Die Bitumenemulsion

Vor etwa 100 Jahren hat man herausgefunden, dass es emulgierfähige Bitumensorten gibt. Dieses Bitumen konnte man in heißflüssigem Zustand in alkalisiertes heißes Wasser einrühren und es bildete sich spontan eine Bitumenemulsion, das heißt, das Bitumen verteilt sich in Form feinster Tröpfchen im Wasser (etwa vergleichbar mit den Fetttröpfchen in der Milch.

Der besondere Vorteil dabei war, dass die Bitumenemulsion erheblich dünnflüssiger ist als das Ausgangsbitumen und daher bei niedrigerer Temperatur (damals 10 bis 40 °C) verarbeitet werden konnte.

Je nach Auswahl des Emulgatorsystems werden hauptsächlich kationische oder anionische Bitumenemulsions-Typen für Straßenbau- und Bautenschutzzwecke erzeugt. Nichtionische oder amphotere Emissionen spielen nur eine untergeordnete Rolle.

Die Herstellung von Bitumenemulsionen ist kein chemischer Prozess sondern ein physikalischer Mischvorgang. 

Angesteuert über Dosierpumpen wird die Bitumenphase (Temperatur ca. 130 °C) in einer sogenannten Kolloidmühle gemeinsam mit der Wasserphase (Temperatur ca. 60 °C), in der Emulgatoren und Additive vorgelöst sind, mit hoher Mischenergie in einem Durchlaufverfahren vereinigt. Bei diesem Prozess wird das Bitumen zu feinen Tröpfchen „aufgemahlen“ und vom Emulgator in Form mikroskopisch kleiner kugelförmiger Tröpfchen stabilisiert.  Der Emulgator verleiht dabei den Tröpfchen eine elektrostatische Aufladung, sodass sie sich gegenseitig abstoßen und auf diese Weise die Emulsion lagerstabil wird.

Bitumenemulsionen enthalten im Regelfall einen Bitumenanteil von 40 bis 72 M-%. Bis zu einem Bitumenanteil von etwa 65 M-% sind die Bitumenemulsionen zumeist dünnflüssig (Viskosität bei 40 °C ca. 10 bis 200 mPas), bei höheren Bitumengehalten werden sie dickflüssig (Viskosität bei 40 °C bis ca. 2000 mPas).

^{Tabelle: Grundlegende Eigenschaften von Bitumenemulsionen}

Durch die gezielte Auswahl des Ausgangsbitumens, der Art und Menge der Emulgatoren sowie weiterer Rezepturbestandteile gibt es eine große Variationsbreite für die verschiede Einsatzgebiete.

Insbesondere ist der Stabilitätsgrad ein entscheidendes Gebrauchsmerkmal. Er kennzeichnet das Brechverhalten der Emulsion und gibt an, wie rasch und unter welchen Bedingungen sich der Bitumenanteil der Emulsion ausscheidet, die Emulsion also zerfällt ("bricht"). Beispielsweise brechen „unstabile Bitumenemulsionen“ schon bei Kontakt mit gröberem Gesteinsmaterial (wie z.B. Splitt 4/8) binnen weniger Sekunden und verkleben dessen Gesteinsflächen miteinander. 

„Stabile Bitumenemulsionen“ hingegen lassen sich minutenlang mit füllerhaltigen kornabgestuften Sand – Splittkomponenten mischen, ohne dass ein Brechen der Bitumenemulsion eintritt. Der Stabilitätsgrad wird gemäß Europäischer Normung neuerdings durch den sogenannten „Brechwert“ kategorisiert. Zu seiner Bestimmung wird jene Menge standardisiertes Steinmehl ermittelt, die in eine Bitumenemulsion eingerührt erden kann, bis sie koaguliert. 

Dieser Brechwert ist jedoch lediglich ein Orientierungsmerkmal und reicht nicht dafür aus, die Emulsion einem bestimmten Anwendungszweck zuzuordnen.

Der Brechvorgang einer Bitumenemulsion ist in der Regel ein zeitlich rascher Vorgang von wenigen Minuten. Er wird durch Adsorption des Emulgators am Gestein (Ladungsaustausch zwischen Emulsionströpfchen und Gesteinsoberfläche) eingeleitet.

Nach dem Brechen erfolgt das Abbinden des zunächst noch recht lockeren Tröpfchengefüges durch weitgehendes Verdunsten des Emulsionswassers bei gleichzeitigem Inneinanderfließen (Verfilmen) der ursprünglichen Emulsionströpfchen zu einem kompakten kohäsiven Bindemittelfilm. Diese Wasserabgabe durch Verdunsten erfolgt langsam, hängt stark von klimatischen Gegebenheiten ab und kann Stunden, unter ungünstigen Bedingungen sogar Tage dauern. Daher hat die Verarbeitung von Bitumenemulsionen möglichst bei warmem Wetter zu erfolgen. Temperaturen der Unterlage von +15 °C sollten bei den meisten  Bauweisen nicht unterschritten werden.