Gli asfalti possono essere generalmente definiti come miscele complesse di composti chimici ad alto peso molecolare, prevalentemente asfalteni, idrocarburi ciclici (aromatici o naftenici) e una minore quantità di componenti saturi a bassa reattività chimica. La composizione chimica degli asfalti dipende sia dal greggio di partenza sia dal processo utilizzato durante la raffinazione. Gli asfalti derivano prevalentemente da greggio, in particolare greggio residuo più pesante. L'asfalto si presenta anche come deposito naturale, dove di solito è il residuo risultante dall'evaporazione e dall'ossidazione del petrolio liquido. Tali depositi sono stati trovati in California, Cina, Federazione Russa, Svizzera, Trinidad e Tobago e Venezuela. Gli asfalti non sono volatili a temperatura ambiente e si ammorbidiscono gradualmente se riscaldati. L'asfalto non deve essere confuso con il catrame, che è fisicamente e chimicamente dissimile.
Un'ampia varietà di applicazioni include la pavimentazione di strade, autostrade e aeroporti; realizzazione di coperture, impermeabilizzazioni e materiali isolanti; rivestimento di canali e serbatoi di irrigazione; e il rivestimento di dighe e argini. L'asfalto è anche un prezioso ingrediente di alcune pitture e vernici. Si stima che l'attuale produzione mondiale annua di asfalti sia di oltre 60 milioni di tonnellate, di cui oltre l'80% viene utilizzato per la costruzione e la manutenzione necessarie e oltre il 15% utilizzato per i materiali di copertura.
Le miscele di asfalto per la costruzione di strade sono prodotte dapprima riscaldando ed essiccando miscele di pietrisco classificato (come granito o calcare), sabbia e stucco e quindi miscelandole con bitume di penetrazione, indicato negli Stati Uniti come asfalto rettilineo. Questo è un processo caldo. L'asfalto viene anche riscaldato utilizzando fiamme di propano durante l'applicazione su un fondo stradale.
Esposizioni e pericoli
Le esposizioni a idrocarburi aromatici polinucleari particolati (IPA) nei fumi di asfalto sono state misurate in una varietà di impostazioni. La maggior parte degli IPA trovati era composta da derivati del naftalene, non dai composti da quattro a sei anelli che hanno maggiori probabilità di rappresentare un significativo rischio cancerogeno. Nelle unità di lavorazione dell'asfalto di raffineria, i livelli di IPA respirabili vanno da non rilevabili a 40 mg/m3. Durante le operazioni di riempimento del fusto, i campioni della zona di respirazione di 4 ore variavano da 1.0 mg/m3di bolina fino a 5.3 mg/m3 sottovento. Negli impianti di miscelazione dell'asfalto, le esposizioni a composti organici solubili in benzene variavano da 0.2 a 5.4 mg/m3. Durante le operazioni di pavimentazione, le esposizioni agli IPA respirabili variavano da meno di 0.1 mg/mXNUMX3 a 2.7 mg/m3. Esposizioni dei lavoratori potenzialmente degne di nota possono verificarsi anche durante la produzione e l'applicazione di materiali di copertura in asfalto. Sono disponibili poche informazioni sull'esposizione ai fumi di asfalto in altre situazioni industriali e durante l'applicazione o l'uso di prodotti a base di asfalto.
La manipolazione dell'asfalto caldo può causare gravi ustioni perché è appiccicoso e non viene facilmente rimosso dalla pelle. La preoccupazione principale dal punto di vista tossicologico industriale è l'irritazione della pelle e degli occhi da fumi di asfalto caldo. Questi fumi possono causare dermatiti e lesioni simili all'acne, nonché lievi cheratosi in caso di esposizione prolungata e ripetuta. I fumi giallo-verdastri emessi dall'asfalto bollente possono anche causare fotosensibilizzazione e melanosi.
Sebbene tutti i materiali asfaltici brucino se riscaldati a sufficienza, i conglomerati bituminosi e gli asfalti ossidati normalmente non bruciano a meno che la loro temperatura non venga aumentata di circa 260°C. L'infiammabilità degli asfalti liquidi è influenzata dalla volatilità e dalla quantità di solvente di petrolio aggiunto al materiale di base. Pertanto, gli asfalti liquidi a rapida maturazione presentano il maggior rischio di incendio, che diventa progressivamente inferiore con le tipologie a media e lenta maturazione.
A causa della sua insolubilità in mezzi acquosi e dell'alto peso molecolare dei suoi componenti, l'asfalto ha un basso grado di tossicità.
