System stopni penetracji został opracowany na początku XX wieku w celu scharakteryzowania konsystencji asfaltów półstałych. Asfalt penetracyjny to bitum rafineryjny wytwarzany w różnych lepkościach i jest bitumem standardowym, zwykle stosowanym jako asfalt drogowy, niezbędny do budowy dróg i produkcji nawierzchni asfaltowych o doskonałych właściwościach. Test penetracji przeprowadza się w celu scharakteryzowania asfaltu na podstawie twardości. Dlatego ma nazwę bitum penetracyjny.
Podstawowym założeniem klasyfikacji penetracji jest to, że im mniej lepki jest asfalt, tym głębiej wniknie igła. Asfalt powstający w procesie utleniania dna próżniowego (surowiec do produkcji bitumu pochodzący z pozostałości z wieży destylacyjnej w rafineriach próżniowych ropy naftowej) w instalacji do produkcji asfaltu będzie klasyfikowany na podstawie jego punktu penetracji. Stopnie penetracji są podane jako zakres jednostek penetracji (jedna jednostka penetracji = 0,1 mm), np. 60/70. Klasyfikacja asfaltu pomaga ocenić jego przydatność w różnych warunkach klimatycznych i typach konstrukcji. W cieplejszych regionach preferowane są niższe stopnie penetracji, aby uniknąć zmiękczenia, podczas gdy wyższe stopnie penetracji, takie jak 120/150, są stosowane w zimniejszych regionach, aby zapobiec występowaniu nadmiernej kruchości. Stopnie penetracji określone w AASHTO M 20 i ASTM D 946 są wymienione w poniższej tabeli.

• Bitum 80/100: Właściwości tego gatunku odpowiadają właściwościom gatunku S 90 z IS-73-1992. Jest to rozwiązanie odpowiednie dla dróg o małym natężeniu ruchu i nadal jest szeroko stosowane na całym świecie. Ze względu na stosunkowo niski punkt nadmuchu i penetracji powietrza, stosuje się go w zimnych obszarach.

• Bitum 60/70: Ten gatunek jest twardszy niż 80/100 i może wytrzymać większe obciążenia ruchem. Właściwości tego gatunku odpowiadają właściwościom gatunku S 65 z IS-73-1992. Bitum 60/70, oznacza, że penetracja wynosi od 60 dm (decymetr) do 70 dm, co oznacza, że igła przeniknie do próbki asfaltu na głębokość od minimum 60 dm do maksymalnie 70 dm. Obecnie wykorzystuje się go głównie przy budowie autostrad. Asfalt 60/70 jest jednym z najczęściej stosowanych gatunków asfaltów i stanowi podstawowy surowiec do wszystkich innych wyrobów bitumicznych. Jest stosowany w łagodnych obszarach.

• Bitum 40/50: Stopień penetracji asfaltu 40/50 oznacza, że wartość penetracji mieści się w zakresie od 40 do 50 w standardowych warunkach testowych, które są powszechnie stosowane jako klasa nawierzchni. Asfalt o stopniu penetracji 40/50 to półtwardy asfalt o stopniu penetracji, odpowiedni do budowy i naprawy dróg. Ten gatunek asfaltu stosowany jest głównie do produkcji gorących mieszanek asfaltowych na podbudowy i warstwy ścieralne.

• Bitum 30/40: Jest to najtwardszy ze wszystkich gatunków i wytrzymuje bardzo duże obciążenia komunikacyjne. Właściwości tego gatunku odpowiadają właściwościom gatunku S 35 z IS-73-1992. Bitum 30/40 jest stosowany w zastosowaniach specjalistycznych, takich jak pasy startowe lotnisk, a także na drogach o bardzo dużym natężeniu ruchu w miastach nadmorskich.

