Asphalte können im Allgemeinen als komplexe Mischungen aus chemischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, überwiegend Asphaltenen, zyklischen Kohlenwasserstoffen (aromatisch oder naphthenisch) und einer geringeren Menge an gesättigten Komponenten mit geringer chemischer Reaktivität definiert werden. Die chemische Zusammensetzung von Asphalten hängt sowohl vom ursprünglichen Rohöl als auch vom Raffinationsverfahren ab. Asphalte leiten sich überwiegend von Rohölen ab, insbesondere von schwererem Rückstandsrohöl. Asphalt kommt auch als natürliche Ablagerung vor, wobei es sich normalerweise um den Rückstand handelt, der bei der Verdunstung und Oxidation von flüssigem Erdöl entsteht. Solche Ablagerungen wurden in Kalifornien, China, der Russischen Föderation, der Schweiz, Trinidad und Tobago und Venezuela gefunden. Asphalte sind bei Umgebungstemperatur nicht flüchtig und werden beim Erhitzen allmählich weicher. Asphalt sollte nicht mit Teer verwechselt werden, der sich physikalisch und chemisch unterscheidet.

Eine Vielzahl von Anwendungen umfasst das Pflastern von Straßen, Autobahnen und Flugplätzen; Herstellung von Bedachungs-, Abdichtungs- und Isoliermaterialien; Auskleidung von Bewässerungskanälen und Stauseen; und die Verkleidung von Dämmen und Deichen. Asphalt ist auch ein wertvoller Bestandteil einiger Farben und Lacke. Es wird geschätzt, dass die derzeitige jährliche Weltproduktion von Asphalten über 60 Millionen Tonnen beträgt, wovon mehr als 80 % für Bau und Instandhaltung benötigt werden und mehr als 15 % für Bedachungsmaterialien verwendet werden.

Asphaltmischungen für den Straßenbau werden hergestellt, indem zunächst Mischungen aus sortiertem Schotter (wie Granit oder Kalkstein), Sand und Füller erhitzt und getrocknet und dann mit Penetrationsbitumen gemischt werden, was in den USA als Straight-Run-Asphalt bezeichnet wird. Dies ist ein heißer Prozess. Der Asphalt wird auch unter Verwendung von Propangasflammen während des Auftragens auf ein Straßenbett erhitzt.

Expositionen und Gefahren

Die Exposition gegenüber partikulären mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) in Asphaltdämpfen wurde in einer Vielzahl von Umgebungen gemessen. Die meisten der gefundenen PAKs bestanden aus Naphthalinderivaten, nicht aus Verbindungen mit vier bis sechs Ringen, die eher ein erhebliches krebserzeugendes Risiko darstellen. In Raffinerie-Asphaltverarbeitungsanlagen reichen die lungengängigen PAK-Werte von nicht nachweisbar bis 40 mg/m³. Während des Befüllens von Fässern lagen die 4-Stunden-Atemzonenproben im Bereich von 1.0 mg/m³gegen den Wind auf 5.3 mg/m³ Gegenwind. In Asphaltmischanlagen lagen die Expositionen gegenüber benzollöslichen organischen Verbindungen zwischen 0.2 und 5.4 mg/m³. Während der Straßenbauarbeiten lagen die Expositionen gegenüber alveolengängigen PAK im Bereich von weniger als 0.1 mg/m³ bis 2.7 mg/m³. Potenziell nennenswerte Arbeitnehmerexpositionen können auch während der Herstellung und Anwendung von Asphaltdachmaterialien auftreten. Über die Exposition gegenüber Asphaltdämpfen in anderen industriellen Situationen und während der Anwendung oder Verwendung von Asphaltprodukten liegen nur wenige Informationen vor.

Der Umgang mit heißem Asphalt kann schwere Verbrennungen verursachen, da er klebrig ist und sich nicht leicht von der Haut entfernen lässt. Aus industrietoxikologischer Sicht ist die Hauptsorge die Reizung von Haut und Augen durch heiße Asphaltdämpfe. Diese Dämpfe können bei längerer und wiederholter Exposition Dermatitis und akneähnliche Läsionen sowie leichte Keratosen verursachen. Die grünlich-gelben Dämpfe, die von kochendem Asphalt abgegeben werden, können auch Photosensibilisierung und Melanose verursachen.

Obwohl alle Asphaltmaterialien verbrennen, wenn sie ausreichend erhitzt werden, verbrennen Asphaltzemente und oxidierte Asphalte normalerweise nicht, es sei denn, ihre Temperatur wird auf etwa 260ºC erhöht. Die Entflammbarkeit der Flüssigasphalte wird durch die Flüchtigkeit und Menge des dem Basismaterial zugesetzten Erdöllösungsmittels beeinflusst. Somit stellen die schnellhärtenden flüssigen Asphalte die größte Brandgefahr dar, die bei den mittel- und langsamhärtenden Typen zunehmend geringer wird.

Wegen seiner Unlöslichkeit in wässrigen Medien und dem hohen Molekulargewicht seiner Bestandteile hat Asphalt eine geringe Toxizität.