Gli effetti sull'albero tracheobronchiale e sui polmoni dei topi che inalavano un aerosol di asfalto di petrolio e di un altro gruppo che inalava fumo dall'asfalto di petrolio riscaldato includevano congestione, bronchite acuta, polmonite, dilatazione bronchiale, infiltrazione di cellule rotonde peribronchiolari, formazione di ascessi, perdita di ciglia, atrofia e necrosi. I cambiamenti patologici erano irregolari e in alcuni animali erano relativamente refrattari al trattamento. Si è concluso che questi cambiamenti erano una reazione non specifica all'aria respirabile inquinata da idrocarburi aromatici e che la loro entità dipendeva dalla dose. Cavie e ratti che inalavano fumi dall'asfalto riscaldato mostravano effetti come polmonite fibrosante cronica con adenomatosi peribronchiale, e i ratti sviluppavano metaplasia delle cellule squamose, ma nessuno degli animali presentava lesioni maligne.
Gli asfalti di petrolio raffinati a vapore sono stati testati mediante applicazione sulla pelle dei topi. I tumori della pelle sono stati prodotti da asfalti non diluiti, diluizioni in benzene e una frazione di asfalto raffinato a vapore. Quando sono stati applicati asfalti raffinati all'aria (ossidati) sulla pelle dei topi, non è stato trovato alcun tumore con materiale non diluito, ma, in un esperimento, un asfalto raffinato all'aria in solvente (toluene) ha prodotto tumori cutanei topici. Due asfalti residui di cracking hanno prodotto tumori della pelle quando applicati alla pelle dei topi. Una miscela di asfalti di petrolio soffiati con vapore e aria nel benzene ha prodotto tumori nel sito di applicazione sulla pelle dei topi. Un campione di asfalto riscaldato e raffinato con aria iniettato per via sottocutanea nei topi ha prodotto alcuni sarcomi nei siti di iniezione. Una miscela mista di asfalti di petrolio soffiati con vapore e aria ha prodotto sarcomi nel sito di iniezione sottocutanea nei topi. Asfalti distillati a vapore iniettati per via intramuscolare sarcomi locali prodotti in un esperimento sui ratti. Sia un estratto di asfalto stradale che le sue emissioni erano mutageni Salmonella tiphimurium.
Le prove di cancerogenicità per l'uomo non sono conclusive. Una coorte di roofer esposti sia ad asfalti che a piazzole di catrame di carbone ha mostrato un rischio eccessivo di cancro respiratorio. Allo stesso modo, due studi danesi sui lavoratori dell'asfalto hanno riscontrato un rischio eccessivo di cancro ai polmoni, ma alcuni di questi lavoratori potrebbero anche essere stati esposti al catrame di carbone ed erano più propensi a fumare rispetto al gruppo di confronto. Tra i lavoratori delle autostrade del Minnesota (ma non della California), sono stati notati aumenti di leucemia e tumori urologici. Anche se i dati epidemiologici ad oggi sono inadeguati per dimostrare con un ragionevole grado di certezza scientifica che l'asfalto presenta un rischio di cancro per l'uomo, esiste un accordo generale, sulla base di studi sperimentali, che l'asfalto possa comportare tale rischio.
Misure di sicurezza e salute
Poiché l'asfalto riscaldato provoca gravi ustioni alla pelle, chi lavora con esso dovrebbe indossare abiti larghi in buone condizioni, con il collo chiuso e le maniche arrotolate. Devono essere indossate protezioni per mani e braccia. Le scarpe antinfortunistiche devono essere alte circa 15 cm e allacciate in modo da non lasciare aperture attraverso le quali l'asfalto caldo possa raggiungere la pelle. Si consiglia inoltre di proteggere il viso e gli occhi quando si maneggia asfalto riscaldato. Sono auspicabili spogliatoi e strutture adeguate per lavarsi e fare il bagno. Negli impianti di frantumazione dove si producono polveri e nelle pentole di ebollizione da cui fuoriescono i fumi, deve essere fornita un'adeguata ventilazione di scarico.
