Печи Кузнецова – особенности конструкции отопительного агрегата

И.В Кузнецов в 1962 году собрал вокруг себя единомышленников и начал разрабатывать печи, которые отличались высоким коэффициентом полезного действия и отличной экономией используемого топлива. Самое главное, что разработки тех времен стали востребованы именно сейчас. Инженер предвидел, что экономия когда-то станет камнем преткновения, что мы и наблюдаем сегодня. И все же, что такое печи Кузнецова?

По сути, это старинные русские печи, которые были модернизированы, была изменена схема внутренней конструкции. Но с внешней стороны это все те же кирпичные отопительные агрегаты. Но в чем же разница разработок тех лет с современными отопительными приборами, которые во всю рекламируются производителями (отечественными и зарубежными)? Для сравнения приведем вот такой пример:

• Чтобы отопить дом площадью 100 м², используется колпаковая печь Кузнецова, которая вырабатывает всего лишь 4 кВт тепловой энергии.
• Все мы прекрасно осведомлены, что отопить такое пространство может прибор с тепловой мощностью не меньше 10 кВт.

Вот вам и огромная экономия, вот вам и высочайший КПД, о которых мы говорили выше. Кстати, хотелось бы отметить, что печных дел мастер до сих пор получает огромное количество заказов из-за рубежа. Хотя и европейские, и американские производители считаются лидерами в этой сфере производства. Но вот таки отметили же они Кузнецова и выделили его печи, а, значит, признали его и их превосходство.

С водяным контуром

Преимущества

• КПД – 80%. Для дровяных печей превосходный показатель.
• Высокая температура сжигания топлива.
• В печах Кузнецова можно сжигать любой вид твердого топлива. При этом оно сгорает, так сказать, до конца, оставляя минимальный объем золы.
• Из предыдущего выходит следующее – такие печи можно редко чистить, золы-то остается совсем немного.
• Низкая материалоемкость при равномерном режиме тепловой отдачи между растопками прибора. Можно сделать такое сравнение – в городской квартире колебания температуры могут быть чаще, и это при центральном отоплении, чем в частном доме, где возведена кузнецовка. Учитываем тот факт, что закладка топлива производится всего лишь два раза в сутки.
• Есть возможность совместить печь Кузнецова с водяным отоплением дома. Вам только надо установить внутрь топки трубный контур, который и будет соединен с трубной системой водяного отопления. Самое главное, что технические характеристики агрегата из-за этого не ухудшаются.
• В печах этого типа невысокий дымоход. Но вот что удивительно, тяга из-за такой конструктивной особенности не снижается.
• Внутренняя конструкция позволяет производить установку печи в любое помещение в независимости от габаритов комнаты и ее предназначения. К тому же дизайн может быть выполнен по усмотрению заказчика.
• В таких приборах переход от топки до остывания происходит, так сказать, автоматически. При этом происходит самопроизвольное перераспределение тяги по каналам. Такой элемент, как вьюшка, нет необходимости закрывать. Как конструктивный элемент, она, скорее всего, должна использоваться во внештатных ситуациях.

Внимание! При использовании печки Кузнецова нет необходимости организовывать вентиляционную систему в помещении. Все дело в том, что в конструкции этого отопительного агрегата происходит перераспределение тяги по совершенно уникальной схеме. В печи установлены так называемые низовые каналы, по ним тяга пропускает поток воздуха, который проходит вдоль нагретых частей печи. Когда в камере сгорания топлива горит огонь, он сам часть воздуха оттягивает на себя.

Печь на два этажа

Устройство печи Кузнецова

Если рассматривать традиционные отопительные печи со сложным дымоходом, а таких немало, к примеру, пятиоборотная голландка, то необходимо отметить, что в этой сложной трубе, хотите вы того или нет, будут обязательно возникать завихрения. Наверное, все слышали, как гудят зимой эти печи. Казалось бы, что если дымоход – это длинная и узкая труба, то никаких проблем здесь возникнуть не должно. Потому что вихревые потоки, пока доберутся до выхода, все свою тепловую энергию оставят внутри прибора.

Но практика говорит о том, что в этой теории есть и свои отклонения, при которых КПД агрегата не превышает 60%. Почему так происходит? Потому что в канальных конструкциях тепловой энергии выделяется огромное количество, но только ее небольшая часть используется на обогрев помещения или теплоносителя. Остальная просто вылетает в трубу. Здесь может быть два сценария:

1. Вихревые горячие потоки, не остывая, вылетают в трубу.
2. Остывают, но при этом выделяют огромное количество дыма и сажи.

И теперь даже нельзя с уверенностью сказать, какой вариант лучше. Кстати, если сравнивать с каким-то теплотехническим процессом, то канальная печь – это ядерный реактор. А вот кузнецовка – это термоядерный реактор. Во втором случае выделенная тепловая энергия полностью потребляется и передается в помещения. И самое важное, что ее выделяется только в необходимом количестве, ни больше, ни меньше. Это создается за счет свободного движения дымовых газов. Они не прокручиваются по многу раз, а сразу же подаются в тело печки.

Модельная линейка

Колпаковые модели

Вообще, колпаковые печи известны давно. Принцип их работы заключается в том, что внутренние полости дают возможность свободного перемещения топочных газов. Но при этом в таких конструкциях происходит пиролизный процесс, при котором сгорают мелкие и средние  фракции. Для примера рассмотрим двухколпаковые печи Кузнецова.

В них пиролизное сжигание происходит уже под первым колпаком. К тому же данный процесс является саморегулирующимся. Как это понять? Если вдруг топливо в топке начинает сильно разгораться, то топочные газы, которые заполняют колпак, начинают двигаться вниз. Их становится больше, объем увеличивается, но при этом сам колпак не дает им двигаться вверх. Плотность газов растет, и их масса начинает давить на пламя огня, которое теряет свою интенсивность.

Как только горение ослабевает до определенной нормы, процесс поворачивается вспять.

Все специалисты пришли к мнению, и И.В Кузнецов в том числе, что идеальная двухколпаковая печь – это агрегат круглого сечения. В данном случае роль второго колпака играет внешняя стенка прибора, под сводом которой нейтрализуются угарные газы (моноокись углерода) и окислы азота. В сам дымоход выходят лишь углекислый газ и влажные пары воздуха. Правда, необходимо отметить, что печи круглого сечения имеют ряд недостатков:

• В них сложно устанавливать дверцы.
• Да и чистить их очень неудобно.

Поэтому на практике чаще всего устанавливают колпаки один над другим, соединяя их дымоходом. При этом происходит снижение КПД агрегата, правда не на много, всего лишь на два процента.

Банная печь с каменкой

Кстати, если вы хотите организовать систему горячего водоснабжения или соединить печь в систему водяного отопления, тогда рекомендуется проточный теплообменник устанавливать под сводом второго колпака.

Здесь температура находится в диапазоне 200-400°С, так что требования к материалу теплообменника не такие уж и жесткие. К тому же под вторым колпаком не собирается сажа, что продлевает срок эксплуатации металлических изделий. А вот свод первого колпака является основным источником тепловой энергии.

Существует достаточно широкий модельный ряд, где можно выделить не только приборы для отопления жилых помещений. Хотелось бы отметить печи Кузнецова для бани, отопительно-варочные конструкции, печки с лежанкой и так далее. Вариации могут быть разные, здесь важен принцип внутреннего расположения элементов агрегата.

К чему все мы это ведем? А ведем мы все это к одному вопросу, который касается экономичности сооружения данного типа отопительных приборов. Ведь, что чаще всего влияет на выбор того или иного отопительного агрегата? Первое – эффективность работы. Второе – экономия используемого топлива. Третье – экономия сооружения. Чем меньше денег вы затратите в самом начале, тем больше их останется на дополнительные нужды вашей семьи.

Колпаковая схема

Но необходимо учитывать и вот такое положение – чтобы печь хорошо отапливала, варила и сушила, нужно ее грамотно выполнит в материале. Не будем здесь разбираться в порядовке печи Кузнецова, просто отметим, что на единицу вырабатываемой тепловой энергии необходимо в полтора раза меньше материала, чем если бы разговор шел об обычных канальных моделях. С чем это связано? С тем, что колпаковая схема печи Кузнецова внутри, если так можно выразиться, «пустее». А, значит, на ее устройство уйдет меньше материала.

Кстати, когда дело касается чертежей печей Кузнецова, то сам автор не возражает, если их копируют для себя, так сказать, для собственного пользования, когда мастер у себя в доме решает сооружать печь той или иной конструкции. А вот переиздавать их запрещено.

Отопительная печка

Особенности сооружения

Есть несколько положений, которые определяют качество будущего сооружения. Давайте рассмотрим некоторые из них.

• Топка обязательно выкладывается из шамотного кирпича марки Ш-5 или ШБ-8.
• Все тело устройства возводится из обычного кирпича марки не ниже М150.
• Топка выкладывается в виде плавающей конструкции. Что это такое?

Здесь несколько достаточно серьезных положений. Первое – раствор между шамотной и обычной кладкой выковыривается, а вместо него укладывается минеральный картон (он может быть базальтовым, каолиновым или другим). Второе – нельзя использовать так называемые связываемые модули. Топка должна быть отдельным элементом в конструкции самой печки. Никаких выступов, никаких крепежей. Почему это так важно? Потому что теплоемкость обычного и шамотного кирпичей сильно отличаются друг от друга. Сильно нагретый шамот начнет быстро расширяться и порвет кирпичную кладку стены печки. А плавающий принцип сооружения не дает сделать этого.

По сути, зная принцип работы самого отопительного агрегата, можно создать свою конструкцию. Просто необходимо знать последовательность кладки кирпичей – это так называемая порядовка. Кстати, предлагаем вам ознакомиться с порядовкой колпаковой печи Кузнецова, которую можно сделать своими руками. Это непринципиальная схема.

Самодельная печь Кузнецова – порядовка

Металлическая альтернатива

Выше уже упоминалось о том, что кузнецовки могут быть установлены в любых помещениях. Но так как считается, что печи круглого сечения – это идеальный вариант, то стоит задуматься над их возведением в небольших по площади помещениях. Правда, необходимо оговориться, что в небольших комнатах придется ставить небольшие по габаритам установки, а, значит, будет снижаться и их КПД.

Так вот, чтобы коэффициент полезного действия не снижался, рекомендуют конструкции данного типа делать из металла. Чугун здесь не подойдет, слишком тяжел этот металл, да и очень хрупок. Хотя из него получилась бы недорогая печка.

Небольшая модель

А вот стальная модель, обработанная порошковой краской, будет неплохой альтернативой. Тем более в печах Кузнецова на сдвиг ничего не работает, а это для стальных конструкция самый важный показатель. Так что проблем здесь быть не должно. Правда, проблема появляется в другом месте – это свод первого колпака, где собираются топочные газы с высокой температурой. К сожалению, сделать футеровку свода в небольших печках – проблема номер один. И ее еще необходимо решить. Так что металлические альтернативы кирпичным пока отложены в сторону.

Колпаковая печь: принцип действия, виды, особенности, преимущества, порядовка

Несмотря на возможность установки разнообразных компактных печей из металла, кирпичные отопительные устройства по-прежнему пользуются большой популярностью у домовладельцев. Их конструкция постоянно совершенствуется. Классическим вариантом является колпаковая печь. Читайте и узнаете, что она представляет собой, принцип ее работы, разновидности, конструктивные особенности и достоинства. Расскажем о нюансах определения тепловой мощности и порядовки такой двухколпаковой печки с одноконфорочной плитой.

Вариант колпаковой печной конструкции Источник mtdata.ru

Основные общие сведения

За всю историю было создано многочисленное число различных моделей кирпичных печей. Среди них львиную долю составляют конструкции, при строительстве которых используется колпаковый принцип. Он применяется для создания массивных печек, которые могут иметь каминное отделение и лежанку. Этот принцип строительства также используется при возведении компактных конструкций. Эти сооружения идеально подходят для небольших домов.

Одним из вариантов миниатюрного, но эффективного устройства является печь Кузнецова. Конструкция получила свое название в честь известного печника. Этот изобретатель досконально доработал печную конструкцию колпакового принципа действия. Благодаря Игорю Викторовичу Кузнецову эта разновидность печи стала популярной на территории России и других многочисленных стран.

Принцип действия

Компактную колпаковую печную конструкцию просто называют «Кузнецовой». В ней продукты горения движутся без препятствия. Отопительное сооружение также имеет и другие особые конструктивные отличия. Именно они повлияли на большую популярность «Кузнецовки».

В «Кузнецовке» продукты сгорания свободно перемещаются Источник remontnik.ru

В подавляющей части кирпичных печек происходит прямое нагревание кладки от энергии, образующейся в результате сжигания топлива. В других моделях стенкам передается тепло от дыма, который проходит по каналам, имеющих сложную конфигурацию.

В печных конструкциях с прямым нагревом стенок на значение теплоотдачи влияет толщина кладки. С ее уменьшением возрастает величина теплоемкости. Однако этот вариант печной конструкции постоянно нуждается в большом количестве топлива. Иначе крупногабаритная печка не будет нормально прогреваться. Когда в ней прекращает гореть топливо, происходит постепенное остывание конструкции. В этот момент от нее тепло передается комнатной атмосфере.

Если печь отличается сложной конфигурацией дымоотводящих каналов, происходит более равномерный прогрев конструкции. Однако к такому сооружению предъявляют больше требований. В частности, это относится к высоте дымовой трубы. Она обязана обеспечивать хорошую тягу

Печь со сложным внутренним устройством Источник stroyfora.ru

На заметку! В печках со сложной конфигурацией узких каналов больше скапливается сажи. Поэтому их приходится более тщательно прочищать. При этом необходимо постоянно контролировать проходимость. Чаще всего пробки образуются на поворотах дымоотводящих каналов. Если их постоянно не удалять, тогда тяга существенно ухудшается. При этом поворотов в таких печных конструкциях очень много.

Колпаковая печь для отопления дома практически полностью лишена перечисленных недостатков. Ведь ее конструкция подразумевает наличие двух дымоотводящих каналов. При этом они связаны друг с другом. Благодаря их наличию у печной конструкции повышается КПД. Два связанных канала значительно лучше аккумулируют тепловую энергию.

Один из дымоотводов представляется собой внутренний контур. Его создают рядом с топкой или даже выкладывают вокруг нее. Такой канал дольше остается горячим, потому что существует в конструкции еще внешний контур. Именно через него наружу выходит дым.

Важно! Печная конструкция с внутренним и внешним каналом медленнее остывает. Ведь продукты сгорания, прежде чем попасть в дымовую трубу, двигаются по сложной траектории.

Схема и принцип движения газов в «Кузнецовке» Источник stroyfora. ru

Двухколпаковая печь также отличается наличием 2-х камер, которые нагреваются в результате работы конструкции. Их называют нижним и верхним колпаком. В первом из них осуществляется циркуляция нагретых продуктов сгорания. То же самое происходит в обыкновенной колпаковой печной конструкции.

После циркуляции в нижнем колпаке дым перемещается в верхнюю часть, где заполняет все свободное пространство. В результате происходит нагрев этой части печного сооружения. Только после этого продукты сгорания попадают в дымоотводящую трубу.

Разновидности печек колпакового типа

Колпаковая печь Кузнецова может иметь различное исполнение. Ведь инженером было разработано огромное количество вариантов таких конструкций. Сегодня насчитывается более 150 моделей. С их помощью осуществляется обогрев разных помещений.

На заметку! Существующие варианты «Кузнецовок» отличаются техническими характеристиками. Они также имеют разную функциональность. Большое влияние на все параметры оказывает расположение колпаков отопительных сооружений.

Разрезы функциональной «Кузнецовки» Источник stroyfora.ru

Популярной моделью является двухколпаковая печь Кузнецова, отличающаяся расположением одного колпака над другим. Эта разновидность отопительной кирпичной конструкции имеет небольшие габариты, что позволяет ее создавать даже в маленьких домах.

«Кузнецовка» может иметь одно из следующих сокращенных названий:

1. ИОК – печка исключительно для отопления.
2. ОВИК – отопительная конструкция с варочной панелью. Изготавливается данное сооружение из керамического кирпича. При этом для кладки топки не применяются огнеупорные блоки.
3. ОВИК БК – печь Кузнецова кирпичная для дома на дровах варочно отопительная, в конструкции которой присутствует боковое каминное отделение.
4. ОВИК Л – отопительная печка, оснащенная варочной панелью и лежанкой.
5. ОВИК ЗК – отопительное сооружение с варочным отделением и камином, который находится в задней части конструкции.
6. ПКИК1К – печка с калорифером.
7. РТИК – русская традиционная печная конструкция колпакового типа.
8. БИК – отопительное сооружение для бани.

Строительство «Кузнецовки» в бане Источник ekomeistras.files.wordpress.com

Данная конструкция также может иметь духовой шкаф. Для обозначения такого сооружения используется аббревиатура, в которой присутствует буква «Д» Сокращенные названия позволяют быстро понять назначение конкретной конструкции. Каждая аббревиатура используется для обозначения целого модельного ряда, в котором отопительные сооружения имеют схожие размеры, форму, технические характеристики.