Die Auswirkungen auf den Tracheobronchialbaum und die Lungen von Mäusen, die ein Aerosol aus Petroleumasphalt einatmeten, und einer anderen Gruppe, die Rauch von erhitztem Petroleumasphalt einatmeten, umfassten Verstopfung, akute Bronchitis, Pneumonitis, Bronchialerweiterung, einige peribronchioläre Rundzellinfiltration, Abszessbildung, Verlust von Zilien, Epithelien Atrophie und Nekrose. Die pathologischen Veränderungen waren fleckenhaft und bei einigen Tieren relativ therapieresistent. Es wurde geschlussfolgert, dass diese Veränderungen eine unspezifische Reaktion auf mit aromatischen Kohlenwasserstoffen belastete Atemluft waren und dass ihr Ausmaß dosisabhängig war. Meerschweinchen und Ratten, die Dämpfe von erhitztem Asphalt einatmeten, zeigten Wirkungen wie chronische fibrosierende Pneumonitis mit peribronchialer Adenomatose, und die Ratten entwickelten eine Plattenepithelmetaplasie, aber keines der Tiere hatte bösartige Läsionen.

Dampfraffinierte Erdölasphalte wurden durch Auftragen auf die Haut von Mäusen getestet. Hauttumore wurden durch unverdünnte Asphalte, Verdünnungen in Benzol und eine Fraktion von dampfraffiniertem Asphalt erzeugt. Wenn luftgereinigte (oxidierte) Asphalte auf die Haut von Mäusen aufgetragen wurden, wurde mit unverdünntem Material kein Tumor gefunden, aber in einem Experiment erzeugte ein luftgereinigter Asphalt in Lösungsmittel (Toluol) topische Hauttumoren. Zwei Cracking-Rest-Asphalte erzeugten Hauttumore, wenn sie auf die Haut von Mäusen aufgetragen wurden. Eine gepoolte Mischung aus dampf- und luftgeblasenen Erdölasphalten in Benzol erzeugte Tumore an der Applikationsstelle auf der Haut von Mäusen. Eine Probe von erhitztem, luftveredeltem Asphalt, die Mäusen subkutan injiziert wurde, erzeugte einige wenige Sarkome an den Injektionsstellen. Eine gepoolte Mischung aus dampf- und luftgeblasenen Erdölasphalten erzeugte bei Mäusen Sarkome an der Stelle der subkutanen Injektion. Dampfdestillierte Asphalte, die intramuskulär injiziert wurden, erzeugten in einem Experiment an Ratten lokale Sarkome. Sowohl ein Extrakt aus Straßenbelagsasphalt als auch seine Emissionen waren mutagen Salmonella typhimurium.

Der Nachweis einer Karzinogenität für den Menschen ist nicht schlüssig. Eine Kohorte von Dachdeckern, die sowohl Asphalt als auch Kohlenteerfeldern ausgesetzt waren, zeigte ein erhöhtes Risiko für Atemwegskrebs. Ebenso fanden zwei dänische Studien mit Asphaltarbeitern ein erhöhtes Risiko für Lungenkrebs, aber einige dieser Arbeiter waren möglicherweise auch Kohlenteer ausgesetzt, und sie waren mit größerer Wahrscheinlichkeit Raucher als die Vergleichsgruppe. Unter Autobahnarbeitern in Minnesota (aber nicht in Kalifornien) wurden Zunahmen für Leukämie und urologische Krebsarten festgestellt. Auch wenn die bisherigen epidemiologischen Daten nicht ausreichen, um mit hinreichender wissenschaftlicher Sicherheit nachzuweisen, dass Asphalt ein Krebsrisiko für den Menschen darstellt, besteht auf der Grundlage experimenteller Studien Einigkeit darüber, dass Asphalt ein solches Risiko darstellen kann.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Da erhitzter Asphalt schwere Hautverbrennungen verursachen kann, sollten die damit Arbeitenden lockere Kleidung in gutem Zustand mit geschlossenem Hals und heruntergekrempelten Ärmeln tragen. Hand- und Armschutz sollten getragen werden. Sicherheitsschuhe sollten etwa 15 cm hoch und so geschnürt sein, dass keine Öffnungen bleiben, durch die heißer Asphalt auf die Haut gelangen kann. Gesichts- und Augenschutz wird auch empfohlen, wenn mit erhitztem Asphalt umgegangen wird. Umkleidekabinen und geeignete Wasch- und Bademöglichkeiten sind wünschenswert. In Brechanlagen, in denen Staub entsteht, und in Kochkesseln, aus denen Dämpfe entweichen, sollte für eine ausreichende Absaugung gesorgt werden.

