Penetrasyon derecelendirme sistemi 1900'lerin başında yarı katı asfaltların kıvamını karakterize etmek için geliştirildi. Penetrasyon dereceli bitüm, farklı viskozitelerde üretilen rafineri bitümüdür ve genellikle yol inşaatı ve üstün özelliklere sahip asfalt kaplamaların üretimi için gerekli olan Asfaltlama Sınıfı Bitüm olarak kullanılan standart bir bitümdür. Penetrasyon testi, bitümün sertliğine bağlı olarak karakterize edilmesi için yapılır. Bu nedenle penetrasyon bitümü adını taşır.
Penetrasyon derecelendirmesinin temel varsayımı, asfalt ne kadar az viskoz olursa iğnenin o kadar derine nüfuz edeceğidir. Bitüm üretim ünitesinde vakum tabanının (vakumlu yağ rafinerilerindeki damıtma kulesi kalıntısından elde edilen bitüm üretim hammaddesi) oksidasyonu işlemi sırasında üretilen bitüm, penetrasyon noktasına göre sınıflandırılacaktır. Penetrasyon dereceleri, 60/70 gibi bir penetrasyon birimi aralığı (bir penetrasyon ünitesi = 0,1 mm) olarak listelenir. Bitümün sınıflandırılması, farklı iklim koşullarına ve inşaat türlerine uygunluğunun değerlendirilmesine yardımcı olur. Daha sıcak bölgelerde yumuşamayı önlemek için daha düşük penetrasyon dereceleri tercih edilirken, daha soğuk bölgelerde aşırı kırılganlığın oluşmasını önlemek için 120/150 gibi daha yüksek penetrasyon dereceleri kullanılır. AASHTO M 20 ve ASTM D 946'da belirtilen penetrasyon dereceleri aşağıdaki tabloda listelenmiştir.

• Bitüm 80/100: Bu kalitenin özellikleri IS-73-1992'nin S 90 sınıfının özelliklerini doğrulamaktadır. Bu, düşük hacimli yollar için uygundur ve dünya çapında hala yaygın olarak kullanılmaktadır. Nispeten düşük hava üfleme ve nüfuz etme noktası nedeniyle soğuk bölgelerde kullanılır.

• Bitüm 60/70: Bu kalite 80/100'den daha serttir ve daha yüksek trafik yüklerine dayanabilir. Bu sınıfın özellikleri IS-73-1992'nin S 65 sınıfının özelliklerini doğrulamaktadır. Bitüm 60/70, penetrasyonun 60 dm (Desimetre) ile 70 dm arasında olduğu anlamına gelir, yani iğnenin bitüm numunesine minimum 60 dm, maksimum 70 dm kadar nüfuz edeceği anlamına gelir. Şu anda ağırlıklı olarak Karayolları yapımında kullanılmaktadır. Bitüm 60/70, en çok kullanılan bitüm kalitelerinden biridir ve diğer tüm bitümlü ürünler için temel bir malzemedir. Ilıman bölgelerde kullanılır.

• Bitüm 40/50: Bitüm penetrasyon derecesi 40/50, genellikle Asfaltlama Sınıfı olarak kullanılan standart test koşullarında penetrasyon değerinin 40 ila 50 aralığında olduğu anlamına gelir. Bitüm penetrasyon derecesi 40/50, yol yapımı ve onarımı için uygun, yarı sert penetrasyon dereceli bitümdür. Bu bitüm sınıfı esas olarak tabanlar ve aşınma tabakaları için sıcak karışım asfalt üretiminde kullanılır.

• Bitüm 30/40: Tüm kaliteler arasında en sert olanıdır ve çok ağır trafik yüklerine dayanabilir. Bu sınıfın özellikleri IS-73-1992'nin S 35 sınıfının özelliklerini doğrulamaktadır. Bitüm 30/40, havaalanı pistleri gibi özel uygulamalarda ve ayrıca kıyı şehirlerindeki çok yoğun trafik hacimli yollarda kullanılmaktadır.