Определение тепловой мощности печек колпакового типа

Эксплуатационные параметры печной конструкции всегда определяются на первом этапе ее разработки. Это позволяет спроектировать эффективное отопительное сооружение, которое будет хорошо обогревать дом.

Кроме размеров, всегда определяют тепловую мощность печи. Параметр представляет собой теплоотдачу. Данная характеристика обязана соответствовать габаритам одной или нескольких комнат, которые будут обеспечиваться теплом от печки. Во время расчета обязательно также учитываются теплопотери. Они присутствуют, даже если постройка очень хорошо утеплена.

Еще специалисты принимают во внимание толщину кирпичной кладки. Данный параметр влияет на степень аккумулирования тепловой энергии.

Толщина стенок печи влияет на аккумуляцию тепла Источник susaninclub.ru

Безошибочно рассчитать все параметры печной конструкции могут исключительно специалисты. Вычисления осуществляют с учетом следующих правил:

• на обогрев 10 м² площади дома, который имеет качественное утепление, расходуется 0,5 кВт мощности отопительного кирпичного сооружения;
• в жилых постройках, возведенных в холодных регионах, на обогрев 10 м² тратится 0,75 кВт мощности печи.

Нередко специалисты рекомендуют воспользоваться готовыми проектами печных сооружений. Это ускоряет процесс строительства конструкции в доме. Хотя при обращении к профессионалам обычная или двухколпаковая отопительно варочная печь будет спроектирована за минимальный промежуток времени. Ведь специалисты обладают опытом и отлично знают все нюансы разработки каждой модели «Кузнецовки».

Часто строят колпаковую печку по готовому и проверенному проекту Источник baniwood.ru

Основные отличительные черты печек колпакового типа

Правильный выбор невозможно выполнить, если не знать главные особенности отопительного сооружения. Так, колпаковая печь для отопления, строительство которой часто выполняется в частных домах, отличается:

• Практически полной изоляцией топки от колпака. Это одна из основных отличительных черт «Кузнецовки». Топочное отделение выкладывается огнеупорным шамотным кирпичом. Ведь эта камера разогревается до 1000 ℃ или даже 1200 ℃.

Строительство печки с топкой из шамотного кирпича Источник master-off.net

На заметку! Обычные и шамотные блоки отличаются плотностью. По этой причине между ними обязательно создают 5-миллиметровый зазор, который предотвращает образование трещин в кирпичах, когда они нагреваются и расширяются. При этом не оставляют пустое пространство, а заполняют его асбестом. Обычно такой материал имеет вид листов.

• Отсутствием прямого контакта бака для воды и духовой камеры с пламенем и нагретыми продуктами сгорания. Колпаковая печь с котлом водяного отопления и духовкой представляет собой продуманную конструкцию. Ведь емкость для воды и дополнительное отделение находятся в верхнем колпаке. Такое устройство отопительного сооружения выбрано, потому что вверху максимальная температура составляет 400 ℃. Она не позволяет перегреться металлу. Поэтому его целостность не нарушается. При этом такой температуры достаточно, чтобы вся конструкция полноценно функционировала.

Вариант «Кузнецовки» с духовкой Источник stovekiv.com

• Более короткой дымовой трубой, чем у других подобных отопительных сооружений. Колпаковая печь для бани или жилой постройки должна иметь дымоход, который, в первую очередь, позволяет удалять продукты сгорания без нарушения действующих правил. Это его основное предназначение в такой отопительной конструкции. Только во вторую очередь он должен обеспечивать требуемую тягу.
• Высоким КПД, значение которого достигает 80%. По сравнению с другими подобными отопительными сооружениями – это хорошая техническая характеристика. Ведь у аналогичных печных конструкций такого же назначения КПД не превышает 65%.

Важно! Колпаковая печь с котлом водяного отопления, порядовка которой позволяет создавать компактную топку, способствует экономии дров. Благодаря продуманной конструкции расход топлива может уменьшиться до 40% по сравнению с печками, у которых продукты сгорания выводятся прямоточным способом.

Строительство «Кузнецовки» с водяным контуром Источник build-experts.ru

• Наличием, так называемого сухого зазора в топке. Его ширина обычно варьируется от 2 до 3 см. Шов создают, чтобы улучшить тягу. При этом зазор позволяет сохранить в топочной камере требуемую температуру. Это становится возможным благодаря постепенному удалению продуктов горения.

Важно! Так называемый сухой зазор может находиться в любом месте кирпичных стенок отопительной конструкции. При этом шов обязательно создается таким образом, чтобы он представлял собой канал, который соединен с колпаком печки.

Видео описание

Наглядно увидеть работу сухого шва Игоря Кузнецова в отопительной печной конструкции можно в этом видео:

Преимущества кирпичных печей колпакового типа

Сравнивая с другими аналогичными конструкциями такого же назначения, колпаковывая печка имеет ряд преимуществ:

• Строительство выполняется при использовании меньшего количества кладочного раствора и кирпича.
• Возведение осуществляется быстрее и легче, потому что в сооружении оптимальное число внутренних каналов для движения продуктов горения. По этой причине обычная или двухколпаковая отопительно варочная печь Кузнецова, порядовка которой понятна даже мастерам с небольшим опытом, получила широкое распространение в частных домах.
• Небольшой вес из-за меньшего количества необходимых строительных материалов. Поэтому легкая конструкция возводится на небольшом фундаменте.

Обустройство небольшого фундамента под печку Кузнецова Источник a.d-cd.net

• Интенсивное горение топлива в топке, которая почти полностью изолирована. По этой причине после сжигания дров образуется минимальный объем твердых отходов. В результате поверхности в топочной камере и дымовых каналах меньше покрываются сажей.
• Простое техническое обслуживание. Ведь печную конструкцию этого типа проще очистить от сажи из-за более широких дымоотводящих каналов.
• Не затруднительная модернизация выбранного проекта, если необходимо построить отопительное сооружение с духовкой или баком для нагрева воды. Ведь практически любая печь Кузнецова кирпичная для дома на дровах имеет колпак внушительных размеров.
• Быстрый прогрев, что позволяет за короткий промежуток времени нагреть воздух в помещении до нужного значения.
• Равномерный нагрев всех стенок. Поэтому печная конструкция отличается высокой теплоотдачей.

Любой из вариантов печки Кузнецова равномерно нагревается Источник brandstove.ru

Обычно в колпаковых печках духовка находится вверху. Когда духовой шкаф располагается внизу, тогда он обязательно отделяется от топки стенкой. Она защищает металлический короб духовки от чрезмерного нагрева. Вокруг него температура не превышает 400℃. При этом внутри духового короба она достигает значения не более 250℃.

На заметку! В колпаке воздух циркулирует вокруг духовки. Поэтому осуществляется равномерный нагрев металлического короба. Это способствует лучшему пропеканию готовящихся блюд.

Видео описание

Об основном преимуществе и устройстве колпаковых печных конструкциях подробно рассказано в следующем видеоролике:

Подготовка перед строительством печки

После выбора модели печной конструкции мастер выполняет подготовительные процессы перед началом монтажа отопительного сооружения. На этом этапе выбирается место под строительство печки, и осуществляется покупка отдельных элементов.

Чугунные детали для печи Источник glavspec.ru

Эффективность отопительного кирпичного сооружения во многом зависит от места расположения конструкции. Во время его выбора ориентируются на существующие требования пожарной безопасности. Если стены дома построены из дерева, тогда соблюдают следующие правила:

1. Наименьшее расстояние от печи до деревянных стен должно составлять 10 см.
2. Создают жаростойкую базальтовую или асбестовую прослойку между стеной постройки и печной конструкцией, когда отопительное сооружение встраивается в ранее подготовленную нишу.
3. Минимальное расстояние от дымохода до балок перекрытия и стропильных ног должно быть равно 15 см.

К подготовительным работам также относят строительство фундамента под печную конструкцию. От его прочности зависит долговечность всего отопительного сооружения.

Важно! Бетонное армированное основание печи не должно быть монолитно соединено с фундаментом дома. Ведь у этих двух конструкций усадка может различаться, потому что на них будут действовать неодинаковые нагрузки. При их объединении не исключено появление трещин на стенах печки и дома из-за взаимного влияния.

Печной фундамент не соединяется с основанием дома Источник a.d-cd.net

Колпаковая отопительная конструкция – это купольная печь. Независимо от названия, сооружение для обогрева помещений может быть построено в доме, который давно уже введен в эксплуатацию. Однако в этом случае выполняется демонтаж пола для устройства котлована, в котором будет заливаться фундамент.

Важно! Периметр монолитного бетонного фундамента должен быть больше основания печи на 0,5-0,8 см.

Иногда дома возводят на плитном фундаменте. Поэтому печную конструкцию тоже приходится строить на таком же основании. Чтобы минимизировать вероятность деформации сооружений, специалисты рекомендуют возводить легкую печь. Именно ею является «Кузнецовка».

На заметку! Рекомендуется заглублять в почву бетонную армированную основу печной конструкции минимум на 30-50 см.

Видео описание

Об особенностях возведения фундамента под печку колпакового типа рассказано в видео:

Порядовка печной конструкции Кузнецова

Одним из популярных печных сооружений Кузнецова является конструкция с двумя колпаками. Ее часто встречающийся модифицированный вариант – печка, названная «Большой крохой».

Данная модель – это 2-х колпаковая печь Кузнецова с варочной плитой, которая имеет одну конфорку. Хотя их может быть и 2 штуки. Наличие одной конфорки позволяет построить печку, у которой будет нижний колпак большего размера. Благодаря такой модернизации получается сооружение с увеличенной теплоотдачей. Поэтому помещение в доме будут быстрее нагреваться.

При возведении двухколпаковой конструкции с одной конфоркой выполняется кладка 32 рядов кирпичей. Отопительное сооружение представляет собой эффективную печь Кузнецова, порядовка которой осуществляется следующим образом:

• 1 ряд из 18 кирпичей. Кладку осуществляют на гидроизоляционный слой, уложенный на подготовленное бетонное основание. Первый сплошной ряд создают строго по горизонту и уровню чистового пола.

Первый сплошной ряд кирпичной печки Источник tproekt.com

Важно! Швы между кирпичами делают одинаковыми с шириной 5 мм.

• 2 ряд из 11 кирпичей. При монтаже блоков формируют основание нижнего колпака и начинают выкладывать зольный отсек. На этом же этапе закрепляют дверцу для прочистки нижней зоны колпака и аналогичную конструкцию поддувальной камеры.
• 3 ряд из 11,5 кирпича. Во время укладки блоков углы 2-х кирпичных фрагментов стесывают, когда формируют проем под дверцу, которая позволит в дальнейшем выполнять очистку колпака.
• 4 ряд из 14 кирпичей. Монтируемыми блоками перекрывают проемы под дверцу нижнего колпака и поддувального отсека. Также частично закрывают спереди и сзади дымоотводящий канал, который находится за зольником. При этом оставляют над поддувальной камерой отверстие 26*26 см.
• 5 ряд из 14,5 кирпича. При укладке у 2-х блоков верхнюю поверхность стесывают под углом, чтобы можно было в дальнейшем уложить колосник. При этом он будет убираться на выступающие кирпичные блоки предыдущего ряда.

При кладке печи приходится у некоторых кирпичей изменять форму Источник pvsm.ru

На этом этапе верх нижнего колпака делится кирпичом на 2 канала. Ближний проход необходим для соединения этой части печи с верхним колпаком, а дальний канал в дальнейшем оснащается задвижкой, которая позволит использовать отопительное сооружение в летний период. Разделяющий кирпич спереди и снизу стесывают наискосок, чтобы дым мог свободно уходить в канал.

• 6 ряд из 12 кирпичей. На этом этапе закрепляют дверку топки. Зазоры между ней и кирпичами уплотняют жаростойким материалом. Для крепления дверцы используют проволоку.
• 7 и 8 ряд из 11,5 кирпича. При монтаже блоков в районе дальнего правого угла топки оставляют 20-миллиметровый зазор.
• 9 ряд из 12 кирпичей. Блочными элементами перекрывают дверцу топки. Блоки именно над ней срезают под углом. При монтаже этого ряда сохраняют зазор в дальнем углу. Для завершения данного этапа работ берут еще 1 кирпич, правую сторону которого сверху и снизу стесывают, чтобы он подходил к ранее уложенным блокам.

При укладке 9 ряда перекрывается топочный проем Источник otopimdom.ru

• 10 ряд из 12,5 кирпича. При укладке блоков в районе плиты используют элементы с вырезами. Они позволят закрепить металлическую варочную деталь толщиной 5 мм и 3-миллиметровую прокладку из асбеста. При этом уровень плиты должен быть ниже поверхности кирпичей на 4 мм. При укладке 10 ряда также делают проход шириной 6 см. Его создают в правом углу топки. Он нужен для соединения с каналом нижнего колпака.
• 11 ряд из 12 кирпичей. Строительство печки продолжают путем формирования варочного отсека.
• 12-15 ряд из 12 кирпичей. Продолжают выкладывать варочную камеру и дымоходные каналы.
• 16 ряд из 17 кирпичей. Во время укладки перекрывают нижний колпак и срезанными с торцов блоками правую и левую стенку варочного отсека. Не закладывают только дымотводящие каналы. Здесь же закрепляется задвижка для летнего использования печки. Завершается этот этап монтажом 2-х дополнительных кирпичей над плитой.
• 17 ряд из 17 кирпичей. Площадь печки перекрывается целыми кирпичными блоками.
• 18 ряд из 11,5 кирпича. Формируют основание для дальнейшего строительства верхнего колпака. Здесь же устанавливают две дверцы для его очистки.

Во время укладки 18 ряда формируют основу для верхнего колпака Источник строимпечи.рус

• 19 ряды из 11,5 кирпича. Поднимают стенки верхней части конструкции.
• 20 ряд из 11,5 кирпича. Перекрывают дверцы для чистки печи.
• 21-27 ряд из 13 кирпичей. Выкладывают основной дымоотводящий канал. Самые нижние кирпичи 21 ряда подрезают, чтобы продукты сгорания могли плавно повернуть в дымоход.
• 28 ряд с 13 кирпичей. Продолжают формировать основной дымоотводящий канал и подготавливают место с вырезами для монтажа задвижки.
• 29 ряд из 19 кирпичей. Вся площадь печной конструкции перекрывается блоками. Углы некоторых из них подрезаются для увеличения прочности сооружения. Оставляют открытым только отверстие для дыма.
• 30 ряд из 17 кирпичей. Площадь печки перекрывается целыми блоками за исключением дымоотводящего канала.
• 31 и 32 ряд из 5 кирпичей. Создают основу для насадной дымовой трубы.

Видео описание

Порядовку двухколпаковой однокомфорочной печки, варочная камера которой имеет только одну боковую стенку, можно посмотреть в этом видеоролике:

Коротко о главном

Колпаковая печка досконально разработана инженером Кузнецовым. Она имеет два связанных канала для дыма. Один из них – это внутренний контур, а другой используется для удаления продуктов горения за пределы сооружения. Двухканальная система позволяет печке медленнее остывать.

Разработана также схема конструкции с двумя колпаками – нижняя и верхняя камера. В каждой из них продукты сгорания нагревают печное сооружение и только потом уходят наружу.

Существуют конструкции колпаковых печек только для отопления дома или бани, с камином, варочной плитой, лежанкой, калорифером. Все они имеют высокий КПД – примерно 80%. Их профессионалы быстро возводят. Тепловая мощность этих печек составляет 0,5-0,75 кВт на 10 м².

Возводятся конструкции на монолитном бетонном основании. Их порядовку выполняют строго по схемам, доказавших свою эффективность.

работа и особенности конструкции Порядовка печи кузнецова чертежи с размерами

Идеи по созданию сверхэкономичных печей И. В. Кузнецова заимствуют во всём мире, включая США и Европу. Сделать одну из печей по модели Кузнецова при ответственном подходе можно и своими руками.

Применение печи Кузнецова

За многие годы изобретательской деятельности И. В. Кузнецов разработал около 150 моделей печей, рассчитанных на применение во всех без исключения сферах человеческой жизнедеятельности, где требуется генерация тепла. По виду специализации «кузнецовки» бывают:

• отопительными;
• варочными;
• отопительно-варочными;
• банными
• уличными, предназначенными для копчения продуктов, барбекю и приготовления блюд на гриле;
• каминами с открытой топкой, позволяющей любоваться пламенем.