Cutback jest sypką cieczą w normalnych temperaturach i jest otrzymywany przez upłynnianie bitumu odpowiednimi rozpuszczalnikami. Lepkość bitumu znacznie zmniejsza się przez dodanie nafty lub innego rozpuszczalnika. Bitum Cutback wytwarza się poprzez zmniejszenie lepkości zwykłego bitumu poprzez dodanie głównie rozpuszczalnika naftowego. Do stosowania w nasypach powierzchniowych, niektórych rodzajach makadamu bitumicznego i stabilizacji gruntu bitumicznego konieczne jest posiadanie płynnego spoiwa, które można mieszać stosunkowo w niskich temperaturach. Zatem, aby zwiększyć płynność spoiwa bitumicznego w niskich temperaturach, spoiwo miesza się z lotnym rozpuszczalnikiem. Po zastosowaniu mieszanki Cutback w pracach budowlanych, substancje lotne odparowują, a Cutback nabiera właściwości wiążących. Lepkość roztworu i szybkość twardnienia na drodze zależą od właściwości i ilości zarówno bitumu, jak i olejku lotnego zastosowanych jako rozcieńczalniki. Bitum Cutback stosuje się, ponieważ jego lepkość jest niższa niż czystego asfaltu i dlatego można go stosować w zastosowaniach niskotemperaturowych. Bitum cięty może być stosowany do budowy i konserwacji dróg bitumicznych w niskich temperaturach.
Kawałki są klasyfikowane według czasu potrzebnego do ich utwardzenia lub zestalenia w wyniku odparowania rozcieńczalnika. Klasyfikacje obejmują utwardzanie szybkie (RC), utwardzanie średnie (MC) i utwardzanie powolne (SC). Cięcie różni się zachowaniem w zależności od rodzaju frezu lub topnika użytego jako rozcieńczalnik z benzyną lakową powszechnie stosowaną w gatunkach RC, naftą w przypadku MC i olejem napędowym w przypadku SC. Rozpuszczalnik szybkoutwardzalny (RC) odparuje szybciej niż rozpuszczalnik średnioutwardzalny (MC), który z kolei utwardza się szybciej niż rozpuszczalnik wolnoutwardzalny (SC).
Normy dotyczące asfaltu ciętego są następujące:
– ASTM D 2026, D 2027 i D 2028 dla powolnego, średniego i szybkiego utwardzania
– AASHTO M 81, M 82 do szybkiego i średniego utwardzania
– EN 15522 Spoiwo bitumiczne cięte i topione

Bitumy Cutback ogólnie dzieli się na trzy grupy w zależności od lotności dodanego rozpuszczalnika:

• Powolne utwardzanie (SC-30, SC-70, SC-250, SC-800, SC-3000), często nazywane „olejami drogowymi”, to zwykle materiał pozostałościowy powstający w wyniku destylacji frakcyjnej niektórych rodzajów ropy naftowej. Tradycyjnie stosuje się wszelkiego rodzaju oleje aromatyczne, naftenowe i parafinowe. Wolno utwardzające się ciekłe materiały bitumiczne można przygotować przez zmieszanie bitumu z oleistą frakcją ropy naftowej.

• Średnio utwardzalny (MC-70, MC-250, MC-800, MC-3000) to mieszanka bitumu z lżejszymi węglowodorami, takimi jak nafta.

• Rapid Curing (RC-30, RC-70, RC-250, RC-800, RC-3000) przygotowywane są z lekkim, szybko odparowującym rozcieńczalnikiem, takim jak nafta lub benzyna.

We wczesnych latach sześćdziesiątych opracowano ulepszony system klasyfikacji bitumu (asfaltu), który obejmował racjonalny naukowy test lepkości. Ten test naukowy zastąpił empiryczny test penetracji jako kluczową charakterystykę lepiszcza asfaltowego. Klasyfikacja lepkości określa ilościowo następujące właściwości asfaltu:

– Lepkość w 60°C (140°F)
– Lepkość w temperaturze 135°C (275°F)
– Głębokość penetracji igły 100 g przyłożonej przez 5 sekund w temperaturze 25° C (77° F)
– Temperatura zapłonu
– Plastyczność w temperaturze 25°C (77°F)
– Rozpuszczalność w trójchloroetylenie
– Test pieca cienkowarstwowego (uwzględnia skutki krótkotrwałego starzenia):
– Lepkość w 60° C (140° F)
– Plastyczność w temperaturze 25° C (77° F)

Stopnie lepkości Asfalty są klasyfikowane zgodnie ze stopniem lepkości (stopnia płynności). Im wyższa klasa, tym sztywniejszy bitum. W klasie lepkości badania lepkości przeprowadza się w temperaturach 60°C i 135°C, co odpowiada odpowiednio temperaturze nawierzchni drogi w okresie letnim i temperaturze mieszania. W Specyfikacjach uwzględniono także penetrację przy 25°C, czyli średniej rocznej temperaturze nawierzchni.
Normy lepkości asfaltu są następujące:
– AASHTO M 226
– ASTM D 3381
– IS73:2013

Nowe gatunki oparte na normie S73:2013 ewoluowały zatem wraz z nomenklaturą:

BITUM VG-10: VG-10 jest najczęściej używany do zastosowań natryskowych, takich jak uszlachetnianie powierzchni i układanie nawierzchni w bardzo zimnym klimacie, zamiast bitumu o penetracji 80/100. Stosowany jest również do produkcji emulsji bitumicznych i bitumów modyfikowanych.

