Всегда ли нужно охлаждать раствор до возможно более низкой температуры

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

При охлаждении горячего насыщенного раствора из него выделяется растворенное вещество, и чем ниже температура, до которой охлаждают раствор, тем большее количество кристаллов выпадает в осадок.

Жидкость, которую после этого можно отделить от осадка фильтрованием (так называемый маточный раствор), будет все же насыщенным при данной температуре раствором, из которого можно дополнительно выделить некоторое количество растворенного вещества или при более сильном охлаждении, или путем упаривания, т. е. удаляя некоторую часть растворителя.

Если в растворе находится не одно, а несколько различных веществ, то они могут быть разделены так называемой дробной кристаллизацией. Возможность такого разделения объясняется неодинаковой растворимостью веществ при различных температурах. При некоторой определенной температуре раствор будет насыщенным в отношении одного и ненасыщенным в отношении другого вещества. Естественно, что в то время как первое вещество станет при охлаждении выпадать в осадок, второе еще будет полностью находиться в растворе.

Указанные соображения положены в основу метода очистки кристаллических веществ путем кристаллизации.

ПРОВЕДЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Чтобы перекристаллизовать какое-либо вещество, его растворяют в подходящем растворителе, нагретом до кипения, стараясь получить концентрированный или даже насыщенный при данной температуре раствор. Если рас* твор содержит какие-либо механические примеси или муть, его отфильтровывают через воронку для горячего фильтрования (см. выше), причем приемником может служить кристаллизатор, фарфоровая чашка, коническая колба или стакан. Если же полученный раствор совершенно прозрачен и не содержит механических примесей, фильтрование излишне н даже вредно, так как оно неизбежно связано с потерей некоторого количества кристаллизуемого вещества.

При перекристаллизации стараются получить вещество в кристаллах некоторого среднего размера (не очень крупных и не очень мелких). Крупные кристаллы обычно «одержат включения маточного раствора с находящимися в нем примесями, в результате чего перекристаллизованное вещество оказывается загрязненным. Наоборот, очень мелкие кристаллы, будучи свободными от этих включений, образуют густую кашицу; между отдельными кристаллами последней очень прочно удерживается маточный раствор, отмыть который полностью без большой потери вещества не удается. Кроме того, установить кристаллическую структуру очень мелких кристаллов затруднительно (даже под микроскопом), а это лишает исследователя возможности использовать один из важных критериев чистоты вещества — его кристаллическую етруктуру и однородность образованных кристаллов. &• общем можно рекомендовать получать кристаллы таких размеров, чтобы структура их была ясно видна при увеличении в 50—100 раз. Величина отдельных кристаллов, выделяющихся при перекристаллизации, зависит от скорости охлаждения раствора. Если раствор охлаждается медленно, то образующиеся кристаллы постепенно, растут и могут достигнуть иногда очень больших размеров и, наоборот, при быстром охлаждении образуются мелкие кристаллы.

Для быстрого охлаждения раствора при кристаллизации кристаллизатор («ли другой приемник) помещают в холодную воду, снег или лед. Если при быстром охлаждении кристаллы все же не выделяются, образование их можно вызвать, потерев стеклянной палочкой изнутри о стенку сосуда или же внеся самое незначительное количество вещества в охлажденный раствор. В последнем елучае бывает достаточно кристаллика величиной с пылинку.

Если при кристаллизации образовались очень мелкие кристаллы, их снова растворяют при нагревании и сосуд,’ в котором проводилось растворение, сразу же обертывают полотенцем, накрывают часовым стеклом (выпуклой стороной наружу) и оставляют стоять в полном покое.

Выпавшее при кристаллизации вещество отделяют от маточного раствора путем фильтрования под вакуумом; тщательно отжимают на воронке плоской стороной стеклянной пробки и промывают небольшим количеством чистого холодного растворителя. Маточный раствор упаривают до половины и снова выделяют новую порцию вещества, как это было описано выше.

Отфильтрованные кристаллы высыпают на фильтровальную бумагу, равномерно распределяют по ней, сверху закрывают другим листом фильтровальной бумаги и сушат па воздухе. Если вещество не теряет кристаллизационной воды (перекристаллизация из воды), то его можно сушить в эксикаторе. Вещества, расплывающиеся на воздухе, быстро отжимают на пористой глиняной тарелке « перекладывают в банку с притертой пробкой.

Когда перекристаллизацию ведут не из воды, а из какого-нибудь органического растворителя, например спирта или бензола, необходимо принимать меры, чтобы при нагревании и фильтровании раствора не возник пожар.

Трудной задачей при кристаллизации является определение нужного объема растворителя. Как уже указывалось, желательно получить наиболее концентрированный горячий раствор. Если растворимость кристаллизуемого вещества при различных температурах известна, задача упрощается, так как потребное количество растворителя можно подсчитать. Если же, что является более частым случаем, растворимость вещества неизвестна, поступают следующим образом.