Примеры исполнения печи Кузнецова

Достоинства и недостатки

Широкая популярность печей Кузнецова и глубокое уважение, которое питают к ним разбирающиеся в печном деле люди, обусловлены рядом преимуществ:

1. КПД «кузнецовок» превышает 80%, а у некоторых моделей может достигать 95%.
2. Печи работают в высокотемпературном режиме, но при этом обходятся без материалов и технологий, доступных только в заводских условиях.
3. Высокотемпературный режим позволяет топить печь даже самым бросовым и низкокачественным топливом.
4. Опять же из-за высокой температуры сгорания топливо окисляется почти в полном объёме, поэтому сажа образуется в минимальных количествах. Печь может не требовать чистки по нескольку лет.
5. Конструкция печи обеспечивает очень равномерную теплоотдачу между топками, при этом материала на неё уходит меньше, чем при строительстве по традиционной технологии.
6. В печах, оснащённых теплообменником, тепло для нагрева воды отбирается у дымовых газов, а не из топки, так что «кузнецовка» легко может выполнять функцию котла без ухудшения характеристик.
7. Принцип действия печи обеспечивает хорошую тягу, поэтому нет необходимости строить высокий дымоход.
8. «Кузнецовка» весьма пластична как в смысле конструкции, так и в смысле оформления. То есть её легко можно подогнать под любое помещение без ущерба производительности и экономичности.
9. Печь устроена таким образом, что после топки её дымоход не нужно перекрывать вьюшкой. Отравление угарным газом полностью исключается.
10. Конструкция предполагает равномерное распределение тепла в теле печи, поэтому в кладке не развиваются трещины от местных деформаций.

Что можно сказать о недостатках? В техническом отношении их нет, но кое-что учитывать все же нужно. Печь Кузнецова не может иметь массивных стенок – это свело бы на нет многие из её достоинств. Но при этом она подвергается довольно высоким тепловым нагрузкам. Поэтому данный агрегат должен быть тщательно рассчитан и выверен на этапе разработки и столь же тщательно, со скрупулёзным соблюдением всех требований технологии, построен. При малейших отклонениях от технического регламента «кузнецовка» получится весьма недолговечной.

Сложить своими руками можно и русскую печь, если следовать подробным инструкциям. Их вы найдёте в нашей следующей статье: .

Конструкция и принцип действия

За основу изобретателем И. В. Кузнецовым была взята колпаковая печь, известная своей экономичностью.

Так выглядит колпаковая печь – прообраз модели Кузнецова

Высокий КПД таких печей обусловлен характером движения дымовых газов. Если в канальных печах они вытягиваются в дымоход, зачастую не успев отдать тепло кирпичному массиву, то в колпаковых долго клубятся под сводом колпака, пока не остынут. Только тогда они опускаются вниз, к выходному отверстию, откуда затем попадают в дымоход. Заполненный газами колпак попутно играет роль вьюшки: холодный воздух из дымохода не может в него проникнуть, так же как вода не может заполнить перевёрнутый водолазный колокол. Этот эффект получил название газовой вьюшки.

Изобретатель работал с усложнённым вариантом такой печи, имеющей два колпака.

Схема двухколпаковой модели

Как видно, колпаки соединены последовательным образом, то есть отбор тепла дымовых газов происходит по двухступенчатой схеме. Прежде за возведение печей с такой конструкцией брались не очень охотно – не только из-за сложности, но и некоторых нежелательных особенностей. Так, к примеру, тяга во втором колпаке легко может сорвать газовую пробку в первом, сводя на нет эффект «газовой вьюшки».

С этим недостатком мастер справился следующим образом. Печь была оснащена так называемыми низовыми каналами, проложенными в обход аккумулирующих тепло частей массива. Пока в топке горит пламя, образуемый им конвективный поток обеспечивает работу тяги в обычном режиме. Когда топливо будет израсходовано и конвекция прекратится, тяга сама собой перераспределится таким образом, что холодный воздушный поток будет следовать через низовые каналы, а не через нагретое тело печи.

Это решение не только скомпенсировало неустойчивость газовой вьюшки, но и оказалось более надёжным: образованную газами пробку может вытянуть сильным порывом ветра, тогда как в печи Кузнецова тяга при любых условиях перенаправляется подальше от горячего массива. Кроме того, благодаря наличию низовых каналов отпадает необходимость в обустройстве вентиляции помещения.

Как работает

Вот в какой последовательности происходят процессы в печи Кузнецова:

1. За счёт поступающего через поддувало (поз. 1) воздуха в топке (поз. 2) горит топливо, образующаяся при этом смесь дымовых и пиролизных газов поднимается в нижний колпак (поз. 3). Под его сводом (поз. 4) пиролизный газ окончательно распадается на горючие составляющие, которые здесь и сгорают. Такая конструкция обеспечивает эффект саморегуляции: при сильном горении пламени газовая пробка увеличивается и блокирует тягу; из-за ослабления тяги горение в топке также ослабевает, газовая пробка, остывая, уменьшается и тяга возобновляется.
2. Условно холодные газы из нижнего колпака поступают в верхний (поз. 5). Если печь является круглой (это идеальная форма для двухколпаковой схемы), то роль верхнего колпака играет её корпус. В его верхней части (поз. 6) происходит доокисление угарного газа и оксида азота, так что поступающий в дымоход (поз. 7) выхлоп в основном состоит из углекислого газа и водяного пара. Поступающие во второй колпак газы уже не являются сверхгорячими – температура от 200 до 400 градусов – и химически агрессивными, поэтому здесь можно установить водяной теплообменник из обычной конструкционной стали. Отбор тепла на воду режим работы печи никак не меняет, поскольку высокотемпературная часть – топка + нижний колпак – изолированы кирпичным простенком.

Из-за высокой температуры сгорания шамотную топку в печах Кузнецова следует делать изолированной от основного массива или, как ещё говорят, плавающей. Никакие её элементы не должны внедряться в кладку из керамического кирпича, иначе последнюю даже при наличии температурных швов во время топки разорвёт – скажется разница в коэффициентах температурного расширения этих материалов.

Топка должна быть окружена так называемым сухим швом. Это шов между шамотным и керамическим кирпичом, который вместо глиняного раствора заполнен прокладкой из асбеста или базальтового картона.

Между топкой и нижним колпаком устраивается кольцевой зазор (Л1) и ещё один (Л2) – между колпаками. Если ширину Л2 сделать больше, чем у Л1, газовая вьюшка окажется более устойчивой.

Расчёт печи Кузнецова

«Кузнецовка» – очень сложный отопительный прибор и попытки рассчитать его и спроектировать самостоятельно ни к чему хорошему не приведут. Следует просто выбрать из всех имеющихся вариантов наиболее подходящий для себя – автор из своих наработок тайны не делает. Если в характеристиках понравившейся модели не указана мощность теплоотдачи, её можно рассчитать приблизительно: печь, которая топится два раза в сутки, каждый кв. м её поверхности отдаёт примерно 500 Вт тепла.

Печь ОВИК-9, порядок изготовления которой мы будем рассматривать, при размерах 1015х630х2100 мм обладает мощностью теплоотдачи в размере 3,6 кВт.

Модель ОВИК-9: общий вид

Подготовительные работы

В первую очередь необходимо выбрать место для строительства печи. Проще всего делать это до постройки дома – тогда и печь, и здание проектируются совместно так, чтобы отапливались три или хотя бы два помещения. С уже готовым домом дело обстоит сложнее. В таком случае печь стремятся встраивать в межкомнатную перегородку, поскольку внедрение её в несущую стену требует сложных расчётов и опасных трудоёмких работ (часть стены придётся разобрать, удерживая нагрузку от перекрытия системой перемычек и колонн).

Можно, конечно, ограничиться простым пристенным вариантом расположения, но тогда отапливаться будет только одно помещение.

На выбранном месте нужно построить железобетонный фундамент. Его размеры должны превосходить размеры печи хотя бы на 100 мм с каждой стороны. Не допускается объединение фундамента печи с фундаментом здания – оба сооружения дают различную осадку и одно из оснований будет тянуть за собой другое, вызывая его перекос.

Под печь обязательно обустраивается железобетонный фундамент

Глубина заложения фундамента зависит от несущей способности грунта, глубины его промерзания, способа эксплуатации здания (периодически/постоянно). Обычно в зданиях с круглогодичным проживанием людей, расположенных на устойчивом грунте, фундамент заглубляют на 400–600 мм. На дно выемки следует в качестве упрочняющего слоя насыпать щебёнку, а поверх неё – песчаную подушку.

Далее все делают по традиционной технологии – устанавливают опалубку, фиксируют арматурный каркас и заливают бетоном. Переходить к возведению печи следует только после полного созревания бетона и набора им достаточной прочности – на это обычно уходит около месяца.

Перед кладкой 1-го ряда поверх фундамента нужно настелить гидроизоляцию из двух слоёв рубероида или толя. На ней мелом наносят контуры будущей печи – так будет проще ориентироваться.

Материалы и инструменты

Для работы понадобятся:

• кельма;
• уровень;
• киянка и прочие строительные инструменты.

Для деления кирпичей потребуется молоток-кирочка и болгарка с алмазным кругом.

Такой набор инструментов понадобится для работы

Печь будет возводиться из кирпичей двух видов: обычного керамического полнотелого с маркой от М150 (250х120х65 мм) и шамотного марки ШБ-8 (250х123х65 мм) или Ш-5 (230х114х40 мм). Шамотным кирпичом будут выкладываться стенки топки.

Приобретая шамотный кирпич, следует быть очень внимательным. Недобросовестные продавцы могут выдать за него кислотоустойчивый кирпич, который похож внешне, но не выдерживает высокой температуры. Так что не будет лишним попросить предъявить сертификат.

Кирпич для кладки печи

Часто рекомендуют выбирать шамотный кирпич по цвету – чем темнее, тем лучше. Но такое правило имеет силу не всегда. Если использовалась глина, взятая в разных месторождениях, то характеристики светлого кирпича вполне могут оказаться более высокими, чем у тёмного. Правильнее оценивать качество шамотного кирпича по следующим критериям:

• структура должна быть однородной и мелкозернистой – без видимых невооружённым глазом пор и включений;
• при простукивании металлическим предметом (лёгкий молоток или гаечный ключ) кирпич должен издавать чёткий отрывистый и звонкий звук;
• при падении должен раскалываться на крупные куски (низкокачественный рассыпается на мелкие фрагменты вплоть до песка).

На конструкцию с размерами 1015х630х2100 мм понадобится 430 керамических кирпичей (без учёта дымохода) и 22 шамотных.

Как приготовить раствор

Раствор применяется глиняный. Используемые для его приготовления глина и песок не должны иметь органических примесей, которые могут привести к растрескиванию швов. В глине присутствие этих примесей можно распознать по хорошо слышимому запаху (он может быть даже приятным) – в норме глина почти не пахнет.

Песок же следует использовать либо горный, либо изготовленный путём измельчения кирпичного боя – в этих разновидностях содержание органических примесей является минимальным, или же они вовсе отсутствуют. Кирпичный песок обычно стоит дешевле горного, но в качестве ему не уступает. Только обратите внимание на следующее обстоятельство: для раствора керамической кладки нужен песок из керамического кирпича, а для шамотного – соответственно, из шамотного.

Обратите внимание на сортность глины. Раствор для шамотной кладки следует готовить на основе белого каолина или шамотного мергеля. Для кладки керамической подходит любая глина с огнеупорными свойствами, например, серая или синяя кембрийская, серый каолин.

Глина одного и того же сорта, но из разных месторождений, может сильно отличаться по вязкости, жирности и адгезионным свойствам. Поэтому рецепт раствора, а именно оптимальное соотношение в нём песка и глины, следует подбирать опытным путём. В случае применения кирпичного песка это делается так:

1. Порцию глины массой в 1 кг нужно залить доверху водой и оставить на сутки.
2. После этого раскисшую глину замешивают с добавлением воды, пока она не станет похожа на пластилин или густое тесто и не перестанет липнуть к рукам.

• в первую – 10% от объёма глины;
• во 2-ю – 25%;
• в 3-ю – 50%;
• в 4-ю – 75%;
• в 5-ю – 100%.

Каждую порцию нужно тщательно размешать до однородного состояния и просушить в течение 4-х часов. Не забудьте пометить, сколько песка где содержится.

После этого каждой порции раствора путём раскатывания нужно придать форму цилиндра длиной 30 см и диаметром 1–1,5 см. Все они оборачиваются вокруг круглой болванки диаметром около 5 см. Теперь испытательные образцы нужно высушить в течение двух недель в условиях комнатной температуры и отсутствия сквозняков.

После этого остаётся оценить каждый из вариантов:

1. Если на цилиндре вообще нет трещин либо они имеются в виде очень мелкой сетки, такой раствор можно использовать для любой части печи.
2. Если глубина трещин достигает 1–2 мм, раствор сможет выдержать температуру до 300 градусов. Такую смесь можно использовать для кладки дачного камина или барбекю.
3. При наличии глубоких трещин или разрывов раствор признаётся непригодным для использования – имеющаяся в нём доля песка является избыточной.

Обычно на кладку в 500 кирпичей расходуется около 0,2 куб. м смеси глины и песка.

Обратите внимание! Если не смущают дополнительные расходы, можно приобрести в специализированном магазине готовую смесь для приготовления печного раствора.

Определив таким образом оптимальное сочетание глины и песка, приступают к приготовлению раствора:

• необходимое количество глины (примерно 40 кг на 100 кирпичей) опять же замачивают в течение суток, замешивают до консистенции теста, но после этого ещё протирают через сито с ячейкой 3х3 мм;
• затем согласно подобранной опытным путём рецептуре добавляют песок;
• постепенно подливая воду, раствор размешивают до сметанообразного состояния;
• оценивают, как раствор смачивает кельму, и при необходимости корректируют его состав путём добавления небольшого количества глины или песка.

Что ещё потребуется

1. Дверца топочная, например, марки ДТ-3, с размерами проёма 250х210 мм.
2. Дверца поддувальная, например, марки ДПК, с проёмом 250х140 мм.
3. Решётка колосниковая размером 250х252 мм.
4. Плита варочная из чугуна на две конфорки, размер – 586х336 мм.
5. Дверцы размером 510х340 мм в количестве 2 шт. – для варочной камеры.
6. Задвижки с проходным сечением 130х130 мм в количестве 2 шт. – для варочной камеры и для переключения между летним и зимним режимами работы.
7. Задвижка с просветом 250х130 мм – для дымохода.
8. Отрезки равнополочного уголка 36х4 длиной 600 мм (4 шт.).
9. Отрезок стальной полосы 40х4 мм длиной 600 мм.
10. Стальной лист толщиной 3 мм размером 600х550 мм.
11. Стальной лист толщиной 3 мм размером 500х700 мм для защиты пола перед топкой.

Сталь заменить любым другим несгораемым настилом, к примеру, плиткой из керамики.

Всегда мечтали, чтобы в вашем доме был волшебный камин? Вы можете его сложить своими руками. А следующее руководство поможет в этом: .

Кладка: порядовка и пошаговая инструкция

Последовательность работ выглядит так:

Выкладывают из 20-ти кирпичей 1-й ряд, который должен представлять собой идеальный прямоугольник со строго горизонтальной поверхностью.

Схема первого ряда

«Прямоугольность» проверяется замером диагоналей – они должны быть равны. При отсутствии опыта ряд сначала нужно выложить без раствора и только потом, когда всё будет подогнано и проверено, применить раствор. Толщина швов должна составлять 5 мм.

Совет. Чтобы печь выглядела более привлекательно, установите по углам кирпичи со скруглениями. Их необязательно подрезать самому – такие блоки продаются в готовом виде.

Во 2-м ряду берут своё начало первый (нижний) колпак и поддувальная камера. Две половинки кирпича укладываются без раствора и слегка выдвигаются наружу. Когда кладка будет завершена, эти кирпичи нужно будет извлечь, что даст возможность очистить основание колпака от брызг раствора и кирпичных осколков. После очистки половинки окончательно сажают на раствор.

Схема второго ряда

Когда 2-й ряд будет выложен (потребуется 14 кирпичей), на него устанавливают дверцу поддувала, подперев её несколькими кирпичами. Рамку дверцы необходимо обмотать асбестовым шнуром, который выступит одновременно в роли уплотнителя и температурного шва. Она фиксируется в кирпичной кладке посредством проволоки, которая закладывается в швы.

Выложив согласно схеме 3-й ряд (входящие в его состав кирпичи должны плотно зафиксировать дверку поддувала), приступают к укладке 4-го. Здесь уже помимо керамического кирпича применяется шамотный – начинаем выкладывать боковые и заднюю стенки топки.

Схема третьего ряда

Поддувальная дверца перекрывается стёсанными керамическими кирпичами, смотрящими наружу, и стёсанными шамотными – смотрящими внутрь. Они должны быть разделены тепловым зазором величиной в 5 мм. Устроить его можно следующим способом: между кирпичами закладывается прокладка из упаковочного гофрокартона – он как раз имеет нужную толщину; при растопке картон выгорит и зазор образуется сам собой. Температурные зазоры необходимо предусматривать повсюду, где шамотный кирпич соседствует с керамическим.

Схема четвертого ряда

В ряду №5 шамотные кирпичи, образующие боковые стенки топки, слегка сдвигаются, так, чтобы находящиеся под ними кирпичи 4-го ряда образовали полочку шириной 10–15 мм для колосниковой решётки. Кирпичи следует раздвинуть настолько, чтобы между ними и решёткой оставался зазор в 5 мм, необходимый для свободного расширения нагретого металла.

Схема пятого ряда

Кирпич, образующий переднюю стенку, следует подрезать вкось.

