Что добавляют в раствор при минусовой температуре: Работа с цементным раствором при минусовой температуре, какие есть нюансы?

Зимние растворы используемые при низкой температуре

Во время строительства дома поздней осенью или зимой, следует использовать продукты, предназначенные для использования при низких температурах. К ним относятся зимние растворы для кладки и монтажные пены, а также устойчивые к заморозкам добавки, которые ускоряют связывание. Следует изучить, какие ещё продукты можно использовать во время морозов.

Продукты для использования при низкой температуре

Всё больше и больше появляется зимней строительной продукции для использования при низкой температуре, обычно 0 °C, иногда даже до -10 °C. Могут также использоваться добавки-модификаторы для работы с материалами, приготовленными с водой: ускоряется связывание, испарение воды, повышается пластичность. При эксплуатации зимних материалов или наполнителей от мороза, необходимо строго соблюдать рекомендации производителя. Потому что даже в группе одних и тех же изделий могут быть различные способы их приготовления при низкой температуре, часто различные, в зависимости от температуры.

Использование зимних продуктов или низкотемпературных добавок во время мороза

Некоторые растворы для кладки необходимо приготовить с тёплой водой или добавить в них денатурат. Следует очень внимательно читать рекомендации производителя по условиям использования продукции во время зимы. В технологических картах имеются записи о том, как подготовить материал, при какой температуре его можно использовать, через какое время температура может снизиться и на сколько градусов. Покупатель должен быть в курсе того, что модифицированные продукты, со специальными добавками, стоят дороже, чем стандартные.

Кладка и бетонирование при температуре ниже +5 °C

Проведение мокрых строительных работ (с использованием раствора или бетонной смеси) при температуре ниже +5 °C хлопотно. Появляются отклонения в связывании и упрочнении материалов. Это касается как температуры окружающей среды, так и основания.

Для кладки следует использовать кладочные элементы в воздушно-сухом состоянии. Невозможно использовать кладочные элементы на мокрой или обледенелой поверхности, так как тогда не будет, требуемого слияния элементов с раствором. Такие материалы, как кирпич, пустотелые блоки, блоки хранятся на открытой площадке. И всё-таки предусмотренные для кладки материалы должны быть заранее, на 24 часа, размещены в отапливаемом помещении.

Кладка зимой — советы эксперта

Но, в случае строительства при температуре ниже 0 °C не должно на стройке выполняться никаких мокрых работ, кладки кирпича, бетонирования, оштукатуривания. В виде исключения допускается выполнение этих работ, но до температуры -10 °C, при использовании специальных противоморозных добавок (ПМД). Эти добавки ускоряют выделение тепла гидратации цемента и снижают температуру замерзания свежего бетона при отрицательной температуре. Работают пластификаторами, увеличивая прочность бетона в начальной стадии твердения и конечную прочность.

Зимний раствор кладки

Многие производители строительной химии предлагают зимние растворы кладки, которые можно использовать при температуре до 0 градусов Цельсия. Часто это раствор тонкослойный, который быстро связывается. В традиционном растворе бетономешалки, можно применять противоморозные добавки. Как правило, они содержат пластифицирующие вещества и ускоряют связывание.

Система для кладки на сухую

На рынке это первая система для кладки на сухую, без использования воды. Шлифованные блоки керамические связываются раствором в виде пены. Работы по кирпичной кладке могут проводиться при температуре до -5 °C. Пистолетом наносят полоски пены на вершине пустотелых блоков и задают ещё один слой. Конечно, это система, которая должна быть предусмотрена в проекте. Не допускается использовать её для кладки стены из другого материала. Но если собираются продлить строительный сезон и начать кирпичные работы очень ранней весной или поздней осенью, то это первый продукт для работ при заморозках, хотя и не при больших морозах.

Строительство зимой: добавки ускоряющие связывание бетона

Сопряжение и получение прочностных параметров бетона длится примерно семь дней, а вместе с высыханием – четыре недели. Процесс проходит при оптимальной температуре. При низкой температуре это занимает гораздо больше времени.

Добавки, которые ускоряют связывание бетона, позволяют укладывать его при температуре ниже +5 °C. Они повышают температуру гидратации цемента. Если вы хотите укладывать бетон при низких температурах, необходимо накрыть его тентами или пенопластом так, чтобы излучалось тепло не наружу, но оставлялось в смеси. Для изготовления бетона допускается использование цемента с маркировкой символом R, то есть содержащего ускоритель времени схватывания. Бетон, сделанный из такого цемента, схватывается в течение нескольких часов и получает половину целевой прочности на сжатие после трёх дней. В случае заказа смеси на бетонном заводе, следует уточнить, в каких условиях она будет укладываться и нужно ли применять противоморозные присадки.

можно ли использовать цемент зимой, особенности применения

Современное строительство все чаще теряет свою сезонность. Хотя возводить здания летом намного проще, нередко приходится работать и в холодное время года. Чаще всего строить зимой заставляют либо сорванные сроки для сдачи объекта, либо желание сэкономить: в это время покупка и доставка строительных материалов значительно дешевле. Почти все архитектурные и ремонтные работы подразумевают использование цемента — основного вяжущего материала, который проблемно ведет себя при минусовых температурах. Поэтому работать зимой с ним могут и должны только профессиональные бригады.

Какие проблемы могут возникнуть при зимнем бетонировании

Вода, которая входит в состав строительной смеси, замерзает. Это может полностью остановить процесс застывания: кристаллы льда, расширяясь при замерзании, разрушают агрегатную структуру раствора. Происходит торможение гидратации цемента. Прочность и долговечность бетона в дальнейшей эксплуатации сильно пострадают. Если прогноз погоды на ближайшие двадцать восемь дней (период максимального набора прочности для начала эксплуатации) — ниже минус пяти градусов по Цельсию, то набирание прочности остановится окончательно.

Больше всего от морозов страдает верхний слой цементного покрытия, поэтому если заливается фундамент или бетонная плита, при резком похолодании до минуса разрушится именно он: со временем он обсыплется.

Для строительства фундамента зимой используется цемент с противоморозными добавками и пластификаторами

Технологическое решение: противоморозные добавки

От негативного воздействия мороза современные цементные смеси защищают специальные противоморозные добавки, входящие в состав: хлористый натрий, хлористый кальций, натрия формиат и др. Для проведения наземных работ на открытом воздухе может применяться также нитрит натрия (до −15 °С) или поташ (до −30 °С). Под воздействием солей вода не успевает замерзнуть, давая раствору возможность правильно и своевременно застыть. Главное — четко придерживаться правил применения подобных миксов:

  • температура раствора не ниже плюс пяти градусов по Цельсию;
  • не замораживать приготовленный вяжущий продукт;
  • применять сразу после приготовления.

Портландцемент уже содержит необходимые антифрост-добавки, поэтому он является идеальным вариантом для зимнего строительства.

Кладка кирпича зимой должна происходить с помощью раствора с содержанием нитрита натрия

Для того чтобы ускорить набирание прочности строительной смеси, в нее могут быть добавлены еще пластификаторы, которые повышают ее плотность и устойчивость к капризам зимы. Их стоит подмешивать вместе с водой. Количество пластификатора зависит от предназначения раствора.

Другие методы защиты

Если антифриз-добавки не используются, а температура воздуха опускается все ниже и ниже, можно защитить цемент и другими способами:

  1. Использование теплой воды при замешивании бетона. Это метод быстрого замораживания кладки, который позволяет избежать нарушения процесса гидратации.
  2. Прогревание участка строительства с помощью электрических калориферов. Весьма дорогой способ.
  3. Защита плитами или щитами, обернутыми любым теплоизоляционным материалом, например, полиэтиленовой пленкой. Только нужно помнить, что они могут прилипнуть к поверхности залитого раствора, поэтому стоит продумать вариант подпорок для теплоизоляции.

С помощью тех же плит можно попробовать отогреть не застывший бетон, который уже пострадал от мороза.

Отделочные работы с цементом, например, оштукатуривание поверхности, даже если заказ песка, глины, гипса и др. материалов уже осуществлены, лучше оставить до весны, когда установится стабильная плюсовая температура. Иначе, какими бы тщательными ни были работы штукатуров, отделка отвалится от стены уже через несколько дней.

подогрев, добавки, правила зимнего бетонирования

На большей части территорий нашей страны холодная или прохладная температура сохраняется на протяжении более половины года. Если учесть, что при бетонных работах «зима» начинается с понижения температуры до +5oC, то «окно» для проведения работ с бетоном очень небольшое. Однако его можно расширить, причем значительно, за счет использования различных средств. Это так называемые технологии зимней заливки бетона.

Содержание статьи

Что происходит в бетоне при замерзании

При нормальном течении процесса отвердевания бетона, влага служит «склеивающим» элементом для частиц цемента. При ее переходе в твердое состояние все процессы останавливаются.

Но это — не единственная проблема. Известно, что при замерзании объем воды увеличивается примерно на 9%. В результате внутри массы бетона образуется повышенное давление.  Если зерна цемента до этого момента еще не набрали некоторого уровня прочности, они под воздействием давления, разрушаются. После рамерзания они уже не обретут свои свойства в полной мере и бетон не будет достаточно крепким.

Чтобы зимний бетон был крепким, необходимр создать условия или присадки для его вызревания

В зимней заливке армируемых фундаментов есть еще один неблагоприятный момент. Сталь — отличный проводник тепла, и она способствует отводу тепла из толщи бетона. Обладая хорошими теплопроводными свойствами, прутки быстро остывают. Вокруг них вода замерзает в первую очередь. Лед оттесняет частицы бетона, на их место приходит пока не замерзшая вода из еще теплых слоев. Она тоже замерзает, еще дальше оттесняя бетон. В результате массив уже не является монолитом: каркас не связан с бетонным камнем. Прочность такого основания после размораживания и окончательного отвердения будет в разы ниже.

Их всех этих процессов следует, что чем меньше воды в несвязном состоянии будет находиться к моменту замерзания, тем меньше будут потери прочности. Путем различных экспериментов и расчетов были определены граничные значения прочности, при которых бетон можно замораживать. Называются  они точкой критической прочности. В зависимости от класса бетона и назначения здания, типа использования сооружения, требуется дождаться созревания некоторых составов на 20%, для других требуется все 100%.

Критическая прочность бетона в зависимости от его марки

Для железобетонов с ненапрягаемой арматурой (тип, который используется в частном домостроении)  она составляет 50%, для фундаментов, которые будут подвергаться попеременной разморозке/заморозке (бани и дачные домики без отопления) — 70%. После достижения этой точки фундамент можно заморозить. После оттаивания все процессы в нем возобновятся. Потери прочности при этом составляют не более 6%.