BITUM VG-20: VG-20 stosuje się do układania nawierzchni w zimnym klimacie i na dużych wysokościach.

BITUM VG-30: VG-30 jest szczególnie używany do budowy nawierzchni bitumicznych o bardzo dużych obciążeniach, które muszą wytrzymywać znaczne obciążenia ruchem. Można go stosować zamiast asfaltu o penetracji 60/70.

BITUM VG-40: VG-40 stosuje się w obszarach o dużym obciążeniu, takich jak skrzyżowania, w pobliżu punktów poboru opłat i parkingów dla ciężarówek, zamiast klasy penetracji 30/40. Ze względu na wyższą lepkość można wytwarzać sztywniejsze mieszanki bitumiczne, aby poprawić odporność na przepychanie i inne problemy związane z wyższą temperaturą i dużym obciążeniem ruchem.

Emulsja bitumiczna jest sypką cieczą w temperaturze otoczenia i składa się z dwóch niemieszających się cieczy, bitumu i wody, stabilizowanych trzecim składnikiem – emulgatorem. Bitum jest rozproszony w ciągłej fazie wodnej w postaci dyskretnych kropelek, zwykle o średnicy od 0,5 do 5 mikronów, które są utrzymywane w zawiesinie dzięki ładunkom elektrostatycznym. Dyspersja otrzymywana jest poprzez obróbkę bitumu i wody w kontrolowanych warunkach w młynie koloidalnym wraz z wybranymi dodatkami.
Zawartość bitumu można zmieniać w zależności od różnych wymagań i zazwyczaj mieści się w zakresie od 30% do 70%. Podstawowym celem emulgowania bitumu jest otrzymanie produktu, który można stosować bez ogrzewania wymaganego zwykle w przypadku stosowania asfaltów ciętych i drogowych. Stosowanie emulgatorów odpowiedniej jakości jest niezbędne, aby emulsja zachowała stabilność w czasie, a także pękła i stwardniała po nałożeniu na kruszywo/nawierzchnię drogi. Jest to sypka ciecz w kolorze czekoladowo-brązowym, o temperaturze pokojowej.
Emulsje bitumiczne należy klasyfikować według ładunku jonowego na kationowe i anionowe. Ponieważ wodne emulsje bitumiczne są intensywnie stosowane w budownictwie jako materiał wiążący i błonotwórczy, stosuje się dwa rodzaje emulgatorów: anionowe i kationowe. Anionowe emulsje bitumiczne na ogół nie są stosowane w budownictwie drogowym, ponieważ w budownictwie drogowym zwykle stosuje się kruszywo krzemionkowe. Anionowe emulsje bitumiczne nie dają dobrych wyników w przypadku krzemionek, podczas gdy kationowe emulsje bitumiczne dają dobre wyniki w przypadku tych kruszyw.
Emulsje kationowe skuteczniej powlekają kruszywa ze względu na ich dodatnie obciążenie i dzięki temu mają lepsze właściwości adhezyjne. Emulsja kationowa jest zarówno bardziej popularna, jak i szerzej stosowana. Emulsje kationowe zaczynają się na literę „C”. Jeśli nie ma litery C, emulsja jest zwykle emulsją anionową. Ładunek jest ważny przy projektowaniu emulsji pod kątem kompatybilności z określonymi kruszywami. Następny zestaw specyfikacji opisuje, jak szybko emulsja zestali się lub zleje. RS (szybkie ustawienie), MS (średnie ustawienie), SS (wolne ustawienie) i QS (szybkie ustawienie) to stopnie ustawienia.
Emulsje bitumiczne mają niską lepkość i można je urabiać w temperaturze otoczenia, co czyni je idealnymi do stosowania w nawierzchniach drogowych.
Standardy asfaltów emulsyjnych są następujące:
– Amerykańskie emulsje anionowe: ASTM D 977 i AASHTO M 140
– USA Emulsje kationowe: ASTM D 2397 i AASHTO M 208
– Europa: Zharmonizowana norma ramowa EN 13808

