Prüfungen von Bitumen

Neben den konventionellen Prüfverfahren, wie unter anderem Nadelpenetration und Erweichungspunkt Ring und Kugel, werden heutzutage auch rheologische Prüfverfahren zur Charakterisierung des Bitumens eingesetzt.

Bei der Prüfung von Bitumen werden folgende Eigenschaften untersucht:
  • Konsistenz
  • Fließverhalten
  • Elastizität
  • Alterung

Nadelpenetration

Die Penetration ist ein konventionelles Prüfverfahren für die Bitumenkonsistenz, sie wird definiert als Eindringtiefe einer Nadel mit 100g Belastung innerhalb von 5 Sekunden. Die Prüftemperatur beträgt - soweit nicht anders angegeben - 25°C. Die Angabe des Messergebnisses erfolgt in 1/10 mm. 
Die Nadelpenetration ist die bekannteste Kenngröße in der Reihe der Bitumeneigenschaften und ein Maß für die Härte eines Bitumens. Die Bezeichnung des Bitumens 70/100 bedeutet, dass ein Bitumen eine Nadelpenetration zwischen 70 und 100 1/10 mm aufweisen muss, um entsprechende Anforderungen der Spezifikation zu erfüllen.

Die Prüfmethode ist in der DIN EN 1426 beschrieben.

Erweichungspunkt Ring und Kugel

Bestimmt wird die Temperatur, bei der Bitumen (eingefüllt in einem Messingring) unter definierten Bedingungen bei gleichmäßiger Erwärmung eine bestimmte Verformung durch das Gewicht einer aufgelegten Stahlkugel erfährt. Da Bitumen aus einem Gemisch von vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen besteht, ist der Übergang vom festen in den flüssigen Zustand gleitend. Je härter das Bitumen ist, desto höher liegt sein Erweichungspunkt. Diese Prüfung gibt einen Hinweis auf das Verhalten des Bitumens bei hohen Temperaturen und erlaubt eine Zuordnung des Bindemittels in die entsprechende Spezifikation.

Die Prüfmethode ist in der DIN EN 1427 beschrieben.

Brechpunkt nach Fraaß

Das Verhalten von Bitumen in der Kälte lässt sich nach dem Brechpunkt beurteilen, der den Übergang vom zählplastischen in den starren Zustand kennzeichnet. Eine auf ein Blechplättchen gleichmäßig aufgetragene Bitumenschicht wird dabei um 1°C je Minute abgekühlt und nach jeweils 1 Minute definiert durchgebogen. Der Brechpunkt nach Fraaß ist die Temperatur in Grad C, bei der unter festgelegten Versuchsbedingungen die Bitumenschicht beim Biegen bricht oder Risse bekommt. Der Brechpunkt beschreibt den Übergang des Bindemittels von zähplastisch nach starr und stellt somit eine Möglichkeit da, das Verhalten von Bitumen in der Kälte zu beurteilen.

Die Temperaturdifferenz zwischen Brech- und Erweichungspunkt wird als Plastizitätsspanne eines Bitumens bezeichnet. Praktiker sprechen hierbei auch von der „Gebrauchstemperaturspanne". 
Besonders große Plastizitätsspannen weisen polymermodifizierte Bitumen auf. Bitumen mit einem höheren Modifikationsgrad können sogar mehr als 100°C erreichen. Straßenbaubitumen nach DIN EN 12 591 haben eine Plastizitätsspanne von mindestens 60°C.

Die Prüfmethode ist in der DIN EN 12593 beschrieben.

Elastische Rückstellung

Das Verfahren nach DIN EN 13398 dient einer vereinfachten Bestimmung des elastischen Verformungsanteils des Bitumens. Die nach dieser Norm bestimmte elastische Rückstellung dient als Unterscheidungsmerkmal zwischen elastomer- und plastomermodifizierten Bitumen und Straßenbaubitumen nach DIN EN 12 591.
Bis in die jüngere Vergangenheit wurde die elastische Rückstellung am rückgewonnenen Bitumen als Merkmal der Wirksamkeit bzw. des Abbaus von Polymeren nach thermischer Beanspruchung interpretiert. Laut den Forschungsergebnissen aus Bundesanstalt für Straßenwesen kann diese Aussage ebenso wenig manifestiert werden, wie eine Schlussfolgerung aus der elastischen Rückstellung des Bindemittels für die Wirksamkeit in der Asphaltanwendung abzuleiten. Die Probekörper werden bei 25°C Prüftemperatur und einer vorgegebenen Ausziehgeschwindigkeit auf eine festgelegte Länge ausgezogen. Nach dem Durchschneiden des entstandenen Fadens genau in der Mitte, tritt eine elastische Rückstellung der beiden Halbfäden ein, deren Größe einen Hinweis auf die elastischen Eigenschaften der Probe gibt. Nach einer definierten Rückstelldauer wird die Verkürzung der Halbfäden gemessen und als Anteil der Faden-Ausgangslänge angegeben.

Kraftduktilität

Bei der Kraftduktilitätsprüfung wird zusätzlich zum Ausziehweg die beim Ausziehvorgang auftretende Zugkraft kontinuierlich gemessen. Aus dem Ausziehweg und der Zugkraft kann die Formänderungsarbeit als Energieinhalt mit der Maßeinheit Joule [J] errechnet werden. Hierdurch kann sicher zwischen einem Straßenbaubitumen und einem polymermodifizierten Bitumen unterschieden werden.