Bituminous Materials 
MALAVIYA NATIONAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY, 
JAIPUR 
BY:- 
NARPAT SINGH NIRANJAN 
2011uce1126
CCOONNTTEENNTTSS::-- 
DDEEVVEELLOOPPMMEENNTT OOFF BBIITTUUMMEENN 
CCLLAASSSSIIFFIICCAATTIIOONN AANNDD VVAARRIIOOUUSS TTEERRMMSS UUSSEEDD 
RREELLAATTEEDD TTOO BBIITTUUMMEENN.. 
OORRIIGGIINN OOFF RREEFFIINNEERRYY BBIITTUUMMEENN.. 
REQUIRMENT OF BITUMEN OR PROPERTIES 
UUSSEESS AANNDD AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS OOFF DDIIFFFFEERREENNTT BBIITTUUMMIINNOOUUSS 
MMAATTEERRIIAALLSS IINN HHIIGGHHWWAAYY CCOONNSSTTRRUUCCTTIIOONN..
IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN 
• GGrroowwtthh ooff aa ccoouunnttrryy llaarrggeellyy ddeeppeennddss 
uuppoonn iittss eeffffiicciieenntt ttrraannssppoorrttaattiioonn ssyysstteemm.. 
• WWeellll ddeevveellooppeedd mmeeaannss ooff ttrraannssppoorrttaattiioonn 
iiss tthhee lliiffeelliinnee ooff aa ccoouunnttrryy.. 
• TTRRAANNSSPPOORRTTAATTIIOONN CCOONNTTRRIIBBUUTTEESS TTOO 
TTHHEE EECCOONNOOMMIICC,,SSOOCCIIAALL,,IINNDDUUSSTTRRIIAALL 
AANNDD CCUULLTTUURRAALL DDEEVVEELLOOPPMMEENNTT OOFF TTHHEE 
CCOOUUNNTTRRYY..
WA HIGHWAYS, RAILWAYS, WATTEERR WWAAYYSS,, AAIIRR WWAAYYSS 
AARREE DDIIFFFFEERREENNTT MMOODDEESS OOFF TTRRAANNSSPPOORRTTAATTIIOONN.. 
• RRooaadd ttrraannssppoorrtt iiss mmoosstt 
iinntteerreessttiinngg,, vveerrssaattiillee,,fflleexxiibbllee..
After independence tthhee lleennggtthh aanndd ccaappaacciittyy ooff IInnddiiaann 
rrooaadd ssyysstteemm hhaass rreeggiisstteerreedd aa ttrreemmeennddoouuss ggrroowwtthh.. 
• NNeettwwoorrkk ooff 33 llaakkhh kkmm ooff 
rrooaadd iinn tthhee ccoouunnttrryy.. 
• SScchheemmeess lliikkee::-- 
• ‘‘GGOOLLDDEENN 
QQUUAADDRRIILLAATTEERRAALL’’ 
• UUnnddeerr tthhiiss sscchheemmee 44 
mmeettrrooppoolliittaann cciittiieess,, 
• FFrroonnttiieerrss ffrroomm NN--SS,,aanndd EE--WW 
aarree ttoo bbee ccoonnnneecctteedd.. 
• RRss..55440000 ccrroorreess iiss ttoo bbee ssppeenntt..``
87% passengers and 65% of goods in the 
country are transported by roads. 
• Road transportation is increasing @ 7-10% ,every 
year. 
• The number of vehicles plying on the road is 
increasing @ 12% annually. 
• PRADHAN MANTRI GRAM SADAK 
YOGANA (PMGSY).
MMAAJJOORR FFAACCTTOORRSS RREESSPPOONNSSIIBBLLEE FFOORR 
FFAAIILLUURREE OOFF RROOAADDSS.. 
• OOvveerrllooaaddeedd ccoommmmeerrcciiaall vveehhiicclleess.. 
• IImmpprrooppeerr ddeessiiggnn ooff rrooaaddss.. 
• IImmpprrooppeerr ccoonnssttrruuccttiioonn ooff rrooaaddss.. 
• IImmpprrooppeerr ssppeecciiffiiccaattiioonnss.. 
• DDrraaiinnaaggee,,aanndd ssooiill ssuubbggrraaddee 
ccoonnddiittiioonnss.. 
• AAggiinngg ooff bbiittuummeenn..
DEVELOPMENT IISS TTHHEE TTOOTTAALLIITTYY OOFF 
DDIISSCCOOVVEERRYY.. 
BBIITTUU MMEENN.. 