В этом же ряду начинается формирование вертикального канала, соединяющего оба колпака.

Когда ряд будет выложен, следует установить на своё место колосниковую решётку, заполнив зазор между ней и кирпичами песком.

Установка колосников

Параллельно с укладкой 6-го ряда нужно установить и зафиксировать топочную дверку. Непосредственный контакт её рамки с кирпичом не допускается – необходимо уложить в качестве прокладки асбестовый шнур. Снизу рамку дверки можно фиксировать проволокой, но сверху требуется более надёжный элемент – проволока быстро прогорит. Вместо неё применяют стальную полосу.

Шестой ряд: установка топочной дверцы

При укладке ряда №7 сбоку от кирпича, образующего заднюю стенку топки, оставляют разрыв шириной в 20–30 мм. Это начало сухого шва.

Схема седьмого ряда

Выложив согласно схеме ряд №8, приступают к укладке 9-го ряда. На этом этапе формируется канал, связывающий топку с нижним колпаком. Сиреневым цветом обозначены кирпичи в боковых стенках топки, верхние грани которых должны оказаться на 10 мм ниже плоскости ряда. На левую стенку нужно будет уложить асбестовую полосу толщиной 10 мм, так чтобы она оказалась вровень с плоскостью ряда.

Схема восьмого ряда

Обратите внимание на то, как перекрыта топочная дверца: кирпичи подрезаны вкось, чтобы получилась кладка «в замок».

Схема девятого ряда

Выкладывая 10-й ряд, следует помнить, что на асбестовую подкладку (она накрывает шамотные кирпичи в стенке топки) керамические кирпичи нужно класть без раствора.

Десятый ряд порядовки

В окружающих топку керамических кирпичах необходимо выполнить вырез под варочную плиту. Размеры его должны быть такими, чтобы вокруг плиты оставался температурный зазор в 5 мм, то есть кирпичи нужно будет подрезать примерно на 10 мм. А в зоне контакта варочной плиты с шамотным кирпичом необходимо оставлять зазор в 10 мм. Такие кирпичи, подрезанные вкось, расположены спереди и справа (обозначены оранжевым цветом).

Если плита снабжена снизу рёбрами жёсткости, для них в кирпиче необходимо дополнительно вырезать пазы – чтобы опирание плиты на кирпич осуществлялось по всему краю. Устанавливают её сразу после укладки ряда – на пропитанный глиняным раствором асбестовый шнур. Зазоры между плитой и кирпичами заполняются песком.

Рядом №11 начинаются стенки варочной камеры. Здесь же устанавливается дверца для неё, рамку которой нужно обмотать асбестовым шнуром. Для фиксации снова можно применить проволоку.

Схема одиннадцатого ряда

Ряды 12, 13 и 14 в комментариях не нуждаются – просто выкладываем согласно .

После выкладки кирпичей 15-го ряда варочная камера перекрывается стальным листом толщиной в 3 мм и размером 600х550 мм с вырезом под вытяжной канал. Сверху лист упрочняется 4 отрезками уголка и стальной полосой. Стальное перекрытие исключает попадание в пищу различного мелкого мусора, который мог бы сыпаться в неё из кирпичной кладки.

Установка варочной поверхности

В кирпичах 16-го ряда, обрамляющих вытяжной и передний вертикальный каналы, делаются вырезы под задвижки с учётом 5-миллиметрового температурного зазора.

Схема 16-го ряда

Когда ряд будет выложен, задвижки устанавливаются на место.

Установка задвижек

После 17-го ряда начинается формирование верхнего колпака (18-й ряд). Здесь тоже необходимо оставить без раствора слегка выдвинутые половинки, удалив которые, можно будет очистить основание колпака от упавшего в процессе кладки раствора и разного мусора. После очистки извлечённые кирпичи обмазываются раствором и окончательно устанавливаются на своё место.

Восемнадцатый ряд порядовки – начало формирования колпака

Ряды с 19-го по 27-й выкладываются согласно порядовке.

В 28-м ряду устанавливается основная задвижка дымохода. Под неё в кирпичах следует сделать вырезы глубиной 10 мм (обозначены сиреневым цветом) и такой ширины, чтобы вокруг корпуса задвижки оставался температурный зазор в 5 мм.

Схема 28-го ряда

Задвижку нужно установить сразу после выкладки ряда, причём укладывается она на раствор.

Установка дымоходной задвижки

Рядами № 29 и 30 печь перекрывается, а рядом №31 начинается насадная труба с дымоотводящим каналом в кирпич (270х140 мм).

Формирование насадной трубы

Готовую печь необходимо хорошенько просушить. Для этого её выдерживают некоторое время с полностью открытыми дверцами и задвижками. Дело пойдёт быстрее, если в топке подвесить электролампочку мощностью в 200–400 Вт. Она обеспечит не только тепло, но и устойчивый конвективный поток, который за короткое время удалит всю влагу.

Первую топку следует производить с небольшой порцией топлива – огонь сначала должен закалить стенки топки.

Не следует браться за отделку печи до того, как она полностью отработает первый сезон – декоративное покрытие может быть повреждено во время усадочных процессов.

Эксплуатация в различных режимах

В летнем режиме печь Кузнецова из отопительно-варочной превращается просто в варочную. Для этого достаточно открыть специальную задвижку (её так и называют – задвижка летнего хода), после чего дымовые газы будут поступать в дымоход напрямую, минуя колпаки. Нагреву, соответственно, будет подвергаться только варочная плита.

Температуру внутри варочной камеры можно регулировать задвижкой, установленной на отходящем от неё вытяжном канале. Закрыв задвижку и дверцу камеры, её легко можно превратить в духовку. Для удобства пользования в стенках можно зафиксировать полочки для противня.

Если нужно быстро прогреть помещение или обсушиться, дверцу варочной камеры открывают. При этом температура на конфорках остаётся достаточно высокой для приготовления пищи.

Видео: строительство двухколпаковой печи своими руками- часть 1

Видео: часть 2

Печь Кузнецова обладает высочайшими техническими характеристиками, но при этом она вполне доступна для мастера в классе новичка. А вот опытным печникам следует быть осторожными – зачастую они переоценивают свои знания и делают кое-что по-своему, пренебрегая рекомендациями изобретателя. Такие отклонения не допускаются – как было сказано, печь Кузнецова с высокой точностью рассчитывается и столь же точно должна быть построена. Следуйте изложенным в статье инструкциям, и вы будете застрахованы от ошибок.

На чудаках, как известно, держится весь прогресс. Кто знает, как бы мы жили сегодня, если бы не чудак Леонардо, если бы Тесла не был бы таким настойчивым в своих чудачествах. Примеров есть масса, но сегодня нас интересуют разработки одного человека, который посвятил жизнь печам, их глубокому изучению и разработке новых, принципиально ни на что не похожих конструкций. И.В. Кузнецов начал свою деятельность еще с 1962 года, идо сих пор его разработки не теряют актуальности.

Печь Кузнецова и ее особенности

Кузнецов стремился к одному – добиться максимальной производительности, эффективности и экономичности в работе своей печи. Каждое устройство, которое было им внедрено, отличалось улучшенными возможностями – теплосбережением, продуктивностью, оборудованием и конструктивными особенностями. Причем в изготовлении таких печей нет ничего сверхъестественного. Все гениальное – просто, поэтому вполне возможно соорудить печь Кузнецова чертежи, устройство и основные правила должны быть изучены досконально.

Все печи Кузнецова отличаются повышенным КПД. Этого удалось добиться благодаря абсолютно новой и уникальной разработке. В печи очень точно продумано движения газов, горячий воздух не расходуется понапрасну и не греет улицу, а холодный через специальную систему уходит в дымоход. Такие печи принято называть колпаковыми из-за особенностей конструкции, которые мы вкратце рассмотрим.

Колпаковая печь Кузнецова

Колпаковыми из называют оттого, что внутри печи, согласно проекту, сооружается своего рода колпак, который объединяет очаг непосредственно и нижнюю часть печи. Колпак служит разделителем газов, и сортирует их на горячие и холодные, что позволяет выводить холодные газы, а горячие оставлять в печи как можно дольше. Горячие газы попросту поднимаются под колпак и остаются там долгое время, не вылетая в трубу, как в обычной русской печи, а наоборот аккумулируя тепло.

Естественно, в печи за счет этого поднимается температура горения, как следствие, вырастает КПД до 80-90%. Кроме этого, система свободного движения газов помогает сделать нагрев печи гораздо равномернее, а образование сажи не такое интенсивное. Как результат применения всех этих конструктивных тонкостей выплывают такие преимущества кузнецовок:

• огромный КПД;
• экономичность;
• высокая стойкость печи к образованию трещин;
• свободное отношение к форме и дизайну печи;
• очень равномерный прогрев;
• минимальное дымление;
• нетребовательность конструкции к обслуживанию.

Виды печей Кузнецова

Огромная ценность получила конструкция благодаря удивительной универсальности. Печь Кузнецова чертежи которой представлены более чем в 150 вариантах, может быть использована в любом помещении максимально эффективно. Каждый из чертежей учитывает особенности помещения конкретного предназначения, именно поэтому печь и работает с таким высоким КПД для определенного вида зданий.

Все печи Кузнецова перечислять нет смысла, вот только некоторые варианты, которые наиболее востребованы:

• хлебные печи, для приготовления пищи, совмещенные с варочными поверхностями;
• банные печи;
• каминные печи;
• отопительные печи.

Это не полный список специализированных печей Кузнецова. Есть возможность создавать комбинированные виды, что очень удобно, если применять их в быту на небольших площадях.

Порядовки печей Кузнецова

Возведение печи Кузнецова не предполагает наличия специальных знаний и умений. Если руки заточены под самый простой инструмент, достаточно соблюдать порядовку и несколько простых правил, чтобы успешно соорудить конструкцию. Порядовка – это просто система чертежей и инструкций, описывающие процесс выкладки печи шаг за шагом, вплоть до каждого ряда кирпича в отдельности. К чему такая точность? Дело в ом, что Кузнецовым потрачены десятки лет на то, чтобы конструкция работала идеально, и если упустить любую мелочь, печь работать правильно не будет. Вот образец порядовки:

Печи Кузнецова для бани

Существует довольно много кузнецовок и для бани. Одних только обычных банных печей есть целых 17 видов. Все они могут быть разными по размерам, по расположению топки, местом для камней, наличием камина, варочной поверхности, и под каждый из видов существует своя порядовка. Даже из готовых печей можно выбрать без труда самую подходящую именно под конкретную планировку бани, практически не внося никаких изменений. Вот только несколько примеров:

Применение печей Кузнецова в бане дает целую серию преимуществ:

Никакой фантастики. Просто тщательно изучив порядовку можно своими руками выложить прекрасную печь как для бани, так и для отопления или печь-барбекю.

Печи Кузнецова пользуются большой популярностью как в России, так и в мире. Кузнецов ещё с 60-х годов работал над созданием совершенной печки, за долгие годы работы у него появилось много единомышленников. Команда мастеров сделала много разработок и наполнила рынок печей своей продукцией.

Много лет различные изобретатели стараются сделать печи с максимальным КПД , так как их главная задача – это эффективная работа с минимальными затратами. Наверняка есть много людей, которые хотят сделать печь для бани самостоятельно, и это возможно. На сегодняшний день тема актуальна как никогда, поскольку цены на отопление стали очень высокими. Колпаковые печи хорошо и быстро могут обогреть дом, а также у них интересный внешний вид.

Конек Кузнецова представляет собой конструкцию передвижения газов . Она создана, чтобы тепло могло подольше находиться в середине колпака, и чтобы холодные потоки воздуха улетучивались через специальное углубление.

Благодаря потокам горячего воздуха надолго сохраняется тепло в помещении , а холодный воздух не охлаждает кирпич, выходя через трубу. очень высокая, и КПД печи Кузнецова будет составлять 95% , среди это очень хороший показатель, так как всем известная русская печь для бани имеет коэффициент полезного действия всего в 40%.

Достоинства

Колпаковая печь имеет простое устройство и состоит из нижнего уровня и топливника, которые объединены между собой в колпак, главная составляющая такой печи для бани – это порядовка :

• она равномерно прогревается и также отдает тепло ;
• чистить её нужно очень редко, поскольку сажи и дыма нет;
• тепло практически не улетучивается, так как у печи большой КПД ;
• дизайн современный и оригинальный.

Читайте также: Особенности использования газовых печей в бане и сауне

Чтобы самостоятельно сделать печь для бани , стоит точно придерживаться технологии изготовления, делать всё чётко по чертежу, а также использовать качественный материал.

Виды

Мастер придумал большое разнообразие печей, которые отличаются не только внешним видом, но и предназначением :

• отопительные;
• для приготовления еды;
• для бани;
• уличные, типа барбекю;
• печи с лежаком.

Когда вы определитесь с вариантом печи для бани, которую хотите сделать у себя дома, то, в первую очередь, нужно будет сделать чертежи для порядовки. Порядовка – это способ кладки кирпича, причём каждый ряд ложится по-разному. Сбор порядовки напоминает конструктор, если приложить усилия и потратить немного времени, то с этим справится каждый .

Банная печь

Банная печь может отапливать одновременно три помещения. Это парилка, мойка и комната отдыха. Также печь для бани выполняет функцию вентилирования, и может создать пар разный параметров . Она может регулировать влажность и температуру, с её использованием пространство быстро нагревается и автономно поддерживает необходимую температуру. Правильно сделанная порядовка обеспечит безупречный результат.

Кроме того, она может генерировать электричество . А если сделать печь с камином, то можно будет и еду готовить на углях. Люди, которые используют банную печь, подтвердили, что она может сделать как влажный, так и паровой режим в сауне. Сделать такую печь Кузнецова можно без затруднений, следуя чертежу .

Материалы, которые понадобятся

Поскольку печь Кузнецова имеет намного меньшие размеры чем стандартные отопительные агрегаты, то материала на её конструкцию потребуется гораздо меньше:

• огнеупорная глина;
• песок очищенный;
• металлическая проволока;
• железный угол;
• задвижка и поддувало;
• колосниковая решетка;
• плита очага.

Чтобы очистить песок , его необходимо просеять мелким ситом. Рекомендуется использовать горный песок, так как в его составе мусора практически нет. Чтобы не перетруждаться и сэкономить время, можно воспользоваться готовой смесью глины и песка, которую легко найти в строительных магазинах .

Огнеупорный кирпич должен быть марки ШБ-8 или ШБ-5 , а облицовочный для кладки – не ниже марки М150 . Чтобы узнать, сколько кирпича понадобится, нужно воспользоваться чертежами.

Читайте также: Печи-каменки для бани. Порядовка

Делаем фундамент

Хорошо, когда печка делается во время строительства дома, тогда фундамент для неё можно сделать сразу . Стоит учитывать, что фундамент должен быть на 10 сантиметров больше чем печь по всему периметру. Фундамент нужно делать крепким, так как конструкция имеет большой вес .

На что обратить внимание:

• Фундамент дома не должен быть единым с печным фундаментом.
• Если печка должна стоять около стены, то у фундамента должно быть расстояние минимум 5 см. от основного, при этом расстояние стоит заполнить песком.
• Качественная гидроизоляция фундаменту не помешает. Чтобы её сделать, нижний слой в котловане засыпают песком, а высохший фундамент застилают рубероидом.
• При возможности необходимо сделать армирование, для этого используют металлический каркас.

Фундамент делается на одном уровне с основным, при необходимости можно доложить кирпич.

Как сделать кладку кирпича и топку

Топку необходимо делать из огнеупорного кирпича, а внешние стенки печи – из облицовочного. Тогда во время нагрева и охлаждения они будут вести себя по-разному. Топка должна быть плавающей, для этого вокруг неё стоит сделать сухой шов. Если этого не сделать, кирпичи во время эксплуатации могут разломаться . При работе стоит обращать внимание на порядовку, ведь, если неправильно связать кирпичи, необходимого результата не получится .

Чтобы сделать сухой шов, между внутренним и внешним кирпичами удаляют кладочный раствор, а образовавшуюся полость заполняют минеральным картоном. Обязательно следите, чтобы выступы огнеупорного кирпича не попадали в углубления керамического, это сделает топку полностью независимой конструкцией. Шамотный кирпич кладут на ребро , а керамический – как нравится.

Усиливаем конструкцию проволокой

Каждый третий ряд стоит укладывать с металлической проволокой, это маленькая, но необходимая деталь, которая сделает конструкцию надёжной. Железные составляющие необходимо вставлять в кладку с зазором в 0,5 см , а образовавшуюся пустоту заполнять огнеупорной ватой.

Сложить хорошую кирпичную печь — это и тяжелый труд, и умение и искусство. И искусство это, и традиции, и принципы передавались из поколения в поколение. И.В. Кузнецов не только следует традициям, но развивает их и ищет новые пути решения старой задачи, которая сегодня очень актуальна: как при использовании минимума топлива получить максимальную производительность печи.

