Mesure des conditions environnementales

Tel que publié dans: Materials Performance (février 2004); Section des revêtements et des revêtements

Série d'instruments de revêtement

Des conditions environnementales optimales sont essentielles pour la préparation de la surface, l'application et le durcissement des revêtements et des revêtements afin de maximiser les performances. Cet article présente les cinq conditions environnementales qui doivent être observées et mesurées et l'effet de chaque condition sur un travail réussi. Il couvre également plusieurs appareils de mesure mécaniques et électroniques et traite de l'utilisation appropriée de chaque instrument.

La préparation de la surface et l'application de revêtements et de revêtements doivent être effectuées dans des conditions environnementales optimales pour aider à prévenir les défaillances. Divers instruments sont disponibles pour mesurer les cinq conditions à observer et à suivre:

• Température de l'air
• Température de surface
• Humidité relative (HR)
• Température du point de rosée
• La différence entre les températures de surface et de point de rosée

Il est bien connu que la plupart des revêtements ne sèchent pas correctement à des températures basses et à une HR élevée. On comprend moins l'impact de l'humidité de surface sur la durée de vie et les performances des matériaux.

De l'humidité se forme sur une surface lorsque de l'air plus chaud et humide entre en contact avec elle - un processus appelé condensation. L'humidité provoquera la rouille de l'acier non protégé. Pris au piège entre un revêtement et un substrat, l'humidité causera probablement une défaillance prématurée du système appliqué.

Une légère condensation sur les surfaces sablées peut être difficile à observer. Plutôt que de détecter cette humidité, des instruments sont utilisés pour aider à évaluer le risque de formation d'humidité en premier lieu. Des tests doivent être effectués pour calculer la température du point de rosée avant, pendant et après le processus de revêtement. La température du point de rosée doit être comparée à la température de la surface pour s'assurer que les deux sont suffisamment éloignés pour empêcher la formation d'humidité.

Une observation attentive des conditions atmosphériques et une bonne compréhension de leur impact sur la qualité et la santé à long terme des applications de revêtement et de revêtement sont importantes pour tous les entrepreneurs et inspecteurs.

Conditions environnementales

TEMPÉRATURES DE L'AIR ET DE SURFACE

Les premiers paramètres nécessaires pour évaluer le risque de formation d'humidité sur un substrat sont la température de la surface à préparer ou à enduire et la température de l'air à proximité de cette surface. La nuit, l'acier rayonne généralement de la chaleur et est refroidi en dessous de la température de l'air. Pendant la journée, il absorbe la chaleur et est généralement plus chaud que la température de l'air.

Étant donné que la température de surface est souvent différente de la température de l'air, en particulier pour les travaux effectués à l'extérieur, les deux températures doivent être mesurées pour éviter les problèmes d'application si les températures de l'air ou de l'acier deviennent trop chaudes ou trop froides pour une formation de film satisfaisante. L'application à des températures incorrectes peut provoquer des défauts tels que: cloques, piqûres, cratères, pulvérisation sèche et fissuration de la boue. Le fabricant du revêtement doit spécifier les températures de surface maximales et minimales pour l'application d'un revêtement.

ASTM D3276, «Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates)», 1 stipule que la température de surface minimale pour l'application du revêtement est généralement de 40 ° F (5 ° C). Il peut être aussi bas que 0 ° F (–18 ° C) pour les systèmes à un ou deux composants «durcissant à froid» ou 50 ° F (10 ° C) pour les systèmes conventionnels à deux composants. Les spécifications de peinture peuvent en outre indiquer que la peinture ne doit pas être entreprise lorsque la température baisse et à moins de 5 ° F (3 ° C) de la limite inférieure.

La température de surface maximale pour l'application du revêtement est généralement de 125 ° F (50 ° C), sauf indication contraire. Une surface trop chaude peut provoquer une évaporation si rapide des solvants de revêtement que l'application est difficile, des cloques se produisent ou un film poreux en résulte.

HUMIDITÉ RELATIVE

Les taux de durcissement sont directement affectés par l'HR - la quantité d'humidité dans l'air exprimée en pourcentage de la quantité totale (saturation) possible à une température donnée. L'air chargé d'humidité ne peut pas contenir autant de solvant que l'air sec. Par conséquent, une HR élevée peut retarder la vitesse d'évaporation du solvant. Pour cette raison, l'HR maximale à laquelle les revêtements ou les revêtements peuvent être appliqués et durcis est généralement fixée à 85%. Cependant, certains revêtements nécessitent de l'humidité pour durcir. Par conséquent, il est important de vérifier les spécifications du revêtement.

TEMPÉRATURE DU POINT DE ROSÉE

La température du point de rosée est la température à laquelle l'humidité commencera à se former sur une surface en acier. C'est la température à laquelle un volume d'air doit être refroidi pour atteindre la saturation. C'est une fonction de la température de l'air et de l'HR.