Способы бетонирования в зимних условиях

Скорость процесса твердения зависит от температуры раствора. При ее повышении активность воды значительно возрастает, скорость набора прочности повышается. Потому при проведении бетонных работ зимой или при температурах ниже +5oC, важно создать и поддержать требуемый уровень нагрева. Оптимальная температура вызревания раствора составляет от +20oC до +30oC. Для этого есть несколько способов:

  • раствор делать подогретым;
  • опалубку утеплить;
  • использовать присадки и добавки, которые ускоряют твердение и/или понижают точку заморозки воды;
  • подогревать уже залитую бетонную массу.

Все эти методы неплохо работают. Их используют по одиночке или в комплексе.

Заливка в зимнее время проводится подогретым раствором

Прежде всего, необходимо правильно выбрать цемент для зимнего бетонирования фундамента. Известно, что во время твердения бетона происходят реакции, при которых теплота выделяется. Для зимы  — отличная особенность. При этом большее количество тепла выделяют быстротвердеющие портландцементы и составы высоких марок. Потому для замеса при низких или минусовых температурах имеет смысл купить именно их.

Только это позволит вам залить фундамент ленточный или плитный фундамент при плюсовых температурах днем, и незначительных заморозках по ночам. Но при этом, потребуется замес делать теплым (читайте ниже), а также после заливки фундамент нужно будет опалубку теплоизолировать: покрыть матами, соломой и т.д. Если у вас уже закуплен теплоизолятор, можно использовать его, только следить необходимо за его состоянием, прикрыть пленкой или другими влагоизолирующими материалами.

Повышение температуры в процессе замеса

Во время зимней заливки фундамента температуру раствора доводят до 35-40oC. Для этого разогревают воду и засыпку. Цемент греть ни в коем случае нельзя: он «заварится» и станет практически бесполезным.

Для замеса в зимнее время используют горячую воду и подогретую засыпку. Цемент греть нельзя

Хорошо, если есть возможность использовать бетономешалку с электроподогревом: ее включают в сеть и барабан разогревается. В другом случае, желательно прогреть его предварительно, прокрутив разогретую воду.

При замесе воду нагревают до 90 oC. Щебень и песок необходимо разогреть до 60 oC. Делают это обдувом горячим воздухом, прогревом в специальных печах. Печи — это для частного строителя из области фантастики, но можно устроить обдув горячим воздухом. Например, от печи или костра протянуть несколько труб-воздуховодов внутрь кучи щебня или песка.

Еще раз обращаем внимание: цемент не греть. Его можно занести в теплое помещение, чтобы он принял комнатную температуру, но подогревать нельзя.

При зимнем замесе раствора меняется порядок закладки составляющих: заливается вода, в нее засыпается щебень и песок. После нескольких оборотов добавляется цемент.

Ко всему необходимо еще и увеличить время замеса. Он должен быть длительнее на 20-50%: за счет лучшего перемешивания, активизируются реакции и повышается температура при твердении.

Утепление и подогрев раствора

Для продления времени остывания бетона требуется по максимуму сохранить тепло. Потому, используя все возможные средства и доступные материалы, проводят утепление стенок опалубки. Можно использовать брезент,  маты, старые какие-то теплые вещи, забить промежуток между стенками опалубки и грунтом, соломой. Да что угодно, лишь бы тепло не утекало в воздух.

Одна из задач — сохранить тепло раствора

В этом случае пригодиться может опалубка из пенополистирола — он имеет плохую теплопроводность, что в данных условиях — несомненный плюс. Обычно такая опалубка несъемная, и после вызревания бетона вы получаете влаго- и теплоизолированный фундамент. Подробнее о типах опалубки читайте тут.

При строительстве в промышленных масштабах применяется также электрический подогрев при помощи разного рода электродов. Они располагаться могут на поверхности, закрепляться на опалубке или вводиться внутрь бетонного раствора.  Способ, эффективный, но реализуется в частном строительстве редко. Очень дорогое это удовольствие: расход электричества на подогрев кубометра бетона 60-80 кВт/час. При этом необходимо строго контролировать температуру: измерять каждые два часа (или чаще) и при достижении отметки в +30 oC отключать его. Потом через некоторое время снова включить. Контроль должен быть круглосуточным.

При заливке фундамента своими руками зимой, реально использовать только греющие кабели. Их прикрепляют с внутренней стороны к опалубке, и после ее снятия демонтируют. Есть второй вариант — «утопить» провод в бетоне. Оба способа действуют неплохо, но только при условии изолированных от холода стенок.

Греющие маты укладывают на поверхность бетона и включают в сеть

Есть еще в продаже специальные греющие маты для подогрева бетона. Они раскладываются на поверхности, включаются в сеть. Его стоимость — 2,5 тыс руб/м2.

Для сохранения температуры стоят над объектом тепляки. Это конструкции, очень сильно напоминающие теплицы. И задача у них аналогична: сохранить тепло. Возводят каркас, его обтягивают пленкой или другими подобными материалами. Внутри ставят печку, тепловую пушку и т.д., с их помощью  поддерживают плюсовую температуру. Но при этом необходимо также не забывать об увлажнении, чтобы влага из раствора не испарялась.

Еще один метод подогрева бетона — с использованием инфракрасных излучателей. Этот метод хорош тем, что под воздействием волн греется непосредственно сам раствор. Излучатели закрывают алюминиевыми кожухами, создавая направленный поток. Однако для эффективного прогрева понадобится большое количество ламп.

Присадки и добавки

Еще один способ заливки бетона при отрицательных температурах — использование химических веществ. Некоторые из них ускоряют затвердевание на начальной стадии процесса. Массовая доля всех добавок — не больше 2% от массы цемента. Большие количества могут негативно повлиять на качество бетона, потому придерживайтесь рецептур.

Один из способов зимнего бетонирования — добавление в замес специальных противоморозных присадок

Наиболее распространенная присадка, повышающая «морозоустойчивость» бетона и ускоряющая его твердение, — хлористый кальций. Еще используют поташ и нитрат натрия. Если добавить их при обычном замесе, температура замерзания снизится до -3oC.

Одно «НО». Хлориды использовать для армируемых бетонов нельзя — они провоцируют быстрое разрушение стали. Так что самый распространенный ускоритель твердения бетона — хлористый кальций — для заливки фундамента не подходит.

Заливка бетона при минусовой температуре возможна, если с теми же присадками раствор подогреть. В этом случае можно работать при -15oC. Но для нормального качества фундамента потребуется утепление заливки и соблюдение несложных, но обязательных правил.

Правила зимней заливки бетона

Раствор выливают в подготовленную опалубку. Подготовка состоит в удалении наледи и снега, разогреве арматуры и дна фундамента. Вот это — самый сложный этап. Соскоблить наледь — это полбеды, а прогреть арматуру и весь периметр фундамента — проблема. Температура не должна быть высокой, но необходимо добиться положительных ее значений.

Как вариант можно рассмотреть устройство переносных жаровен, которые опускают в котлован, и там разжигают. Возможно использование тепловых пушек, работающих от баллонов с газом. Использование других средств затруднено, из-за их большой стоимости.

Перед заливкой теплого раствора необходимо нагреть основание и арматуру до положительных температур

По этой причине бетонировать зимой плитные фундаменты проблематично: такие площади не разогреть. Для этого типа оснований «зима» ограничится легкими заморозками ночью и положительной дневной температурой. Заливку можно начинать после того, как арматура и дно будут иметь положительную температуру.

Ленточный фундамент можно заливать  и при морозах: подогреть такое основание и арматуру в ограниченном объеме реально. Непросто, но возможно.

Организовать все можно поэтапно. Разбить всю ленту на небольшие участки, начать прогрев одновременно или с некоторым временным промежутком на нескольких из них (два-три в зависимости от времени, необходимого на замес и подогрев котлована). Начать заливку одного участка, перенеся жаровни дальше. Пока будет заливаться первый разогретый участок, следующий наберет необходимую температуру. Залитый участко сразу закрывают теплоизолирующими материалами и переходят к следующему, так и продвигаясь по всему периметру.

Обязательно необходимо сбить наледь и нагреть арматуру — только так фундамент будет прочным

Механизм понятен. Так можно заливать фундамент бетоном при -15oC (но с соответствующими добавками, «горячим» замесом и мерами по сохранению тепла).

Еще одно важное условие — работа должна вестись непрерывно. Зимой заливать фундамент частями нельзя. Это на 100% верно. Промежуток между заливками должен быть такой, чтобы на поверхности предыдущей части не успела образоваться пленка, а тем более, чтобы влага не замерзла. Работы должны вестись постоянно до окончания заливки.  Залитые части сразу нужно прикрывать теплооизолирующими матами. Как видите, для этой работы нужны несколько человек. Один со всеми задачами не справится.

Работы должны вестись непрерывно

Обратите внимание, что максимальная температура раствора должна быть 35-40oC. Ее превышение ведет к замедлению процессов отвержения. Ситуация будет, конечно лучше, чем при замерзании, но ненамного.

Итоги

Заливка фундамента зимой — нелегкая задача, но возможная даже своими руками. Понадобятся помощники и тщательная подготовка, но сделать нормальное основание можно и при минусовых температурах. При какой температуре можно заливать бетон? Зависит от его состава, но для частников реально, пусть и с большими затратами, добиться нормального качества при температурах не ниже -10- 5oC. Меньшими затратами обернется заливка при плюсовой температуре днем и заморозках ночами.

рекомендации специалистов, технологические особенности зимней кладки

Очень часто рабочим приходится сталкиваться с ситуацией завершения строительства в условиях трескучих морозов, что особенно актуально для северных регионов страны. Такая погода радует многих, но не заказчика и строителей, поскольку возведение здания необходимо заканчивать в срок, с должным качеством исполнения в любых условиях. Как же сделать качественную кладку кирпича, если за окном минусовая температура и длительного потепления не ожидается?

Мнение квалифицированных специалистов вселяет добрую надежду основательными утверждениями о возможности продолжения или завершения каменных работ в такой ситуации. Осуществление кладки кирпича возможно в любую погоду, при условии соблюдения специальных технологий и учёта определённых нюансов. Рассмотрим подробнее особенности кирпичной кладки в мороз.

Трудности кладки кирпича в морозную погоду

Определяющая все проблемы трудность зимней кладки заключается в замерзании цементной массы, вернее воды, содержащейся в ней. Это нарушает нормальные процессы гидратации и прочность раствора теряет примерно четверть от требующейся нормы. Такое обстоятельство приводит к неполноценному сцеплению строительных элементов, что напрямую отражается на общей устойчивости здания. Она снижается, а это может повлечь неприятные, печальные последствия.

Кроме того, перепад температуры и влажность повлекут:

— разрушение структуры кирпичей от процесса замерзания влаги в них;

— образование тонкой ледяной корки на поверхностях соединяемых элементов;

— формирование многочисленных пустот в застывшем растворе после нормализации температуры.