К колбе соответствующего размера подбирают пробку, в которую вставляют стеклянную трубку длиной не менее 75 см. Эта трубка служит холодильником.

Взвесив кристаллизуемое вещество, высыпают примерно половину его в колбу с холодильной трубкой. Определенное количеств© *(по объему) растворителя приливают небольшими порциями в колбу и после прибавления каждой порции содержимое колбы нагревают дэ кипения "(как описано ниже). Так поступают до тех пор, пока все находящееся в колбе веществе не яерейдет яри нагревании в раствор. При этом не нужно забывать, что кристаллизуемое вещество может содержать примеси, не растворимые в данном растворителе. Поэтому, когда основная масса вещества растворится, оценивают на глаз, какая часть его осталась нерастворенной. Зная объем взятого растворителя, добавляют в колбу количество его, пропорциональное остающемуся нерастворенному осадку. Если последний при этом не перейдет в раствор, можно считать его посторонней примесью, которая должна быть отделена при последующем фильтровании. Если же при прибавлении растворителя весь осадок перейдет в раствор, небольшими порциями добавляют в колбу оставшееся вещество до тех пор, пока при нагревании не будет оставаться небольшой нерастворяющийся остаток. Этот остаток растворяют при нагревании, добавляя снова соответствующее количество растворителя. Можно считать, что приготовленный таким путем горячий раствор насыщенный. Тогда взвешивают оставшееся вещество, измеряют объем оставшегося растворителя и по разности масс и ‘объемов находят количество растворителя, требующееся для растворения всего взятого вещества. Всыпают оставшееся количество последнего в колбу, прибавляют соответствующее количество растворителя и растворяют при кипячении.

Нужно обратить внимание на способ нагревания колбы при растворении. Закрыв колбу пробкой с холодильной трубкой, нагревают колбу на водяной или другой бане (в зависимости от температуры кипения растворителя), горелку гасят до начала кипения растворителя. Нагревание продолжают еще в течение нескольких минут, после чего смотрят (как указано выше), достаточно ли взято растворителя. Так поступают при каждом новом нагревании. Когда в колбу введено все количество вещества и взят нужный объем растворителя, горячий раствор в случае необходимости быстро фильтруют через воронку для горячего фильтрования (горелка погашена) в кристаллизатор или стакан.

При охлаждении раствора и выпадении кристаллов их отфильтровывают, отжимают или сушат.

Для более тщательной очистки перекристаллизацию приходится проводить несколько раз. Следует заметить, что с каждой новой перекристаллизацией количество вещества будет уменьшаться, так как потери при кристаллизации неизбежны, как бы тщательно она ни велась.

Когда перекристаллизацию ведут из какого-либо органического растворителя, то проводят упаривание раствора .

После фильтрования горячего раствора фильтр следует промыть небольшим количеством чистого нагретого растворителя. Таким образом удается уменьшить потери кристаллизуемого вещества.

При какой температуре можно заливать бетон на улице: минусовой, минимальной, в мороз

Вопрос о том, при какой температуре можно заливать бетон, очень важен, так как от него во многом зависят не только технические и эксплуатационные характеристики застывшего монолита, но и вообще вероятность прохождения процесса застывания. Залитый при неверной температуре или замерзший при твердении бетон может покрываться трещинами, демонстрировать меньшие показатели прочности и стойкости в сравнении с нормативными, становиться причиной деформации или полного разрушения конструкции, здания.

Для набора бетоном проектной прочности и гарантии длительного срока службы очень важно соблюдение температурного режима как в момент заливки, так и на протяжении всего времени твердения (28 суток). Оптимальной считается температура воздуха в районе +20 градусов. Но далеко не всегда на строительной площадке удается соблюсти это условие.

Довольно часто появляется необходимость лить бетон при отрицательной температуре или в процессе выполнения работ неожиданно портится погода. В таких случаях используются разные методы прогрева бетона, в состав смеси вводят противоморозные добавки, утепляют конструкцию непосредственно на площадке и т.д. Прежде, чем использовать любой этот способ прогрева, необходимо тщательно изучить его особенности и условия реализации.

Процесс набора прочности бетонных конструкций

Чтобы определить, до какой температуры можно заливать бетон, необходимо сначала хотя бы поверхностно рассмотреть особенности процесса набора прочности монолитом. Реакция начинает протекать между цементом/водой в момент затворения. В первые часы бетон еще текучий и с ним можно работать, но уже по прошествии нескольких часов он начинает застывать, становиться сначала более густым, а потом и вовсе твердым.

Процесс взаимодействия воды и цемента называется гидратацией. Гидратация проходит в два этапа: сначала смесь схватывается, потом твердеет. В схватывании задействованы алюминаты, появляются иглообразные кристаллы, связанные между собой. Через 6-10 часов эти кристаллы становятся своеобразным каркасом, скелетом. Бетон начинает твердеть.