SSIIRR WWAALLTTEERR RRAALLEEIIGGHH 11559955
Bitumen iiss aa pprriimmaarryy eennggiinneeeerriinngg 
mmaatteerriiaall,,dduuee ttoo iittss llooww ccoosstt aass ccoommppaarreedd ttoo 
ootthheerr bbiinnddiinngg mmaatteerriiaallss iitt iiss uusseedd iinn 
rreellaattiivveellyy tthhiicckk ffiillmmss ttoo pprroovviiddee pprrootteeccttiivvee 
ffiillmm aaggaaiinnsstt ccoorrrroossiivvee iinnfflluueenncceess aanndd 
wweeaatthheerr. 
BBiittuummeenn iiss aa ddeennssee vviissccoouuss 
mmaatteerriiaall,,ddaarrkk bbllaacckk oorr bbrroowwnn iinn 
ccoolloorr,,uusseedd aass aa bbiinnddiinngg aanndd 
wwaatteerrpprrooooffiinngg mmaatteerriiaall..
BBIITTUUMMEENN -- UUSSEESS 
• FFoorr ppaavviinngg rrooaaddss.. 
• FFoorr mmaannuuffaaccttuurriinngg ooff rrooooffiinngg ffeelltt.. 
• FFoorr mmooiissttuurree pprrooooff aanndd llaammiinnaatteedd 
ppaacckkiinngg mmaatteerriiaall.. 
• FFoorr ccooaattiinngg oonn rrooooffss,,wwaallllss aanndd fflloooorrss.. 
• PPaaiinnttss.. 
• IINNCCLLUUDDIINNGG TTHHEESSEE TTHHEERREE AARREE 225500 
KKNNOOWWNN UUSSEESS OOFF BBIITTUUMMEENN..
OORRIIGGIINN OOFF RREEFFIINNEERRYY BBIITTUUMMEENN.. 
• OOrrggaanniicc ccoommppoonneenntt ooff mmaarriieenn aanniimmaallss 
,,ppllaanntt ddeeppoossiittss mmiinngglleedd wwiitthh aanndd ccoovveerreedd 
bbyy sseeddiimmeennttaarryy mmiinneerraall mmaatttteerr tthhee 
aaccttiioonn oovveerr mmiilllliioonnss ooff yyeeaarrssooff bbaacctteerriiaall 
aattttaacckk,,mmooddeerraattee hheeaatt,,pprreessssuurree aanndd 
ccaattaallyyttiicc aaccttiioonn ooff ffiinneellyy ddeevviiddeedd mmiinneerraall 
ppaarrttiicclleess hhaass ccoonnvveerrtteedd tthhee ffaattttyy rreessiidduuee 
iinnttoo ccrruuddee ppeettrroolleeuumm..
EEXXTTRRAACCTTIIOONN OOFF RREEFFIINNEERRYY BBIITTUUMMEENN 
• ..
EEXXTTRRAACCTTIIOONN OOFF RREEFFIINNEERRYY 
BBIITTUUMMEENN.. 
• Bitumen is produced ffrroomm sseelleecctteedd ccrruuddee 
ooiillss.. 
• PPrreelliimmiinnaarryy ddiissttiillllaattiioonn iiss nnoorrmmaallllyy ccaarrrriieedd 
oouutt nneeaarr ooiill ffiieellddss
REQUIRMENT OF BITUMEN OR 
PROPERTIES 
• THE BITUMEN SHOULD POSSESS ADEQUATE 
VISCOSITY WHILE MIXING AND COMPACTION. 
• IT SHOULD NOT BE HIGHLY TEMPERATURE 
SUCEPTIBLE. 
• IN THE PRESENCE OF WATER IT SHOULD NOT 
STRIP OFF FROM AGGREGATE.
LLiimmiittaattiioonnss ooff CCoonnvveennttiioonnaall 
BBiittuummeenn 
 Brittleness at Low Temperature 
 Becomes Soft In Hot Climatic Conditions 
 High Temperature Susceptibility 
 Susceptible To Deformation (Rutting) 
 Fatigue Failure (Cracking) 
 Poor Adhesion
MEMBERS OF BITUMEN FAMILY 
• ASPHALT:- when bitumen contains 
some inert material or mineral. 
• LAKE ASPHALT, ROCK ASPHALT. 
• LAKE ASPHALT:- IT IS FOUND IN WELL 
DEFINED SURFACE DEPOSITES IT CONTAINS:- 
• BINDER - 54%. 
• MINERAL MATTER - 36%. 