Принцип действия

Кузнецов предложил новый принцип построения кирпичных печей. Во всех придуманных/сконструированных ранее моделях горячие газы движутся по каналам. Проходя по ним, они нагревают кирпич, сами охлаждаются. Движение возможно только при наличии тяги. При таком принудительном принципе действия прогрев корпуса неравномерный, а приводит это к образованию трещин. Большое количество кирпичей занимает практически все пространство, и теплообменник при необходимости поставить некуда. Только поместить его в топку, где он будет контактировать с пламенем, из-за чего срок службы его очень ограничен. К тому же расположенный в зоне горения теплообменник отнимает значительную часть тепловой энергии, ухудшая условия горения топлива, что снижает КПД печи и повышает количество сажи.

Кузнецов использует другой, принцип движения газов в печи — свободный. Печь состоит из колпаков — перевернутых вверх дном сосудов (с отверстием вверху или без — по-разному в разных моделях). Колпаки могут располагаться друг над другом или один за другим, но обязательно сообщаются между собой при помощи сухого шва — пространства в 2-3 см, незаполненного раствором или теплоизолятором, через который и переходят газы из одного колпака в другой.

Первый колпак и топка объединены в единое пространство. При таком устройстве происходит вот что. Самые горячие газы поднимаются верх. На некоторое время они вверху и остаются, где передают часть тепловой энергии стенам, сами остывают. По мере остывания они опускаются вниз, а на их место поднимаются более горячие. При таком построении движение воздушных масс происходит только за счет естественных физических процессов.

Наглядно продемонстрировать процесс можно, если в перевернутый вверх дном стакан запустить струю дыма. Она поднимается вверх, достигает верха, затем остывшая часть дыма вдоль стенок опускается вниз. Приметно те же процессы, только гораздо более сложные, проходя и в печи.

На рисунке красными стрелками показана схема движения горячего воздуха в колпаковых печах. Синими стрелками показано движение холодного воздуха, попавшего в печь. Очевидно, что вверх он подниматься не будет, потому как весит больше, а пройдет понизу и почти не повлияет на общую температуру в колпаке, что продемонстрировано на рисунке справа.

Но одного колпака для эффективного отбора тепла недостаточно, потому большинство печей имеют два или три свода в зависимости от мощности. В них происходят практически те же процессы, что и в первом: более горячие газы находятся вверху, нагревая кладку, холодные проходят понизу и выходят в дымоход. В верхней зоне второго свода и размещается теплообменник или любое другое необходимое для каких-либо целей устройство. Никакого открытого огня, только горячие газы и очень эффективный теплосъем: постоянно протекают воздушные потоки высокой температуры. Причем никакого влияния на процессы горения нагрев теплоносителя, камней или воды в баке не оказывает: от топки они отделены кирпичной стенкой.

Конструкция печей разной конфигурации и назначения разная, но «потребляют» они немного топлива и долго остаются горячими. Об этом говорят отзывы владельцев. Например, в доме из бруса сложена такая печь. При -25 о С топят утром и вечером по 5 полешек (всего в сутки получается порядка 18 кг дров). В домике +25 о С и утром не холодно. При температуре «за бортом» до -10 о С топят один раз. Так что насчет эффективности вопросов нет. Если и есть вопросы, то по поводы выбора исполнителя. Ведь параметры ее работы зависят от того, насколько правильно и грамотно сложена печь. И быстро ее не сделаешь: средних размеров и без наворотов — это 2-3 недели работы. Вообще с отзывами о печах Кузнецова все просто: люди довольны. Удовольствие, конечно недешевое, но однозначно оно того стоит. Это утверждают все владельцы таких печей. Никаких сложностей в эксплуатации, экономичны и не капризны, очень долго отдают тепло, а греются быстро.

Достоинства купольных печей

Этот принцип использован во множестве печей различного назначения. Колпаков может быть несколько, они могут иметь симметричное или несимметричное строение, располагаться рядом (горизонтально) или один над другим (часто используют этот вариант для экономии места). Такая особенность дает возможность проектировать печи любого вида и конфигурации, под любые помещения и условия. При этом характеристики остаются высокими: КПД выше 80% для купольных печей Кузнецова почти норма.

Во второй колпак можно устанавливать любые устройства: варочную поверхность, теплообменник, каменку, водогрейный бак, хлебную печь и т.д. Модификаций много и все объединяет одно: высокая эффективность, экономичность, равномерное прогревание. Причем при вертикальном расположении колпаков низ греется более интенсивно, чем верх. Так что в помещении с такой печью находится комфортно.

Нужно отметить, что кирпича для строительства такой печи требуется намного меньше: больше пустого места внутри. Потому и печь прогревается быстрее. Но, что характерно, она не остывает быстрее. Происходит все с точностью до «наоборот»: купольные печи Кузнецова дают гораздо меньшие суточные колебания температуры, чем более массивные аналоги с большим количеством каналов. А все потому, что в колпаках остается самая горячая часть газов, а вниз оседает и отводится из печи самая холодная. Остывает печь, таким образом, медленнее.

Из-за того, что отсутствуют или почти отсутствуют узкие каналы, колпаковая печь имеет меньшее сопротивление воздушному потоку, так что дымоходы имеют меньшую длину. Потому и строить ее проще, и фундамент нужен не такой массивный, хотя нужен обязательно.

После растопки и выхода на рабочий режим регулировать работу печи со свободным движением газов не нужно. Процесс получается саморегулирующийся. Если топливо разгорается очень сильно, количество горячих газов верху увеличивается и выжимает более холодные во второй колпак. А более холодные — это в том числе и поступающий из поддувала воздух. При недостатке воздуха пламя притухает, горячих газов становится меньше, они поднимаются выше вверх и снизу поступает большее количество воздуха. Горение снова активизируется. Потому задвижки в двухколпаковых печах Кузнецова хоть и есть, но используются они крайне редко, преимущественно для нестандартных режимов.

Автоматическая регуляция процесса горения приводит к практически полному сгоранию любого топлива. То есть такая печь всеядна и не особо требовательна к кондициям топлива. При использовании влажного топлива она дольше выходит на нормальный режим, но затем процесс стабилизируется и образовавшаяся сажа выгорает. Это, кстати, еще один плюс купольных печей: чистить их нужно очень редко, так как и золы остается мало, и сажа сгорает.

Виды печей Кузнецова

Как говорилось выше, колпаки можно располагать по-разному, потому и вариантов очень много. Возможность установки во втором куполе любого устройства теплообмена без ущерба процессу горения также способствует наличию множества разных тепловых агрегатов. При этом проектироваться по такому принципу могут устройства с любым типом горения: верхним, нижним, пиролизным, послойным и т.д. Все они имеют некоторую специфику, но могут быть реализованы. На сайте Кузнецова выложены проекты разного назначения с порядовкой. Их можно скачивать для личного пользования свободно, а вот републикация их не приветствуется.

Есть печи Кузнецова для двухэтажных домов, и обогревают они оба уровня. Причем есть такие агрегаты и с лежанками. Обогрев может быть конвекционного типа (только от стенок печки) или внутрь может быть вставлен водогрейный теплообменник. Тогда такой агрегат называют котлом и обозначают КИК. В свободном доступе на официальном сайте Кузнецова выложены четыре готовых водогрейных кирпичных котла мощностью 16 кВТ, 17 кВт, 34 кВт, 64 кВт. В них может быть встроен бак для нагрева воды для бытовых нужд. Котел нужно обвязать металлическими уголками, при необходимости можно утеплить, сверху уложить армирующую сетку и оштукатурить.

Вариантов конвекционных печей гораздо больше. В разделе отопительно-варочных печей без использования шамотного кирпича ОВИК насчитывается 25 разных проектов. Есть три варианта отопительно-варочной печи с камином. Располагаться камин может сбоку (справа или слева). Такие варианты маркируются ОВИК БК (боковой камин), есть вариант с лежанкой и камином ОВИК БК 13л. При камине расположенном сзади маркировка ОВИК ЗК (задний камин).

Чисто отопительные тепловые агрегаты маркируются ИОК. Порядовки, в которых есть лежанка, в названии имеют буквы «леж» или «Л», при наличии духовки добавляется буква «Д». В отопительных печах также есть варианты с каминами. Маркируются они ОИК К. Есть печи калориферные ПКИК1Х. Отдельно категорией выделены печи для теплиц и хлебные.

Отопительная печь Кузнецова ОИК. Впечатляет

Русские печи Кузнецова маркируются РТИК, всего выложены порядовки 10 моделей, две из которых с лежанками. Они имеют привычную конфигурацию варочной камеры, устье которой должно иметь герметичную заслонку. При не герметичности камеры нормально печь работать не будет.

В разделе печей для бани Кузнецов предлагает сразу вариант планировки помещений с указанием габаритов и показано как можно «вписать» туда подходящие модели. Ведь помещения бань, как правило, небольшие и если металлическую печь разместить в ней можно легко, то габаритную кирпичную уже проблематично. И учитывать при этом нужно многие факторы: откуда топиться будет, где выход пара и самая горячая часть печи. А тут предложены готовые варианты. Очень удобно и стоит сказать автору большое спасибо! Сами печи вынесены в отдельную категорию и маркируются БИК.

В этом видео предлагается проект печи, сконструированной по предложенному Кузнецовым принципу построения печей. В первой половине рассказывается о движении газов и о том, как это работает, о принципах управления работой конкретной модели. Во втором комментируется процесс кладки. Очень полезное и познавательное видео.

Для кладки корпуса и дымохода использовать рекомендовано обычный глиняный полнотелый кирпич. Марка М150 и выше, размер 250*120*65 мм. Рассчитать количество кирпича для печей Кузнецова несложно: нужно количество рядов выбранной вами модели умножить на 0,8. Этого количества хватит на кладку корпуса (с учетом боя и отбраковки). Для дымохода считать нужно отдельно. Схема расчета чуть другая: вы знаете сколько кирпичей на один ряд, умножаете на количество рядов (у каждого разное в зависимости от габаритов печи и высоты здания), добавляете 10% на бой и получаете искомое число.

Для шамотного ядра (если есть) рекомендован Ш-5 (230*114*40 мм) или ШБ-8 (250*123*65 мм). Его количество считается по схеме поштучно. Ядро в печах Кузнецова несвязное с корпусом, то есть, между ними нет общих точек соприкосновения. Между двумя параллельными стенками, корпуса и шамотного ядра, должна оставаться щель в 5-6 мм. Чтобы ее проще было выдержать, можно готовое ядро (обычно его кладут вначале) обернуть обычным упаковочным картоном соответствующей толщины. Вместо этого для лучшей теплоизоляции топки можно проложить теплоизолятор, базальтовый картон, например.

По высоте ряды кладки из керамического кирпича не совпадают с высотой рядов шамота. Их не нужно подгонять один под другой. Важно выдерживать вертикальность и горизонтальность, отслеживать угла, а также рекомендованную ширину шва. И тогда все будет так, как нужно. В реалии габариты керамических кирпичей отличаются от стандарта 250*120*65 мм. Если отклонения некритичные, откорректировать их можно швом. Потому и при расчетах печей и их высоты берут высоту кирпича со швом. Она должна быть 70 мм. Но делать шов более 7 мм нельзя, так что ищите кирпич подходящего качества и размера.

Сверху, в местах, где заканчивается кладка шамота, есть компенсационные зазоры, которые учитывают разные коэффициенты расширения материалов. Их соблюдать обязательно: расширение у шамотного кирпича больше, чем у керамического и если такого зазора не будет, ядро через некоторое время разобьет находящуюся сверху кладку из-за того, что расширяется сильнее.

Величину зазора нужно высчитывать по отметкам на порядовке. На чертежах нанесена метка высоты последнего ряда шамота. Высоту стенки из керамического кирпича считаете сами: кол-во рядов умножаете на высоту ряда со швом (70мм) и получаете искомую величину. Она должна быть больше высоты шамота на 10-15 мм. Вот этот зазор и является компенсационным и он должен присутствовать. Образовавшуюся пустоту закладывают каменной базальтовой ватой (не стекловатой, а той, которая имеет температуру использования выше 1200 о С).

Если внутри есть столбики и внутренние стенки (толщина обычно в четверть), кирпич в них можно класть плашмя или на ребро. Разницы нет, делайте как удобнее. Есть места в чертежах, где в одном ряду находится кирпич, поставленный плашмя и на ребро. В этом случае его нужно погонять под размер (пилить).

В местах установки печного литья также есть нюансы. На чертежах над дверцей топки из-за особенностей программы изображен керамический кирпич, но ставить там нужно шамот на ребро. При перепаде высот, пустоты заполняются вырезанными пластинами из шамота. Между металлическими частями и кладкой остается зазор в 5 мм — снова-таки из-за разных температурных расширений. В этот зазор укладывают подходящий теплоизолятор (с температурой эксплуатации от 1200 о С).

Теперь о растворе: для кладки корпуса (из керамического кирпича) используют глиняный или глиняно-песчаный раствор. Для кладки огнеупорного шамота используют покупные составы (огнеупорные мастики). Кузнецов перед кладкой мочить кирпич не рекомендует. Если и нужно это делать то только со вторичным сырьем. Сразу после завершения печь нужно просушить, даже в том случае, если сразу вводить ее в эксплуатацию не будете. Если этого не сделать, в последствии при нескольких первых топках будет присутствовать запах угара.

Итоги

Тонкостей и нюансов в строительстве кирпичных печей очень много и дело это совсем непростое. Тем не менее, сделать печь Кузнецова своими руками возможно: порядовки и схемы предоставляются автором в свободное пользование. С соответствующими пояснениями и при наличии желания сделать можно все.

И. В. Кузнецов посвятил проектированию печных конструкций всю жизнь. Начиная с 1962 года он создавал наиболее эффективные и экономные печи, которые даже спустя более чем полвека являются весьма востребованными.

Сегодня на счету изобретателя более 150 вариантов печей, многие из которых имеют очень высокие показатели эффективности – более 90%. И. В. Кузнецов продолжает свою деятельность, работая с командой профессионалов и имея собственный сайт.

Особенности конструкции

Все печи Кузнецова используют один принцип работы, предполагающий разделение продуктов сгорания. Газ, образующийся в результате горения топлива, делится на два потока: горячий и холодный. Уникальная конструкция колпакового типа работает таким образом, чтобы задерживать горячий воздух в конструкции, выводя холодный в дымоход посредством специально предназначенного канала.

При работе печи более высокая температура образуется в колпаке, и благодаря конструктивным особенностям происходит равномерное теплораспределение, а КПД возрастает до 85-95%.

Важно! Обычная «буржуйка» может похвастаться КПД не более 35-40%. Столь низкие показатели можно объяснить так: теплый воздух, не встречая на своем пути никаких препятствий, выходит в трубу вертикально вверх, абсолютно не задерживаясь в системе. В агрегатах, спроектированных Кузнецовым, горячий воздух как можно дольше остается внутри печи, способствуя эффективному ее прогреванию.

В некоторых вариантах печных конструкций производится удлинение дымохода, как попытка решить проблему быстрого выведения горячих газов. Но в этом случае возможно значительное снижение тяги, вследствие чего КПД может уменьшиться еще более. Поэтому первоочередной задачей, которую преследовал Кузнецов, являлось увеличение теплоотдачи без нарушения тяги.

Особенности печных конструкций

Как говорилось выше, печь Кузнецова может иметь различные модификации. В зависимости от функционала, такие конструкции могут быть:

• Отопительные , которые используются только для отопления помещения.
• Варочные – предназначены для приготовления пищи.
• Камины – несущие больше декоративную функцию, однако обладающие неизменно высоким КПД, свойственным всем конструкциям, изобретенным И. В. Кузнецовым.
• Уличные . Это могут быть как простые барбекю, так и целые комплексы.
• Хлебные . Нередко такие конструкции успешно совмещаются с варочными.

Естественно, наиболее популярной моделью печи является . Чаще всего расположение топливника в таких конструкциях находится у самого пола. Таким образом обеспечивается нижний прогрев, когда горячий воздух постепенно поднимается на более высокие уровни и нагревает при этом всю печную конструкцию.

Сепарация горячего газа осуществляется благодаря специальному колпаку, который имеет нижнее выходное отверстие. Таким образом, горячий воздух поднимается вверх, прогревая печь, а холодный оседает на колпаке и выводится через данное отверстие. Эта циркуляция происходит непрерывно, до тех пор, пока не прогорят дрова в топливнике.

Важно! Такой нижний прогрев способствует нагреванию полов, причем не только рядом с конструкцией печи, а практически во всей комнате. Таким образом, нагрев комнаты происходит эффективнее, а общая теплоотдача улучшается.

Некоторые специалисты утверждают, что метод Кузнецова является малоэффективным ввиду ухудшения тяги при разделении воздуха. Но на практике это не так, ведь основой эффективности таких печных конструкций является задерживание теплого воздуха без нарушения процесса тяги.

Совет! Возможно использование печи Кузнецова не только для приготовления пищи и обогрева помещения, но и для получения горячего водоснабжения. Для этого на обратной стороне колпака размещается теплообменник, изготовленный из чугуна или стали.