Нахождение, а тем более проживание в таком доме становится опасным.

Внимание! Если грамотно соблюдать некоторые «зимние» принципы клади кирпича, то проблем с качественным строительством не возникнет и сооружение будет надёжным!

Особенности раствора для кладки кирпича зимой

Цементный раствор, применяемый для «зимней» кладки кирпича, обладает незначительными отличиями от «летней» смеси. Пропорции сохранены те же, но добавляются специальные присадки. Эти добавки препятствуют замерзанию воды, обеспечивая необходимый уровень устойчивости к понижениям температуры. Выбирать такие модификаторы необходимо основательно, поскольку каждый из них обеспечивает толерантность к небольшому диапазону отрицательной температуры.

Посмотрите видео как делать замес кладочного раствора в мороз

Рекомендация! Во время кладки нужно контролировать состояние раствора, а именно, течение его застывания. С этой целью в бетоне размещаются несколько специальных пробок, в которых термометром (4 раза в сутки) замеряется значение температуры!

Однако, использование присадок недопустимо в строительстве жилых построек, так как они содержат токсические соединения, очень вредные для человека. Поэтому препятствующие замерзанию добавки вносят в цементный раствор фундаментов или кладочную смесь для нежилых и вспомогательных строений. Каждый рабочий при этом должен пользоваться защитными средствами, приспособлениями и спецодеждой.

Некоторые строители, с целью экономии средств, вводят в раствор жидкое мыло. Этот компонент снижает общее количество воды в растворе. После оттаивания мыльный состав не влияет на гидратацию цемента, зато существенно уменьшается количество пустот, расслоений и растрескиваний кирпича.

Методики кладки кирпича при низкой температуре

Кроме применения противоморозных присадок существует ещё ряд действенных способов, позволяющих строить кирпичные здания в мороз. Ознакомимся с наиболее используемыми и доступными технологиями.

1. Электроподогрев раствора – предусматривает обустройство в создаваемой кладке системы металлических электродов, которые будут подогревать твердеющий раствор и кирпичи. В промежутках между ними будет создаваться контролируемое электрозамыкание с выделением достаточного количества тепловой энергии.

Технология строительства заключается в равноудалённом размещении (шахматный порядок) металлических прутов с шагом 21,0–23,0 см в каждом втором горизонтальном слое раствора. Затем, выступающие концы электродов соединяются в изолированную систему – один слой – один электрический полюс. Таким образом, получится равномерное чередование электрической подводки по всей площади стены, толщина которой будет определять величину подаваемого тока. Например, подключённое напряжение в 220 вольт будет разогревать стену толщиной в полтора метра до + 3о градусов. Следовательно, для нормального прогрева 50,0 сантиметровой стены нужно подвести около 74 вольт. Однако, точный расчёт должны проводить специалисты, с учётом всех особенностей и характеристик материалов.

Контакт будет происходить по раствору и влажным участкам кирпичей. Эти места начнут постоянно подогреваться, а тепло равномерно распространяться по площади всей кладки, образуя комфортный оазис для нормальной гидратации (затвердевания) фиксирующего состава.

Пояснение! Электроподогрев необходим лишь на время достижения 22% марочной прочности цементного раствора. Как правило, это 6–7 суток!

Метод имеет некоторые недостатки:

— нужен грамотный, точный предварительный расчёт всех параметров;

— энергетическая затратность, создающая немалые дополнительные финансовые потери;

— постоянный контроль за электродной системой и уровнем прогревания;

— максимально защищённый от поражения током, специально обученный персонал.

2. Кладка в термосах – технология основана на максимально длительном удержании собственного тепла, выделяемого при химических реакциях в цементном растворе, термоизоляционным покрытием. Его достаточно, чтобы вести кирпичную кладку в условиях минимального холода (до -5 градусов).

Чтобы обеспечить весомый температурный задел, непосредственно перед размещением каждый кирпич разогревается паяльной лампой, специальной газовой горелкой или аналогичными приспособлениями. Вид материала не является определяющим для работы. Можно так укладывать двойной силикатный, клинкерный облицовочный, «красный», обыкновенный полнотелый и другие разновидности кирпича.

Во время работы, через каждые три (можно через четыре) слоя, кладка закрывается теплоизолирующим материалом. Защищённые таким методом участки стены будут долго осуществлять самосогревание.

«Термосная» технология проста в исполнении, не нуждается в особенных знаниях, использовании защитных средств, дополнительных расходах и большом практическом опыте.

К минусам можно отнести лишь:

— возможность строительства при незначительном морозе;

— приобретение вспомогательного оборудования;

— малую скорость строительства, поскольку работник вынужден тратить время на достаточный прогрев каждого кирпича.

Хотя, можно подрядить специальных помощников и тогда последнюю пару недостатков можно предельно минимизировать.

3. Замораживание раствора – наиболее приемлемый, эффективный и экономичный метод зимней кладки, заключающийся в использовании специально подготовленного раствора. Он зимой замерзает, а весной, по мере оттаивания, схватывается и надёжно застывает с сохранением всех необходимых свойств.

Для выполнения кладки применяются особенные пластичные цементные растворы, параметральной марки не ниже М-10 без посторонних добавок.

Принцип способа основан на использовании в замесе тёплой воды и изменении значения марки в зависимости от наличествующей температуры. Последовательность такова:

— температура до -3-х градусов Целься – марка раствора остаётся без преобразований;

— среднесуточное значение до -20 С – марку нужно повысить на 1 ступень;

— если установились морозы ниже -20 С – марка цементного раствора увеличивается на 2 ступени.

Такая методика замены раствора нужна для более надёжной прочности «созревшей» кладки. Значение температуры используемого раствора имеет непосредственную зависимость от окружающей температуры.

Важно! Необходимо делать замес малыми порциями, чтобы он не успел остынуть и замёрзнуть за пределами кладки!

При рассматриваемом способе кладки требуется соблюдение некоторых условий:

— в месте состыковочного контакта стен устанавливаются связующие металлические полоски;

— после строительства каждого этажа необходимо прочно связывать между собой стены поперечными балками;

— на участках соединения, дополнительно построенных по методике «замораживания раствора» (новых), стен формируются осадочные швы;

— над оконными и дверными проёмами оставляется вспомогательный осадочный зазор;

— максимально допустимая высота стен составляет 15,2 м;

— требуется укрепление стен в поперечном направлении посредством специальных подкосов;

— при осуществлении кладки допустимо использовать только подогретый раствор, а также очищенные от грязи и наледи кирпичи;

— нужно применять согревающее (тепловое) оборудование.

Несмотря на множество преимуществ, методика требует существенных материальных и физических затрат. Кроме этого, постройка даёт неравномерную усадку – весной оттаивает раньше солнечная стена, затем боковые части и в конце – задняя (теневая) сторона. При скрупулёзном соблюдении технологии, усадка не превысит 2,0 мм на метр стеновой высоты, а что является допустимым параметром.

Совет! Для повышения эффективности метода, рекомендуется возвести крытую «времянку» из досок и полиэтиленовой плёнки. В ней размещается тепловая пушка, которая в морозную погоду будет предварительно подогревать кирпичи!

Заключение

Разумеется, кладка кирпича в зимнее время нуждается в больших энергетических, физических и финансовых затратах. Если начавшаяся стройка не может подождать три месяца, то продолжить её можно с применением одной из вышеописанных методик при условии точного выполнения технологических нюансов. Главное – это соблюдение всех правил и норм, для гарантированного обеспечения безопасности всем будущим жильцам!

        Поделиться:

бетонирование при низких своими руками

Во время заливки бетонного раствора очень важно учитывать различные факторы, одни из которых остается температура окружающего воздуха. Именно она оказывает влияние на скорость застывания бетона и его прочностные показатели. Если принимать температурный режим во внимание, то это приведет к снижению качественных характеристик, а также к разрушению конструкции. Чтобы этого не произошло, необходимо четко понимать, какие мероприятия нужно предпринимать, когда ведется заливка бетона при минусовых показателях температуры.

Допустимый отрицательный градус температуры

Процесс заливки бетона не имеет отдельного стандарта (ГОСТа), сюда можно отнести СНиП «Несущие и ограждающие конструкции» – 3.03-01-87. Если вы решили осуществлять процесс заливки бетонного раствора без специальных добавок, то вначале необходимо разобраться, какой температурный режим при работе с бетоном считается низким.

О том какую марку бетона использовать для ленточного фундамента можно узнать из данной статьи.

Строители выполняют свою работы при среднесуточной температуры +4 градуса. В таком случае успех от проделанной работы будет зависеть от того, какие мероприятия были предприняты, чтобы обеспечить достойную защиту бетону.

График набора прочности бетона напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Все дело в том, что твердение раствора при низком температурном режиме происходит особым образом. Скорость данного процесса и качество готовой конструкции зависит от показателей температуры воды с растворе. Если она имеет высокие показатели, то, следовательно, процесс затвердения будет осуществляться гораздо быстрее. Самым оптимальным считается показатель 7-15 градусов.

Каковы пропорции бетона на фундамент дома можно узнать из данной статьи.

Но при этом низкий температурный режим окружающей среды наносит и свое влияние на скорость гидратации цемента. В результате, набор прочностных характеристики и застывание осуществляется гораздо медленнее.

Для того, чтобы подсчитать время, которое необходимо для застывания раствора при минусовой температуре, нужно принять во внимание, что при снижении температурного режима на 10 градусов понижается еще и скорость застывания в 2 раза. Такие расчеты очень важны во время планирования строительных мероприятий и демонтажа опалубки.

Каковы характеристики бетона по ГОСТУ 26633 2012 указано в статье.

При снижении температуры воздуха ниже -4 градусов раствор просто замерзнет, следовательно, набор прочности также прекратиться. В результате этого бетон потеряет 50% своих прочностных характеристик.

На видео показана заливка бетона при минусовых температурах:

Как обустроить ленточный фундамент под дом из газобетона можно узнать в данной статье.

Но здесь имеются и положительные моменты, ведь в случае правильной заливки при низких температурных показателях удается получить качественное основание, ведь низкий температурный режим дает шанс получить высокие прочностные показатели. Просто нужно помнить, при какой температуре происходит застывание бетонного раствора и следить, чтобы она не снижалась до -4 градусов.

Особенности использования добавок

Всем понятно, что процесс застывания бетона при минусовой температуры происходит очень медленно. Что же делать в такой ситуации, если сроки возведения конструкции ограничены? Решение есть – использование модифицирующих добавок.

Как правило, в раствор могут добавлять модификаторы следующих видов:

  • Добавки типа С — позволяют ускорить процесс твердения бетона;
  • Добавки типа Е — водозамещающие ускорители.