• ORGANIC MATTER - 10%.
o Requirements off ppaavviinngg bbiittuummeenn 
Requirements for Paving Bitumen Type I 
Requirements for Grades 
S 35 S 45 S 55 S 65 S 90 S 200 
Methods of Test Ref. 
To 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
i) Specific gravity at 27°c 
Min. 
0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 IS 1202 : 1978 
ii) Water percent by mass 
Max. 
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 IS 1211 : 1978 
iii) Softening point °c 50 to 65 45 to 60 45 to 60 40 to 55 35 to 50 30 to 45 IS 1205 : 1978 
iv) Penetration at 25°c 100g, 5 
sec., 1/10 mm 
30 to 40 40 to 50 50 to 60 60 to 70 175 to 
225 
175 to 
225 
IS 1208 : 1978 
v) Penetration ratio, Min. 35 35 35 35 35 35 - 
vi) Ductility at 27°, cm, 
Min. 
50 75 75 75 - - IS 1208 : 1978 
Sl. Characteristics 
No.
CHEMISTRY OF BITUMEN. 
• The configuration of internal structure of bitumen 
is largely determined by the chemical constitution 
of the molecular species of predominantly 
hydrocarbon nature with a small amount of 
functional group containing nitrogen,oxygen and 
sulphur atoms. 
• Bitumen also contains trace quantities of metals 
like vanadium,nickel,iron,magnesium& calcium 
which occur in the form of inorganic salts and 
oxides.
ELEMENTRY ANALYSIS OF BITUMEN 
SHOWS THAT IT CONTAINS. 
• CARBON --- 82 - 88% . 
• HYDROGEN --- 08 - 11%. 
• SULPHUR --- 0 - 6%. 
• OXYGEN --- 0 - 1.5%. 
• NITROGEN --- 0 - 1%.
FOUR PRINCIPLE MECHANISM OF 
BITUMEN HARDENING. 
• 1) OXIDATION - Due to presence of excessive 
polar aromatics. 
• 2) LOSS OF VOLATILES - 
Temperature,condition of 
exposure. 
• 3) PHYSICAL HARDENIND- When bitumen is 
attributed to reorientation of its 
molecules. 
• 4) EXUDATIVE HARDENING - Due to 
presence of napthenic 
aromatics of lower molecular 
weight.
• http://www.facts-about-india.com/transportation-in-• http://www.urbanindia.nic.in/programme/ut/urban_• http://ncrb.gov.in/ 
• http://morth.nic.in/writereaddata/mainlinkFile/File420.References 
22
Bitumen materials in road transport

Bitumen materials in road transport

  • 1.
    Bituminous Materials MALAVIYANATIONAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY, JAIPUR BY:- NARPAT SINGH NIRANJAN 2011uce1126
  • 2.
    CCOONNTTEENNTTSS::-- DDEEVVEELLOOPPMMEENNTT OOFFBBIITTUUMMEENN CCLLAASSSSIIFFIICCAATTIIOONN AANNDD VVAARRIIOOUUSS TTEERRMMSS UUSSEEDD RREELLAATTEEDD TTOO BBIITTUUMMEENN.. OORRIIGGIINN OOFF RREEFFIINNEERRYY BBIITTUUMMEENN.. REQUIRMENT OF BITUMEN OR PROPERTIES UUSSEESS AANNDD AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS OOFF DDIIFFFFEERREENNTT BBIITTUUMMIINNOOUUSS MMAATTEERRIIAALLSS IINN HHIIGGHHWWAAYY CCOONNSSTTRRUUCCTTIIOONN..
  • 3.
    IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN • GGrroowwtthhooff aa ccoouunnttrryy llaarrggeellyy ddeeppeennddss uuppoonn iittss eeffffiicciieenntt ttrraannssppoorrttaattiioonn ssyysstteemm.. • WWeellll ddeevveellooppeedd mmeeaannss ooff ttrraannssppoorrttaattiioonn iiss tthhee lliiffeelliinnee ooff aa ccoouunnttrryy.. • TTRRAANNSSPPOORRTTAATTIIOONN CCOONNTTRRIIBBUUTTEESS TTOO TTHHEE EECCOONNOOMMIICC,,SSOOCCIIAALL,,IINNDDUUSSTTRRIIAALL AANNDD CCUULLTTUURRAALL DDEEVVEELLOOPPMMEENNTT OOFF TTHHEE CCOOUUNNTTRRYY..
  • 4.
