiche iniziano con una “C” Se non c'è C, l'emulsione è solitamente anionica. La carica è importante quando si progetta un'emulsione per la compatibilità con determinati aggregati. La serie successiva delle specifiche descrive la velocità con cui un'emulsione si fisserà o coalescerà. RS (Rapid Set), MS (Medium Set), SS (Slow Set) e QS (Quick Set) sono i gradi di impostazione.
Le emulsioni bituminose hanno una bassa viscosità e possono essere lavorabili a temperatura ambiente, il che le rende ideali per l'uso in pavimentazioni stradali e superfici.
Gli standard del bitume emulsionato sono i seguenti:
– Emulsioni anioniche USA: ASTM D 977 e AASHTO M 140
– Emulsioni cationiche USA: ASTM D 2397 e AASHTO M 208
– Europa: norma quadro armonizzata EN 13808

I principali gradi di emulsioni bituminose sono classificati come segue:

Emulsione bituminosa CSS-1: CSS-1 è un'emulsione bituminosa cationica a presa lenta progettata per l'uso come rivestimento adesivo, stabilizzazione della base, sigillatura della nebbia, controllo della polvere e applicazioni speciali. Le emulsioni bituminose cationiche CSS-1 hanno una carica positiva e quindi è possibile una reazione diretta e molto rapida tra l'emulsione e un aggregato o pavimentazione. Le emulsioni CSS-1 sono utilizzate per vari scopi. Le emulsioni a presa lenta sono le più stabili tra le emulsioni e generalmente possono essere diluite con acqua e miscelate con riempitivi minerali e aggregati. Per tutti gli usi, le temperature dell'aria e della pavimentazione durante la costruzione dovrebbero essere sufficientemente elevate da consentire all'emulsione di indurire completamente.

Emulsione bituminosa CMS-2: CMS-2 è un'emulsione di asfalto cationico a base acquosa a presa media per l'uso in miscele di asfalto e aggregati freddi e caldi, stabilizzazione della base e bonifica a tutta profondità. CMS-2 può essere miscelato freddo o caldo in un impianto centrale, con un mulino portatile sul posto di lavoro o sul posto sulla carreggiata. Il materiale miscelato può essere utilizzato immediatamente o immagazzinato per un uso successivo. Può essere posizionato con una finitrice o lavorato sulla pavimentazione con una lama o un recuperatore.

Emulsione bituminosa CRS-2: CRS-2 è un asfalto emulsionato cationico a base d'acqua progettato per l'uso come legante bituminoso per guarnizioni di trucioli. Viene fornito sfuso. Le emulsioni CRS-2 devono essere applicate con distributori ben calibrati. Gli ugelli distributori e la barra di spruzzatura devono essere dimensionati e impostati per erogare la quantità di spruzzo desiderata. La velocità di iniezione dovrebbe essere determinata da un progetto di sigillatura dei trucioli di laboratorio con l'aggregato di progetto e le condizioni della pavimentazione esistente. CRS-2 non deve essere applicato quando la temperatura dell'aria è inferiore a 60°F e in calo. L'emulsione a base acquosa non deve essere esposta a temperature gelide o surriscaldamenti. L'emulsione è un sistema chimicamente stabilizzato, pertanto è necessario prestare attenzione a non alterare l'equilibrio chimico con contaminazione da parte di sostanze chimiche, sovraesposizione all'aria o condizioni meccaniche o termiche avverse.