DELTA (DIFFÉRENCE) ENTRE LE POINT DE ROSÉE ET LES TEMPÉRATURES DE SURFACE

Le dernier paramètre à noter est le degré de séparation entre la température de surface et la température du point de rosée. De l'humidité se formera probablement si elles sont identiques. Même s'ils sont proches, le risque de formation d'humidité peut être trop élevé. Des documents tels que ASTM D3276 et la norme internationale ISO 8502-42 stipulent que la température de surface doit être d'au moins 5 ° F (3 ° C) au-dessus de la température du point de rosée pendant les 3 phases critiques du revêtement: préparation, application et durcissement. Cette séparation minimale permet également de réduire la température de surface lorsque les solvants s'évaporent ou lorsque des matériaux de revêtement froids sont appliqués.

Instrumentation

SOLUTIONS DE MESURE MÉCANIQUE

La température de l'air, la température du point de rosée et l'HR peuvent être déterminées à l'aide d'une élingue ou d'un psychromètre à piles. Ces instruments sont équipés de deux thermomètres. Le premier thermomètre, appelé «bulbe sec», mesure la température de l'air ambiant. Le deuxième thermomètre est enveloppé dans une chaussette ou une mèche en mousseline qui est mouillée avant utilisation - d'où le nom de «bulbe humide». Cette «température bulbe humide» représente la perte de chaleur due à l'évaporation de l'eau dans la chaussette. Une humidité relative faible entraînera un taux d'évaporation plus rapide et une température de bulbe humide plus basse qu'une humidité élevée.

Le psychromètre à fronde (figure 1) est tourné dans l'air pour obtenir les deux valeurs de température. Le psychromètre électrique reste stationnaire pendant qu'un ventilateur entraîné par un moteur aspire l'air à travers les thermomètres.

Figure 1 - Psychromètre Sling utilisé pour déterminer l'HR.

Lisez attentivement les instructions. L'instrument doit être inspecté et préparé correctement avant chaque test. Inspectez régulièrement le revêtement humide et gardez-le en bon état. L'évaporation de l'eau de la mousseline laisse toujours une petite quantité de matière solide. Il est donc souhaitable d'utiliser de l'eau la plus pure possible et également de renouveler la mousseline de temps en temps.

L'emplacement physique du test et le temps passé à tourbillonner ou à souffler de l'air sur le bulbe humide sont des facteurs qui affectent directement la précision du résultat du test. Les thermomètres doivent être tournés rapidement pendant 15 ou 20 secondes; arrêté et lu rapidement - le bulbe humide en premier parce qu'il commencera à changer lorsque le mouvement d'air s'arrête. Le test doit être répété jusqu'à ce que deux ou plusieurs lectures de bulbe humide correspondent à la lecture la plus basse obtenue.

Pour une meilleure précision, le psychromètre doit être tourné à l'ombre. L'observateur doit faire face au vent et faire quelques pas en avant et en arrière pour éviter que son corps n'affecte les observations. Sachez que lorsque la température est proche ou inférieure au point de congélation, le psychromètre n'est pas un instrument très fiable pour mesurer l'humidité3.

Un psychromètre ne mesure pas directement l'HR et la température du point de rosée. Ces valeurs sont calculées à l'aide d'une formule dans laquelle les températures de bulbe sec et de la bande sont insérées. Des graphiques et des calculatrices de règle à calcul psychrométrique sont disponibles pour cela. Des graphiques tels que les tableaux psychrométriques du US Weather Bureau (Figure 2) facilitent un peu cette détermination. Sélectionnez le tableau correspondant à la pression atmosphérique locale pour ce jour: cette valeur peut être obtenue auprès du bureau météorologique de l'aéroport le plus proche. Généralement, 30 pouces (76 cm) de mercure sont utilisés et correspondent au niveau de la mer. À des altitudes plus élevées, utilisez 29 à 23 pouces (74 à 58 cm).

Figure 2 - Tableaux psychrométriques du US Weather Bureau pour calculer l'HR.

Lisez attentivement les thermomètres car il existe de nombreuses possibilités d'erreurs d'interpolation. De légères différences dans les valeurs obtenues à partir des échelles de température et des tables de recherche d'humidité peuvent entraîner des résultats considérablement différents.

Voici un exemple: Supposons que les deux thermomètres lisent par incréments de 1 degré mais que vous pouvez interpoler à un ½ degré. Étant donné une précision typique de +1 degré, si la température de bulbe sec était de 75 ° F (23,9 ° C) et la température de bulbe humide de 73 ° F (22,8 ° C), les valeurs enregistrées possibles pourraient ressembler à celles du tableau 1.

Tableau 1 - Différences d'humidité relative calculée en fonction de la précision du thermomètre

Bien que les deux valeurs du thermomètre soient dans la tolérance, le calcul de la formule d'humidité résultante diffère de 8,8 points de pourcentage! Si une table de recherche est utilisée au lieu d'un calcul de formule, la différence peut être encore plus grande. Ce budget d'erreur est le plus élevé dans les calculs de bulbe humide / sec à une humidité relative très faible et très élevée.

L'humidité relative peut également être lue directement à partir d'un hygromètre ou enregistrée en continu avec un hydrogramme.

Un thermomètre de température de surface comme celui illustré sur la figure 3 utilise un élément de détection bimétallique. Il peut être attaché magnétiquement à une surface en acier et du ruban adhésif le maintiendra sur d'autres surfaces.