    WA HIGHWAYS, RAILWAYS,WATTEERR WWAAYYSS,, AAIIRR WWAAYYSS AARREE DDIIFFFFEERREENNTT MMOODDEESS OOFF TTRRAANNSSPPOORRTTAATTIIOONN.. • RRooaadd ttrraannssppoorrtt iiss mmoosstt iinntteerreessttiinngg,, vveerrssaattiillee,,fflleexxiibbllee..
  • 5.
    After independence tthheelleennggtthh aanndd ccaappaacciittyy ooff IInnddiiaann rrooaadd ssyysstteemm hhaass rreeggiisstteerreedd aa ttrreemmeennddoouuss ggrroowwtthh.. • NNeettwwoorrkk ooff 33 llaakkhh kkmm ooff rrooaadd iinn tthhee ccoouunnttrryy.. • SScchheemmeess lliikkee::-- • ‘‘GGOOLLDDEENN QQUUAADDRRIILLAATTEERRAALL’’ • UUnnddeerr tthhiiss sscchheemmee 44 mmeettrrooppoolliittaann cciittiieess,, • FFrroonnttiieerrss ffrroomm NN--SS,,aanndd EE--WW aarree ttoo bbee ccoonnnneecctteedd.. • RRss..55440000 ccrroorreess iiss ttoo bbee ssppeenntt..``
  • 7.
    87% passengers and65% of goods in the country are transported by roads. • Road transportation is increasing @ 7-10% ,every year. • The number of vehicles plying on the road is increasing @ 12% annually. • PRADHAN MANTRI GRAM SADAK YOGANA (PMGSY).
  • 8.
    MMAAJJOORR FFAACCTTOORRSS RREESSPPOONNSSIIBBLLEEFFOORR FFAAIILLUURREE OOFF RROOAADDSS.. • OOvveerrllooaaddeedd ccoommmmeerrcciiaall vveehhiicclleess.. • IImmpprrooppeerr ddeessiiggnn ooff rrooaaddss.. • IImmpprrooppeerr ccoonnssttrruuccttiioonn ooff rrooaaddss.. • IImmpprrooppeerr ssppeecciiffiiccaattiioonnss.. • DDrraaiinnaaggee,,aanndd ssooiill ssuubbggrraaddee ccoonnddiittiioonnss.. • AAggiinngg ooff bbiittuummeenn..
  • 9.
    DEVELOPMENT IISS TTHHEETTOOTTAALLIITTYY OOFF DDIISSCCOOVVEERRYY.. BBIITTUU MMEENN.. SSIIRR WWAALLTTEERR RRAALLEEIIGGHH 11559955
  • 10.
    Bitumen iiss aapprriimmaarryy eennggiinneeeerriinngg mmaatteerriiaall,,dduuee ttoo iittss llooww ccoosstt aass ccoommppaarreedd ttoo ootthheerr bbiinnddiinngg mmaatteerriiaallss iitt iiss uusseedd iinn rreellaattiivveellyy tthhiicckk ffiillmmss ttoo pprroovviiddee pprrootteeccttiivvee ffiillmm aaggaaiinnsstt ccoorrrroossiivvee iinnfflluueenncceess aanndd wweeaatthheerr. BBiittuummeenn iiss aa ddeennssee vviissccoouuss mmaatteerriiaall,,ddaarrkk bbllaacckk oorr bbrroowwnn iinn ccoolloorr,,uusseedd aass aa bbiinnddiinngg aanndd wwaatteerrpprrooooffiinngg mmaatteerriiaall..
  • 11.
    BBIITTUUMMEENN -- UUSSEESS • FFoorr ppaavviinngg rrooaaddss.. • FFoorr mmaannuuffaaccttuurriinngg ooff rrooooffiinngg ffeelltt.. • FFoorr mmooiissttuurree pprrooooff aanndd llaammiinnaatteedd ppaacckkiinngg mmaatteerriiaall.. • FFoorr ccooaattiinngg oonn rrooooffss,,wwaallllss aanndd fflloooorrss.. • PPaaiinnttss.. • IINNCCLLUUDDIINNGG TTHHEESSEE TTHHEERREE AARREE 225500 KKNNOOWWNN UUSSEESS OOFF BBIITTUUMMEENN..
  • 12.