А статье описана марка бетона по прочности.

Наибольшим спросом сегодня пользуется хлорид калия, но здесь нужно следить, чтобы его количество в общей массе раствора не превышала 2%. Необходимо отметить, что специальные добавки не оказывают влиянии на качество бетона, но при этом способны защитить его от замерзания. Несмотря на применения таких компонентов, остается актуальным соблюдение температурного режима при приготовлении раствора и прочих мер по защите бетона от замерзания.

Если вы выполняете стяжку пола, то нужно сразу предусмотреть наличие отверстий и каналов для подвода коммуникаций. Ведь в дальнейшем выполнять обработку будет очень проблематично. Кроме этого, здесь вам понадобиться специальный инструмент, например, резка алмазными кругами с использованием болгарки.

Какие марки тяжелых бетонов существуют указано в статье.

Заливка бетона без прогрева

В зимнее время можно осуществить процесс заливки бетонного раствора без применения прогрева. Такой метод хорош тем, что нет необходимо подводить электричество и монтировать обогревающую систему, благодаря чему процесс строительства только ускоряется.

Суть такой технологии состоит в задействовании в процесс специальных присадок, благодаря которым удается снизить температуру замерзания жидкости, а еще придать скорости процессу затвердения бетона. Таким образом, раствор просто не успеет замерзнуть. Можете не переживать, присадки совершенно не нарушают прочность бетона.

Каков удельный вес бетона м300 можно узнать из данной статьи.

Главным преимуществом такой технологии остается защита от высолов. Перед тем как выполнять заливку бетонного раствора без подогрева, стоит узнать, при какой минимальном температурном режиме можно осуществлять такую манипуляцию, и какой тип присадок подойдет лучше всего.

На примере можно рассмотреть самый популярный вариант представленных составов «Морозостоп». Для обеспечения морозостойкости при помощи этого состава, необходимо только поместить его в необходимом количестве в раствор. Стоимость такого продукта вполне доступная, поэтому на цене бетона это никак не отразиться.

Как осуществляется применение легких бетонов, указано здесь в статье.

Бетонирование зимой с прогревом

Чтобы выполнить подогрев чаще всего применяют специальный кабель. Представленный способ получил название естественный. Но для того чтобы получить гарантированный результат, необходимо строго соблюдать имеющуюся инструкцию по обогреву.

На видео – заливка бетона при отрицательных температурах:

Пропорции приготовления бетона в ручную в домашних условиях указаны в статье.

По сравнению с предыдущим вариантом обогрев бетона позволяет предохранить раствор от замерзания и при этом нет необходимости все время следить за показателями температуры, ведь кабель и так способен обеспечить нормальные условия для застывания бетона.

Технология проведения работ

После того как вы приготовили раствор, то нужно распределить его в подготовленную опалубку. Подготовительные мероприятия включают в себя устранения наледи и снега, разогрев арматуры и дан основания. Этот этап относится к самым сложным. Удалит наледь – это еще е так сложно, а вот прогреть арматур и весь периметр основания – это тяжелый труд.

Температурный режим не должен быть слишком высоким. Как вариант, можно использовать переносные жаровни, которые отправляют в котлован и там разжигают. Еще можно задействовать переносные пушки, работа которых происходит от баллонов с газом. Применять другие средства не всегда удается по причине их высокой стоимости.

Какой состав бетона для фундамента указано в данной статье.

Процесс заливки можно начинает после того, как арматура и дно примут положительную температуру. Ленточное основание может быть обустроено даже при низких показателях температуры. Достаточно просто подогреть основание и арматуру. Конечно, такой процесс непростой, но вполне реальный.

Весь процесс работ должен быть организован поэтапно:

  1. Разбить ленту на малые участки, осуществить подогрев.
  2. Приступить к заливке одного участка, перенося жаровни на дальнее расстояние.
  3. Пока вы будете выполнять заливку первого разогретого участка, следующий будет набирать необходимый температурный режим.
  4. Когда участок залит, его нужно накрыть теплоизолирующими материалами и переходит к заливке другого. Такими шагами следует передвигаться по всему периметру основания.

На видео рассказывается о допустимых температурах для заливки бетона:

Такой механизм работ позволяет залить раствор при температуре воздуха -15 градусов. При этом в раствор нужно добавлять необходимые добавки, выполнять горячий замес и предпринимать мероприятия по сохранению тепла.

Кроме этого, важно соблюдать еще одно условие – весь процесс должен выполняться непрерывно. Промежуток времени между заливками должен быть таким, чтобы на поверхности предыдущего участка не смогла сформироваться пенка. Естественно, выполнить все эти мероприятия одному невозможно, здесь понадобиться помощь.

Заливать бетон в зимнее время не рекомендуется, но сегодня люди прибегают к этому процессу. Для того, чтобы бетон не замерз, а успел набрать необходимые показатели прочности, важно обеспечить условия для достижения всех намеченных целей. В этом случае вам можно воспользоваться специальными добавками, следить за температурным режимом или провести кабель для обогрева.

Бетонирование при низких температурах

Бетонирование при низких температурах связано с определенными сложностями. Основной задачей при бетонировании в условиях низкой температуры является предотвращение замерзания воды в растворе бетона, что может привести, как к засыханию, так и к замерзанию бетонного раствора.

Чтобы предотвратить замерзание бетонного раствора на современных стройках, создают все необходимые для этого условия:

• Бетон укрывают ПВХ пленками, либо используют разнообразные утеплители. Это самый доступный метод для того, чтобы бетонный раствор не замерз, но эффект от него можно получить только в том случае, если температура воздуха составляет от +5 до -5 градусов. Если же температура ниже -5 градусов, то применение утеплителей и пленки не целесообразно.

• Применяют электрическое прогревание раствора бетона. Такой метод предотвращения замерзания бетонного раствора, часто применяется на очень крупных объектах строительства, где имеются трансформаторные подстанции, которые могут обеспечить бесперебойное поступление электроэнергии. Это очень дорогой способ защиты бетонного раствора от замерзания, и его применение необходимо только в том случае, если застройщик не успевает сдать объект в установленный срок. На мелких объектах строительства применение данного способа не целесообразно.

• В бетонный раствор добавляют специальную противоморозную добавку, которая предотвращает преждевременное замерзание раствора. Во многих случаях данная добавка уже входит в состав цемента, который представляет собой основной ингредиент любой марки бетонной смеси. Количественный процент соотношения цемента и добавок зависит от температуры, при которой будет непосредственно проводиться процесс бетонирования. Более точную информацию о том, какую добавку и в каком количестве лучше всего использовать, обязан предоставить производитель бетонной смеси в технической карте изделия.

• Возводят так называемые времянки, которые нужны для прогревания бетонных растворов непосредственно при помощи тепловыделяющего оборудования. Здесь необходимо обязательное использование ПВХ пленки и разнообразного рода утеплителей, но это нужно не для того, чтобы накрыть бетонный раствор, а непосредственно для утепления самого помещения времянки.

Производя бетонные работы при низких температурах, нужно помнить об обязательном соблюдении условий для затвердения бетонной смеси в течение всего срока, необходимого для достижения бетонной смесью минимальной прочности. Использование бетонного раствора при низких температурах подразумевает обязательное использование специальных добавок, которые способствуют ускорению процесса затвердения бетонного покрытия. Вследствие воздействия низких температур во время застывания значительно страдает качество бетона, идет частичное разрушение верхнего покрова, а также появляется коррозия на используемой арматуре, что непосредственно снижает качество производимых работ.

Низкая температура оказывает негативное влияние на бетон свежей укладки. Это хорошо ощущается в момент схватывания и затвердения смеси. Отсюда можно сделать вывод, что низкая температура воздуха способствует медленному застыванию бетонного раствора, что плохо влияет на качество выполненных работ. При минусовой температуре вода, используемая в приготовлении бетонного раствора, замерзает, что непосредственно прекращает процесс твердения бетонного раствора. Замерзшая вода приводит к разрушению верхнего бетонного покрытия, что негативно сказывается на его качестве и полноценном вводе в эксплуатацию. После того, как раствор нагреется — вода оттает, и в бетоне возобновятся все необходимые процессы. Но тогда свойства бетонного раствора будут иметь отличия от начального состава, что непосредственно скажется на таких факторах как: долговечность, прочность, водонепроницаемость и так далее.

при какой температуре можно класть кирпич, а при какой нельзя

При какой температуре кладут кирпич, знает каждый мастер своего дела. Чаще всего строительные работы производятся в теплую сухую погоду. Это обусловлено свойствами раствора и спецификой самих работ. Застывание раствора и выкапывание траншей под фундамент затруднительно в холодный период. Использовать цементные смеси при минусовой температуре необходимо быстро, так как вода, содержащаяся в них, может замерзнуть.

Строительство кирпичного дома должно производится в определенный температурный режим.

Ввиду затруднений возведения кладки в холода редко решаются на строительство. Однако бывают ситуации, что кладка кирпича зимой просто необходима. Чтобы с блеском справиться с задачей, необходимо знать определенные правила кладки кирпича и особенности затвердевания раствора.

Оптимальная для проведения работ температура

Температура напрямую влияет на прочность раствора.

Чтобы качество кладки было наилучшим, все работы следует проводить в теплую погоду. При этом температура воздуха может колебаться от 10°C до 25°C тепла, а влажность — до 75%. Подобные условия позволяют создавать прочную и качественную конструкцию. Понижение температуры напрямую связано с ухудшением затвердевания раствора. Температура ниже 0°C приведет к замерзанию воды, которая является компонентом состава. При этом ухудшится адгезия с кирпичом и качество кладки.

Если схватывание произошло до понижения температуры и раствор удерживает кладку, он может и не затвердеть по причине замерзания воды. При минусовой температуре он теряет следующие качества:

  • эластичность;
  • плотность заполнения швов между кирпичами;
  • прочность — эта характеристика не возвращается даже с установлением положительной температуры и затвердеванием раствора.

Время застывания цементной смеси при пониженных температурах увеличивается в 4 раза. При отрицательных — раствор просто замерзает. Как только температура воздуха начнет повышаться, состав размораживается, но тогда он теряет часть основных свойств. Кирпичная кладка, выполненная в зимних условиях, по прочности будет отличаться от летней. Предполагая класть кирпич зимой, стоит учесть следующие особенности строительства:

  • вода в растворе преобразуется в лед, что приводит к увеличению объема примерно на 10%, при оттаивании он уменьшается;
  • сложно сохранить прочностные характеристики кладки;
  • нестабильность температур зимой может привести к образованию трещин по всему строению из-за появляющихся в растворе пустот;
  • на кирпиче может образовываться иней.

Работы при низких температурных показателях

Схемы электропрогрева кладки.