Весь процесс схватывания может занимать от 20 минут до 20 часов, что напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. Дольше всего процесс проходит в холодное время года – когда на улице около 0, схватываться бетон начинает через 6-10 часов, длится этап 15-20 часов.

В процессе твердения в реакцию с находящейся в растворе водой вступают клинкерные минералы, постепенно формируется силикатная структура. Реакция провоцирует появление мелких кристаллов, они объединяются в уникальную мелкопористую структуру. Это и есть бетон, который на протяжении 28 суток уже набирает марочную прочность и стойкость, не меняя формы и структуры.

Оптимальное значение температуры для стадии твердения также равно +20 градусам, влажность – до 100%.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Как уже было указано выше, скорость гидратации очень сильно зависит о температуры окружающей среды. Так, при снижении с +20 до +5 градусов твердение проходит медленнее в среднем в 5 раз. Дальше чем ниже температура, тем медленнее проходит реакция. При достижении минусовой температуры гидратация и вовсе прекращается (вода просто замерзает).

В момент замерзания вода имеет свойство расширяться, что становится причиной повышения давления внутри бетонного раствора и разрушения уже сформировавшихся связей кристаллов. Структура бетона разрушается и в дальнейшем восстановиться уже не может. Кроме того, появившийся в смеси лед может обволакивать крупные наполнители, разрушая сцепление с цементом. Все это существенно ухудшает монолитность конструкции и понижает прочность.

Когда вода оттаивает, твердение продолжается, но структура бетона уже деформирована. Могут появляться отслоения, деформации, трещины, наблюдаться отделение крупных наполнителей и арматуры от монолита. Чем на более ранней стадии свежезалитый бетон замерз, тем меньшим будет показатель прочности.

• Когда температура окружающей среды находится на отметке +5 С и ниже, а никаких мероприятий по прогреву или повышению морозостойкости бетона осуществляться не планируется.
• В межсезонье – когда температура нестабильна, отмечены сильные скачки как отметок на термометре, так и влажности.
• Если термометр показывает температуру +25 градусов и выше, а влажность воздуха ниже 50%. В такое время лучше использовать специальные цементы или не проводить работы, так как процесс гидратации будет происходит очень быстро: вода испарится, а бетон не успеет набрать прочность, вследствие чего нередко появляются трещины, деформации, отслоения и т.д.

• Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева в течение минимум 3 дней до отметки в +10-30 градусов.
• Когда уже приготовлен бетон со специальными присадками, а за окном внезапно наступила оттепель или влажность воздуха стала выше 60%, начался дождь и т.д.
• В случае неумения определить оптимальный режим прогрева, настроить приборы, контролировать бетон в мороз. Ведь для бетона одинаково страшны как мороз, так и перегрев.

Бетонирование зимой

Использовать бетон в мороз может понадобиться в самых разных случаях – когда невыгодно останавливать строительство на целый сезон, в случае выполнения экстренных работ и т.д. С учетом губительного воздействия минусовой температуры на материал и его технические характеристики, бетон нужно прогревать. В случае, когда температура внутри раствора выше температуры снаружи, могут появляться деформации.

Прогрев бетона осуществляется до момента набора критического показателя прочности. Если таковых данных нет в проектной документации, то значение принимают в 70% от проектной прочности. Когда есть требования со значениями водонепроницаемости/морозостойкости, то критическая прочность составляет 85% от проектной.

• Прогрев самих компонентов для приготовления смеси.
• Использование эффекта термоса.
• Осуществление электронагрева.
• Применение паропрогрева.

Таким образом, вопроса о том, при какой минимальной температуре можно заливать бетон, нет вообще. Задача заключается в том, чтобы в соответствии с условиями работ оптимально подготовить смесь и объект для сохранения технических свойств материала и основных требований по прочности, надежности, долговечности.

Самый простой и дешевый вариант – прогрев всех компонентов, использующихся для приготовления бетона. Их греют для того, чтобы в момент заливки бетон имел минимум +35-40 градусов.

Метод термоса

Этот вариант актуален в случае заливки массивных конструкций. Дополнительного прогрева не предусматривается, но укладываемая смесь должна демонстрировать температуру в +10 градусов как минимум (лучше больше). Данный метод заключается в том, чтобы залитая смесь в процессе остывания успела приобрести критическую прочность.

Опалубку надежно защищают теплоизолирующими материалами, устраняя теплопотери бетона, находящегося в процессе затвердевания. Вода не замерзает, бетонный монолит постепенно набирает прочность без разрушения внутренней структуры. Такой вариант используют для заливки фундаментов зимой, он считается наиболее простым и экономичным, так как не требует использования какого-либо оборудования.

