This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Construction Industry.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
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 following surface properties to understand the behavior of Construction products and improve their quality.
Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer.
Young – Laplace-Methode
Polynomiale Methode
Ideally, when we place a drop on a solid surface, a unique angle exists between the liquid and the solid surface. We can calculate the value of this ideal contact angle (the so-called Young’s contact angle) using Young’s equation. In practice, due to surface geometry, roughness, heterogeneity, contamination, and deformation, the contact angle value on a surface is not necessarily a single consistent value but rather falls within a range. The upper and lower limits of this range are known as the advancing and receding contact angles, respectively. The values of advancing and receding contact angles for a solid surface are highly sensitive to many parameters, such as temperature, humidity, homogeneity, and minor contamination of the surface and liquid. For example, the advancing and receding contact angles of a surface can differ at different locations.
Praktische Oberflächen und Beschichtungen weisen von Natur aus eine Kontaktwinkelhysterese auf, die auf eine Reihe von Gleichgewichtswerten hinweist. Wenn wir statische Kontaktwinkel messen, erhalten wir einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereichs. Sich ausschließlich auf statische Messungen zu verlassen, wirft Probleme auf, wie z. B. schlechte Wiederholgenauigkeit und unvollständige Oberflächenbewertung in Bezug auf Haftung, Sauberkeit, Rauheit und Homogenität.
In practical applications, we need to understand how easily a liquid spreads (advancing angle) and how easily it is removed (receding angle), such as in painting and cleaning. Measuring advancing and receding angles offers a holistic view of liquid-solid interaction, unlike static measurements, which yield an arbitrary value within the range.
Diese Erkenntnisse sind entscheidend für reale Oberflächen mit Variationen, Rauheit und Dynamik und helfen Branchen wie Kosmetik, Materialwissenschaft und Biotechnologie bei der Gestaltung effektiver Oberflächen und der Optimierung von Prozessen.
Erfahren Sie, wie die Kontaktwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Kontaktwinkelmessung lesen Sie unsere Kontaktwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
These reference measurements show how deionized water wets four standard substrates measured with the Droplet Lab Dropometer. Use them as visual and numerical benchmarks when you're checking your own sample preparation, treatments, and chemistry.
Full contact angle and surface energy datasets (including additional liquids and statistics) are available on our dataset hub.
The droplet images above are taken from the same benchmark series as our open dataset. For each substrate and probe liquid we report:
● Advancing and receding contact angles (and hysteresis)
● Derived surface energy (SFE) values based on multi-liquid measurements
● Measurement conditions, uncertainties, and sample preparation details
Comparing your own droplet shapes and angles against these references is a fast way to spot contamination, treatment drift, or unexpected changes in wettability.
Diese Eigenschaft misst die Kraft, die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkt, mit dem Ziel, ihre Oberfläche zu minimieren.
Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer
Dynamische Oberflächenspannung
Die dynamische Oberflächenspannung unterscheidet sich von der statischen Oberflächenspannung, die sich auf die Oberflächenenergie pro Flächeneinheit (oder die Kraft, die pro Längeneinheit entlang des Randes einer flüssigen Oberfläche wirkt) bezieht.
Die statische Oberflächenspannung charakterisiert den Gleichgewichtszustand der Grenzfläche von Flüssigkeiten, während die dynamische Oberflächenspannung die Kinetik von Änderungen an der Grenzfläche berücksichtigt. Diese Veränderungen können das Vorhandensein von Tensiden, Additiven oder Schwankungen in Temperatur, Druck und Zusammensetzung an der Grenzfläche beinhalten.
Wann sollte die dynamische Oberflächenspannungsmessung verwendet werden?
Dynamic surface tension is essential for processes that involve rapid changes at the liquid-gas or liquid-liquid interface, such as droplet and bubble formation, coalescence (change in surface area), the behavior of foams, and the drying of paints (change in composition, e.g., evaporation of solvent). It is measured by analyzing the shape of a hanging droplet over time.
Die dynamische Oberflächenspannung gilt für verschiedene Branchen, darunter Kosmetika, Beschichtungen, Pharmazeutika, Farben, Lebensmittel und Getränke sowie industrielle Prozesse, in denen das Verständnis und die Kontrolle des Verhaltens von Flüssigkeitsgrenzflächen für die Produktqualität und Prozesseffizienz unerlässlich ist.
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenspannung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenspannungsmessung: Der endgültige Leitfaden
Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenenergie mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenenergiemessung: Der ultimative Leitfaden
For benchmark contact angle and surface energy values on glass, nylon, PMMA, and Teflon, see the Open Benchmark Data panel above or visit our Dataset Hub for full CSV downloads.
Der Gleitwinkel misst den Winkel, in dem ein flüssiger Film über eine feste Oberfläche gleitet. Es wird häufig verwendet, um die Rutschhemmung einer Oberfläche zu beurteilen.
Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer
Erfahren Sie, wie die Gleitwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Gleitwinkelmessung lesen Sie unsere Gleitwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Within the Construction industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Herausforderung : Dust and pollution accumulated on the solar panels of a commercial building, reducing their energy generation efficiency.
Lösung : 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.
Herausforderung : Das Austreten von Wasser in einer Tiefgarage führte zu Fahrzeugschäden und einer Verschlechterung der Struktur.
Lösung : Auf die Betonoberflächen wurde eine Abdichtungsbahn mit geringer Oberflächenspannung aufgebracht. Diese Membran sorgte für eine effektive Wasserabweisung, verhinderte das Eindringen von Wasser und bewahrte die Integrität des Parkhauses, während gleichzeitig die Fahrzeuge geschützt wurden.
Herausforderung : Slippery pedestrian walkways in a shopping mall led to slip and fall accidents during rainy weather.
Lösung : The mall management installed textured, slip-resistant tiles with superhydrophobic surfaces. These tiles, characterized by a water static contact angle above 150° and a sliding angle below 10°, provided better traction even when wet, significantly reducing slip and fall incidents. This increased safety for shoppers and employees and decreased the mall's liability for accidents.
Herausforderung : Engineers faced adhesion problems between the steel and concrete components in a steel-concrete composite structure due to incompatible surface energies.
Lösung : 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.
Herausforderung : An automotive assembly plant experienced paint adhesion problems on metal components, leading to defects and reduced vehicle durability.
Lösung : 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.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
In an industry where precision reigns supreme, how can Construction manufacturers ensure their products withstand scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides them through the complex maze of quality and performance.
European standard method to determine a solid surface’s wettability and surface free energy (or critical surface tension) by measuring static contact angles of one or more probe liquids on a plane test surface. The resulting metrics support predictions of adhesive wet-out and help characterize surfaces before pretreatment, coating, or bonding.
Use contact angle + surface free energy to quickly flag low-wet-out substrates (metals, plastics, glass, coated parts) before you spend time on full lap-shear/peel trials.
Use repeatable, multi-liquid measurements to detect contamination, treatment drift (plasma/corona/flame/primer), and surface aging/recovery that can drive adhesion failures.
Note: EN 828 tells you how to measure and calculate wettability/SFE, but it does not define universal “good bonding” thresholds—your limits must be calibrated to your adhesive + substrate + pretreatment and validated against bond tests. Roughness and chemical non-uniformity can bias static angles, so consistent surface prep, replication, and drop-quality QC are essential.
We hope this guide showed you how to apply surface science in the Construction industry.
Nun möchten wir das Wort an Sie übergeben:
Feel free to leave a comment below—we’d love to hear from you.