Основные затруднения строительных работ в зимних условиях связаны с цементным составом, так как именно он подвержен температурным воздействиям. В связи с этим необходимо учесть некоторые особенности такого строительства:

  1. В состав нужно добавлять противоморозные примеси, увеличивающие температуру всего раствора и предотвращающие застывание. При их наличии можно выполнять кладку до -50°C.
  2. Подвижность состава будет в пределах 10-13 см по конусу.
  3. Пластичный раствор должен таким и оставаться, тогда он будет хорошо укладываться.
  4. После проведения укладочных работ следует периодически проверять температуру смеси. С этой целью можно оставить в кладке небольшие углубления для градусника.

Кладка кирпича зимой производится по тем же технологиям, что и в теплое время года: кирпич укладывается на цементную смесь. Чтобы зимняя кладка была более качественной, применяют следующие методы:

  • установку тепляка;
  • добавление противоморозных примесей;
  • электроподогрев;
  • метод термоса;
  • замораживание.

Из-за несоблюдения температурного режима, может образоваться трещина.

Чтобы установить тепляк, понадобятся рейки и обычный полиэтилен в рулоне. Сначала вокруг всего строительства возводят реечный каркас, а затем на нем крепят полиэтилен, создавая воздушное пространство. Обогревание всей площади производится специальными устройствами. В таких условиях соблюдается приемлемая температура, при которой происходит схватывание раствора, а затем и застывание. Тепло внутри тепляка необходимо поддерживать в течение нескольких суток. Таким способом сложно обогреть большую площадь.

Добавление противоморозных примесей способствует понижению температурных показателей замерзания воды, поэтому позволяет раствору даже при морозе набрать необходимую прочность. Чаще всего с этой целью добавляют смеси из хлористого натрия, калия. Смеси из нитрата натрия и углекислого калия можно применять без последующего подогрева, однако температура раствора должна быть не ниже +5°C.

Электроподогрев возможен для части кладки. Для этого в раствор горизонтально ставят электроды, питающиеся от электросети. При нагревании они отдают тепло раствору и кирпичам. В этом случае раствор хорошо затвердевает, но только при качественном заполнении всех вертикальных швов.

При отсутствии электродов можно использовать проволоку диаметром 0,3-6 мм.

Метод термоса — простейший способ, обеспечивающий затвердевание раствора в зимних условиях. В этом случае используют тепло самого материала, который укладывается частями. Каждая уложенная часть прикрывается термоизоляционным материалом, который не позволяет потерять тепло.

Метод замораживания

Кирпич располагают на подогретом до высокой температуры растворе, который остывает после возведения постройки, а затем замерзает. Подобный метод кладки кирпича обеспечивает прочность стены до окончательного замерзания. В весенний период положенная смесь оттаивает и затвердевает. Однако этот процесс сопровождается достаточно сильной усадкой всего строения, что может привести к разрушению зданий более 15 м высотой.

При какой температуре можно класть кирпич? При использовании метода замораживания важно придерживаться нескольких правил:

  1. Соблюдать одинаковую температуру раствора на всех участках, в противном случае кирпичная кладка будет деформироваться после оттаивания и готовую ложу уже ничем не исправишь.
  2. Такой способ эффективен при проведении работ при температуре не ниже -30°C.
  3. Если замерзший раствор разбавить горячей водой, это будет способствовать формированию на швах пор, в которых раньше был лед.

Использование перечисленных способов приготовления раствора значительно улучшит надежность и прочность кладки. Перед применением любого из них необходимо заранее подготовить все требуемые материалы, определить предполагаемые затраты.

Минусовая температура — обзор

1.19.1 Введение

Прокариотические формы жизни были обнаружены почти во всех мыслимых экологических нишах на Земле — от минусовых температур арктического морского льда до гидротермальных жерл срединно-Атлантического хребта, где температуры превышают нормальная точка кипения воды, от безопасных границ человеческого кишечника до некоторых из самых токсичных ядерных и химических отходов на этой планете. Замечательная способность микробов процветать в таких разнообразных средах стала возможной благодаря преднамеренной эволюции их внутренних метаболических путей, что позволило этим организмам адаптироваться к местной среде и улавливать в ней углерод и источники энергии.Неудивительно, что эти метаболические пути способны выполнять невероятно большое количество химических превращений, чтобы производить столь же разнообразный набор соединений, которые, по совпадению, удовлетворяют многие медицинские, химические и транспортные потребности нашей планеты. Соединения, имеющие экономическое значение, продуцируемые микроорганизмами, включают рекомбинантные белки, первичные метаболиты (такие как аминокислоты, нуклеотиды, витамины, органические кислоты и биотопливо первого поколения) и вторичные метаболиты (такие как антибиотики, противораковые агенты, иммунодепрессанты, понижающие холестерин агенты. , противопаразитарные препараты, мономерные компоненты синтетических полимеров, биопластики и новейшие виды биотоплива). Однако природные изоляты микробных штаммов обычно производят лишь крошечные количества этих продуктов. Следовательно, с коммерческой точки зрения необходимо разработать стратегии для улучшения производства этих соединений.

Стратегии метаболического дизайна можно в общих чертах разделить на два типа (рис. 1): (1) те, которые могут быть реализованы независимо от информации о последовательности генома или передовых генетических инструментов, и (2) те, которые используют математические и синтетические биологические инструменты для непосредственного генетического анализа. манипулирование метаболическими путями.

Рисунок 1. Подходы к метаболическому дизайну у прокариот. Стратегии метаболического дизайна прокариот, описанные в этой статье, кратко изложены здесь. Вообще говоря, стратегии метаболического дизайна можно разделить на два типа: (1) стратегии, которые могут быть реализованы независимо от информации о последовательности генома или передовых генетических инструментов; классический мутагенез и перетасовка генома — два примера этой группы и (2) те, которые используют математические и синтетические биологические инструменты для прямого генетического манипулирования метаболическими путями. Подходы, основанные на прогнозных моделях, объединяют информацию из геномных, флуксомных, транскриптомных и протеомных данных, специфичных для организма, в дополнение к информации из различных онлайн-баз данных. Независимые от модели подходы основаны на существующих биохимических ноу-хау, реестрах частей и комбинаторных библиотеках клеточных компонентов в сочетании с высокопроизводительным скринингом улучшенных фенотипов. Подробная информация об индивидуальных подходах представлена ​​в тексте.

В эпоху прегеномики простейшей формой вмешательства по контролю метаболизма в лаборатории развития ферментации было манипулирование питательной средой или условиями роста для поддержки биосинтеза продукта.Как правило, лучшие условия для роста отличаются от условий для образования продукта. Стратегии оптимизации роста для производства метаболитов включали добавление ограничивающих предшественников и изменение углерода, азота и неорганических соединений. Например, было показано, что использование глюкозы в качестве единственного источника углерода подавляет выработку антибиотиков у нескольких организмов (например, актиномицина (Streptomyces antibioticus), пуромицина (Streptomyces alboniger), цефалоспорина (Cephalosporium acremonium и Streptomyces clavuligerus) и пенициллина (Penicillium). chrysogenum)) [34].Поэтому промышленное производство этих соединений осуществлялось с использованием лактозы или других сахаров, включая крахмал, который медленно расщеплялся только до глюкозы, в качестве источника углерода. Манипулирование условиями культивирования, например регулировка уровня растворенного кислорода в ферментере или регулирование подачи питательного вещества для предотвращения накопления ацетата, также широко используется для улучшения титров продукта. Единственно наиболее успешно применяемый подход, используемый всеми фармацевтическими компаниями для улучшения титров желаемых продуктов ферментации (лекарств), называемый « мутагенез и скрининг », не обеспечивает понимания того, как желаемое соединение продуцируется (биохимический путь) или как это происходит. регулируется.Таким образом, к этому подходу невозможно применить рациональный метод проектирования.

Технологии микробной инженерии прошли долгий путь от простых методов мутагенеза 1960-х годов до современного конструирования de novo индивидуальных генетических цепей и полных геномов. Одновременные разработки в области высокопроизводительного определения характеристик макромолекулярных клеточных компонентов и вычислительных инструментов для последующего управления данными и анализа значительно расширили наше понимание физиологии микробов.Темпы секвенирования микробного генома за последние 15 лет выросли почти экспоненциально с тех пор, как был опубликован первый бактериальный геном (Haemophilus influenzae). Сегодня аннотированные геномы более тысячи видов бактерий доступны в онлайн-базах данных. Некоторые бактериальные геномы были функционально охарактеризованы с помощью профилирования экспрессии генов при помощи технологии микрочипов ДНК и инструментов секвенирования нового поколения, а также профилирования содержания белка при помощи масс-спектрометрии.Одновременно с этим целенаправленным манипуляциям с геномами и их компонентами способствовали разработки в методах сборки ДНК, синтезе de novo, математическом моделировании и компьютерном проектировании. В следующих разделах мы проследим эволюцию технологий микробной инженерии от эры случайного мутагенеза черного ящика до эры метаболического дизайна, основанной на науке и технике.

Что происходит с водопоглощающими материалами при температуре ниже нуля?

Физика сохранения: Что происходит с водопоглощающими материалами при температуре ниже нуля?

Относительная влажность (RH) ниже нуля определяется как фактическое давление водяного пара в воздухе (или пространстве), деленное на давление насыщенного пара над льдом.Однако водопоглощающие материалы стремятся поддерживать равновесие с переохлажденной водой, поскольку их температура опускается ниже нуля по Цельсию. Это имеет любопытное следствие, заключающееся в том, что абсорбирующие материалы можно сушить в отрицательной атмосфере при 100% относительной влажности.

На первой диаграмме сплошной красной линией показана концентрация водяного пара (согласно своеобразному соглашению, выраженному в единицах давления) над водой. Он продолжается ниже нуля градусов в виде пунктирной линии, представляющей давление пара над переохлажденной водой, которое может существовать в течение длительного времени всего на несколько градусов ниже нуля. Синяя линия — давление пара над льдом. Диаграмма искажена, чтобы преувеличить расхождение линии для льда.

На следующей диаграмме я добавляю линии, которые представляют давление пара над материалами, которые содержат воду, но не являются насыщенными. Общее правило, изложенное в другом месте этой серии изделий, заключается в том, что абсорбирующие материалы имеют при постоянном содержании воды давление пара, которое довольно точно следует кривой для постоянной относительной влажности при изменении температуры.


Поэтому все, что мне нужно сделать, это нарисовать знакомый (!) Веерный узор из RH линий психрометрической диаграммы.На этой диаграмме показаны только кривые высокой относительной влажности.

Кривая, обозначенная, например, относительной влажностью 70%, близка к реальной кривой давления пара над деревом с 15% -ным содержанием воды. Обратите внимание, что я нарисовал плавные кривые для 90, 80 и 70% относительной влажности без перегиба при нулевой температуре. Они плавно проходят через ноль, сохраняя свою пропорциональность кривой давления пара над переохлажденной водой.