Asphaltkessel sollten sicher aufgestellt und nivelliert werden, um ein Umkippen auszuschließen. Arbeiter sollten gegen den Wind eines Kessels stehen. Die Temperatur von erhitztem Asphalt sollte regelmäßig überprüft werden, um eine Überhitzung und eine mögliche Entzündung zu vermeiden. Bei Annäherung an den Flammpunkt muss das Feuer unter einem Kessel sofort gelöscht werden und es darf keine offene Flamme oder andere Zündquelle in der Nähe sein. Wo Asphalt erhitzt wird, sollten Feuerlöschgeräte in Reichweite sein. Für Asphaltbrände werden Trockenchemikalien- oder Kohlendioxid-Löscher als am besten geeignet angesehen. Dem Asphaltverteiler und dem Fahrer einer Asphalteinbaumaschine sollten Halbgesichtsmasken mit Organikdampfpatronen angeboten werden. Darüber hinaus sollten Arbeiter nicht in der Nähe eines Wasserkochers essen, trinken oder rauchen, um das versehentliche Verschlucken giftiger Materialien zu verhindern.

Wenn geschmolzener Asphalt auf die exponierte Haut trifft, sollte er sofort durch Abschrecken mit kaltem Wasser oder durch eine andere von medizinischen Beratern empfohlene Methode gekühlt werden. Eine ausgedehnte Verbrennung sollte mit einem sterilen Verband abgedeckt und der Patient in ein Krankenhaus gebracht werden; Kleinere Verbrennungen sollten von einem Arzt untersucht werden. Lösungsmittel sollten nicht verwendet werden, um Asphalt von verbranntem Fleisch zu entfernen. Es sollte nicht versucht werden, Asphaltpartikel aus den Augen zu entfernen; stattdessen sollte das Opfer sofort zu einem Arzt gebracht werden.

Klassen von Bitumen / Asphalten

Klasse 1: Penetrationsbitumen werden nach ihrem Penetrationswert klassifiziert. Sie werden üblicherweise aus dem Rückstand der atmosphärischen Destillation von Erdöl hergestellt, indem eine weitere Destillation unter Vakuum, partielle Oxidation (Luftrektifikation), Lösungsmittelfällung oder eine Kombination dieser Verfahren angewendet wird. In Australien und den Vereinigten Staaten werden Bitumen, die den hier beschriebenen ungefähr gleichwertig sind, als Asphaltzemente oder viskositätsgestufte Asphalte bezeichnet und auf der Grundlage von Viskositätsmessungen bei 60 °C spezifiziert.

Klasse 2: Oxidierte Bitumen werden nach ihren Erweichungspunkten und Penetrationswerten klassifiziert. Sie werden hergestellt, indem Luft unter kontrollierten Temperaturbedingungen durch heißes, weiches Bitumen geleitet wird. Dieser Prozess verändert die Eigenschaften des Bitumens, um eine geringere Temperaturanfälligkeit und eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Arten von Belastungen zu erreichen. In den Vereinigten Staaten sind unter Verwendung von Luftblasen hergestellte Bitumen als luftgeblasene Asphalte oder Bedachungsasphalte bekannt und sind oxidierten Bitumen ähnlich.

Klasse 3: Cutback-Bitumen werden durch Mischen von Penetrationsbitumen oder oxidierten Bitumen mit geeigneten flüchtigen Verdünnungsmitteln aus Erdölrohstoffen wie Testbenzin, Kerosin oder Gasöl hergestellt, um ihre Viskosität zu verringern und sie für eine einfachere Handhabung flüssiger zu machen. Wenn das Verdünnungsmittel verdunstet, werden die ursprünglichen Eigenschaften von Bitumen wiederhergestellt. In den Vereinigten Staaten werden reduzierte Bitumen manchmal als Straßenöle bezeichnet.

Klasse 4: Hartbitumen werden normalerweise nach ihrem Erweichungspunkt klassifiziert. Sie werden ähnlich wie Penetrationsbitumen hergestellt, haben aber niedrigere Penetrationswerte und höhere Erweichungspunkte (dh sie sind spröder).

Klasse 5: Bitumenemulsionen sind feine Dispersionen von Bitumentröpfchen (der Klassen 1, 3 oder 6) in Wasser. Sie werden mit Hochgeschwindigkeits-Schervorrichtungen wie Kolloidmühlen hergestellt. Der Bitumengehalt kann im Bereich von 30 bis 70 Gew.-% liegen. Sie können anionisch, kationisch oder nichtionisch sein. In den Vereinigten Staaten werden sie als emulgierte Asphalte bezeichnet.

Klasse 6: Gemischte oder gefluxte Bitumen können durch Mischen von Bitumen (hauptsächlich Penetrationsbitumen) mit Lösungsmittelextrakten (aromatische Nebenprodukte aus der Raffination von Grundölen), thermisch gekrackten Rückständen oder bestimmten Schweröldestillaten mit Endsiedepunkten über 350 °C hergestellt werden .

Klasse 7: Modifizierte Bitumen enthalten nennenswerte Mengen (typischerweise 3 bis 15 Gew.-%) spezieller Zusatzstoffe wie Polymere, Elastomere, Schwefel und andere Produkte, die zur Modifizierung ihrer Eigenschaften verwendet werden; Sie werden für spezielle Anwendungen verwendet.

Klasse 8: Thermische Bitumen wurden durch ausgedehnte Destillation bei hoher Temperatur eines Erdölrückstands hergestellt. Derzeit werden sie nicht in Europa oder in den Vereinigten Staaten hergestellt.

Quelle: IARC1985

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