Результативность колпакового метода

Рассмотрим более подробно, почему же колпаковая печь имеет столь высокую эффективность:

• Колпак располагается сразу за топкой, потому горячий газ попадает в колпак моментально, сохраняя свою высокую температуру.

• Поскольку в колпак поступают все продукты сгорания, то время их переработки увеличивается, а дымоход защищается от налета сажи. По этой причине печь Кузнецова не требует частой чистки, что является еще одним ее преимуществом.
• Расположение теплообменника вне топки не способствует забору тепла, а потому не снижает КПД.

Совет! Увеличение количества колпаков в одной печи приводит к пропорциональному увеличению КПД, поскольку в этом случае горячий воздух встречает на своем пути больше препятствий, а соответственно и дольше присутствует в печной конструкции.

Процесс возведения печи

Кладка такой печи предполагает обязательное наличие ее схемы. Порядовка своими руками показывает поэтапно весь процесс возведения данной конструкции. Для работы понадобится 755 штук полнотелого красного кирпича и 65 штук шамотного. Также необходимо 150 кг песка и 135 кг огнеупорной глины средней фракции для приготовления раствора.

Совет! Непосредственно перед кладкой необходимо вручную проверить все кирпичи на наличие дефектов. Если на поверхности материала обнаружены сколы, полые трещины и т. д., то он должен быть выбракован.

Фундамент

Любая кирпичная печь нуждается в надежном основании. Фундамент может быть двух видов:

1. Связанный с домом. Это лучший вариант, однако его следует предусматривать только в случае одновременного строительства дома и печки.

Совет! Если печь строится через какое-то время после возведения дома, то не следует пытаться связать ее фундамент с фундаментом дома.

1. Отдельный фундамент для печки.

Фундамент обязательно должен быть защищен от грунтовых вод, для чего используется рубероид или битумная изоляция.

Процесс возведения печи

Имея чертежи печи, можно приступать к возведению конструкции. Осуществляется данный процесс в соответствии с порядовкой:

1. Для осуществления оптимальной конвекции конструктор печи рекомендует сделать нижнюю ее часть потолще. Однако двух рядов кирпича вполне достаточно. Поэтому два ряда выкладываются сплошными, после каждого из них проводится тщательный замер углов.

Совет! Для большей прочности следует фиксировать каждый четный ряд посредством стальной проволоки.

1. С третьего ряда начинается выкладка поддувала и зольника.
2. Далее в соответствии с порядовкой выстраиваются внутренние перегородки и стенка, изготовленная из шамотного кирпича, располагаемая между печкой и поддувалом .
3. Выкладывая пятый ряд, монтируем колосниковую решетку из чугуна. Между колосником и стенкой следует оставить небольшой деформационный зазор (около 5 мм). Сама же решетка монтируется под незначительным углом по отношению к дверце.

Совет! Толщина колосника должна выбираться, исходя из того, какого размера поленья планируются к загрузке в камеру.

Дверца топливной камеры также устанавливается в пятом ряду. Ее обязательно следует облицевать шамотным огнеупорным кирпичом (кладка производится на ребро ). Данный процесс называется футеровкой и предназначен для защиты стенок печи от повышенных температур.

1. 16-й ряд выкладывается таким образом, чтобы полностью закрыть камеру, установив колпак.
2. С 17-го ряда начинается выкладка второй камеры поверх первой.

1. Далее выкладка продолжается относительно порядовки. На 26-м ряду необходимо полностью закрыть верхнюю часть печи кирпичом.

Важно! Проверка работоспособности печи должна производиться не ранее, чем через сутки после строительства. Пробный запуск осуществляется с минимумом топлива. Конструкцию следует прогреть медленно.

Заключение

Печь Кузнецова обладает очень высоким КПД и может применяться для различных нужд. Но самой популярной конструкцией остается отопительно-варочная. Имея план порядовки, возвести ее можно самостоятельно, в чем домашним мастерам пригодится вышеописанная инструкция.

Главная » Канализация » Возведение отопительной колпаковой печи кузнецова своими руками. Печи Кузнецова: работа и особенности конструкции Порядовка печи кузнецова чертежи с размерами

Фильмы учебные

 

Если Вы готовы сложить свою первую печь!

 

Второй фильм:

«Колпаковые печи в подробностях»

Детали заказа фильма здесь:

жмём картинку и заказываем

а также базовый фильм о первоначальных навыках

по кладке печей

 

«Печи Кузнецова своими руками»

Подробности заказа фильма здесь:

(жмём картинку и заказываем)

Жизнь на земле требует от человека многих способностей и навыков.

Построить и отремонтировать дом, обустроить землю и завести огород, разбить сад — дел много и все они, хоть и взаимосвязаны, но весьма различны по многим показателям.

Сегодня хочу предложить вам обдумать ещё один навык, который может вам и хорошую службу сослужить, и улучшить жизнь, и денег сэкономить немало, а для кого-то, возможно, и стать доходным промыслом.

Свой дом без отопления — это ещё только помещение. Домом он становится после того, как мы оживим его огнём и теплом. Только печь способна сделать ваш дом по-настоящему уютным и удобным для полноценной жизни на земле. Печь — это сердце дома, его очаг, оживляющая часть.

Волею судеб я начал класть печи ещё в юности. Купив дом в деревне в далёком 1989 году, обустраивал его сам, сам же клал и свои печи. Узнав о печах Кузнецова, освоил и их и теперь кладу в основном эти удивительные устройства. Они поистине удивительны, так как передвинули печное дело на новый уровень.

Понимая, как не просто человеку взяться за собственную печь, долго собирал материалы, чтобы сделать наглядное руководство по кладке колпаковых печей своими руками. И вот учебный фильм  «Печи Кузнецова своими руками» увидел свет.

 

Фрагменты фильма

«Печи Кузнецова своими руками» смотрим здесь:

Уверен, что среди вас найдутся те, кто готов попробовать себя в новом деле. Фильм сделан так, чтобы у начинающего печника не осталось сомнений и вопросов о том, как приступить к новому делу и выйти из него победителем — сложить качественно и надёжно свою первую печь.

Кроме того, что вы получаете навык печника и обретаете уверенность в своих силах, вы ещё и получаете возможность, освоившись, стать со временем практикующим печником, то есть освоить доходное дело. А поскольку людей, стремящихся на землю становится всё больше, то и фронт работ для вас также будет постоянно расти — надо же нам когда-то возрождать свою обезлюдевшую и опустевшую Россию Матушку. Многие уже потянулись на землю, и будет их с каждым годом всё больше.

Фильм полнометражный — около двух часов подробных видео, фото, рисунков и объяснений. Это по сути пошаговая инструкция по кладке печей.

Ну и заказываем фильм здесь:

Учебные фильмы снимаю давно. Здесь представлены мои десятый  и одиннадцатый фильм.

 

Печь-камин Кузнецова: чертежи, фото, заказ – Печи – Каталог товаров

.

Несмотря на современное обилие различных отопительных приборов и систем, кирпичные печи не спешат «сдавать свои позиции». Многие владельцы строящихся загородных домов при планировании системы отопления предусматривают место для этой традиционной отопительной конструкции, которая в любом случае может и обогреть, и помочь с приготовлением пищи.

Более того, в этой сфере идет постоянное развитие, поиск интересных решений, разработка новых моделей с улучшенными эксплуатационными характеристиками.Яркий тому пример – так называемые колпаковые печи. А самыми популярными из колпаковых печей являются конструкции русского инженера И.В. Кузнецова. С далекого 1962 года он совершенствовал существующие конструкции и разрабатывал их новые версии. В результате появилось около 150 моделей, которые имеют разные габариты и предназначены для обогрева различных площадей.

Печи Кузнецова пользуются большой популярностью. Поэтому, чтобы удовлетворить запросы заинтересованных читателей, темой данной публикации будет колпаковая печь своими руками – Видео-инструкция + заказ.Будет представлен один из многофункциональных вариантов таких печей, имеющий вполне доступную для самостоятельного строительства конструкцию.

Колпак Кузнецова

Общие принципы работы колпаков

Печи разработки И.В. Кузнецова, отличаются высокой эффективностью своей работы. К тому же они имеют очень эстетичный вид, который способен дополнить и гармонично вписаться в интерьер, выполненный в любом стиле.

В просторечии конструкции этого инженера часто называют «колпаками» или «кузнецами». Их заслуженная популярность обусловлена ​​тем, что они выгодно отличаются от других печей своим КПД и повышенной теплоотдачей. Практически все печи Кузнецова имеют КПД, приближающийся к 80 ÷ 85%, в то время как для традиционной русской печи этот показатель не превышает 60%, несмотря на ее большую массу и внушительные линейные размеры.

Такая высокая производительность достигнута благодаря удачно расположенным внутренним каналам топки, по которым осуществляется движение нагретых газовых потоков.Практически все ранее использовавшиеся схемы печей имеют канальную систему отвода нагретых газов, которая, в принципе, представляет собой длинный лабиринт. Горячий воздух, проходя по такому лабиринту, отдает тепло кирпичу и быстро остывает. Без хорошо организованной тяги в таких конструкциях истечение продуктов сгорания из камеры сгорания замедляется или прекращается, поэтому дым часто начинает попадать в помещения (например, при сильном ветре на улице).

В конструкциях Кузнецова действуют принципы свободного движения газов, поэтому теплообмен в них осуществляется по-другому.Крышки-своды, которые оборудуют внутри топки, ступенчато отбирают тепло от горячих потоков. Охлажденные газы не сразу уходят в трубу, а медленно спускаются по раструбу и только оттуда устремляются в трубу дымохода, а новые потоки горячего воздуха занимают свое место в верхней части раструба. Это происходит до тех пор, пока в топке есть тепло.

Этот процесс можно проследить визуально, проведя эксперимент с горячим дымом, запущенным в перевернутый стакан – он сначала поднимается вверх, касается дна сосуда, нагревает его, а затем, распределяясь по стенкам, опускается в его нижнюю часть, таким образом покрывая все пространство стекла теплом.

Конечно, печи Кузнецова имеют более сложную конструкцию, но главное, что процессы движения газа происходят естественным образом. Благодаря этому удается добиться высокой теплоотдачи и серьезной экономии твердого топлива.

Отдельно нужно сказать о тяге, создаваемой в такой топке. Он образуется не только из-за дымохода, но и по той причине, что высокая температура газов, поднимающихся под куполом колокола, способствует созданию разрежения воздуха.В связи с такими явлениями тяга в колпаковых печах также образуется естественным образом, не требуя строительства высокого дымохода, без которого, например, не обойтись при строительстве и.

Печь цены

колпак

Следует отметить, что колпаковые печи по функциональности делятся на разные типы, как и традиционные канальные конструкции. Итак, они делятся на следующие «классы»:

• Отопление.Предназначен только для отопления помещений. Этот вариант, кстати, выбирают меньше всего, так как обычно владельцы частных домов отдают предпочтение многофункциональным конструкциям, поскольку они более практичны.
• с одно- или двухконфорочной варочной панелью. Такая конструкция подойдет как для нагрева, так и для нагрева воды, приготовления или разогрева пищи. Словом, она выручит хозяев дома в любой ситуации.
• , назначение которого понятно уже из названия.
• Многофункциональные конструкции, включающие не только плиту, но и духовку, сушильную камеру, резервуар или контур для горячей воды, а также подогреваемую кровать.

Причем, если выбрать печь с широким входом в топку и установить в ней застекленную дверцу, то печь можно использовать и как камин

Как видите, ассортимент колпаковых печей достаточно велик. Есть возможность выбрать вариант, идеальный как по функциональности, так и по габаритам, и по теплопроизводительности для конкретной площади дома.

Явные преимущества колпаковых печей

К достоинствам колпаковых печей можно отнести следующие моменты:

• При строительстве колокольных конструкций требуется гораздо меньше кирпича и, как следствие, раствора для их кладки.Да и саму кладку выполнить намного проще, так как не придется убирать длинные лабиринты каналов для перемещения газовых потоков.
• За счет меньшего количества используемого материала печь получается легче, что, в свою очередь, означает, что фундамент для нее может быть не таким массивным, как для канальных печей.
• Горение в этой конструкции более интенсивное, поэтому в продуктах сгорания практически не остается твердых частиц. Как положительный результат, налета на стенках дымохода будет намного меньше, а значит, можно будет реже его чистить.
• Как упоминалось выше, часть дымохода, которая поднимается над крышей, может быть меньше, чем у воздуховодов, где дымоход должен иметь высоту не менее пяти метров.
• Неприхотливость конструкции звонка в эксплуатации. Наличие узких каналов в канальных печах требует частой чистки, так как они быстро зарастают копотью. Их сужение значительно снижает тягу, что может привести к обратному потоку продуктов сгорания, которые начнут поступать в помещения.
• Эта конструкция обеспечивает достаточно места для установки водяных теплообменников. Нагретую воду можно использовать для хозяйственных нужд, а можно ввести в отопительный контур, который будет приносить тепло в другие помещения дома.
• Происходит быстрый нагрев конструкции, а значит, и отапливаемых помещений.
• Такие печи отличаются равномерным нагревом всех стенок и их высокой теплоотдачей.

Устройство и принцип работы колпаковой печи

Печи Кузнецова бывают одно- и двуколпаковые.Второй вариант более распространен, так как его эффективность значительно выше. Самая простая схема такой печи представлена ​​на схеме.

• Топка находится в передней части печи. На схеме показан выход из него нагретого воздуха – ровной красной стрелкой, направленной вверх.
• Далее нагретый воздух из топки поступает в нижний колпак, отделенный от топки прерывистой перегородкой. Попадая в нижний колокол, горячий воздух поднимается к его потолку. Затем, остывая, он постепенно опускается к своему дну, где внизу, в задней стенке колпачка, есть отверстие, ведущее в канал, соединяющий нижний колпачок с верхним.
• Проходя через соединительный канал, еще теплый воздух снова поднимается к потолку, но на этот раз в верхнюю вытяжку. Здесь горячие газы остывают и начинают спускаться к потолку, разделяя нижний и верхний колокола. Опускаясь и проходя по полу, в отверстие попадает горячий воздух, который направляет уже очень остывшие газы в дымоход.
• В верхней передней части топливной камеры установлен клапан «зима-лето». Она предназначена для направления горячего воздуха из топки прямо в дымоход – это необходимо летом, когда должна работать только варочная панель.Если этот, а также расположенные выше клапаны (перекрывающие дымоход) находятся в открытом состоянии, продукты сгорания, найдя легкий выход, через вытяжки не пойдут в трубу, а пойдут прямо в нее. Зимой нижний клапан закрывается, а верхний открывается наполовину, и горячий воздух, проходя через всю конструкцию топки, нагревает ее стенки и, уже остывший, отдав тепло, уходит в трубу.

Если вы планируете монтировать его в раструбную конструкцию, то лучше всего устанавливать его в верхней части нижнего раструба.Такое расположение никак не повлияет на режим горения топлива, а также на тепловое равновесие топки.

Расчет колпаковой печи

Чтобы печь оправдала возлагаемые на нее надежды, ее параметры должны соответствовать реальным показателям обогреваемого помещения (или нескольких помещений). Для правильного выбора конструкции печи первым делом необходимо определить объем помещения, которое планируется отапливать, а также рассчитать возможные теплопотери.Также учитываются размеры стенок печи, участвующих в прямом теплообмене, также с учетом ряда важных нюансов.

Эти расчеты довольно громоздки и требуют некоторого опыта и знаний для выполнения. Поэтому часто исходят из общих «констант»: для хорошо утепленного дома с обычной топкой можно исходить из показателя 0,5 кВт на квадратный метр площади помещения. Но на случай сильных морозов лучше заложить еще и запас эксплуатации – ориентироваться на значение 0.76 кВт / м².

Если опыта проведения подобных расчетов нет, то рекомендуется использовать готовые проекты, в которых разработчики уже указали мощность устройства и площадь, на которую рассчитана данная печь. Более того, сегодня предлагается большое количество моделей с разными линейными размерами и рассчитанных на обогрев любой разумной площади.

А для любознательных читателей, которые все же желают провести самостоятельный расчет необходимой печи, на нашем портале будет опубликована специальная статья с подробным описанием алгоритма проведения расчетов и необходимыми справочно-табличными данными.

Монтаж колпаковой печи

Подготовительные работы перед кладкой печи

В список подготовительных работ вы можете включить все те действия, которые будут перечислены и описаны в этом разделе.

Выбор модели и места для установки печи в доме

Перед тем, как выбрать конструкцию и размер печи, нужно определиться с местом ее установки в доме и примерной площадью, которую можно под нее выделить.

При этом необходимо учитывать расположение дымохода, так как он должен проходить через чердачный этаж между своими балками на расстоянии не менее 150 мм от них. Конечно, учитывается и расположение стропильных ног крыши – там требования такие же.

Цены на кирпич

Фундамент под установку печи

Далее для возведения топки потребуется подготовить прочный фундамент.Если печь строится вместе с домом, то нужно помнить, что фундамент постройки нужно отделить от основания печной конструкции. В противном случае из-за возможной усадки перекос одного фундамента может потянуть за собой конструкцию другого.

