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Écrit par Dr Amit Pratap Singh
Évalué par Dr Alidad Amirfazli
Revu: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Construction Industry.
Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
Plongeons dans le vif du sujet.
Concrete is the most widely used material in the global construction industry. It is cost-effective, offers high compressive strength, is durable, has a relatively simple production process, and requires minimal maintenance. Despite these advantages, concrete has a hydrophilic, porous structure that can pose challenges during construction. One major issue is the corrosion of steel reinforcement due to concrete’s water absorption, which reduces the lifespan of concrete structures. Additionally, there is a growing demand for intelligent, resilient, and sustainable buildings and infrastructures that focus on reducing greenhouse gas emissions. To meet these demands, new concrete materials such as low carbon footprint cement, self-compacting concrete, self-healing and self-sensing concrete, and superhydrophobic cementitious materials with self-cleaning capabilities have been developed. Modifying surface properties plays a crucial role in addressing the challenges of traditional concrete and in creating this new class of advanced materials.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Construction products and improve their quality.
Young – Méthode Laplace
Méthode polynomiale
Angle de contact dynamique
Idéalement, lorsque nous plaçons une goutte sur une surface solide, il existe un angle unique entre le liquide et la surface solide. Nous pouvons calculer la valeur de cet angle de contact idéal (ce qu’on appelle l’angle de contact de Young) à l’aide de l’équation de Young. En pratique, en raison de la géométrie de surface, de la rugosité, de l’hétérogénéité, de la contamination et de la déformation, la valeur de l’angle de contact sur une surface n’est pas nécessairement unique mais se situe dans une plage. Nous appelons les limites supérieure et inférieure de cette plage l’angle de contact qui avance et l’angle de contact qui s’éloigne, respectivement. Les valeurs des angles d’avancement et de recul des angles de contact pour une surface solide sont également très sensibles. Ils peuvent être affectés par de nombreux paramètres, tels que la température, l’humidité, l’homogénéité et la contamination infime de la surface et du liquide. Par exemple, les angles de contact d’avancement et de recul d’une surface peuvent différer à différents endroits.
Les surfaces et les revêtements pratiques présentent naturellement une hystérésis d’angle de contact, indiquant une gamme de valeurs d’équilibre. Lorsque nous mesurons les angles de contact statiques, nous obtenons une seule valeur dans cette plage. S’appuyer uniquement sur des mesures statiques pose des problèmes, tels qu’une mauvaise répétabilité et une évaluation incomplète de la surface en ce qui concerne l’adhérence, la propreté, la rugosité et l’homogénéité.
Dans les applications pratiques, nous devons comprendre la facilité d’étalement du liquide (angle d’avancement) et la facilité d’évacuation (angle de retrait) d’une surface, comme dans la peinture et le nettoyage. La mesure des angles d’avancement et de recul offre une vue holistique de l’interaction liquide-solide, contrairement aux mesures statiques, qui produisent une valeur arbitraire dans la plage.
Ces informations sont cruciales pour les surfaces du monde réel avec des variations, une rugosité et une dynamique, aidant des industries telles que les cosmétiques, la science des matériaux et la biotechnologie à concevoir des surfaces efficaces et à optimiser les processus.
Découvrez comment la mesure de l’angle de contact est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de contact, lisez notre mesure de l’angle de contact : le guide définitif
Cette propriété mesure la force qui agit à la surface d’un liquide, dans le but de minimiser sa surface.
Tension superficielle dynamique
La tension superficielle dynamique diffère de la tension superficielle statique, qui fait référence à l’énergie de surface par unité de surface (ou à la force agissant par unité de longueur le long du bord d’une surface liquide).
La tension superficielle statique caractérise l’état d’équilibre de l’interface liquide, tandis que la tension superficielle dynamique tient compte de la cinétique des changements à l’interface. Ces changements peuvent impliquer la présence de tensioactifs, d’additifs ou de variations de température, de pression et de composition à l’interface.
La tension superficielle dynamique est essentielle pour les processus qui impliquent des changements rapides à l’interface liquide-gaz ou liquide-liquide, tels que la formation de gouttelettes et de bulles ou la coalescence (changement de surface), le comportement des mousses et le séchage des peintures (changement de composition, par exemple, évaporation du solvant). Nous le mesurons en analysant la forme d’une gouttelette suspendue au fil du temps.