Электронагрев бетонной смеси

Задумываясь о том, при каких температурах можно заливать бетон, многие рассматривают в качестве выхода из ситуации электропрогрев. Осуществляться прогрев может с использованием нескольких способов: с применением электродов, метода индукции и с различными электронагревательными устройствами.

• В свежезалитую смесь вводят электроды.
• Потом на электроды подают ток.
• В процессе прохождения тока по электродам они нагреваются, передают тепло бетону.

Ток должен быть переменным, так как постоянный станет причиной прохождения процесса электролиза, который сопровождается выделением газа. Газ экранирует поверхность всех электродов, значительно возрастает сопротивление тока, в результате чего нагрев заметно снижается. В случае, если в бетоне уложена арматура, она может использоваться в качестве электрода.

Индукционный нагрев применяется достаточно редко, так как его реализация предполагает ряд сложностей. Данный тип прогрева бетонной смеси работает на принципе бесконтактного нагрева высокочастотными токами электропроводящих материалов. Так, вокруг стальной арматуры мотают изолированный провод, а через него пропускают ток. Таким образом появляется индукция, арматура нагревается и греет бетон. Расход электроэнергии составляет обычно 120-150 кВт*ч на кубический метр бетона.

Применение электронагревательных приборов предполагает использование самых разных средств для уменьшения негативного воздействия мороза на процесс гидратации смеси. Это могут быть греющие маты, к примеру, которые раскладывают на бетон и затем подключаются к сети. Можно сделать над залитым монолитом что-то типа палатки, установить внутри тепловую пушку и греть.

Тут важно обеспечить удержание влаги в бетоне, чтобы он, в процессе прогрева, не пересох, что также негативно влияет на качество и прочность, как и холод (при замерзании). Расход электроэнергии (при условии, что температура окружающего воздуха составляет около -20 градусов) составляет 100-120 кВт*ч на кубический метр.

Паропрогрев бетона в зимнее время

Когда температура окружающей среды на нуле или ниже, есть смысл задуматься о прогреве бетона паром. Данный метод особенно эффективен для тонкостенных конструкций. В опалубке с внутренней стороны делают каналы, через них пускают пар. Иногда делают двойную опалубку, а пар пропускают между двумя стенками. Можно смонтировать трубы внутри бетона, а затем по ним пускать пар.

С использованием данного метода можно прогреть бетон до +50-80 градусов. Столь высокая температура и оптимальная влажность ускоряют в несколько раз процесс твердения. Так, за 2 суток при паропрогреве бетон набирает прочность, аналогичную твердению в течение недели в нормальных условиях.

Единственный недостаток данного метода – существенные затраты времени, финансов и усилий для его реализации.

Использование присадок при морозе

Сегодня очень распространено использование противоморозных добавок и особых химических ускорителей твердения бетона. Чаще всего в качестве этих добавок выступают нитрит натрия, хлористые соли, карбонат кальция и другие. Добавки существенно понижают температуру замерзания воды, активизируют гидратацию цемента (таким образом повышается температура застывания бетона).

Благодаря введению в состав смеси добавок можно избежать необходимости прогрева. Некоторые добавки способны повысить стойкость бетона к морозу настолько, что вопрос о том, можно ли заливать бетон при минусе, не стоит вообще: гидратация проходит даже при окружающей температуре -20 градусов.

Но, несмотря на все преимущества, присадки обладают и некоторыми недостатками.

Особенности проведения «мокрых» работ зимой с использованием противоморозных добавок

Традиционно к «мокрым» процессам относятся все действия по возведению зданий и сооружений, которые связанны с бетонированием, ведением кладочных работ, оштукатуриванием и т.д. Один из главных компонентов необходимых для приготовления бетонных смесей и растворов непосредственно на строительной площадке — вода, которая замерзает при отрицательных температурах.

В этой части учебного курса мы расскажем о том, какие нюансы нужно учесть при проведении «мокрых» работ в зимний период и как правильно использовать противоморозные добавки.

• Какие условия при проведении мокрых работ считаются зимними.
• В чем заключаются особенности зимнего бетонирования и кладочных работ.
• Для чего нужны противоморозные добавки.
• Какие противоморозные добавки можно применять в железобетонных конструкциях.

Какие условия считаются «зимними» при бетонировании и ведении кладочных работ

Перед тем, как разобраться, какие особенности и ограничения влекут за собой отрицательные температуры при «мокрых» процессах, надо понять, что подразумевается под зимними условиями бетонирования.

Многие полагают, что зимние – это условия, при которых на улице стабильно установились отрицательные температуры, и идёт снег. На самом деле это не совсем так. В соответствии с СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» зимние условия – это когда среднесуточная температура наружного воздуха ниже +5 °С, или минимальная суточная температура ниже 0 °С.

Т.е., как видно, понятие «зимние» условия охватывают широкий диапазон температур. Они могут возникнуть, в зависимости от региона проживания, и осенью, и ранней весной, причем, без выпадения осадков в виде снега.