Figure 3 - Un thermomètre de température de surface peut être fixé à l'acier ou collé sur d'autres surfaces.

Les thermomètres doivent rester en place pendant une période de temps suffisante pour que la température se stabilise - généralement 2 ou 3 minutes. Appuyez légèrement sur le cadran avant de prendre une lecture finale et prenez soin de lire directement. Évitez la lumière directe du soleil, le vent, le rayonnement thermique, les conduits de chauffage ou de ventilation ou d'autres conditions similaires. Obtenez des données pour les zones chaudes et froides ainsi que pour les zones moyennes.

Des thermomètres infrarouges numériques sans contact peuvent également être utilisés pour mesurer la température de surface. Lisez attentivement les instructions de l'instrument. Plus l'appareil est éloigné de la surface, plus la zone de mesure est grande, ce qui entraîne une erreur potentielle.

SOLUTIONS DE MESURE ÉLECTRONIQUE

Les conditions atmosphériques changent constamment: par conséquent, des mesures et des calculs doivent être effectués fréquemment. Quatre heures est une période minimale typique. Il est recommandé de mesurer différents emplacements et d'enregistrer les conditions avant, pendant et après le travail. Certaines spécifications exigent une mesure continue pendant que l'acier nettoyé par projection d'abrasif est exposé ou pendant le séchage des revêtements ou des revêtements: une mesure continue garantit que le métal est plus chaud que le point de rosée.

Certains compteurs calculent uniquement la température du point de rosée, mais les instruments les plus pratiques sont équipés d'une sonde de température de surface (Figure 4). Une sonde permet à un compteur de calculer et d'afficher la valeur delta importante - la différence entre les températures de surface et de point de rosée.

Figure 4 - Un appareil de mesure du point de rosée numérique avec une sonde de température de surface Cet instrument peut calculer le delta de température.

La mesure continue est l'une des raisons pour lesquelles les instruments numériques tout-en-un deviennent rapidement populaires. Ils simplifient considérablement le processus de mesure et de calcul des paramètres environnementaux critiques. Les capteurs de précision à réponse rapide fournissent des lectures précises et reproductibles avec une fiabilité élevée et une stabilité à long terme. Des certificats d'étalonnage montrant la traçabilité directe aux normes de l'Institut national des normes et de la technologie sont généralement disponibles.

Certains instruments numériques affichent en continu et simultanément les cinq paramètres environnementaux sur l'écran à cristaux liquides. Non seulement les valeurs sont affichées, mais ces valeurs peuvent être stockées dans la mémoire de la jauge en appuyant sur un bouton avec la date et l'heure. Mieux encore, saisissez un intervalle de temps et la jauge peut être laissée sans surveillance pour enregistrer les cinq valeurs à cet intervalle - disons toutes les 15 minutes ou toutes les heures (Figure 5). Ceci est pratique pour conserver un enregistrement complet des conditions environnementales avant, pendant et après l'application du revêtement.

Figure 5 - Enregistrement numérique des cinq conditions environnementales à des intervalles de temps sélectionnés par l'utilisateur.

Température de l'air Ta, température de surface Ts, température du point de rosée Td-delta entre les températures de surface et du point de rosée, humidité relative HR.

Les instruments tout-en-un offrent généralement une précision élevée, une plus grande simplicité et une réponse plus rapide que les méthodes mécaniques. Leur utilisation facile d'une seule main est pratique pour grimper sur une échelle ou un échafaudage ou pour atteindre des endroits éloignés et de petites zones difficiles à atteindre. La sortie sur l'écran est rapide et continue.

Un autre avantage des instruments numériques est qu'ils simplifient grandement la mesure. De nombreux modèles ont des alarmes qui alertent automatiquement l'utilisateur lorsque la température de surface est trop proche de la température du point de rosée; cette caractéristique signale le risque élevé de formation d'humidité. La plupart s'affichent en unités Celsius ou Fahrenheit. Certains enregistrent la valeur de la température de surface seulement après que cette valeur se soit stabilisée. En d'autres termes, touchez une surface froide ou chaude et l'instrument mesurera la lecture de la température à mesure qu'elle baisse ou augmente jusqu'à la température réelle de la surface. En quelques secondes, une fois que la jauge a déterminé que la lecture s'est stabilisée, la jauge émet un bip et fige l'affichage. Ceci est particulièrement pratique lors de la mesure de zones éloignées où l'affichage est difficile ou impossible à voir.

Références

1. ASTM D3276-00, «Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates)» (West Conshohocken, PA: ASTM 2000)

2. ISO 8502-4: 1993, «Préparation des substrats en acier avant l'application de peintures et de produits connexes - Essais pour l'évaluation de la propreté de surface - Partie 4: Guide pour l'estimation de la probabilité de condensation avant l'application de la peinture» ( Genève, Suisse: ISO, 1993)

3. ASTM E337-02, «Méthode d'essai standard pour mesurer l'humidité avec un psychromètre (la mesure des températures de bulbe humide et sec)» (West Conshohocken, PA: ASTM 2002)