Il bitume della raffineria viene ulteriormente trattato mediante l'immissione di aria trattata. Questo ci darà bitume ossidato, noto anche come bitume soffiato. In questo processo, mantenendo una temperatura controllata, aria calda con una temperatura compresa tra 200 e 300 gradi Celsius viene soffiata attraverso un tubo perforato in un compartimento contenente bitume, l'aria viene introdotta sotto pressione nel bitume morbido. Questo processo conferisce al bitume proprietà più gommose rispetto alla sua formula originale e sono semplicemente bitumi più duri. Il soffiaggio di aria attraverso la miscela bituminosa conferisce una maggiore viscosità e una maggiore resistenza all'ammorbidimento (in particolare per applicazioni stradali) e ai processi secondari che coinvolgono additivi appositamente sviluppati o emulsionanti con acqua. I grandi produttori di asfalto oggigiorno utilizzano questi additivi nella loro produzione per ottenere una maggiore prestazione nel risultato finale. Questa miscela più dura ha una duttilità e una sensibilità alla temperatura inferiori.
Il bitume ossidato ha un grado di morbidezza più elevato e una minore sensibilità alle variazioni di temperatura. Questo tipo di bitume viene utilizzato per realizzare lastre per coperture, pneumatici per automobili e rivestimenti. L'asfalto ossidato viene generalmente utilizzato nelle operazioni di copertura, nel rivestimento di tubi, nella sigillatura di pavimentazioni in cemento Portland, nelle applicazioni idrauliche e nella produzione di vernici. Il bitume soffiato è ampiamente utilizzato come composto per strati antiscivolo nell'industria delle palificazioni, per la produzione di feltri per coperture, per feltri fonoassorbenti e sigillante sotto i carrelli nell'industria automobilistica, protezione dei giunti dei cavi elettrici, composto di riempimento dei giunti, composto sigillante e molti altri.
Il bitume ossidato può essere imballato in un sacchetto di plastica, in un sacchetto artigianale e anche in un fusto ed è possibile consegnarlo caldo in un'autocisterna. Il bitume ossidato (bitume di grado soffiato) deve essere suddiviso in piccoli pezzi e riscaldato lentamente alla temperatura di applicazione compresa tra 220ºC e 230ºC.
Bitume ossidato Il simbolico è R. Ad esempio bitume R 80/25 significa bitume soffiato con un grado di morbidezza di 80 gradi centigradi e un grado di penetrazione di 25. Il bitume ossidato è prodotto in vari gradi tra cui:

• Bitume Ossidato 150/5
• Bitume Ossidato 115/15
• Bitume Ossidato 105/35
• Bitume Ossidato 95/25
• Bitume Ossidato 90/40
• Bitume Ossidato 90/10
• Bitume Ossidato 90/15
• Bitume Ossidato 85/25
• Bitume Ossidato 85/40
• Bitume Ossidato 85/25
• Bitume Ossidato 75/25

Di solito il bitume viene confezionato ed esportato in fusti di acciaio nuovi. La capacità del tamburo bitume varia da 150 Kg a 200 Kg. La capacità di imballaggio in fusti più comunemente utilizzata da quasi tutti i consumatori di bitume nel mondo è di 180 Kg.
I fusti da 180 Kg sono utilizzati più ampiamente dai consumatori di bitume poiché sono i più vantaggiosi per loro. Gli importatori di bitume possono risparmiare sui costi utilizzando fusti da 180 Kg. Le aree di risparmio sono legate, ma non limitate a, ai costi di produzione dei fusti e alle spese relative alla movimentazione e alla spedizione.
I sacchetti di bitume e i sacchetti Jumbo possono rappresentare un'alternativa economicamente vantaggiosa ai fusti di bitume. I Bitubag possono essere di due tipologie: da 1000 kg e da 300 kg

I Bitubag da 300kg contengono una copertura a due strati, il primo si strappa e il secondo brucia e si scioglie nella cisterna di destinazione (serbatoio)

La stragrande maggioranza del bitume viene utilizzata nel settore edile, principalmente nelle applicazioni per pavimentazioni e coperture. 85% di tutto il bitume viene utilizzato come legante nell'asfalto per strade, piste, parcheggi e percorsi pedonali. Ghiaia e roccia frantumata vengono mescolati con bitume denso, tenendolo insieme e quindi applicato alle carreggiate.

Eccellenti caratteristiche di impermeabilità e comportamento termoplastico lo rendono ideale per un'ampia gamma di applicazioni. A temperature elevate (tipicamente tra 100 e 2008°C) agisce come un liquido viscoso e può essere miscelato con altri componenti e manipolato e formato secondo necessità. Una volta raffreddato, è un solido inerte, durevole e idrofobo (respinge l'acqua).

Il bitume 10% utilizzato in tutto il mondo viene utilizzato nel settore delle coperture poiché le sue qualità impermeabilizzanti aiutano a far funzionare bene i tetti. Il bitume 5% viene utilizzato per scopi di sigillatura e isolamento in vari materiali da costruzione come il supporto delle quadrotte e le vernici.

Oltre a questi usi principali, il bitume ha anche molti usi minori. Altri esempi sono l'isolamento acustico, gli esplosivi, la protezione dalla muffa, un legante in bricchette, un supporto per specchi, suole di scarpe, rivestimento di pali di recinzione e stabilizzazione del terreno.