La tension superficielle dynamique s’applique à diverses industries, notamment les cosmétiques, les revêtements, les produits pharmaceutiques, la peinture, l’alimentation et les boissons, ainsi que les processus industriels, où la compréhension et le contrôle du comportement des interfaces liquides sont essentiels pour la qualité du produit et l’efficacité des processus.
Apprenez comment la mesure de la tension superficielle est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de la tension superficielle : le guide définitif
Découvrez comment la mesure de l’énergie de surface est effectuée sur notre tensiomètre
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L’angle de glissement mesure l’angle auquel un film liquide glisse sur une surface solide. Il est couramment utilisé pour évaluer la résistance au glissement d’une surface.
Apprenez comment la mesure de l’angle de glissement est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de glissement, lisez notre Mesure de l’angle de glissement : le guide définitif
Within the Construction industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Défi : Dust and pollution accumulated on the solar panels of a commercial building, reducing their energy generation efficiency.
Solution : Applying a hydrophobic and oleophobic coating to the solar panels increased the contact angle, causing rainwater to bead up and carry away dust and pollutants. This self-cleaning effect improved energy generation efficiency and reduced maintenance costs.
Défi : Water leakage in an underground parking structure was causing vehicle damage and structural deterioration.
Solution : A waterproofing membrane with low surface tension was applied to the concrete surfaces. This membrane provided effective water repellency, preventing water infiltration and preserving the integrity of the parking structure while protecting the vehicles.
Défi : Des allées piétonnes glissantes dans un centre commercial ont entraîné des accidents de glissade et de chute par temps de pluie.
Solution : La direction du centre commercial a installé des carreaux texturés et antidérapants avec des surfaces superhydrophobes. Ces dalles, caractérisées par un angle de contact statique de l’eau supérieur à 150° et un angle de glissement inférieur à 10°, offraient une meilleure traction même lorsqu’elles étaient mouillées, réduisant considérablement les incidents de glissade et de chute. Cela a permis d’accroître la sécurité des clients et des employés et de réduire la responsabilité du centre commercial en cas d’accident.
Défi : Engineers faced adhesion problems between the steel and concrete components in a steel-concrete composite structure due to incompatible surface energies.
Solution : The engineering team applied a bonding agent to the steel beams to modify their surface energy. This agent enhanced compatibility between the steel and concrete, resulting in a robust bond. The composite structure exhibited improved load-bearing capacity and durability, ensuring the building’s safety and longevity.
Défi : An automotive assembly plant experienced paint adhesion problems on metal components, leading to defects and reduced vehicle durability.
Solution : The engineering team improved paint adhesion by selecting a suitable metal pretreatment process. They tested various processes and chose plasma cleaning, which had the lowest surface tension. This solution ensured a durable, long-lasting finish on the vehicles.
Si vous êtes intéressé par la mise en œuvre de ces applications ou de toute autre application, veuillez nous contacter.
In an industry where precision reigns supreme, where do Construction manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
This standard provides a method for determining the tensile strength of concrete near the prepared surface, which can be used as an indicator of the adequacy of surface preparation before applying a repair or an overlay material. This method is useful to evaluate the bond strength to the substrate or the tensile strength of the overlay or substrate (whichever is weaker) and the adhesive strength of bonding agents.
This standard provides terms and classifications, characteristics, and marking requirements for ceramic tiles of the best commercial quality (first quality) [9]. ISO prescribes documents that constitute this standard. The documents that are specifically related to surface property are
ISO 10545-2, Ceramic tiles — Part 2: Determination of dimensions and surface quality
ISO 10545-7, Ceramic tiles — Part 7: Determination of resistance to surface abrasion for glazed tiles
ISO 27448:2009(en) Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for self-cleaning performance of semiconducting photocatalytic materials — Measurement of water contact angle
This standard is related to fine ceramics material. It provides a test method to determine the self-cleaning performance of materials that contain a photocatalyst or have photocatalytic films on the surface. These materials are usually made from semiconducting metal oxides such as titanium dioxide. This method can be used to measure the water contact angle under illumination with ultraviolet light, which is one of the indices influencing the self-cleaning performance of photocatalytic materials
Nous espérons que ce guide vous a montré comment appliquer la science des surfaces dans l’industrie cosmétique.
Maintenant, nous aimerions vous céder la parole :
Droplet Lab a été fondé en 2016 par le Dr Alidad Amirfazli, membre du corps professoral de l’Université York, et deux de ses chercheurs, le Dr Huanchen Chen et le Dr Jesus L. Muros-Cobos.
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