Główne gatunki emulsji bitumicznych są klasyfikowane w następujący sposób:

Emulsja bitumiczna CSS-1: CSS-1 to kationowa, wolno wiążąca emulsja bitumiczna przeznaczona do stosowania jako warstwa przyczepna, stabilizacja podłoża, uszczelnianie mgłą, kontrola zapylenia i zastosowania specjalne. Kationowe emulsje bitumiczne CSS-1 mają ładunek dodatni, dzięki czemu możliwa jest bezpośrednia i bardzo szybka reakcja emulsji z kruszywem lub nawierzchnią. Emulsje CSS-1 są wykorzystywane do różnych celów. Emulsje wolno utwardzające są najbardziej stabilnymi emulsjami i zazwyczaj można je rozcieńczać wodą i mieszać z wypełniaczami mineralnymi i kruszywami. W przypadku wszystkich zastosowań temperatura powietrza i nawierzchni podczas budowy powinna być wystarczająco wysoka, aby emulsja mogła całkowicie utwardzić się.

Emulsja bitumiczna CMS-2: CMS-2 to średniowiążąca, kationowa emulsja asfaltowa na bazie wody, przeznaczona do stosowania w zimnych i ciepłych mieszankach asfaltowych i kruszyw, do stabilizacji podłoża i regeneracji na całej głębokości. CMS-2 można mieszać na zimno lub na ciepło w zakładzie centralnym, za pomocą przenośnej mieszarki w miejscu pracy lub na jezdni. Wymieszany materiał można wykorzystać natychmiast lub zgromadzić do późniejszego wykorzystania. Można go układać za pomocą kostki brukowej lub pracować na chodniku za pomocą lemiesza lub regeneratora.

Emulsja Bitumiczna CRS-2: CRS-2 to kationowy emulgowany asfalt na bazie wody, przeznaczony do stosowania jako spoiwo bitumiczne do uszczelniania wiórów. Jest dostarczany luzem. Emulsje CRS-2 należy nakładać za pomocą dobrze skalibrowanych dystrybutorów. Dysze dystrybutora i listwa natryskowa powinny być dobrane i ustawione tak, aby zapewniały żądaną prędkość wtrysku. Szybkość wtrysku należy określić na podstawie laboratoryjnego projektu uszczelnienia wiórowego z kruszywem projektowym i warunkami istniejącej nawierzchni. CRS-2 nie należy nakładać, gdy temperatura powietrza spada poniżej 60°F i spada. Emulsji wodnej nie należy narażać na działanie ujemnych temperatur ani przegrzanie. Emulsja jest układem stabilizowanym chemicznie, dlatego należy zachować ostrożność, aby nie zaburzyć równowagi chemicznej w wyniku zanieczyszczenia substancjami chemicznymi, nadmiernym działaniem powietrza lub niekorzystnymi warunkami mechanicznymi lub termicznymi.