Также среди начинающих застройщиков распространено убеждение, что при отрицательных температурах, а тем более, если столбик термометра падает ниже -15…-25 °С, залить фундамент или вести облицовочную кладку стен невозможно. Хотя, если посмотреть на коммерческое строительство, то работы по возведению монолитных многоэтажек и жилых многоквартирных домов ведутся круглый год, независимо от погодных условий.

Это связано с использованием особых методик бетонирования и применением специальных противоморозных добавок — химических веществ, модифицирующих бетонную смесь.

Особенности зимнего бетонирования и кладочных работ

Чтобы понять, как работают противоморозные добавки, и какие плюсы от их использования, надо представить, что происходит с бетоном или кладочным раствором, если строить зимой.

При отрицательных температурах вода, содержащаяся в бетоне или кладочном растворе, начинает замерзать. В результате образуются кристаллы льда. Причем вода при замерзании расширяется (приблизительно на 7-9%), и разрушает структуру бетона, который ещё не набрал необходимую марочную прочность. Т.е. прекращается процесс гидратации цемента, который возможен только при положительных температурах. Соответственно: бетон или раствор не твердеют, а замерзают.

Если в таком состоянии фундамент или кладка «ушли в зиму», то это приведёт к печальным последствиям. Замёрзшая вода, не успев до конца прореагировать с вяжущими компонентами смеси, с наступлением оттепели снова переходит в жидкое состояние. Хотя химический процесс взаимодействия зёрен цемента с водой продолжается, разрушенные структурные связи в бетоне при этом полностью не восстанавливаются. Помимо этого, вода, замерзая вокруг металлической арматуры (более холодной зоны при бетонировании), образует ледяную плёнку, увеличивается в объёме и под давлением отжимает цементный гель от армокаркаса.

Если при отрицательных температурах вести кладку, например, облицовочного кирпича, то смесь, из-за небольшого слоя и дополнительного, быстрого охлаждения при взаимодействии с холодным камнем, быстро замерзает. Теряется её пластичность, горизонтальные швы остаются недостаточно уплотненными. Фактически смесь скрепляется льдом.

На этом способе основан т.н. метод кладки замораживанием, когда планируется, что при оттаивании смеси весной, процесс твердения раствора продолжится. Но риски перевешивают все плюсы. При оттаивании кладочный раствор, не имеющий ещё достаточной прочности, обжимается из-за тяжести вышележащей кладки. Появляется неравномерная усадка, вплоть до потери устойчивости и дальнейшего разрушения облицовки.

Как получить качественный бетон зимой

Температура окружающей среды – один из главных факторов, влияющих на набор бетоном прочности. Считается, что оптимальные условия для набора прочности бетоном – диапазон температур от +18 °С до + 20 °С. В этом случае бетон наберёт прочность в 70% от марочной приблизительно за 10 дней, а 100% — за 28 дней. При температуре +5 °С прочность бетона нарастает примерно в 3-4 раза медленнее. Прочность в 70% от марочной он наберёт примерно за 15 дней, а 100% будет набирать значительно дольше положенных 28 суток. При понижении температуры до 0 °С твердение бетона и кладочного раствора практически прекращается, а при более низких температурах останавливается. Возникает вопрос, как обойти вышеописанные проблемы.

Существует несколько способов ведения бетонных и кладочных работ зимой. Например, связанных с обогревом строительных конструкций, применением тепловых пушек, электропрогрева свежеуложенного бетона, сооружением тепляков, использовании метода «термоса», т.н. «теплых» (подогретых) бетонных смесей. Применение антифризов не отменяет использование этих методов, но позволяет значительно сократить время набора прочности бетона, а, следовательно, сэкономить время и деньги.

Противоморозные добавки работают комплексно: снижают температуру замерзания воды, а комплексные добавки ещё и уменьшают необходимое количество воды затворения; ускоряют процесс затвердения смеси при отрицательных температурах (вплоть до -25 °С); повышают удобоукладываемость смеси и марочную прочность бетона.

Важный момент: по СП 70.13330, в составе подготовительных работ, связанных с бетонированием, следует предусмотреть мероприятия, которые предотвращают замерзание бетонной смеси при её транспортировке в миксере к месту укладки и до достижения набора критической прочности.

При этом противоморозные добавки не должны оказывать отрицательного воздействия на арматуру. Причём заливать антифризы «Свод Правил» предписывает как при использовании «тёплого» бетона и применении систем обогрева, так и при укладке «холодной» смеси.

Основной набор прочности свежеуложенной смеси происходит в первые 3-5 дней. Поэтому критически важно не допустить замораживания бетона в этот период, что и позволяют сделать противоморозные добавки. Кроме этого, комплексные антифризы экономичны в использовании и снижают расход цемента. Это позволяет сократить расходы на строительство без потери качества.