В случае, если решено построить печь в уже построенном доме с деревянным полом, часть дощатого покрытия придется демонтировать. Фундамент должен быть шире и длиннее основания печи на 50 ÷ 80 мм с каждой стороны.Если дом построен на плиточном бетонном фундаменте, а конструкция печи относительно небольшая, то ее можно установить на общем основании дома. Но обычно об этом оговаривают застройщики теплового объекта.

Для устройства фундамента необходимо будет выкопать котлован, глубина которого будет зависеть от расстояния от этажа до земли. Всего высота фундамента (с учетом всех слоев конструкции) должна составлять 500 ÷ 700 мм.Если пол поднимается высоко над землей, то на высоту этого расстояния необходимо соорудить опалубку, так как фундамент должен доходить до высоты чистого пола.

Надо будет закрепить гидроизоляционный материал на стенах опалубкой, так как его придется полностью залить бетонным раствором. Приведенная выше схема слоев полностью подходит для фундамента, за исключением верхнего слоя бетона в земле, который послужит для него естественной опалубкой.

Если фундамент почти полностью утоплен в землю, то после устройства гидроизоляции вдоль его стен на дно котлована насыпается песчаная подушка 150 мм, которую необходимо хорошо утрамбовать. Поверх песка кладут битые кирпичи, крупный щебень и камни – их тоже нужно по возможности утрамбовать. Этот слой должен быть 150 ÷ ​​200 мм.

Щебень цены

Поверх камня насыпают щебень средней фракции.После этого вокруг котлована поднимается опалубка для заливки в нее слоя бетона, который рекомендуется армировать, поместив в раствор металлическую сетку с ячейками 50 × 50 мм. Не предполагаются динамические нагрузки, поэтому вполне можно использовать бетон с маркой прочности М 200 (примерные пропорции компонентов: цемент ПК 400 – 1 часть, песок строительный – 1,9 части, гравий или мелкий щебень – 3,6 части). .

Чтобы определить точное количество ингредиентов, необходимых для приготовления необходимого количества бетона для заливки фундамента печи, вы можете воспользоваться калькулятором ниже.

И. В. Кузнецов – человек, всю свою жизнь посвятивший проектированию печей. Он изобрел огромное количество новых дизайнов, а также работал над их улучшением. Его деятельность в этой области началась в 1962 году. Сначала он почти не нуждался в рекламе. Известность пришла благодаря положительным отзывам покупателей. Сегодня у Кузнецова есть свой сайт и команда единомышленников. На сайте собраны многочисленные дизайны, разработанные лично И. В. Кузнецовым по его специальной технологии.Рассмотрим эту технологию подробнее, ведь она отлично подходит для строительства печей в современных жилищах, поскольку обеспечивает не только качественную меблировку помещения, но и придает определенную изюминку его внешнему виду.

Основным показателем, к которому стремился И.В. Кузнецов в своих разработках, является повышение КПД печи … В зависимости от назначения тепловые устройства оснащались улучшенными возможностями. В некоторых была повышена сохранность тепла, в других была заменена печь или добавлено оборудование.О качестве этих конструкций свидетельствует их известность и длительная эксплуатация. Многие в целях экономии, но зная о положительных отзывах о печках Кузнецова, берутся делать их своими руками. Это возможно при строгом соблюдении процедур и использовании правильных материалов.

Особенности печей Кузнецова

Как уже было сказано, главное в разработках Кузнецова – это эффективность и производительность. С научной точки зрения это высокий показатель эффективности.Отличие этих печей – принципиально новая и совершенная разработка … Система внутреннего движения газа продумана максимально грамотно. Горячий воздух дольше задерживается в топке и сохраняет тепло, а холодный воздух быстро улетает в дымоход через специальное углубление. Эти печи называются « колокольные ». Такое название образовалось потому, что внутри него, по проекту, делают своеобразный «колокол» – соединение очага и нижней части топки.Он действует как разделитель между горячими и холодными газами. Горячие поднимаются в колокол и остаются в нем, концентрируя тепло. Температура горения в таком колпаке намного выше, за счет чего получается КПД 95%. Для простого сравнения следует отметить, что традиционная русская печь имеет стоимость 25-40%. Используемая в печах И. В. Кузнецова система свободного движения газа более естественна, ограничивает образование сажи, оптимизирует равномерный нагрев и работу печи.

Отсюда вытекают и другие преимущества:

• равномерный нагрев и теплопередача;
• дополнительные места для установки стального ТЭНа;
• горение без копоти и дыма;
• необходимость в очистке снижена в десять раз;
• низкий уровень теплопотерь;
• рентабельность;
• устойчивость к растрескиванию;
• возможность поэкспериментировать с формой и дизайном духового шкафа.

Печи бытовые различаются по основному назначению.

1. Духовки созданы для приготовления пищи.
2. Отопление используется в основном для отопления жилых помещений.
3. Печи для сауны соответственно устанавливают в баню.
4. улица есть как комплексы, так и простые мангалы.
5. Хлеб … Их часто сочетают с кулинарией и прочим.
6. Назначение каминов – прежде всего эстетическое.

И это далеко не весь перечень разнообразия печей различного специального назначения, конструкции которых разработал Кузнецов.Кроме того, есть удобная возможность создавать смешанные представления с использованием нескольких функций. И даже создание целых многофункциональных комплексов. Например, в быту очень популярны отопительные и кухонные плиты.

Как самому построить печь Кузнецова

Перед тем, как реализовать идею сделать печь Кузнецова своими руками, нужно определиться с , какую функцию она должна выполнять … Кузнецов разработал более 150 чертежей отопительных приборов , поэтому определиться и выбрать подходящий вам вариант не составит труда.Рассмотрим вариант простая отопительная печь .

Изучите план помещения, в котором вы собираетесь его установить. Если дом еще не построен, спланируйте размещение так, чтобы каждая комната отапливалась одинаково. … Не рекомендуется интегрировать отопление в готовый дом, но при необходимости это возможно. В этом случае расположение балок и несущих конструкций необходимо учитывать при организации места для дымохода.

Тогда подумайте о подготовке фундамента … Он сделан из бетона, на 10 см шире запланированного размера печи. По возможности фундамент под печь лучше спланировать заранее в процессе строительства дома. Операция по закладке фундамента трудоемкая … Поэтому, если вы не уверены в своих силах, пригласите на этот этап специалиста.

Основные правила, которые необходимо знать

• Огнеупорный кожух внутри печи должен как бы висеть на воздухе , быть свободным со всех сторон. Это необходимо, потому что кирпич при нагревании расширяется.
• Не всегда видно на чертежах, но внутренний огнеупор кладка всегда производится по краю … Это касается шамотного кирпича. Глиняные кирпичи на столбах и внутренних стенах кладутся на усмотрение мастера.
• Каждые два ряда кирпича нужно укрепить связки путем прокладки проволоки.
• Металлические элементы, двери и другое оборудование должны быть установлены, оставляя место для возможного расширения. … Между кирпичом и металлическим элементом помещается специальная прокладка.
• Желательно обработать кирпич по окончании строительства огнеупорным составом.
• Первая растопка начинается с минимальной температуры и с последующим постепенным нагревом.

Заказать

Уложить духовку своими руками для человека – посильная задача. Понять принцип работы духовки сможет любой желающий, это несложно. Но для создания качественной духовки все же следует беспрекословно использовать чертежи и заказы … Заказ – это комплект чертежей, изображающих пошаговую схему топки, отдельно для каждого ряда кирпичей. Не рекомендуется произвольно менять что-либо на чертежах. И уж тем более не стоит этого делать, если вы беретесь за такую ​​работу впервые. Кузнецов потратил много лет упорного и кропотливого труда, чтобы создать сотни совершенных и проверенных чертежей. Вам остается только выбрать и приступить к делу.

Какие материалы нужны

1. Внутренний кирпич … Используются огнеупорные шамотные кирпичи. Необходимое количество лучше всего рассчитать самостоятельно по чертежу. Для простой конструкции это не так уж и нужно. Некоторые из-за ограниченных финансовых ресурсов не используют шамотный кирпич. Это допустимо.
2. Кирпич уличный … То есть кирпич глиняный обыкновенный, допустимая марка М150. Для строительства отопительных приборов лучше не использовать кирпич более низкого качества.
3. Глина (100-130 кг). Желательно приобретать хорошего качества, тем более что сейчас в магазинах широкий ассортимент достойного материала.Выбор некачественных материалов может негативно сказаться на первом обжиге готовой печи. Такой раствор легко потрескается.
4. Песок очищенный. Обычно песка берут вдвое больше глины. Купить готовый глиняно-песчаный раствор можно в магазине. Так вы не ошибетесь с пропорцией. На смесь глины и песка на 500 кирпичей нужно около 0,2 куб. м.
5. Арматура металлическая. Это задвижка, дверцы топки и нагнетателя, колосниковая решетка, 5 метров проволоки и два стальных уголка.

Вариант заказа Колпак Кузнецова … Может быть использован для самостоятельной укладки бытовой отопительной печи в домашних условиях без специальной подготовки. Каждый ряд кирпичей следует выложить согласно рисункам в пронумерованном порядке. При этом не забываем про ранее описанных правил. Эта печь – одна из самых простых в конструкции и универсальных для повседневного домашнего использования.

Есть несколько функций для создания этого конкретного проекта.Здесь канал между первым и вторым ярусами делается в четверть кирпича для удлинения топки. А на 21 ряду нужно оставить два узких прохода по бокам внутренних стен. Они нужны для розжига печки. Это все, что нужно знать начинающему мастеру. А сделав первую работу, вы поймете, что это просто и понятно. Главное не бояться заводиться, и все пройдет само.

Тогда вы сможете сами сделать более сложную конструкцию.Кузнецов разработал столько различных интересных вариантов , что вам непременно захочется воплотить в жизнь не один из них.

И. В. Кузнецов всю свою жизнь посвятил проектированию печных конструкций. С 1962 года он создает самые эффективные и экономичные печи, которые даже спустя более полувека пользуются огромным спросом.

Сегодня у изобретателя более 150 вариантов печей, многие из которых имеют очень высокий КПД – более 90%. Кузнецов И.В. продолжает свою деятельность, работая с командой профессионалов и имея собственный сайт.

Особенности конструкции

Все печи Кузнецова используют одинаковый принцип работы, который предполагает отделение продуктов сгорания. Газ, образующийся при сгорании топлива, разделяется на два потока: горячий и холодный. Уникальная конструкция раструба работает таким образом, что горячий воздух задерживается внутри конструкции, а холодный воздух направляется в дымоход через специально спроектированный канал.

В процессе работы печи в колпаке образуется более высокая температура, и за счет конструктивных особенностей происходит равномерное распределение тепла, а КПД увеличивается до 85-95%.

Важно! Обычная «буржуйка» может похвастаться КПД не более 35-40%. Столь низкие показатели можно объяснить следующим образом: теплый воздух, не встречая на своем пути препятствий, попадает в трубу вертикально вверх, абсолютно не задерживаясь в системе. В агрегатах конструкции Кузнецова горячий воздух максимально долго остается внутри топки, способствуя ее эффективному нагреву.

В некоторых вариантах конструкции топки дымоход удлиняется, как попытка решить проблему быстрого отвода горячих газов.Но в этом случае возможно значительное снижение тяги, в результате чего КПД может снизиться еще больше. Поэтому первоочередной задачей, которую преследовал Кузнецов, было увеличение теплоотдачи без нарушения тяги.

Особенности конструкций печей

Как уже было сказано выше, печь Кузнецова может иметь различные модификации. В зависимости от функциональности таких конструкций может быть:

• Отопление , которые используются только для отопления помещений.
• Варочная – предназначены для варки.
• Камины – несущие более декоративную функцию, но обладающие неизменно высокой эффективностью, свойственной всем конструкциям, изобретенным И. В. Кузнецовым.
• Улица … Это могут быть как простые мангалы, так и целые комплексы.
• Хлеб … Часто такие конструкции удачно сочетаются с приготовлением пищи.

Естественно, самая популярная модель духовки.Чаще всего расположение топки в таких конструкциях находится у пола. Таким образом обеспечивается нижний нагрев, когда горячий воздух постепенно поднимается на более высокие уровни и одновременно нагревает всю конструкцию печи.

Сепарация горячего газа осуществляется благодаря специальной вытяжке, имеющей нижний выход. Таким образом, горячий воздух поднимается вверх, нагревая печь, а холодный воздух оседает на колпаке и выходит через это отверстие. Эта циркуляция продолжается до тех пор, пока дрова в топке не выгорят.

Важно! Такой нижний обогрев способствует прогреву полов, причем не только рядом с топочной конструкцией, но практически во всем помещении. Таким образом, помещение обогревается более эффективно и улучшается общая теплоотдача.

Некоторые специалисты утверждают, что метод Кузнецова малоэффективен из-за ухудшения тяги при разделении воздуха. Но на практике это не так, потому что основа эффективности таких печных конструкций – задержка теплого воздуха без нарушения тягового процесса.

Совет! Духовку Кузнецова можно использовать не только для приготовления пищи и обогрева помещения, но и для получения горячей воды. Для этого на заднюю часть раструба ставится теплообменник из чугуна или стали.

Эффективность колокольного метода

Рассмотрим подробнее, почему колпаковая печь имеет такой высокий КПД:

• Колокол расположен сразу за топкой, поэтому горячий газ мгновенно попадает в колпак, поддерживая его высокую температуру.

• Поскольку все продукты сгорания попадают в колпак, время обработки увеличивается, а дымоход защищается от отложений сажи. По этой причине печь Кузнецова не требует частой чистки, что является еще одним ее преимуществом.
• Расположение теплообменника вне печи не способствует отбору тепла и, следовательно, не снижает КПД.

Совет! Увеличение количества колпаков в одной печи приводит к пропорциональному увеличению КПД, так как в этом случае горячий воздух встречает на своем пути больше препятствий и, соответственно, дольше присутствует в конструкции печи.

Процесс строительства печи

Кладка такой печи предполагает обязательное наличие ее схемы. Заказ своими руками показывает поэтапно весь процесс возведения данной конструкции. Для работы понадобится 755 штук полнотелого красного кирпича и 65 штук шамотного кирпича. Также для приготовления раствора потребуется 150 кг песка и 135 кг огнеупорной глины средней фракции.

Совет! Непосредственно перед кладкой необходимо вручную проверить все кирпичи на наличие дефектов.Если на поверхности материала обнаружены сколы, полые трещины и т. Д., То от него нужно отказаться.

Фонд

Любой кирпичной печи нужен прочный фундамент. Фундамент бывает двух типов:

1. Домашнее хозяйство. Это лучший вариант, но рассматривать его следует только в случае одновременного строительства дома и печи.

Совет! Если печь возводится спустя некоторое время после постройки дома, то не стоит пытаться соединить ее фундамент с фундаментом дома.

1. Отдельное основание для плиты.

Фундамент должен быть защищен от грунтовых вод, для чего используется рубероид или битумная изоляция.

Процесс строительства печи

Имея чертежи печи, можно переходить к возведению конструкции. Этот процесс осуществляется в соответствии с приказом:

1. Для оптимальной конвекции разработчик печи рекомендует делать нижнюю часть толще.Однако достаточно двух рядов кирпича. Поэтому два ряда выкладываются сплошными, после каждого из них проводится тщательный замер углов.

Совет! Для большей прочности каждый четный ряд следует закрепить стальной проволокой.

1. С третьего ряда начинается выкладка поддувала и зольника.
2. Далее в соответствии с заказом возводятся внутренние перегородки и стена из шамотного кирпича, расположенная между печью и нагнетателем .
3. Выкладывая пятый ряд, монтируем чугунную решетку. Между решеткой и стеной следует оставить небольшой деформационный зазор (около 5 мм). Сама решетка установлена ​​под небольшим углом по отношению к двери.

Совет! Толщину решетки следует выбирать исходя из размера поленьев, которые планируется загрузить в камеру.

В пятом ряду также установлена ​​дверца топливной камеры. Его необходимо облицевать шамотным огнеупорным кирпичом ( кладка выполняется по кромке ).Этот процесс называется футеровкой и предназначен для защиты стенок печи от повышенных температур.

1. 16 ряд выкладываем таким образом, чтобы полностью закрыть камеру установкой заглушки.
2. С 17-го ряда вторая камера начинает накладываться поверх первой.

1. Далее вычисления продолжаются в отношении заказа. На 26 ряду необходимо полностью закрыть кирпичом верхнюю часть топки.

Важно! Работу печи следует проверять не ранее, чем через сутки после постройки. Пробный пуск проводится с минимумом топлива. Состав следует прогревать медленно.

Заключение

Печь Кузнецова имеет очень высокий КПД и может использоваться для различных нужд. Но самая популярная конструкция – обогревательная и кухонная. Имея план заказа, вы можете построить его самостоятельно, при этом приведенная выше инструкция пригодится домашним мастерам.

Идеи создания сверхэкономичных печей И. В. Кузнецова заимствованы во всем мире, в том числе в США и Европе. При ответственном подходе можно сделать одну из печей по модели Кузнецова своими руками.