I bollitori di asfalto devono essere posizionati in modo sicuro e livellati per precludere la possibilità che si ribaltino. I lavoratori dovrebbero stare sopravento rispetto a un bollitore. La temperatura dell'asfalto riscaldato deve essere controllata frequentemente per evitare il surriscaldamento e la possibile accensione. Se ci si avvicina al punto di infiammabilità, il fuoco sotto un bollitore deve essere spento immediatamente e nessuna fiamma libera o altra fonte di accensione deve essere consentita nelle vicinanze. Dove l'asfalto viene riscaldato, le attrezzature antincendio dovrebbero essere facilmente raggiungibili. Per gli incendi di asfalto, i tipi di estintori chimici a secco o ad anidride carbonica sono considerati i più appropriati. Allo spargiasfalto e al conducente di una macchina per la pavimentazione dell'asfalto dovrebbero essere offerti respiratori semifacciali con cartucce per vapori organici. Inoltre, per evitare l'ingestione involontaria di materiali tossici, i lavoratori non devono mangiare, bere o fumare vicino a un bollitore.
Se l'asfalto fuso colpisce la pelle esposta, dovrebbe essere raffreddato immediatamente mediante tempra con acqua fredda o con qualche altro metodo raccomandato dai consulenti medici. Un'ustione estesa deve essere coperta con una medicazione sterile e il paziente deve essere portato in ospedale; ustioni minori dovrebbero essere viste da un medico. I solventi non devono essere usati per rimuovere l'asfalto dalla carne bruciata. Non si dovrebbe tentare di rimuovere particelle di asfalto dagli occhi; invece la vittima dovrebbe essere portata immediatamente da un medico.
Classi di bitumi/asfalti
Classe 1: i bitumi di penetrazione sono classificati in base al loro valore di penetrazione. Di solito sono prodotti dal residuo della distillazione atmosferica del petrolio greggio applicando un'ulteriore distillazione sotto vuoto, ossidazione parziale (rettifica dell'aria), precipitazione del solvente o una combinazione di questi processi. In Australia e negli Stati Uniti, bitumi approssimativamente equivalenti a quelli qui descritti sono chiamati conglomerati bituminosi o asfalti viscosi e sono specificati sulla base di misurazioni della viscosità a 60°C.
Classe 2: I bitumi ossidati sono classificati in base ai loro punti di rammollimento e ai valori di penetrazione. Sono prodotti facendo passare aria attraverso bitume caldo e morbido in condizioni di temperatura controllata. Questo processo altera le caratteristiche del bitume per conferire una ridotta suscettibilità alla temperatura e una maggiore resistenza ai diversi tipi di stress imposti. Negli Stati Uniti, i bitumi prodotti utilizzando il soffiaggio d'aria sono noti come asfalti soffiati ad aria o asfalti per tetti e sono simili ai bitumi ossidati.
Classe 3: I bitumi cutback sono prodotti miscelando bitumi di penetrazione o bitumi ossidati con idonei diluenti volatili da grezzi di petrolio come acqua ragia minerale, cherosene o gasolio, per ridurne la viscosità e renderli più fluidi per una facile manipolazione. Quando il diluente evapora, si recuperano le proprietà iniziali del bitume. Negli Stati Uniti, i bitumi tagliati sono talvolta indicati come oli stradali.
Classe 4: I bitumi duri sono normalmente classificati in base al loro punto di rammollimento. Sono prodotti in modo simile ai bitumi da penetrazione, ma hanno valori di penetrazione inferiori e punti di rammollimento più elevati (cioè sono più fragili).
Classe 5: le emulsioni bituminose sono dispersioni fini di goccioline di bitume (delle classi 1, 3 o 6) in acqua. Sono prodotti utilizzando dispositivi di taglio ad alta velocità, come i mulini colloidali. Il contenuto di bitume può variare dal 30 al 70% in peso. Possono essere anionici, cationici o non ionici. Negli Stati Uniti, sono indicati come asfalti emulsionati.
Classe 6: i bitumi miscelati o flussati possono essere prodotti miscelando bitumi (principalmente bitumi a penetrazione) con estratti di solventi (sottoprodotti aromatici della raffinazione di oli base), residui crackizzati termicamente o determinati distillati pesanti del petrolio con punti di ebollizione finali superiori a 350°C .
Classe 7: I bitumi modificati contengono quantità apprezzabili (tipicamente dal 3 al 15% in peso) di additivi speciali, quali polimeri, elastomeri, zolfo e altri prodotti utilizzati per modificarne le proprietà; sono utilizzati per applicazioni specializzate.
Classe 8: I bitumi termici sono stati prodotti mediante distillazione prolungata, ad alta temperatura, di un residuo di petrolio. Attualmente non sono prodotti in Europa o negli Stati Uniti.
Fonte: IARC1985