Asfalt rafineryjny poddaje się dalszej obróbce poprzez wprowadzenie przetworzonego powietrza. W ten sposób otrzymamy bitum utleniony, zwany także bitumem dmuchanym. W procesie tym, utrzymując kontrolowaną temperaturę, gorące powietrze o temperaturze od 200 do 300 stopni Celsjusza wdmuchuje się przez perforowaną rurkę do komory zawierającej bitum, powietrze to wprowadza się pod ciśnieniem do miękkiego asfaltu. Proces ten nadaje bitumowi bardziej gumowe właściwości niż jego pierwotna formuła i jest po prostu twardszym bitumem. Wdmuchiwanie powietrza przez mieszankę bitumiczną nadaje jej wyższą lepkość i większą odporność na zmiękczanie (szczególnie przy zastosowaniach drogowych) oraz procesy wtórne z udziałem specjalnie opracowanych dodatków lub emulgowania wodą. Duzi producenci asfaltu stosują obecnie te dodatki w swojej produkcji, aby uzyskać lepszą wydajność i końcowy wynik. Ta twardsza mieszanka ma niższą ciągliwość i podatność na temperaturę.
Asfalt utleniony charakteryzuje się większym stopniem miękkości i mniejszą wrażliwością na zmiany temperatury. Ten rodzaj bitumu wykorzystuje się do produkcji blachodachówek, opon samochodowych i wykładzin. Utleniony asfalt jest zwykle stosowany do pokrycia dachów, powlekania rur, uszczelniania pod nawierzchnie z cementu portlandzkiego, zastosowań hydraulicznych i produkcji farb. Bitum dmuchany jest szeroko stosowany jako warstwa antypoślizgowa w przemyśle palowym, do produkcji pap dachowych, filc wygłuszających i uszczelniaczy podwozia w przemyśle samochodowym, ochrony złączy kabli elektrycznych, masy do wypełniania spoin, mas uszczelniających i wiele innych.
Utleniony bitum można pakować w torbę plastikową, torbę rzemieślniczą, a także w bęben i można go dostarczać na gorąco w cysternie luzem. Asfalt utleniony (asfalt dmuchany) należy rozbić na małe kawałki i powoli podgrzać do temperatury stosowania od 220°C do 230°C.
Asfalt utleniony Symboliczny jest R. Np. asfalt R 80/25 oznacza asfalt dmuchany o stopniu miękkości 80 stopni Celsjusza i stopniu penetracji 25. Asfalt utleniony produkowany jest w różnych gatunkach, m.in.:

• Bitum utleniony 150/5
• Bitum utleniony 115/15
• Bitum utleniony 105/35
• Bitum utleniony 95/25
• Bitum utleniony 90/40
• Bitum utleniony 90/10
• Bitum utleniony 90/15
• Bitum utleniony 85/25
• Bitum utleniony 85/40
• Bitum utleniony 85/25
• Bitum utleniony 75/25

Zazwyczaj asfalt jest pakowany i eksportowany w nowych stalowych beczkach. Pojemność bębna bitumicznego waha się od 150 kg do 200 kg. Najczęściej stosowana pojemność pakowania beczek przez prawie wszystkich konsumentów asfaltu na świecie wynosi 180 kg.
Beczki 180 kg są coraz szerzej stosowane przez konsumentów asfaltu, ponieważ są dla nich najkorzystniejsze. Importerzy bitumu mogą zaoszczędzić na kosztach, stosując beczki 180 kg. Obszary oszczędności są związane między innymi z kosztami produkcji bębnów oraz wydatkami związanymi z obsługą i wysyłką.
Bitubagi i worki Jumbo mogą stanowić opłacalną alternatywę dla beczek z bitumem. Bitubagi występują w dwóch rodzajach: 1000 kg i 300kg

Bitubagi 300kg zawierają dwuwarstwową osłonę, którą pierwsza rozdziera, a druga pali i topi w cysternie docelowej (zbiorniku)

Zdecydowana większość asfaltów jest wykorzystywana w budownictwie. Służy głównie do stosowania przy układaniu nawierzchni i pokryć dachowych. 85% ze wszystkich bitumów jest stosowany jako spoiwo w asfalcie na drogach, pasach startowych, parkingach i ścieżkach dla pieszych. Żwir i tłuczeń skalny miesza się z grubym bitumem, spajając go, a następnie nakłada się na jezdnie.

Doskonałe właściwości wodoodporne i właściwości termoplastyczne sprawiają, że idealnie nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań. W podwyższonych temperaturach (zazwyczaj pomiędzy 100 a 2008°C) zachowuje się jak lepka ciecz i można go mieszać z innymi składnikami oraz manipulować i formować według potrzeb. Po ochłodzeniu jest to obojętne ciało stałe, które jest trwałe i hydrofobowe (odpycha wodę).

10% bitumu stosowanego na całym świecie jest wykorzystywane w przemyśle dekarskim, ponieważ jego właściwości wodoodporne zapewniają dobre funkcjonowanie dachów. Bitum 5% stosuje się do uszczelniania i izolacji różnych materiałów budowlanych, takich jak podkłady do płytek dywanowych i farby.

Oprócz tych głównych zastosowań bitum ma również wiele mniejszych zastosowań. Inne przykłady to izolacja akustyczna, materiały wybuchowe, ochrona przed pleśnią, spoiwo w brykietach, podkład do lusterek, podeszwy butów, powlekanie słupków ogrodzeniowych i stabilizacja gleby.