Нюансы использования противоморозных добавок

Выше уже говорилось, что СП 70.13330 регламентирует использование противоморозных добавок. Дело в том, что антифризы содержат в своём составе соли, а некоторые добавки, из-за присутствия хлоридов, могут вызвать серьёзную коррозию стальной арматуры.

Подбор компонентов добавок у каждого производителя свой, но главное, что следует помнить застройщику при покупке противоморозных добавок – что надо выбирать качественный продукт от хорошо зарекомендовавшего себя производителя. На упаковке продукта должно быть написано, что допускается применение противоморозной добавки в железобетонных конструкциях.

При неграмотном использовании противоморозных добавок в кладочных растворах, весной, на лицевой кирпичной кладке, могут появиться белые разводы (высолы). Поэтому следует строго придерживаться рекомендаций производителя и использовать дозировку антифризов в строгом соответствии с инструкцией.

Выводы: Применение противоморозных добавок обеспечивает непрерывность строительного процесса при любых внешних температурах и гарантирует качество и долгий срок эксплуатации загородного дома. Хотя отрицательные температуры приводят к росту расходов, связанных с более коротким рабочим днем, дополнительных тратах на освещение, необходимости обогрева рабочих и конструкций и т.д., зимой немного снижаются цены на строительные материалы, услуги строителей, аренду техники. Стоимость добавок в общей смете на строительство дома невелика. Поэтому, при грамотном подходе, можно привести к общему знаменателю цену на строительство зимой и цену на строительство летом.

Заливаем фундамент при минусовой температуре

Основа любой постройки — фундамент, от него зависит надежность и долговечность всего строения. При его закладке требуются специальные знания и выполнение всех строительных норм и требований, обязательно учитывать климатические условия в конкретном месте.

Не так давно, заливка фундамента проводилась только в теплое время года, при отрицательной температуре, бетон замерзал прежде, чем застыть. Впоследствии, вся масса деформировалась, появлялись трещины и провалы. Если процесс происходил в холодное время, основание укрывали камышовыми матами, минеральной ватой, различными способами пытались предотвратить преждевременное замерзание массы.

Научный мир также пытался найти способ, при котором работы с бетонной смесью можно проводить при отрицательных температурах. В ходе научных исследований, была установлена оптимальная температура — от +5 до +15С. Именно такие условия способствуют получить прочный фундамент, который простоит многие года без повреждений.

При какой температуре можно заливать бетон зимой

Без определенных условий, раствор замерзнет при – 4 градуса. Уже при +5с процесс твердения значительно замедляется, набор прочности отменяется, пока не потеплеет. Итог — чем дольше этот период продлится, тем хуже будут показатели надежности. Официально считается оптимальная температура примерно +20 градусов, но часто возникают ситуации, когда нужно что-либо строить при низких градусах.

Бетонный раствор состоит из наполнителей — вода, песок, щебень, цемент. При смешивании цемента с водой, получается цементное молочко, посредством которого и происходит сцепление компонентов, это называется гидратацией. При этом, лишняя влага испаряется, масса отвердевает. Чтобы каменное основание получилось правильным, ему надо высохнуть на протяжении 25 — 30 суток. На первый взгляд — много и долго, но именно в такой срок получается каменной основание, которое не даст просадки. Весь периметр желательно укрыть от осадков или палящего солнца, которые одинаково вредны для раствора.

В холодный период допустимые показатели для наружных работ колеблются в районе — 15 мороза. При этом важным действием является применение противоморозных добавок или иных методов для прогрева смеси.

Можно ли заливать бетон при минусовой температуре

Работа с раствором при отрицательных погодных показателях требует определенных знаний и дополнительных финансовых вливаний. Летом все происходит без осложнений и лишних материальных трат, риск деформаций можно исключить на 100 %.

Когда замерзает вода в растворе, она расширяется, вследствие чего и появляются разрывы в смеси. Также, лед обволакивает крупные компоненты, не давая им прочно сцепиться с цементом. После оттаивания, твердение продолжается, но монолитность уже нарушена. Чем раньше произошло замерзание, тем больше будет разрушений монолита.

Если возникла необходимость работ при отрицательных показателях погодных условий, необходимо произвести манипуляции, которые предотвратят замерзание смеси. Перечислим некоторые практические советы от профессиональных строителей:

• по возможности, нужно согревать смесь до момента набора критической прочности;
• при замешивании бетоносмеси, воду нагревают до + 60 С — 90 С, такой метод приемлем если на улице — 15 С и ниже.;
• можно обогревать путем обдува горячим воздухом или паром;
• прогревать с помощью теплоизоляционной опалубки с утеплителем;
• специальные морозостойкие добавки не позволят ему быстро замерзнуть.

В нормативных актах указано, что снятие опалубки производиться после достижения 50% прочности, остальные работы не раньше 70%.