Нет причин, по которым на кривой давления пара над деревом должен быть излом.Молекулы воды, вероятно, слабо связаны с гидрофильными группами молекул целлюлозы и имеют форму, совершенно не похожую на структуру воды или льда. Внезапная стабильность высокоупорядоченной ледяной структуры ниже нуля не имеет значения для молекулярной среды клеточных стенок куска дерева. Только когда температура упадет до точки, где кривая давления пара над льдом пересекает эту кривую давления пара для дерева, лед может сосуществовать с деревом. В этот момент в пустотах древесины начнет образовываться лед, вытягивая молекулы воды из мест их поглощения в стенках клеток.Таким образом, древесное вещество будет обезвоживаться при относительной влажности 100%. Выделяемая вода будет конденсироваться в виде льда на поверхности или в пустотах в конструкции.

Я использовал дерево в качестве примера, но этот аргумент также применим к единственному архивному материалу, для которого настоятельно рекомендуется хранение при температуре ниже нуля по Цельсию: цветной пленке. Если пленка сначала уравновешивается примерно до 40% относительной влажности при комнатной температуре, ее кривая давления пара сначала пересекает кривую давления пара над льдом в некоторой точке ниже минус пятидесяти градусов.Выше этой температуры нет опасности образования льда в пустотах между листами пленки.

Этот аргумент применим к системе, имеющей однородную температуру. Как только возникает разница температур, дело усложняется, поэтому процесс извлечения пленки из очень холодного места для ее просмотра не является тривиальным. Я вернусь к этому вопросу в одной из следующих статей.

Понижение температуры замерзания солевых растворов

Приведенный выше аргумент в пользу дерева может быть развит более строго или, по крайней мере, более убедительно, если рассмотреть поведение солевого раствора.

В государстве всеобщего благосостояния под названием Дания местные власти используют часть моих налоговых взносов, чтобы обильно посыпать солью велосипедные дорожки, чтобы уменьшить вероятность того, что я зимой сломаю голову о лед. Это гуманное использование массы соли является очень недавней разработкой и, безусловно, будет поддерживать работу консерваторов в течение многих лет, поскольку соль проникает в фундамент, поднимается по стенам, а затем отодвигает штукатурку со стен. Можно было подумать, что мы извлекли уроки из Венеции.Но давайте посмотрим на физику благотворного воздействия соли, сохранив историю ее жестокого нападения на наши исторические здания для более поздней статьи.

Насыщенный раствор хлорида натрия при комнатной температуре находится в равновесии с 76% RH в пространстве над ним, почти не зависит от температуры. Это явление можно объяснить так: ионы натрия и хлора не летучие и поэтому остаются в жидкости, но молекулы воды могут свободно исследовать пространство над жидкостью.Их стремлению к бегству в космос препятствуют солевые ионы на поверхности раствора, а также слабые электростатические силы, которые связывают молекулы воды с заряженными ионами. Эти эффекты снижают скорость побега по сравнению с чистой водой. На молекулы воды в пространстве над жидкостью никоим образом не влияет соленость воды внизу, и их возвращение в жидкость не сложнее, чем если бы они возвращались в чистую воду. Устанавливается равновесие, при котором концентрация водяного пара над раствором ниже, чем над чистой водой.В случае насыщенного раствора соли эта концентрация составляет примерно три четверти от концентрации в чистой воде: относительная влажность в растворе соли составляет 76%.

Если этот раствор охладить до 5 градусов ниже нуля, он не замерзнет. Это связано с тем, что давление водяного пара над раствором ниже, чем над льдом, как показано на диаграмме вертикальным разделением интерполированного контура 75% относительной влажности под кривой давления насыщенного пара над льдом.


Эта диаграмма похожа на отрицательную часть диаграммы в предыдущем разделе, но нарисована точно.

Если бросить кусок льда в насыщенный солевой раствор при этой температуре, лед исчезнет. Это можно объяснить формально, сказав, что вода будет испаряться изо льда и окажется при слишком высоком давлении пара, чтобы быть в равновесии с близлежащей поверхностью солевого раствора, и поэтому снова конденсируется в раствор. Этот процесс будет продолжаться, если льда достаточно, пока солевой раствор не разбавится до тех пор, пока он не достигнет равновесия с относительной влажностью около 96%, в этот момент давление пара над раствором будет таким же, как над льдом.В действительности перенос воды из льда в раствор происходит в основном на границе между этими двумя фазами, а не через воздух, но равновесие легче всего объяснить, если рассматривать воздух над смесью как транзитную зону для летающих молекул воды.

Таким образом, в зависимости от температуры даже довольно разбавленный солевой раствор растворяет лед.

Насыщенный раствор соли и чистый лед имеют одинаковое давление пара над ними, примерно при минус 21 градус, поэтому при температуре ниже этой неразумно работать.

Переувлажненные материалы ниже точки замерзания.

Когда переувлажненные материалы помещаются в морозильную камеру, ситуация иная, потому что теперь в пространствах внутри материала находится почти чистая вода. Эта вода легко образует лед, как только температура упадет ниже нуля. В бумажных волокнах водонасыщенной библиотечной книги, спасенной, например, от наводнения, все еще есть связанная вода, которая не замерзает, и давление пара будет ниже, чем над переохлажденной водой, но выше, чем над льдом.Например, при -5 ° C бумажные волокна будут высыхать до равновесия при относительной влажности около 96% по отношению к переохлажденной воде. Потерянная вода будет накапливаться в виде кристаллов льда, отделяющихся от волокон. Бумага начинает сохнуть, хотя относительная влажность в морозильной камере, измеренная со льдом, составляет 100%. При дальнейшем понижении температуры из волокон будет выходить больше воды и конденсироваться на кристаллах льда, заполняющих большие промежутки между волокнами. Этот лед будет расти и расширяться, раздвигая высыхающие волокна.

Это явление представляет особую проблему при сублимационной сушке древесины. Когда древесина охлаждается ниже точки замерзания, в просвете ячейки, пустом пространстве внутри ячейки, образуется лед. Из клеточной стенки выходит больше воды, поэтому она сжимается одновременно с расширением ледяной линзы в просвете. Это определенно нежелательная ситуация. Теоретически процесс можно остановить, пропитав клеточную стенку веществом, которое дополнительно снижает давление пара над целлюлозно-водным комплексом, чтобы он не терял воду.Это должна делать соль. Предположим, что древесину сначала пропитывают слабым солевым раствором, так что лед начинает образовываться в просвете примерно при -5 ° C. Замораживание чистой воды приведет к тому, что солевой раствор будет концентрироваться, так что ионы диффундируют в еще незамерзшую область внутри клеточной стенки. Это дополнительно снизит давление пара в равновесии со стенкой ячейки, так что оно всегда будет равным давлению льда. Теперь нет потери воды из клеточной стенки до тех пор, пока лед не испарится в процессе сублимационной сушки.Обезвоживание клеточной стенки предотвращается, пока температура выше примерно -22 ° C. Есть несколько других материалов, которые выполняют ту же функцию и предпочтительны по другим причинам. Полиэтиленгликоль и сахар — два водорастворимых материала, которые использовались для предотвращения преждевременного обезвоживания древесины до того, как лед будет удален из просвета.

Физику воды в материалах при температуре ниже точки замерзания понять непросто. Я благодарю многих коллег за полезные обсуждения, особенно Пола Йенсена, начальника отдела консервации заболоченной древесины в Национальном музее, который предложил эту тему.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0 License.

Почему мы солим обледеневшие тротуары зимой?

[Примечание редактора: в своем ответе на этот вопрос покойный Джон Маргрейв утверждал, что соль растворяется в воде в виде ионов натрия и хлора, и эти ионы гидратируют или присоединяются к молекулам воды. Этот процесс выделяет тепло, которое тает лед. Ряд читателей предупредили нас о проблемах с этим объяснением.Профессор химического машиностроения Артур Пелтон из Монреальского университета представил репрезентативную поправку. Его объяснение следует, и первоначальный ответ Маргрейва приводится ниже.]

Хотя в процессе гидратации выделяется тепло, это более чем компенсируется теплом, поглощаемым во время начального разложения соли на ионы. Другими словами, весь процесс растворения — разложение на ионы плюс гидратация — поглощает тепло. Это легко продемонстрировать: налейте в стакан немного воды и пальцем проверьте ее температуру.Добавьте немного соли, перемешайте и снова попробуйте. Температура снизится.

Фактическая причина того, что применение соли вызывает таяние льда, заключается в том, что раствор воды и растворенной соли имеет более низкую температуру замерзания, чем чистая вода. При добавлении ко льду соль сначала растворяется в пленке жидкой воды, которая всегда присутствует на поверхности, тем самым понижая ее точку замерзания ниже температуры льда. Поэтому лед при контакте с соленой водой тает, образуя больше жидкой воды, которая растворяет больше соли, тем самым вызывая таяние большего количества льда и т. Д.Чем выше концентрация растворенной соли, тем ниже ее общая точка замерзания. Однако существует предел количества соли, которая может растворяться в воде. Вода, содержащая максимальное количество растворенной соли, имеет точку замерзания около нуля градусов по Фаренгейту. Следовательно, применение соли не растопит лед на тротуаре, если температура ниже нуля градусов по Фаренгейту.

Чтобы понять, почему вода, содержащая растворенную соль, имеет более низкую температуру замерзания, чем чистая вода, примите во внимание, что при контакте льда и воды на границе двух фазовых состояний происходит динамический обмен.Из-за тепловых колебаний льда большое количество молекул в секунду отрывается от его поверхности и попадает в воду. За тот же период времени большое количество молекул воды прикрепляется к поверхности льда и становится частью твердой фазы. При более высоких температурах первая скорость быстрее, чем вторая, и лед тает. При более низких температурах верно обратное. В точке замерзания эти две скорости равны. Если соль растворена в воде, скорость отделения молекул льда не изменяется, но скорость, с которой молекулы воды прикрепляются к поверхности льда, уменьшается, в основном потому, что концентрация молекул воды в жидкости (молекул на кубический сантиметр) равна ниже.Следовательно, температура плавления ниже.

Джон Маргрейв, профессор химии из Университета Райса, объясняет.

Фактически все ледяные поверхности содержат небольшие лужи воды. Поскольку соль растворима в воде, соль, нанесенная на такие поверхности, растворяется. Жидкая вода имеет так называемую высокую диэлектрическую проницаемость, которая позволяет ионам в соли (положительно заряженный натрий и отрицательно заряженный хлор) разделяться. Эти ионы, в свою очередь, реагируют с молекулами воды и гидратируются, то есть образуют гидратированные ионы (заряженные ионы, присоединенные к молекулам воды).Этот процесс выделяет тепло, потому что гидраты более стабильны, чем отдельные ионы. Затем эта энергия тает микроскопические части поверхности льда. Таким образом, значительное количество соли, рассыпанной по большой поверхности, может фактически растопить лед. Кроме того, если вы едете по льду в автомобиле, давление помогает вытеснить соль в лед, и это увлажнение происходит в большей степени.