Cutback, normal sıcaklıklarda serbest akışlı bir sıvıdır ve bitümün uygun solventlerle eritilmesiyle elde edilir. Bitümün viskozitesi, kerosen veya başka bir çözücünün eklenmesiyle önemli ölçüde azaltılır. Cutback Bitüm, sıradan bitümün viskozitesinin çoğunlukla petrol türü solvent ilave edilerek azaltılmasıyla yapılır. Yüzey kaplamalarında, bazı tür bitümlü macadamlarda ve toprak-bitüm stabilizasyonunda kullanım için, nispeten düşük sıcaklıklarda karıştırılabilen bir akışkan bağlayıcıya sahip olmak gerekir. Bu nedenle, düşük sıcaklıklarda bitümlü bağlayıcının akışkanlığını arttırmak için bağlayıcı, uçucu bir solvent ile harmanlanır. Kesilen karışım inşaat işlerinde kullanıldıktan sonra uçucu madde buharlaşır ve kesilen kısım bağlama özelliklerini geliştirir. Kesmenin viskozitesi ve yolda sertleşme hızı, seyreltici olarak kullanılan bitümün ve uçucu yağın özelliklerine ve miktarına bağlıdır. Cutback Bitüm, viskozitesinin saf asfalttan daha düşük olması nedeniyle kullanılır ve bu nedenle düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılabilir. Cutback bitüm, soğuk havalarda bitümlü yol inşaatı ve bakımında kullanılabilir.
Kesintiler, kürlenmeleri veya seyrelticinin buharlaşması nedeniyle katı hale gelmeleri için gereken süreye göre sınıflandırılır. Sınıflandırmalar hızlı kürlenen (RC), orta kürlenen (MC) veya yavaş kürlenen (SC) şeklindedir. Bir kesintinin davranışı, RC kaliteleri için yaygın olarak kullanılan beyaz ispirto, MC için kerosen ve SC için dizel ile seyreltici olarak kullanılan kesicinin veya eritkenin tipine göre değişir. Hızlı kürlenen (RC) solvent, orta kürlenen (MC) solventten daha hızlı buharlaşacak ve bu da yavaş kürlenen (SC) solventten daha hızlı kürlenecektir.
Cutback bitüm standartları aşağıdaki gibidir:
– Yavaş, Orta ve Hızlı Kürleme Kesintisi için ASTM D 2026, D 2027 ve D 2028
– Hızlı ve Orta Kürleme Kesintisi için AASHTO M 81, M 82
– EN 15522 Kesilmiş ve Fluxed Bitümlü Bağlayıcı

Cutback Bitümler genellikle eklenen solventin uçuculuğuna bağlı olarak üç gruba ayrılır:

• Yavaş Sertleşen (SC-30, SC-70, SC-250, SC-800, SC-3000), genellikle "yol yağları" olarak anılır, genellikle belirli ham petrollerin ayrımsal damıtılmasından elde edilen artık maddelerdir. Geleneksel olarak her türlü aromatik, naftenik ve parafinik yağlar kullanılmaktadır. Yavaş Sertleşen sıvı bitüm malzemeleri, bitümün yağlı bir petrol fraksiyonuyla harmanlanmasıyla hazırlanabilir.

• Orta Kürlü (MC-70, MC-250, MC-800, MC-3000), Bitümün kerosen gibi daha hafif hidrokarbonlarla karışımıdır.

• Hızlı Kürlenen (RC-30, RC-70, RC-250, RC-800, RC-3000), nafta veya benzin gibi hafif, hızla buharlaşan bir seyreltici ile hazırlanır.

1960'ların başında, rasyonel bir bilimsel viskozite testini içeren geliştirilmiş bir bitüm (asfalt) sınıflandırma sistemi geliştirildi. Bu bilimsel test, temel bitüm bağlayıcı karakterizasyonu olarak ampirik penetrasyon testinin yerini almıştır. Viskozite derecelendirmesi aşağıdaki bitüm özelliklerini niceliksel olarak belirler:

– 60°C'de (140°F) viskozite
– 135°C'de (275°F) viskozite
– 25° C'de (77° F) 5 saniye boyunca uygulanan 100 g'lik bir iğnenin penetrasyon derinliği
– Parlama noktası sıcaklığı
– 25°C'de (77°F) süneklik
– Trikloroetilende çözünürlük
– İnce film fırın testi (kısa süreli yaşlanmanın etkilerini hesaba katar):
– 60° C'de (140° F) viskozite
– 25° C'de (77° F) süneklik

Viskozite dereceleri Bitüm, Viskozite (akışkanlık derecesi) derecesine göre sınıflandırılır. Derece ne kadar yüksek olursa Bitüm o kadar sert olur. Viskozite Derecesinde Viskozite testleri sırasıyla yaz aylarında yol yüzeyinin sıcaklığını ve karışım sıcaklığını temsil eden 60°C ve 135°C'de gerçekleştirilir. Yıllık ortalama kaplama sıcaklığı olan 25°C'deki penetrasyon da Şartnamelerde muhafaza edilmiştir.
Viskozite Sınıfı bitüm standartları aşağıdaki gibidir:
– AASHTO M 226
– ASTM D3381
– IS73:2013

S73:2013 standardını temel alan yeni kaliteler böylece terminolojiyle birlikte geliştirildi:

VG-10 BİTÜM: VG-10, 80/100 penetrasyonlu bitüm yerine çoğunlukla çok soğuk iklimlerde yüzey kaplama ve asfaltlama gibi püskürtme uygulamalarında kullanılır. Bitüm Emülsiyonu ve Modifiye Bitüm ürünlerinin üretiminde de kullanılmaktadır.