Отсюда мы видим, что заливать бетон в холодный период вполне возможно, важно подобрать приемлемый вариант согревания будущего основания. Довольно популярный способ — подогрев всех компонентов перед приготовлением раствора, чтобы он в момент заливки был примерно 40 — 50 С.

Каждый метод имеет свои слабые и сильные стороны, для принятия правильного решения, нужно учесть подземную часть фундамента, его конструктивную особенность.

В зимний период часто можно видеть, как с применением тех или иных способов, строительство практически не прекращаются. Критически неприемлемая температура для таких работ является — 15 градусов ниже нуля.

Что добавить в бетон при минусовой температуре

Специальные антиморозные присадки позволяют проводить наружные работы при низких температурах. Это химические добавки, которые условно делятся на несколько групп:

1. Присадки, не позволяющие замерзнуть воде, как правило, их применяют с подогревом, что позволяет сократить период схватывания и отвердевания.
2. Присадки на основе антифриза; их задача — усилить активность цемента при отрицательной температуре внешней среды. Указанные добавки используют без прогрева конструкции, нужную прочность бетон наберет без замерзания массы.
3. Добавки — ускорители твердения цементной массы с выделением тепла, поэтому, монолитная масса подогревается без применения дополнительных средств — самостоятельно.

С материальной точки зрения, использование морозоустойчивых добавок наиболее дешевый вариант, который приемлем для любых конструкций. Главное правило — заливать траншею равномерно, с трамбовкой и уплотнением.

Особенность данных присадок заключается в точной дозировке в процессе использования, учитывая массивность изделия в каждом конкретном случае. Некоторые присадки усиливают коррозию арматурного пояса, другие наоборот — повышают антикоррозийные свойства бетона. Поэтому — их часто используют совместно.

Что будет с бетоном при минусовой температуре?

Часто, возведение фундамента сопровождается внезапной сменой температуры, монолитная масса начала застывать, а ночью ударил мороз и все замерзло. После оттаивания, он затвердеет при восстановлении поврежденных участков. По мнению опытных строителей, допускается одноразовый цикл заморозки — оттаивания при относительно невысоком минусе на улице. При соблюдении правил, укладку в зимнее время можно производить также, как летом. Важной особенностью является доставка готовой подогретой смеси миксером, сооружение утепленной опалубки, использование дополнительных материалов для укрытия основания, обязательная гидроизоляция поверхности.

Для придания бетона высоких прочностных характеристик, песок должен быть карьерный сеяный или промытый. Данный вид имеет шероховатую поверхность, которая дает высокое сцепление с цементом.

Щебень в растворе также должен быть карьерным — благодаря шершавой поверхности, он быстро схватывается с цементным молочком и песком.

Заливка армопояса при минусовой температуре

Армировочный пояс предназначен для равномерного распределения нагрузки от верхних рядов кладки на нижние. Он как бы связывает все строение в единое целое. что значительно повышает его общую прочность и долговечность. Армопояс выполняется с уложенных по периметру стальных прутьев, которые обязательно сваривают между собой в единую конструкцию.

При строительстве строения из газосиликатных блоков, армированный пояс особо актуален. Такие блоки быстро трескаются при малейших подвижках почвы, при усадках основания. При устройстве крыши на таких блоках, также необходим армопояс, так как крепить брус к блокам нельзя — они могут потрескаться. Во избежание деформации стен и здания в целом, сварной армопояс просто необходим. Его сваривают в цельную конструкцию, укладывают поверх кладки и заливают бетоном. С обеих сторон его заделывают раствором, чтобы не нарушать теплоизоляцию стен. Бетонирование пояса допускается в холодною пору года только с применением вышеперечисленных методов.

Работа с бетонной смесью при низких температурах допускается в случаях, когда нет другого выхода, потому, что оптимальной температурой затвердевания массы является от +5 градусов до 25.

Научно-исследовательская работа на тему «Охлаждающие смеси»

В повседневной жизни, мы часто сталкиваемся с явлениями, которые вызывает у нас много вопросов.

Почему при растворении некоторых азотных удобрений, используемых для подкормки растений, полученные растворы охлаждаются?

Почему стоять на солевой каше (смесь снега и соли) холоднее, чем просто на снегу?

Почему происходит охлаждение при использовании гипотермического пакета из автомобильной аптечки?

Почему концентрированная серная кислота при смешивании со снегом даёт сильный охлаждающий эффект, а при растворении в воде – сильное разогревание?

Желание найти ответы на эти вопросы, стало основой для нашего исследования. Я решила изучить механизм тепловых процессов и выявить наиболее доступные, эффективные составы охлаждающих смесей.

Изучить и проанализировать информацию об охлаждающих смесях и экспериментальным путём выявить наиболее простые и эффективные составы хладосмесей.

Задачи работы:

Провести сбор и анализ литературы по охлаждающим смесям.

Опытным путём определить состав водно-солевого гипотермального пакета «АППОЛО».