Каменная соль, которую зимой наносят на обледеневшие дороги, — это то же самое вещество, которое выходит из солонки.Единственное отличие — размер. Каменная соль — это материал, который кристаллизовался в более крупные куски, тогда как поваренная соль была измельчена и измельчена до более или менее однородного распределения по размерам. Хлорид кальция так же часто используется для таяния льда на улицах, как и хлорид натрия. На самом деле он дешевле хлорида натрия. Компании производят хлорид кальция в больших количествах из рассолов и других природных материалов, которые можно использовать для той же цели.

Первоначально опубликовано 8 декабря 2003 г.

Температура замерзания воды по сравнению с солевым раствором

Обновлено 24 февраля 2020 г.

Автор: Рити Гупта

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Когда растворитель замерзает, частицы этого растворителя становятся более упорядоченными. Межмолекулярные силы, действующие на эти частицы, становятся более «постоянными», поскольку частицы теперь ближе друг к другу. Например, когда вода превращается в лед, водородные связи, которые придают воде многие ее уникальные свойства, образуют гексагональную сеть молекул, присущую структуре льда.

Итак, что происходит, когда растворенное вещество добавляется к воде или чистому растворителю? Добавление растворенного вещества приводит к нарушению порядка молекул растворителя. Это означает, что из раствора необходимо отобрать больше энергии, чтобы заморозить его.

Например, когда соль добавляется в воду, образующиеся в воде ионы разрушают обычную сеть водородных связей, образующихся при замерзании. В результате температура замерзания раствора ниже, чем у чистого растворителя. Это называется понижением точки замерзания.

Определение депрессии точки замерзания

Уменьшение точки замерзания прямо пропорционально моляльности растворенного вещества:

В этом уравнении K f — константа депрессии молярной точки замерзания, а m — молярность растворенного вещества. Помните, что моляльность — это количество молей растворенного вещества на кг растворителя. Фактор Вант-Гоффа — это i, который относится к количеству ионов в растворе для каждой растворенной молекулы растворенного вещества. Например, для NaCl это будет 2.

В основном это означает, что чем больше растворенного вещества, тем сильнее снижается температура замерзания.

Понижение точки замерзания определяется точкой замерзания чистого растворителя за вычетом точки замерзания рассматриваемого раствора:

Это позволяет определить новую точку замерзания по сравнению с чистым растворителем.

Почему депрессия точки замерзания полезна?

Два наиболее распространенных применения понижения точки замерзания в реальном мире — это антифриз и засолка дорог зимой.

Этиленгликоль — это соединение, часто используемое в антифризах, потому что при добавлении его в воду температура замерзания воды снижается. Это поможет предотвратить замерзание воды в радиаторе вашего автомобиля.

Когда зимой на дорогу добавляют соль, лед тает при более низкой температуре, что делает его более безопасным, поскольку на дороге не будет так много льда.

Взгляните на следующий пример, который показывает, как добавление соли к воде приводит к снижению точки замерзания раствора.

Какова температура замерзания раствора, в котором 100 граммов NaCl добавлены к 1 килограмму воды? Другими словами, какова точка замерзания соленой воды?

Вы можете использовать следующее уравнение:

K f для воды составляет 1,86 ° C / м. Этот номер можно найти в таблице, например, в первой ссылке. Поскольку NaCl диссоциирует на два иона, фактор Вант-Гоффа равен 2. Наконец, вам необходимо рассчитать моляльность раствора.

Для этого вам сначала нужно преобразовать граммы NaCl в моли:

Теперь вам нужно разделить моли NaCl на массу растворителя, чтобы найти моляльность:

Затем вы можете подставить это в следующее уравнение:

Теперь вы можете использовать уравнение депрессии точки замерзания, чтобы найти новую точку замерзания раствора. (Помните, точка замерзания чистой воды составляет 0 ° C.)

Таким образом, добавление 100 граммов соли к 1 килограмму воды снизит точку замерзания до -6.4 ° С.

растворов — Почему при добавлении соли ледяная вода становится холоднее?

Спрашивать, почему

Когда вы спрашиваете почему, вы хотите знать о причинности. Если я спрашиваю «почему холодный компресс показывает снижение температуры», а я отвечаю «потому что реакция эндотермическая», это можно рассматривать как тавтологию. В конце концов, эндотермический означает, что необходима энергия, и эта энергия может поступать из окружающей среды, понижая температуру.

Почему при добавлении соли ледяная вода становится холоднее?

Как указано в OP, это снижает температуру замерзания жидкости.Система больше не находится в равновесии, и часть льда тает в результате эндотермического процесса. Как следствие, температура падает, и соленая вода становится разбавленной. Процесс плавления останавливается, когда концентрация соли и температура снова совпадают, то есть точка замерзания жидкости равна температуре системы.

Хорошо известно, что когда вы добавляете соль в лед, лед не только тает, но и становится холоднее.

Процесс таяния происходит на границе раздела жидкости и твердого вещества, поэтому и раствор, и лед будут охлаждаться.

Из книг по химии я узнал, что соль снижает температуру замерзания воды. Но меня немного смущает, почему это приводит к падению температуры, а не просто к воде с температурой 0 ° C.

Итак, задается вопрос, что часть льда тает, почему падает температура. Утверждение, что таяние льда является эндотермическим процессом, возможно, не полностью отвечает на вопрос (объясните причинную связь).

Что происходит, когда соль растапливает лед, чтобы снизить температуру?

С точки зрения кинетики, соль не тает лед.Вместо этого он снижает скорость замерзания воды. В результате лед тает. На молекулярном уровне, согласно https://www.nyu.edu/pages/mathmol/textbook/info_water.html, «В жидкой воде каждая молекула связана водородными связями примерно с 3,4 другими молекулами воды. Во льду каждая молекула представляет собой водород. связаны с 4 другими молекулами «. Таким образом, при таянии вода теряет примерно половину водородной связи. Кроме того, оставшиеся водородные связи могут иметь менее идеальные расстояния и углы. Вот что делает процесс эндотермическим.NaCl играет небольшую роль в энергетике, поскольку любое другое растворенное вещество имеет примерно такой же эффект (коллигативное свойство).

Наука о мороженом — Понижение точки замерзания

Почему кубик льда твердый, а мерная ложка итальянского джелато почти жидкая? Даже «простое» мороженое не так твердо, как кубик льда из чистой воды. Вместо этого вы можете довольно легко откусить немного. Разве это не интересно?

Мы уже сделали довольно много мороженого, довольно сложное мороженое с заварным кремом, суперпростое мороженое, состоящее всего из двух ингредиентов, или полуфреддо в итальянском стиле.Во всех случаях мы считали само собой разумеющимся, что мороженое не получается твердым. Частично это связано с попаданием воздуха. Мороженое делали воздушным либо за счет взбитых сливок, либо благодаря непрерывному перемешиванию машины для мороженого. Но простая подача воздуха не помогает. Замораживание чистых взбитых сливок по-прежнему даст довольно прочную ледяную структуру.

Важное значение имеет сахар (или алкоголь) и явление, называемое понижением точки замерзания!

Что такое понижение точки замерзания?

Понижение точки замерзания означает, что точка замерзания смеси двух компонентов ниже, чем точка замерзания отдельных компонентов.Он включает в себя растворитель (например, воду) и растворенное вещество, которое вы смешиваете с растворителем.

Очень распространенный пример этого явления в повседневной жизни — засоление дорог водой. Чистая вода замерзает при 0 ° C. Однако при подмешивании соли точка замерзания этой смеси воды и соли упадет значительно ниже нуля. Вот почему соль используется для защиты дорог от льда. Даже при минусовой температуре на дороге не будет льда.

Так почему же температура замерзания растворителя изменяется из-за растворения в нем чего-то еще? Что ж, если у вас есть только чистая вода (или любой другой растворитель), эти молекулы воды могут организоваться красиво и плотно.Когда температура понижается и вода замерзает, они могут образовывать красивый кристалл между собой (подробнее о фазовых переходах). Однако при смешивании с растворенным веществом (например, солью или сахаром) эта хорошо упорядоченная структура нарушается. Вместо этого они могли образовывать эти кристаллы только при более низкой температуре. Это то, что происходит из-за понижения точки замерзания.

Понижение точки замерзания мороженого

В мороженом температура замерзания воды в мороженом изменена.Вода является основным компонентом большинства мороженого, поскольку она составляет большую часть молока или сливок, которые вы, возможно, используете. Температура замерзания в основном снижается за счет добавления сахара. Сахар растворяется в воде, что препятствует образованию кристаллов.

Также можно ожидать, что жир в мороженом повлияет на точку замерзания. Однако это не так. Вода и масло не смешиваются, вместо этого в мороженом плавают маленькие пузырьки масла, но они никогда не мешают так же, как сахар.

Алкоголь и мороженое

В различных рецептах для приготовления мороженого используется спирт. Помимо вкуса и алкоголя, он способствует созданию мороженого, он также используется для снижения температуры замерзания воды! Теоретически можно было бы приготовить мороженое без сахара и только без алкоголя, однако не уверен, будет ли оно таким же вкусным…

Мороженое с большим количеством сахара

Расчет депрессии точки замерзания

Вы можете легко рассчитать изменение точки замерзания воды в мороженом.Понижение точки замерзания — это так называемое коллигативное свойство. Это означает, что падение температуры, то есть степень понижения точки замерзания, не зависит от типа добавляемого компонента, растворенного вещества. Напротив, это зависит только от количества добавленных частиц, а также от исходных свойств растворителя, к которому они добавляются.

Другими словами, если мы добавим 10.000 молекул сахара, это окажет такое же влияние на точку замерзания, как 10.000 частиц соли. Тип растворенного вещества становится важным только тогда, когда количество растворенного вещества становится очень высоким.

Благодаря этому простому соотношению депрессия точки замерзания может быть рассчитана по простой формуле:

ΔT F = — K F · м · i

Где:

  • ΔT F = изменение температуры замерзания в ° C
  • K F = криоскопическая постоянная, это значение зависит от растворителя, на который вы смотрите, для воды это 1853 ° C · кг / моль
  • m = моляльность растворенного вещества, другими словами, количество частиц на кг растворителя, в моль / кг
  • i = константа ван ‘т-Гоффа, если ваши частицы разделяются на 2 или 3 части после того, как они были добавлены к растворитель, который вы должны принять во внимание, это наиболее распространено для солей.Для сахаров и тому подобного, которые не распадаются, эта константа равна единице, для хлорида натрия (соли) — два.
Расчет изменения точки замерзания мороженого
Ванильное мороженое

Давайте посмотрим на изменение точки замерзания обычного ванильного мороженого. Это мороженое содержит примерно 600 г (приблизительное предположение: 300 + 0,65 * 300 + 4 * 25) воды и 75 г сахара.

