Bitumenemulsionen sind feinste Verteilungen von Bitumen in Wasser. Chemische Zusätze – Emulgatoren – halten diese Verteilung während Herstellung, Transport und Lagerung stabil. Erst auf der Baustelle, im Kontakt mit dem Mineral, "bricht" die Emulsion: Sie gibt ihr Wasser frei und umhüllt die Gesteinskörnung mit dem Bindemittel Bitumen. Welche Emulgatoren eingesetzt werden, entscheidet dabei über die Ladungsart des Produkts – anionisch oder kationisch – und damit über den Einsatzzweck. Kationische Bitumenemulsionen dominieren im Straßenbau und in der Straßenerhaltung, weil ihr positiv geladenes Bitumenteilchen mit dem meist negativ geladenen Mineral einen Ladungsausgleich eingeht. Für Verarbeiter in Abdichtung, Grundierung und Kaltbauweisen ist genau dieser Brechmechanismus der entscheidende Praxisfaktor: Passt die Mineralik nicht zur Emulsion, bleibt der Verbund aus.

Was passiert chemisch beim Brechen der Emulsion?

Physikalisch betrachtet löst das Mineral den sogenannten Brechprozess der kationischen Bitumenemulsion aus. Die positiv geladenen Bitumenteilchen und das negativ geladene Mineral gleichen ihre Ladung aus, die Emulsion bricht, Wasser wird freigesetzt, und das Bitumen umschließt das Korn. Dieser Vorgang läuft nicht bei jedem Untergrund gleich gut ab. Ist das Mineral minder geladen, neutral, chemisch aggressiv oder entspricht es nicht der geforderten Kornabstufung, gerät der Ladungsausgleich ins Stocken – die Verarbeitung wird dann schwierig oder der Verbund unvollständig.

Worauf Sie beim Mineral achten sollten

  • Ladungszustand des Gesteinskörnungs prüfen – stark abweichende oder neutrale Oberflächenladungen bremsen den Brechprozess.
  • Kornabstufung einhalten, da ungeeignete Körnungen die Reaktion zwischen Emulsion und Mineral stören können.
  • Aggressive Mineralstoffe meiden beziehungsweise die Emulsionsrezeptur darauf abstimmen.

Wie wird eine Bitumenemulsion hergestellt?

Die industrielle Herstellung läuft laut Angaben des Herstellers Esha Strasse vollautomatisiert und computergestützt überwacht in einem geschlossenen Inline-System nach festen Rezepturen. Zunächst wird die Wasserlinie stabilisiert, bis die Dosierung der Komponenten konstant ist; über diese Linie werden die chemischen Zusätze rezepturgenau und in geringen Mengen zugeführt. Treffen Bitumenlinie und Wasserlinie anschließend in der Kolloidmühle aufeinander, zerkleinern Rotor und Stator die Bitumenteilchen bei hoher Geschwindigkeit und vereinen sie mit dem Wasser – ab diesem Punkt entsteht die Bitumenemulsion.

Die Emulsion verlässt die Kolloidmühle mit rund 90 °C und wird in zwei Kühlgängen zunächst auf etwa 60 °C und danach auf etwa 30 °C heruntergekühlt. Diese tiefere Kühlstufe ist etwa für Emulsionen zur Herstellung von Dünnschichtbelägen im Kalteinbau (DSK) erforderlich. Während der Produktion ist zudem eine Polymermodifikation per Latexzugabe möglich – entweder direkt im Prozess, nachträglich oder über ein bereits polymermodifiziertes Ausgangsbitumen (PmB).

Wie wird die Qualität in der Produktion gesichert?

Die Produktion wird über die Steuerzentrale ständig überwacht. Bei Auffälligkeiten kann das Personal unmittelbar eingreifen; bleibt eine Reaktion aus, löst das System zunächst ein akustisches Signal und im Weiteren einen automatischen Not-Stopp aus. Vor Verladung und Versand durchläuft jede Charge eine Produktkontrolle im Rahmen der werkseigenen Produktionskontrolle (WPK). Um Querkontaminationen zwischen sensiblen oder sich gegenseitig beeinflussenden Sorten auszuschließen, werden die Emulsionen in getrennten Lagerbereichen mit eigenen Rohrleitungen sowie Be- und Entladestationen bevorratet.

Warum Emulsionen statt Heißbitumen?

Gegenüber heiß verarbeitetem Bitumen punkten Emulsionen vor allem durch die geringere Verarbeitungstemperatur: Sie bleiben auch bei niedrigeren Temperaturen flüssig und lassen sich dadurch auch in kälteren Monaten einsetzen. Der Wasseranteil reduziert zudem das Dampfrisiko, das beim Umgang mit heißem Bitumen typischerweise auftritt – ein Sicherheitsvorteil auf der Baustelle. Für Verarbeiter in Abdichtung oder Grundierung bedeutet das geringeren Energieaufwand beim Erwärmen und eine insgesamt praktikablere Handhabung im Kaltbauverfahren.

Praxis-Take-away: Bitumenemulsionen funktionieren nur, wenn Emulgatorsystem und Mineral zueinander passen. Prüfen Sie vor dem Einbau die Ladungsverträglichkeit und Kornabstufung des verwendeten Zuschlagstoffs – ein nicht optimal brechendes Gemisch führt zu unzureichendem Verbund und damit zu Nacharbeit. Weitere bauchemische Grundlagen rund um Bindemittel und Abdichtung finden Sie im Themenportal Bauchemie sowie im Beitrag zu Dichtschlämmen und flexiblen Abdichtungen im Nassbereich.