VG-20 BİTÜM: VG-20 soğuk iklim ve yüksek rakımlı bölgelerde asfaltlamada kullanılır.

VG-30 BİTÜM: VG-30 özellikle önemli trafik yüklerini tolere etmesi gereken ekstra ağır hizmet tipi Bitümlü kaplamaların yapımında kullanılır. 60/70 penetrasyonlu bitüm kalitesi yerine kullanılabilir.

VG-40 BİTÜM: VG-40, 30/40 penetrasyon derecesi yerine kavşaklar, gişe yakınları ve kamyon otoparkları gibi yüksek stresli alanlarda kullanılır. Daha yüksek viskozite nedeniyle, itilmeye ve daha yüksek sıcaklık ve ağır trafik yükleriyle ilgili diğer sorunlara karşı direnci iyileştirmek için daha sert Bitüm karışımları üretilebilir.

Bitüm emülsiyonu, ortam sıcaklıklarında serbestçe akan bir sıvıdır ve üçüncü bir bileşen olan emülgatör ile stabilize edilmiş, birbiriyle karışmayan iki sıvıdan (bitüm ve su) oluşur. Bitüm, elektrostatik yüklerle süspansiyon halinde tutulan, tipik olarak 0,5 ila 5 mikron çapında ayrı damlacıklar halinde sürekli sulu faz boyunca dağıtılır. Dispersiyon, bitüm ve suyun seçilmiş katkı maddeleri ile birlikte kolloidal değirmende kontrollü koşullar altında işlenmesiyle elde edilir.
Bitüm içeriği farklı gereksinimlere uyacak şekilde değiştirilebilir ve tipik olarak 30% ile 70% arasındadır. Bitümün emülsifiye edilmesinin temel amacı, kesintiler ve asfaltlama sınıfı bitüm kullanıldığında normalde gerekli olan ısıtma olmadan kullanılabilecek bir ürün elde etmektir. Emülsiyonun zaman içinde stabiliteye sahip olmasını ve ayrıca agregalara/yol yüzeyine uygulandığında kırılıp sertleşmesini sağlamak için uygun kalitede emülgatörlerin kullanılması önemlidir. Oda sıcaklığında çikolata kahverengisi serbest akışlı sıvıdır.
Bitüm Emülsiyonlarının iyonik yüklerine göre katyonik veya anyonik olarak sınıflandırılması gerekir. Su bitüm emülsiyonları inşaatlarda bağlayıcı ve film oluşturucu malzeme olarak yoğun olarak kullanıldığından, anyonik ve katyonik olmak üzere iki tip emülgatör kullanılır. Yol yapımında genellikle silisli agrega kullanıldığı için anyonik bitüm emülsiyonları genellikle yol yapımında kullanılmaz. Anyonik bitüm emülsiyonları silisli agregalarla iyi performans vermezken katyonik bitüm emülsiyonları bu agregalarla iyi performans gösterir.
Katyonik emülsiyonlar, pozitif yükleri nedeniyle agregaları daha verimli bir şekilde kaplar ve dolayısıyla daha iyi yapışma özelliklerine sahiptir. Katyonik Emülsiyon hem daha çok tercih ediliyor hem de daha yaygın kullanılıyor. Katyonik emülsiyonlar “C” ile başlar. Eğer C yoksa emülsiyon genellikle anyoniktir. Belirli agregalarla uyumluluk için bir emülsiyon tasarlarken yük önemlidir. Spesifikasyonun bir sonraki seti, bir emülsiyonun ne kadar hızlı sertleşeceğini veya birleşeceğini açıklamaktadır. RS (Hızlı Ayar), MS (Orta Ayar), SS (Yavaş Ayar) ve QS (Hızlı Ayar) ayar dereceleridir.
Bitüm emülsiyonları düşük viskoziteye sahiptir ve ortam sıcaklıklarında işlenebilir, bu da onları yol kaplamalarında ve yüzey kaplamalarında kullanım için ideal kılar.
Emülsiyon Bitüm standartları aşağıdaki gibidir:
– ABD Anyonik Emülsiyonları: ASTM D 977 ve AASHTO M 140
– ABD Katyonik Emülsiyonları: ASTM D 2397 ve AASHTO M 208
– Avrupa: Uyumlaştırılmış Çerçeve Standardı EN 13808

