Bitumenemulsionen wurden vor mittlerweile über 100 Jahren erfunden und sind buchstäblich der Natur abgeschaut. Nachdem ein Arzt in Südfrankreich die gesundheitsschädliche Wirkung des Straßenstaubes erkannt hatte, wurden erste Versuche gestartet, die Straßen durch Road-Oil-Tränkungen mit flüssigen Bitumensorten und weichen Steinkohleteeren staubfrei zu halten. Im Rahmen dieser Bemühungen wurde festgestellt, dass Bitumen sehr leicht kalt verarbeitet werden kann, wenn es vorher emulgiert wird. Emulgieren bedeutet, fetthaltige Substanzen in Form von mikroskopisch kleinen Tröpfchen in Wasser zu verteilen. Ein Effekt, der sowohl bei Hautcremes angewandt wird als auch z.B. in Form von Milch natürlich vorkommt.
Die bekannten Vorzüge von Bitumenemulsionen, die bis heute zu den am häufigsten verwendeten Rohstoffen im Straßenbau zählen, sind zahlreich:
- Keine Verbrennungs- und Brandgefahr
- Keine giftigen Lösemittel
- Keine Explosionsgefahr durch Lösemitteldämpfe
- Geben beim Abbinden nur Wasser in flüssiger Form oder Dampf ab
- Werden kalt verarbeitet und sparen daher Energie
- Dringen nicht in den Boden ein
- Hohe Variabilität in den Eigenschaften, daher vielseitige Einsetzbarkeit
Die Herstellung von Bitumenemulsionen erfolgt in Kolloidmühlen. Dabei wird Bitumen gemeinsam mit der "wässrigen Phase" durch einen engen Spalt zwischen Stator und mit hoher Geschwindigkeit laufendem Rotor gepresst, um den Rohstoff in feinste Partikel zu zerreißen. Die wässrige Phase enthält Emulgatoren, spezielle chemische Stoffe, die auf natürlicher Fett- und Ölbasis hergestellt werden und sowohl in Wasser als auch Bitumen löslich sind, um die Emulsion zu stabilisieren. Das heißt, die Grenzfläche zwischen Bitumentröpfchen und Wasserphase wird fixiert und die Emulsion dadurch "lagerstabil". Dabei verleiht der Emulgator den Bitumentröpfchen eine elektrisch geladene Oberfläche, sodass sich die (gleichnamig) geladenen Tröpfchen voneinander abstoßen. Je nach Art des Emulgators sind die Bitumentröpfchen positiv (kationische Emulsionen) oder negativ (anionische Emulsionen) geladen.
Der Bitumengehalt in modernen Bitumenemulsionen kann bis zu über 70% betragen. Ein Liter Emulsion enthält bis zu einer Billiarde (!) Tröpfchen mit Durchmessern von 0,1 bis 50 µm. Je nach Art und Menge der Emulgatoren (die Emulgatorgehalte liegen je nach Sorte zwischen nur 0,1 und 2%) erhält die Bitumenemulsion die verschiedensten anwendungstechnischen Eigenschaften.
Emulsionen können sowohl stabil als auch unstabil gestaltet sein, wobei die Stabilität das Verhalten bei Kontakt mit (Straßenbau) Gestein wiedergibt. Während unstabile Emulsionen binnen weniger Sekunden nach dem Kontakt mit Gestein zerfallen - man bezeichnet diesen Vorgang als "Brechen" - und sofort als Klebemittel für das Gestein wirken, sind stabile Emulsionen längere Zeit mit Gestein mischbar und beginnen erst allmählich, ihre Klebewirkung zu entfalten. Nach dem Brechen beginnt das "Abbinden", das allmähliche Verdunsten des Emulsionswassers und das fortschreitende Verfilmen des anfänglich nur schwach haftenden Bitumens zu einer festen Bindemittelschicht.
Alle Bauweisen mit Bitumenemulsionen sind auf warmes Wetter angewiesen, da das Wasser allmählich verdunsten muss. Die Bauausführung von Bitumenemulsionen ist daher auf die 6 wärmeren Monate des Jahres beschränkt. Oberflächenbehandlung, Dünnschichtdecken mit Kaltbauweise und die Herstellung von Haftbrücken sind klassische, weltweit verbreitete Bauverfahren mit Bitumenemulsionen, die der Straßenerhaltung dienen.
Bitumenemulsionen sind eine genormte Baustoffgruppe (Anforderungen gemäß ÖNORM B 3501 bis 3504 und Prüfungen gemäß ÖNORM C 9230 bis 9239) und wegen ihrer Bedeutung für die wirtschaftliche Straßenerhaltung in Österreich außerdem gütegeschützt.