  • Если сахар растворяется в воде, он не расщепляется, поэтому i в приведенной выше формуле равно 1, и мы также знаем значение криоскопической постоянной воды (1,853 ° C · кг / моль).
  • Затем нам нужно знать, сколько у нас кристаллов сахара. Из литературы мы выяснили, что 1 моль молекул сахара весит 342,3 г. Следовательно, 75 г сахара — это 75 / 342,3 = 0,22 моль. Поскольку у нас 600 г воды, молярность сахара составляет: 0,22 / 0,60 = 0,37 моль / кг.

Теперь нужно заполнить формулу:

ΔT F = — K F · m · i = -1,853 · 0,37 · 1 = -0,68 ° C

Температура замерзания упала менее чем на 1 градус. На самом деле это очень мало, поэтому это мороженое можно сделать намного мягче, добавив больше сахара.

Мягкое двухкомпонентное мороженое

Давайте рассмотрим еще один пример, чтобы попрактиковаться в этих вычислениях, а теперь рассмотрим супер простое двухкомпонентное мороженое. Это мороженое содержит 245 г воды (0,7 * 230 + 0,55 * 150) и 70 г сахара (0,45 * 150), для простоты мы округлили числа.

Вы можете использовать много тех же чисел, что и в предыдущем расчете, но вам нужно будет вычислить молярность сахара для этого нового рецепта мороженого. Используя тот же метод, мы находим: 70 / 342,3 = 0,20 моль и 0,02 / 0,245 = 0,83 моль / кг,

Давайте еще раз заполним формулу:

ΔT F = -K F · m · i = -1,853 · 0,83 · 1 = -1,55 ° C

Фазовые диаграммы

Просто это изменение точки замерзания еще не говорит всей истории мороженого, это только начало.Вместо этого, как только вы получите эти новые температуры, вам следует взглянуть на фазовую диаграмму. На фазовой диаграмме вы можете точно увидеть, сколько льда и жидкости будет присутствовать при разных температурах. Это слишком подробно для этой статьи, но, к счастью, для вас есть отдельная статья на тему фазовых диаграмм.

Записка о замороженных фруктах

Вы когда-нибудь замечали, что замороженные фрукты часто бывают не твердыми? Помимо воздействия на текстуру фруктов, это также связано с пониженной температурой замерзания.Плоды содержат довольно много сахара, что предотвращает замерзание всей воды!

Видео для более подробного объяснения

Более фундаментальное объяснение можно найти в этом великолепном видео из Академии Хана.

Ресурсы

Более подробное объяснение термодинамики депрессии точки замерзания можно найти на веб-сайтах: UC Davis & Bristol University.

Как сильный холод влияет на вашу машину (и что с этим делать)

Это время года, когда так сильно морозно, что даже 30-градусный день может показаться приятной передышкой.Температура резко падает до однозначных цифр, озноб болезнен и опасен. На улице холодно.

Немногие места в США знают холод лучше, чем Аляска, и Джеймс Грант, владеющий Right Choice Automotive Repair в Фэрбенксе, видел, что низкие температуры могут сделать с автомобилями. Мы поговорили с Грантом, а также с Советом по уходу за автомобилями, чтобы узнать, как холод может повлиять на легковые и грузовые автомобили, и узнать о любых возможных решениях.

DevgnorGetty Изображений

Проблема: вы управляете электромобилем

Решение: Конечно, управление электромобилем не проблема, но холодная погода действительно влияет на эффективность и производительность электромобиля.Низкие температуры замедляют химический состав батареи, что приводит к уменьшению энергии для ускорения. Требуется больше энергии, чтобы поддерживать эффективную рабочую температуру аккумулятора, и еще немного энергии, чтобы согреть кабину (и вас). Все это приводит к снижению эффективности, а это значит, что у вас может не быть такой большой дальности, как вы думаете. Это важное соображение, если вы не хотите в конечном итоге прогуливаться по холоду. В 2018 году мы запустили Chevy Bolt EV в холодную погоду, чтобы сравнить его с тестом 2017 года, который мы провели в почти идеальных условиях.Результатом стало снижение эффективности на 19 процентов. Есть еще вопросы об электромобилях? У нас есть ответы.

Проблема: спущенные шины

По мере того, как воздух в ваших шинах становится холоднее, он сжимается и имеет меньшее давление. Шины соответственно становятся недокачанными.

Решение: Проверяйте давление в шинах чаще, чем обычно. Совет по уходу за автомобилем рекомендует делать это один раз в неделю. Вы можете подумать, что небольшая дефляция обеспечивает лучшее сцепление с дорогой, но эксперты по шинам предостерегают от эксплуатации шин ниже рекомендованного производителем давления, поскольку это может вызвать неравномерный или небезопасный износ протектора.Приобретать зимние шины всегда полезно в штатах с ненастной погодой.

Хелен Х. Ричардсон Getty Images

Проблема: разряженная батарея

Зима особенно сильно сказывается на батареях. Если ваша машина не заводится на сильном морозе, одна из наиболее вероятных проблем — разрядился аккумулятор.

Решение. Хорошая новость в том, что это легко исправить: соединительные кабели не сложно использовать. Но чтобы полностью избежать разрядки аккумулятора, Совет по уходу за автомобилем рекомендует поддерживать его соединения чистыми, плотными и без коррозии.Также рекомендуется заменять батареи старше трех лет. Те, кто живет в самом холодном климате, могут захотеть приобрести подогреватель батареи, доступный в большинстве магазинов автозапчастей или в Интернете. Подогреватели обычно стоят от 30 до 70 долларов.

Проблема: густое масло

По мере охлаждения масло становится гуще. По оценке Гранта, примерно при 20 градусах ниже нуля масло становится настолько густым, что масляный насос двигателя изо всех сил пытается поднять его и перекачать. «Вязкость просто растет, и это все равно, что пытаться налить патоку», — сказал он.

Решение: Совет по уходу за автомобилем рекомендует зимой переходить на маловязкое масло. «Синтетические масла очень помогут», — отметил Грант. Не забудьте прочитать руководство пользователя, так как производитель может указать вес масла для работы в холодную погоду. Синтетика может обеспечить лучшие пусковые характеристики и текучесть при температурах до -40 по Фаренгейту.

Проблема: лед в топливопроводе

Если вы не живете где-нибудь, где температура опускается до 100 градусов ниже нуля, бензин в вашей машине не замерзнет.Однако водяная влага в газопроводах может стать ледяной. «Что касается топлива, одна из вещей, которые мы видим, — если в топливном баке есть вода, она может замерзнуть и забить топливозаборник», — сказал Грант.

Решение: Держите бак как минимум наполовину полным, советует Car Care Council.

Проблема: вялые экраны

Если в вашем автомобиле есть жидкокристаллические (ЖК) экраны, например, для информационно-развлекательной системы, вы можете заметить, что они становятся немного вялыми, когда автомобиль находится в очень холодном состоянии.Это потому, что, как моторное масло и электролит аккумулятора, молекулы жидких кристаллов замедляются при понижении температуры.

Решение: В автомобилях, где это является проблемой, мало что можно сделать, кроме как дождаться прогрева автомобиля. Установка подогревателя блока цилиндров поможет ускорить процесс.

Проблема: проблемы с стеклоочистителями

Низкие температуры могут привести к тому, что резина на щетках стеклоочистителя станет хрупкой, что означает, что она может порваться или потрескаться.Кроме того, некоторые омывающие жидкости могут не работать в холодные месяцы.

Решение: Совет по уходу за автомобилем сказал, что вы могли бы подумать о покупке зимних щеток стеклоочистителей, предназначенных для суровых климатических условий, но вы также можете просто убедиться, что те, которые у вас есть, не слишком старые и изношенные. Совет рекомендует заменять их каждые шесть месяцев, но наверняка мало кто так усердствует со своими щетками дворников.

Getty Images

Проблема: лобовое стекло замерзло внутри

Если функция размораживания вашего автомобиля не работает должным образом, это может быть серьезной проблемой для безопасности.«Ваше дыхание может конденсироваться и замерзать на внутренней стороне лобового стекла, когда вы едете без функции размораживания», — сказал Грант.

Решение: Убедитесь, что все функции размораживания и общего обогрева в вашем автомобиле находятся в рабочем состоянии.

Проблема: антифриз не соответствует своему названию

Охлаждающая жидкость двигателя, также известная как антифриз, не будет столь же эффективной для защиты вашего двигателя от элементов, если он старый или имеет неправильное соотношение охлаждающей жидкости к воде.

Решение: Совет по уходу за автомобилем не рекомендует добавлять 100-процентный антифриз, потому что он имеет более высокую точку замерзания, когда он не смешивается с водой. Рекомендуется использовать охлаждающую жидкость двигателя, предназначенную для более холодного климата. Если вы действительно хотите избежать поездки к механику, Грант отметил, что вы можете проверить точку замерзания охлаждающей жидкости с помощью инструмента, называемого рефрактометром. «Большинство автомобилей последних моделей оснащены охлаждающей жидкостью с увеличенным сроком службы, которая выдерживает холода, но ее следует проверять», — сказал он.По данным Совета по уходу за автомобилем, охлаждающую жидкость в вашем автомобиле следует промывать и доливать не реже одного раза в два года.

ShaunlGetty Images

Проблема: «Снежные змеи»

Грант сказал, что этот термин относится к более старым змеиным поясам, которые становятся настолько холодными, что либо рвутся из-за того, что их носят, и холод застрял в них, либо ремни настолько холодные, что не остаются. т гнуть. Проблема особенно характерна для старых ремней, которые являются более хрупкими.

Решение: «Просто убедитесь, что ваши ремни в хорошем состоянии», — сказал Грант.

    В этом году может быть немного поздно раздавать этот совет, но для справок в будущем Совет по уходу за автомобилем рекомендует доставить ваш автомобиль или грузовик на осмотр до наступления зимы, чтобы вы могли предотвратить вышеуказанные проблемы раньше времени. . «Когда температура опускается ниже нуля, автомобили нуждаются в особом внимании», — отмечает исполнительный директор Рич Уайт. «Независимо от того, проводят ли потребители осмотр и необходимое техническое обслуживание самостоятельно или идут в ремонтную мастерскую, это небольшое, но важное вложение, позволяющее избежать ухудшения и непредвиденных и потенциально опасных затрат, связанных с поломкой в ​​морозную погоду.«

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.