Bitüm emülsiyonlarının ana kaliteleri aşağıdaki şekilde sınıflandırılır:

Bitüm Emülsiyonu CSS-1: CSS-1, yapışkan kaplama, taban stabilizasyonu, sis yalıtımı, toz kontrolü ve özel uygulamalar için tasarlanmış katyonik, yavaş sertleşen bir bitüm emülsiyonudur. Katyonik bitüm emülsiyonları CSS-1 pozitif bir yüke sahiptir ve dolayısıyla emülsiyon ile agrega veya kaplama arasında doğrudan ve çok hızlı bir reaksiyon mümkündür. CSS-1 emülsiyonları çeşitli amaçlar için kullanılır. Yavaş sertleşen emülsiyonlar, emülsiyonların en stabil olanıdır ve genellikle suyla seyreltilebilir ve mineral dolgu maddeleri ve agregalarla karıştırılabilir. Tüm kullanımlar için, inşaattaki hava ve kaplama sıcaklıkları, emülsiyonun tamamen kürlenmesine izin verecek kadar yüksek olmalıdır.

Bitüm Emülsiyonu CMS-2: CMS-2, soğuk ve sıcak asfalt ve agrega karışımlarında, taban stabilizasyonunda ve tam derinlik ıslahında kullanıma yönelik orta sertleşen katyonik su bazlı asfalt emülsiyonudur. CMS-2, merkezi bir tesiste, iş sahasında veya karayolu üzerinde taşınabilir bir boks makinesi ile soğuk veya sıcak olarak karıştırılabilir. Karıştırılan malzeme hemen kullanılabilir veya daha sonra kullanılmak üzere stoklanabilir. Bir finişer ile yerleştirilebilir veya bir bıçak veya geri kazanım cihazı ile kaldırım üzerine işlenebilir.

Bitüm Emülsiyonu CRS-2: CRS-2, talaş contaları için bitümlü bağlayıcı olarak kullanılmak üzere tasarlanmış katyonik, su bazlı emülsifiye edilmiş bir asfalttır. Toplu olarak tedarik edilir. CRS-2 emülsiyonları iyi kalibre edilmiş distribütörlerle uygulanmalıdır. Dağıtıcı nozullar ve püskürtme çubuğu istenilen atış hızını sağlayacak şekilde boyutlandırılmalı ve ayarlanmalıdır. Atış hızı, proje agregası ve mevcut kaplamanın koşullarıyla birlikte laboratuvar talaş contası tasarımıyla belirlenmelidir. Hava sıcaklığı 60°F'nin altına düştüğünde ve düştüğünde CRS-2 uygulanmamalıdır. Su bazlı emülsiyon dondurucu sıcaklıklara veya aşırı ısınmaya maruz bırakılmamalıdır. Emülsiyon kimyasal olarak stabilize edilmiş bir sistem olduğundan, kimyasalların neden olduğu kirlenme, havaya aşırı maruz kalma veya olumsuz mekanik veya termal koşullar nedeniyle kimyasal dengenin bozulmamasına dikkat edilmelidir.

Rafineri bitümü ayrıca işlenmiş havanın eklenmesiyle işlenir. Bu bize şişirilmiş bitüm olarak da bilinen oksitlenmiş bitümü verecektir. Bu işlemde, kontrollü bir sıcaklık sağlanarak, 200 ila 300 santigrat derece sıcaklıktaki sıcak hava, delikli bir tüp içinden bitüm içeren bölmeye üflenir, hava basınç altında yumuşak bitümün içine verilir. Bu işlem bitüme orijinal formülünden daha fazla kauçuksu özellik kazandırır ve bunlar daha sert bitümdür. Bitüm karışımına hava üflemek, ona daha yüksek viskozite ve yumuşamaya (özellikle yol uygulamaları için) ve özel olarak geliştirilmiş katkı maddeleri veya su ile emülsifikasyon içeren ikincil işlemlere karşı daha fazla direnç kazandırır. Günümüzde büyük asfalt üreticileri, nihai sonuç için daha yüksek performans elde etmek amacıyla üretimlerinde bu katkı maddelerini kullanmaktadır. Bu daha sert karışımın sünekliği ve sıcaklık duyarlılığı daha düşüktür.
Oksitlenmiş bitüm daha yüksek derecede yumuşaklığa ve sıcaklık değişimlerine karşı daha düşük duyarlılığa sahiptir. Bu tür bitüm çatı kaplama levhaları, araba lastikleri ve astar yapımında kullanılır. Oksitlenmiş asfalt tipik olarak çatı kaplama işleminde, boru kaplamada, Portland çimentolu beton kaplamaların alt yalıtımında, hidrolik uygulamalarda ve boya üretiminde kullanılır. Üflemeli bitüm, kazık endüstrisinde kaymayı önleyici katman bileşiği olarak, çatı kaplama keçelerinin üretiminde, otomobil endüstrisinde ses sönümleyici keçeler ve araba altı sızdırmazlık maddesi olarak, elektrik kablosu ek yeri koruması, derz dolgu bileşiği, sızdırmazlık bileşiği ve diğerleri.
Oksitlenmiş bitüm bir plastik torbaya, kraft torbaya ve ayrıca varile paketlenebilir ve dökme tankerlerde sıcak olarak teslim edilebilir. Oksitlenmiş bitüm (Üflemeli bitüm) küçük parçalara bölünecek ve 220°C ila 230°C uygulama sıcaklığına kadar yavaşça ısıtılacaktır.
Oksitlenmiş bitüm Sembolik R'dir. Örneğin R 80/25 bitüm, yumuşaklık derecesi 80 santigrat ve nüfuz etme derecesi 25 olan şişirilmiş bitüm anlamına gelir. Oksitlenmiş bitüm, aşağıdakileri içeren çeşitli derecelerde üretilir:

• Oksitlenmiş Bitüm 150/5
• Oksitlenmiş Bitüm 115/15
• Oksitlenmiş Bitüm 105/35
• Oksitlenmiş Bitüm 95/25
• Oksitlenmiş Bitüm 90/40
• Oksitlenmiş Bitüm 90/10
• Oksitlenmiş Bitüm 90/15
• Oksitlenmiş Bitüm 85/25
• Oksitlenmiş Bitüm 85/40
• Oksitlenmiş Bitüm 85/25
• Oksitlenmiş Bitüm 75/25

Genellikle bitüm yeni çelik varillerde paketlenir ve ihraç edilir. Tambur bitüm kapasitesi 150 Kg'dan 200 Kg'a kadar değişmektedir. Dünyadaki hemen hemen tüm bitüm tüketicilerinin en yaygın olarak kullandığı varil paketleme kapasitesi 180 Kg'dır.
180 kg'lık variller bitüm tüketicileri tarafından daha çok kullanılmaktadır çünkü kendilerine en faydalı olanıdır. Bitüm ithalatçıları 180 Kg'lık variller kullanarak maliyetten tasarruf edebilirler. Tasarruf alanları, varil üretim maliyeti, taşıma ve nakliyeyle ilgili masraflarla ilişkili ancak bunlarla sınırlı değildir.
Bitubag'ler ve Jumbo Torbalar, Bitum varilleri için uygun maliyetli bir alternatif olabilir. Bitubag'ler 1000 kg ve 300 kg olmak üzere iki tipte olabilmektedir.

300 kg'lık Bitubag'ler, ilki yırtılan ve ikincisi varış tankerinde (rezervuar) yanarak eriyen iki katmanlı bir kapak içerir.

Bitümün büyük çoğunluğu inşaat sektöründe kullanılmakta olup, esas olarak kaldırım ve çatı kaplama uygulamalarında kullanılmaktadır. Tüm bitümlerin 85%'si yollar, pistler, otoparklar ve yaya yolları için asfaltta bağlayıcı olarak kullanılır. Çakıl ve kırma taş, kalın bitüm ile karıştırılarak bir arada tutulur ve daha sonra yollara uygulanır.

Mükemmel su geçirmezlik özellikleri ve termoplastik davranışı, onu geniş bir uygulama yelpazesi için ideal kılar. Yüksek sıcaklıklarda (tipik olarak 100 ila 200°C arasında), viskoz bir sıvı gibi davranır ve diğer bileşenlerle karıştırılabilir ve gerektiği gibi manipüle edilebilir ve şekillendirilebilir. Soğuduktan sonra dayanıklı ve hidrofobik (suyu iten) inert bir katıdır.

Dünya çapında kullanılan bitümün 10%'si, su geçirmezlik özellikleri çatıların iyi çalışmasına yardımcı olduğundan çatı kaplama endüstrisinde kullanılmaktadır. 5% bitüm, halı karo arkalığı ve boya gibi çeşitli yapı malzemelerinde sızdırmazlık ve izolasyon amacıyla kullanılır.

Bu ana kullanımlara ek olarak bitümün birçok küçük kullanımı da vardır. Diğer örnekler arasında ses yalıtımı, patlayıcılar, küf koruması, briketlerde bağlayıcı madde, aynalara destek, ayakkabı tabanları, çit direği kaplaması ve toprak stabilizasyonu sayılabilir.