    OORRIIGGIINN OOFF RREEFFIINNEERRYYBBIITTUUMMEENN.. • OOrrggaanniicc ccoommppoonneenntt ooff mmaarriieenn aanniimmaallss ,,ppllaanntt ddeeppoossiittss mmiinngglleedd wwiitthh aanndd ccoovveerreedd bbyy sseeddiimmeennttaarryy mmiinneerraall mmaatttteerr tthhee aaccttiioonn oovveerr mmiilllliioonnss ooff yyeeaarrssooff bbaacctteerriiaall aattttaacckk,,mmooddeerraattee hheeaatt,,pprreessssuurree aanndd ccaattaallyyttiicc aaccttiioonn ooff ffiinneellyy ddeevviiddeedd mmiinneerraall ppaarrttiicclleess hhaass ccoonnvveerrtteedd tthhee ffaattttyy rreessiidduuee iinnttoo ccrruuddee ppeettrroolleeuumm..
  • 13.
  • 14.
    EEXXTTRRAACCTTIIOONN OOFF RREEFFIINNEERRYY BBIITTUUMMEENN.. • Bitumen is produced ffrroomm sseelleecctteedd ccrruuddee ooiillss.. • PPrreelliimmiinnaarryy ddiissttiillllaattiioonn iiss nnoorrmmaallllyy ccaarrrriieedd oouutt nneeaarr ooiill ffiieellddss
  • 15.
    REQUIRMENT OF BITUMENOR PROPERTIES • THE BITUMEN SHOULD POSSESS ADEQUATE VISCOSITY WHILE MIXING AND COMPACTION. • IT SHOULD NOT BE HIGHLY TEMPERATURE SUCEPTIBLE. • IN THE PRESENCE OF WATER IT SHOULD NOT STRIP OFF FROM AGGREGATE.
  • 16.
    LLiimmiittaattiioonnss ooff CCoonnvveennttiioonnaall BBiittuummeenn  Brittleness at Low Temperature  Becomes Soft In Hot Climatic Conditions  High Temperature Susceptibility  Susceptible To Deformation (Rutting)  Fatigue Failure (Cracking)  Poor Adhesion
  • 17.
    MEMBERS OF BITUMENFAMILY • ASPHALT:- when bitumen contains some inert material or mineral. • LAKE ASPHALT, ROCK ASPHALT. • LAKE ASPHALT:- IT IS FOUND IN WELL DEFINED SURFACE DEPOSITES IT CONTAINS:- • BINDER - 54%. • MINERAL MATTER - 36%. • ORGANIC MATTER - 10%.
  • 18.
    o Requirements offppaavviinngg bbiittuummeenn Requirements for Paving Bitumen Type I Requirements for Grades S 35 S 45 S 55 S 65 S 90 S 200 Methods of Test Ref. To 1 2 3 4 5 6 7 8 9 i) Specific gravity at 27°c Min. 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 IS 1202 : 1978 ii) Water percent by mass Max. 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 IS 1211 : 1978 iii) Softening point °c 50 to 65 45 to 60 45 to 60 40 to 55 35 to 50 30 to 45 IS 1205 : 1978 iv) Penetration at 25°c 100g, 5 sec., 1/10 mm 30 to 40 40 to 50 50 to 60 60 to 70 175 to 225 175 to 225 IS 1208 : 1978 v) Penetration ratio, Min. 35 35 35 35 35 35 - vi) Ductility at 27°, cm, Min. 50 75 75 75 - - IS 1208 : 1978 Sl. Characteristics No.
  • 19.
    CHEMISTRY OF BITUMEN. • The configuration of internal structure of bitumen is largely determined by the chemical constitution of the molecular species of predominantly hydrocarbon nature with a small amount of functional group containing nitrogen,oxygen and sulphur atoms. • Bitumen also contains trace quantities of metals like vanadium,nickel,iron,magnesium& calcium which occur in the form of inorganic salts and oxides.
  • 20.
    ELEMENTRY ANALYSIS OFBITUMEN SHOWS THAT IT CONTAINS. • CARBON --- 82 - 88% . • HYDROGEN --- 08 - 11%. • SULPHUR --- 0 - 6%. • OXYGEN --- 0 - 1.5%. • NITROGEN --- 0 - 1%.
  • 21.
    FOUR PRINCIPLE MECHANISMOF BITUMEN HARDENING. • 1) OXIDATION - Due to presence of excessive polar aromatics. • 2) LOSS OF VOLATILES - Temperature,condition of exposure. • 3) PHYSICAL HARDENIND- When bitumen is attributed to reorientation of its molecules. • 4) EXUDATIVE HARDENING - Due to presence of napthenic aromatics of lower molecular weight.
  • 22.
    • http://www.facts-about-india.com/transportation-in-• http://www.urbanindia.nic.in/programme/ut/urban_•http://ncrb.gov.in/ • http://morth.nic.in/writereaddata/mainlinkFile/File420.References 22