Экспериментальным путём выявить наиболее эффективные составы хладосмесей из веществ, применяемых в быту.

Выработать рекомендации по методике приготовления охлаждающих смесей.

Объект исследования. Соли, используемые в качестве азотных удобрений.

Предмет исследования. Эффективность составов охлаждающих смесей, зависимость гипотермического эффекта от содержания в смесях солей и агрегатного состояния растворителя.

Существуют эффективные и простые охлаждающие составы, приготовленные на основе азотных удобрений и поваренной соли.

Охлаждающий эффект зависит от агрегатного состояния растворителя и концентрации растворяемого вещества.

Методы исследования:

-метод актуализации — состоит в определении ценности конкретного исследования;

— метод практического исследования;

— метод анализа и обобщения

ГЛАВА 1. Обзор литературы по теме

Что такое охлаждающие смеси (криосмеси).

Криосмесь – это неологизм ( греч. kryos — лёд). Поэтому в научной литературе это слово встречается довольно редко. Чаще это слово заменяют словосочетанием «охлаждающая смесь». Это системы из двух или нескольких твёрдых или твёрдых и жидких веществ, при смешении которых происходит понижение температуры смеси вследствие поглощения тепла при плавлении или растворении составляющих системы.

В качестве компонентов охлаждающих смесей для понижения температур до —50° С применяют различные соли, кислоты, воду, лёд (снег). Для понижения температур до —80° С используются охлаждающие смеси из сухого льда (твёрдой углекислоты) и некоторых органических веществ (спиртов, ацетона, эфира). Также в промышленности широко используются охлаждающие жидкости. Самой распространённой охлаждающей жидкостью является вода. Наибольшее распространение получили охлаждающие жидкости на основе многоатомного спирта – этиленгликоля.

Чтобы получить наиболее низкую температуру, входящие в охлаждающие смеси вещества берут в количествах, отвечающих криогидратной точке. Криогидратная точка — температура, при которой раствор определенного вещества замерзает, иными словами это наиболее низкая температура которую вы сможете получить, смешав компоненты определенной массы.

Охлаждающих смесей очень много, так как вообще всякая химическая реакция (в том числе и растворение), совершающаяся с поглощением тепла, может служить для охлаждения. Применение той или другой охлаждающей смеси зависит от того, что имеется под руками, и от желаемого понижения температуры.

1.2. История открытия и создания охлаждающих смесей (криосмесей).

Растворение как средство для получения искусственного холода применялось издавна; так, например, римляне для охлаждения вина пользовались растворением калиевой селитры в воде. Этот же способ охлаждения вновь был применен физиком Blasius Villafranca в Риме в 1550 г. О более сильном охлаждении упоминает Latinus Tancredus в Неаполе в 1607 г.; он брал смесь снега с селитрой; наконец, о смеси толченого льда и поваренной соли упоминается Санторио в 1626 г. Эта же смесь применялась для замораживания жидкостей, а также покойников народом, называемым эстонским. Охлаждающие эффекты применяли в средние века для изготовления мороженного. Бочку со снегом и солью использовали как морозильник.

Уже в начале 17 века были выведены первые формулы охлаждающих смесей.

1665г. знаменуется как год, когда Роберт Бойль опубликовал труд, содержащий теоретические основы получения холода. А уже в 1686 году Мариотт экспериментально подтвердил теории Бойля.

1685г. — Филипп Лахир получил водяной лед в пиале, залитой снаружи аммиаком.
В 1810г. Лесли построил первую, известную истории, установку для получения искусственного льда.

Вскоре (1834г.) Пельтье открыл принцип, положивший начало разработке термоэлектрических холодильных машин.

В 1844г. Чарльз Смит Пиаззи наконец изобрёл холодильную камеру.

1870г. — Питер Вандер Вейд получил патент США за систему охлаждения с термостатом.

В 1879г. Карл фон Линде получил патент на первый в мире механический холодильник.

В наше время охлаждающие смеси применяются в домашнем быту, в лабораториях и вообще там, где не требуется очень сильное и продолжительное охлаждение. Для последнего и для заводских целей наука и экономический расчет создали более могущественные средства искусственного охлаждения.

Основными изобретателями в «криосмесях» принято считать:

 закон связи давления, объема и температуры

 теоретические основы получения холода

 получение льда при использовании вакуума

 создание парокомпрессионной машины

Михаил Васильевич Ломоносов

 создание теории естественной вентиляции

 в условиях вакуума вода замерзает, если удалить водяные пары (пары поглощались серной кислотой)

1.3. Классификация охлаждающих смесей.

1.Охлаждающие смеси из воды (или снега) и соли

2.Охлаждающие смеси из воды и двух солей

3.Охлаждающие смеси из кислот и снега

4.Охлаждающие смеси из солей с кислотами

5.Охлаждающие смеси некоторых органических веществ с твердой углекислотой