Bitumenemulsie
De vereiste viscositeit van bitumen voor verwerking kan behalve door verhitten en door versnijden met een oplosmiddel ook worden verkregen door emulgeren in water. Menging met nat mineraal aggregaat bij de omgevingstemperatuur is dan goed mogelijk. Na afscheiding van het bitumen uit de emulsie en hechting aan de steenoppervlakken moet het water door afvloeien en verdampen verdwijnen. Bitumenemulsies zijn systemen waarbij zeer kleine bitumendeeltjes (1 tot 10 µm) in water verdeeld zijn. Het gehalte aan bitumen in de wegenbouwemulsie bedraagt ongeveer 65%. Om het samenklonteren van de bitumendeeltjes te voorkomen, moet de grensvlakspanning tussen water en bitumen tot bijna nul worden verlaagd. Dit gebeurt door aan het water enige tienden procenten emulgator toe te voegen. Een emulgator is een elektrolyt. Elektrolyten zijn zuren, basen en zouten die in water opgelost door een elektrische stroom worden ontleed.
Afhankelijk van het gebruiksdoel moet de emulsiestructuur tijdens of na de toepassing verloren gaan en moet het bitumen zich afzetten op de ondergrond of op het mineraal aggregaat. Dit wordt het breken of coaguleren van de emulsie genoemd. Tijdens deze scheiding van beide vloeistoffen hecht bitumen zich aan het oppervlak en treedt het water uit. Dit proces noemen we bij een kleeflaagemulsie het ‘omslaan van de kleeflaag’.
Door een juiste keuze van type en hoeveelheid emulgator kan de stabiliteit van de emulsie worden beïnvloed. De eisen voor bitumenemulsie zijn omschreven in NEN-EN 13808. De bitumenemulsies worden onderscheiden in:
- snelbrekende (onstabiele of labiele) soorten, aangeduid met de letter O;
- relatief langzaam brekende (halfstabiele) soorten, aangeduid met de letter OM;
- zeer langzaam brekende (stabiele) soorten; aangeduid met de letter M.
Bitumenemulsies worden toegepast voor oppervlakbehandelingen (O), voor kleeflagen (O) en penetraties (OM) en voor open wegdekmengsels die grote hoeveelheden mineralen bevatten (M). Een volledige aanduiding omvat zowel het emulsietype als de stabiliteitssoort, dus bijvoorbeeld ‘kationische bitumenemulsie OM’.
De aard van de elektrische lading die de bitumendeeltjes dragen, is van groot belang voor het toegepaste mineraal aggregaat. Hierbij moet onderscheid worden gemaakt tussen gesteenten die aan hun oppervlak een elektronentekort vertonen (basisch gesteente zoals kalksteen) en gesteenten die juist een elektronenoverschot bevatten (zuur gesteente zoals kwartsiet). Tussenvormen (bijvoorbeeld basalt) worden als menggesteenten aangeduid. In het algemeen ligt het voor de hand anionische emulsies bij voorkeur toe te passen bij kalksteen, terwijl kationische emulsies vooral in aanmerking komen bij kwartsiet. Bij deze combinaties is immers sprake van wederzijdse elektrische aantrekking, zodat de bitumendeeltjes zich op het minerale oppervlak zullen afzetten en daar een bitumenfilm zullen vormen. Het resultaat is niet alleen een duidelijke breking van de emulsie, maar ook een goede hechting van het afgescheiden bitumen. De hechting van het bitumen op de steen wordt overigens niet alleen bepaald door de elektrische lading van het mineraal aggregaat en de emulgator, maar ook door andere factoren, waaronder de fysische en/of chemische adsorptie.
Bitumenemulsies hebben bij kamertemperatuur een zodanig lage viscositeit dat verpompen en versproeien mogelijk zijn. Zij zijn bestendig tussen 0°C en 100°C. Bij bevriezing kan het emulgatorhuidje, dat zich rondom de bitumendeeltjes bevindt, worden verstoord. Hierdoor ballen de deeltjes samen en gaat de emulsiestructuur verloren. Bij zeer langdurige opslag kunnen zich bij sommige bitumenemulsies bezinkingsverschijnselen voordoen, die bij enig roeren weer verdwijnen. De viscositeit kan worden bepaald aan de hand van de uitstroomtijd in een uitstroombeker (zie 14.1.5 en NEN-EN 12846).