Применение печи Кузнецова

За годы своей изобретательской деятельности И. В. Кузнецов разработал около 150 моделей печей, предназначенных для использования во всех без исключения сферах жизнедеятельности человека, где требуется тепловыделение.По типу специальности «кузнецы»:

• отопление;
• кулинария;
• отопление и приготовление пищи;
• ванна
• открытый, предназначен для копчения продуктов, барбекю и гриля;
• каминов с открытым очагом, позволяющих любоваться пламенем.

Примеры печи Кузнецова

Преимущества и недостатки

Широкая популярность печей Кузнецова и глубокое уважение к ним людей, разбирающихся в печном деле, объясняются рядом преимуществ:

1. КПД «кузнецов» превышает 80%, а в некоторых моделях может достигать 95%.
2. Печи работают в высокотемпературном режиме, но при этом обходятся без материалов и технологий, имеющихся только на заводе.
3. Высокотемпературный режим позволяет топить печку даже самым расточительным и некачественным топливом.
4. Опять же, из-за высокой температуры сгорания топливо окисляется почти полностью, поэтому сажа образуется в минимальных количествах. Духовка может не нуждаться в чистке несколько лет.
5. Конструкция печи обеспечивает очень равномерную теплопередачу между топками, при этом на нее тратится меньше материала, чем при строительстве по традиционной технологии.
6. В печах, оборудованных теплообменником, тепло для нагрева воды отбирается из дымовых газов, а не из топки, так что «кузнец» может легко выполнять функцию котла без ухудшения рабочих характеристик.
7. Принцип работы печи обеспечивает хорошую тягу, поэтому нет необходимости строить высокий дымоход.
8. «Кузнецовка» очень гибкая как в дизайне, так и в дизайне. То есть его можно легко адаптировать к любому помещению, не жертвуя производительностью и экономичностью.
9. Печь сконструирована таким образом, что после розжига ее дымоход не нужно загораживать для обзора. Отравление угарным газом полностью исключено.
10. Конструкция предполагает равномерное распределение тепла в теле печи, поэтому в кладке не образуются трещины от локальных деформаций.

А что с недостатками? Технически их нет, но все же нужно что-то учитывать. У печи Кузнецова не может быть массивных стен – это свело бы на нет многие ее достоинства.Но в то же время он подвергается довольно высоким тепловым нагрузкам. Поэтому этот агрегат необходимо тщательно рассчитывать и проверять на этапе разработки и строить так же тщательно, с неукоснительным соблюдением всех технологических требований. При малейших отклонениях от технического регламента «кузнечное дело» окажется очень недолговечным.

Еще можно сложить русскую печь своими руками, если следовать подробной инструкции. Вы можете найти их в нашей следующей статье :.

Устройство и принцип работы

Изобретатель И. В. Кузнецов взял за основу известную своей экономичностью колпаковую печь.

Похоже на колпак – прототип Кузнецова модели

Высокий КПД таких печей обусловлен характером движения дымовых газов. Если в канальных печах их втягивают в дымоход, часто не успевая отдать тепло кирпичному массиву, то в колпаковых они долго закручиваются под куполом колокола, пока не остынут.Только после этого они спускаются к выпускному отверстию, откуда затем попадают в дымоход. Колпачок, наполненный газами, одновременно играет роль вида: холодный воздух из дымохода не может проникнуть в него, как вода не может наполнить перевернутый водолазный колокол. Этот эффект называется газовым обзором.

Изобретатель работал с усложненным вариантом такой печи с двумя колпаками.

Схема двухзвонника модели

Как видите, вытяжки подключаются последовательно, то есть тепло дымовых газов отводится по двухступенчатой ​​схеме.Раньше строительство печей с такой конструкцией брались не очень охотно – не только из-за сложности, но и некоторых нежелательных особенностей. Так, например, тяга во втором колпаке может легко сорвать газовый затвор в первом, сводя на нет эффект «газового обзора».

Мастер справился с этим недостатком следующим образом. Печь была оборудована так называемыми выходными каналами, которые обходили теплоаккумулирующие части массива. Пока пламя горит в топке, формируемый им конвективный поток обеспечивает работу тяги в штатном режиме.Когда топливо израсходовано и конвекция прекратится, тяга перераспределится сама по себе таким образом, что поток холодного воздуха будет проходить через нижние каналы, а не через нагретый корпус печи.

Это решение не только компенсировало нестабильность газового обзора, но и оказалось более надежным: пробку, образованную газами, можно выдернуть сильным порывом ветра, а в печи Кузнецова тяга перенаправляется подальше от горячей массы при любых условиях.Кроме того, благодаря наличию выходных каналов отпадает необходимость в организации вентиляции помещения.

Как это работает

Вот последовательность, в которой протекают процессы в печи Кузнецова:

1. За счет попадания воздуха через нагнетатель (поз. 1) в топку (поз. 2) топливо сгорает, образовавшаяся смесь дымовых и пиролизных газов поднимается в нижний колпак (поз. 3). Под его крышей (поз. 4) пиролизный газ окончательно разлагается на горючие компоненты, которые здесь сжигаются.Такая конструкция обеспечивает эффект саморегулирования: когда пламя горит сильно, газовая пробка увеличивается и блокирует тягу; из-за ослабления тяги ослабевает и горение в топке, газовая пробка, остывая, уменьшается и тяга возобновляется.
2. Условно холодные газы из нижнего колпака поступают в верхний колпак (поз. 5). Если духовка круглая (это идеальная форма для схемы с двумя колоколами), то ее корпус играет роль верхнего колокола. В его верхней части (поз. 6) происходит дополнительное окисление оксида углерода и оксида азота, так что выхлоп, попадающий в дымоход (поз.7) в основном состоит из углекислого газа и водяного пара. Газы, попадающие во второй колпак, уже не сверхгорячие – температуры от 200 до 400 градусов – и химически агрессивные, поэтому здесь можно установить водяной теплообменник из обычной конструкционной стали. Отвод тепла для воды никак не меняет режим работы топки, так как высокотемпературная часть – топка + нижний колпак – утеплена кирпичной стеной.

Из-за высокой температуры горения шамотную топку в печах Кузнецова следует делать изолированной от основного массива или, как говорится, плавучей.Ни один из его элементов не должен закладываться в кладку из керамического кирпича, иначе последняя, ​​даже если во время топки будут компенсационные швы, разорвется – скажется разница в коэффициентах теплового расширения этих материалов.

Топка должна быть окружена так называемым сухим стыком. Это шов шамотного и керамического кирпича, который вместо глиняного раствора заполняется прокладкой из асбеста или базальтового картона.

Между топкой и нижним колпаком расположен кольцевой зазор (L1), а между колпаками – другой (L2).Если ширину L2 сделать больше, чем L1, газовый обзор будет более стабильным.

Расчет печи Кузнецова

«Кузнецовка» – очень сложный отопительный прибор, и попытки его рассчитать и спроектировать самостоятельно ни к чему хорошему не приведут. Вам просто нужно выбрать из всех доступных вариантов наиболее подходящий для себя – автор не делает секретов из своих разработок. Если мощность теплоотдачи не указана в характеристиках понравившейся модели, ее можно рассчитать приблизительно: печь, которая топится два раза в сутки, каждый кв.м его поверхности отдает около 500 Вт тепла.

Печь ОВИК-9, технологический процесс изготовления которой мы рассмотрим, габаритами 1015х630х2100 мм имеет мощность теплопередачи 3,6 кВт.

Модель ОВИК-9: общий вид

Подготовительные работы

Прежде всего, нужно выбрать место для строительства печи. Проще всего это сделать до того, как дом будет построен – тогда и печь, и здание проектируются вместе так, чтобы отапливались три или как минимум две комнаты.С уже готовым домом ситуация сложнее. В этом случае печь стремятся встраивать во внутреннюю перегородку, так как введение ее в несущую стену требует сложных расчетов и опасной трудоемкой работы (часть стены придется разбирать, не допуская перекрытия нагрузки на система перемычек и колонн).

Можно, конечно, ограничиться простым настенным устройством, но тогда отапливаться будет только одно помещение.

В выбранном месте нужно построить железобетонный фундамент. Его размеры должны превышать размеры духового шкафа не менее чем на 100 мм с каждой стороны. Нельзя совмещать фундамент печи с фундаментом здания – обе конструкции дают разную тягу, и одно из оснований будет тянуть за собой другое, вызывая перекос.

Под топку необходимо установить железобетонный фундамент.

Глубина фундамента зависит от несущей способности грунта, глубины его промерзания и способа эксплуатации здания (периодически / постоянно).Обычно в домах с круглогодичным проживанием людей, расположенных на устойчивой земле, фундамент заглубляют на 400–600 мм. На дно котлована в качестве армирующего слоя следует насыпать щебень, а поверх него уложить песчаную подушку.

Далее все по традиционной технологии – устанавливается опалубка, крепится арматурный каркас и заливается бетоном. Приступать к возведению печи необходимо только после того, как бетон полностью созрел и набрал достаточную прочность – обычно это занимает около месяца.

Перед укладкой 1-го ряда поверх фундамента нужно уложить гидроизоляцию из двух слоев рубероида или рубероида. На нем мелом прорисовываются контуры будущей печи – так будет удобнее ориентироваться.

Материалы и инструмент

Для работы вам понадобится:

• шпатель;
• уровень;
• молоток и другие строительные инструменты.

Чтобы разделить кирпичи, вам понадобится отбойный молоток и шлифовальный станок с алмазным кругом.

Такой набор инструментов вам понадобится для работы.

Печь будет строиться из двух видов кирпича: обычного полнотелого керамического марки М150 (250x120x65 мм) и шамотного марки ШБ-8 (250x123x65 мм) или Ш-5 (230x114x40 мм). Стены топки будут выложены шамотным кирпичом.

При покупке шамотного кирпича следует быть очень осторожным. Недобросовестные продавцы могут выдать им кислотоупорные кирпичи, похожие по внешнему виду, но не выдерживающие высоких температур.Так что сертификат не лишним будет.

Печной кирпич

Шамотный кирпич часто рекомендуют выбирать по цвету – чем темнее, тем лучше. Но это правило действует не всегда. Если использовалась глина, взятая из разных месторождений, то характеристики светлого кирпича вполне могут оказаться выше, чем у темного. Качество шамотного кирпича правильнее оценивать по следующим критериям:

• структура должна быть однородной и мелкозернистой – без видимых невооруженным глазом пор и включений;
• при постукивании металлическим предметом (легким молотком или гаечным ключом) кирпич должен издавать чистый, резкий и звонкий звук;
• при падении должен расколоться на крупные куски (некачественные рассыпаются на мелкие осколки вплоть до песка).

Для конструкции размером 1015x630x2100 мм потребуется 430 керамических кирпичей (без учета дымохода) и 22 шамотных кирпича.

Как приготовить раствор

Раствор глиняный. Глина и песок, используемые для его приготовления, не должны иметь органических примесей, которые могут привести к растрескиванию швов. В глине присутствие этих примесей можно определить по хорошо слышному запаху (он может быть даже приятным) – обычно глина почти не пахнет.

Песок следует применять либо горный, либо из дробления кирпичного лома – в этих разновидностях содержание органических примесей минимально, либо они полностью отсутствуют.Кирпичный песок обычно дешевле горного, но не уступает по качеству. Сразу обратите внимание на следующее обстоятельство: для раствора керамической кладки нужен песок из керамического кирпича, а для шамота, соответственно, из шамота.

Обратите внимание на сорт глины. Раствор для шамотной кладки следует готовить на основе белого каолина или шамотного мергеля. Для кладки керамики подойдет любая глина с огнеупорными свойствами, например, серый или голубой кембрийский, серый каолин.

Глина одного типа, но из разных месторождений, может сильно различаться по вязкости, содержанию жира и адгезионным свойствам. Поэтому рецепт раствора, а именно оптимальное соотношение в нем песка и глины, следует подбирать опытным путем. В случае использования кирпичного песка это делается следующим образом:

1. Порцию глины массой 1 кг необходимо залить доверху водой и оставить на сутки.
2. После этого разрыхленную глина замешивают с добавлением воды до тех пор, пока она не станет похожа на пластилин или густое тесто и не перестанет прилипать к рукам.

• в первом – 10% от объема глины;
• во втором – 25%;
• в 3-м – 50%;
• в 4-м – 75%;
• в 5-м – 100%.

Тщательно перемешайте каждую порцию до получения однородной массы и высыхания в течение 4 часов. Не забудьте отметить, сколько в нем песка.

После этого каждую порцию раствора скатать в цилиндр длиной 30 см и диаметром 1–1,5 см. Все они наматываются на круглую заготовку диаметром около 5 см.Теперь образцы для испытаний необходимо сушить в течение двух недель при комнатной температуре и без сквозняков. …

После этого осталось оценить каждый из вариантов:

1. Если на цилиндре нет трещин или они имеют форму очень мелкой сетки, такой раствор можно использовать для любой части печи.
2. Если глубина трещин достигнет 1–2 мм, раствор сможет выдерживать температуру до 300 градусов. Эту смесь можно использовать для кладки дачного камина или мангала.
3. При наличии глубоких трещин или разрывов раствор считается непригодным для использования – доля песка в нем чрезмерна.

Обычно на кладку из 500 кирпичей расходуется около 0,2 кубометра. м смеси глины и песка.

Примечание! Если вас не смущают дополнительные затраты, вы можете приобрести готовую смесь для приготовления раствора для духовки в специализированном магазине.

Определив таким образом оптимальное сочетание глины и песка, приступают к приготовлению раствора:

• необходимое количество глины (примерно 40 кг на 100 кирпичей) снова замачивают на сутки, вымешивают до консистенции теста, но затем протирают через сито с размером ячеек 3×3 мм;
• затем по выбранному опытным путем рецепту добавляется песок;
• постепенно добавляя воду, раствор перемешивают до кремообразного состояния;
• оцените, как раствор смачивает шпатель, и при необходимости откорректируйте его состав, добавив небольшое количество глины или песка.

Что еще требуется

1. Дверь печи, например, марки ДТ-3, с размером проема 250х210 мм.
2. Воздуходувка, например, марки ДПК, с проемом 250х140 мм.
3. Решетка 250х252 мм.
4. Варочная панель чугунная на две конфорки, размер – 586х336 мм.
5. Двери размером 510х340 мм в количестве 2 шт. – для варочной камеры.
6. Задвижки с проходным сечением 130х130 мм в количестве 2 шт.- для варочной камеры и для переключения между летним и зимним режимами работы.
7. Задвижка с зазором 250х130 мм – для дымохода.
8. Секции равнополочные 36х4 длиной 600 мм (4 шт.).
9. Отрезок стальной полосы 40х4 мм длиной 600 мм.
10. Лист стальной толщиной 3 мм, размером 600х550 мм.
11. Стальной лист толщиной 3 мм размером 500×700 мм для защиты пола перед топкой.

Заменить сталь любым другим негорючим напольным покрытием, например, керамической плиткой.

Вы когда-нибудь мечтали иметь в доме волшебный камин? Вы можете сложить его сами. И следующее руководство поможет вам в этом:

Укладка: заказ и пошаговая инструкция

Последовательность работ выглядит так:

Выложите 1-й ряд из 20 кирпичей, который должен быть идеальным прямоугольником со строго горизонтальной поверхностью.

Макет первого ряда

«Прямоугольность» проверяют измерением диагоналей – они должны быть равны.При отсутствии опыта сначала нужно выкладывать ряд без раствора, а уже потом, когда все налажено и проверено, применять раствор. Швы должны быть толщиной 5 мм.

Совет. Чтобы печь выглядела более привлекательно, по углам кладите кирпичи со скругленными углами. Самостоятельно резать их необязательно – эти блоки продаются в готовом виде.

Во 2-м ряду берут начало первый (нижний) колпак и нагнетательная камера. Две половинки кирпича кладут без раствора и слегка выталкивают наружу.Когда кладка будет завершена, эти кирпичи нужно будет снять, что даст возможность очистить основание вытяжки от брызг раствора и кирпичного мусора. После очистки половинки окончательно высаживают в раствор.

Схема второго ряда

При выкладывании 2-го ряда (требуется 14 кирпичей) на него устанавливают дверцу поддувала, подпирая ее несколькими кирпичами. Дверную коробку необходимо обернуть асбестовым шнуром, который будет одновременно выполнять роль уплотнителя и компенсатора.Он фиксируется в кладке с помощью проволоки, которая укладывается в швы.

Выложив по схеме 3-й ряд (входящие в него кирпичи должны плотно фиксировать дверцу поддувала) приступаем к кладке 4-го. Здесь помимо керамического кирпича применяется шамот – начинаем выкладывать боковые и заднюю стенки топки.

План третьего ряда

Дверь воздуходувки облицована тесаным керамическим кирпичом, смотрящим наружу, и тесаным шамотным кирпичом, смотрящим внутрь.Они должны быть разделены тепловым зазором 5 мм. Устроить это можно так: между кирпичами прокладывают прокладку из упаковочного гофрокартона – как раз необходимой толщины; при растопке картон выгорит и щель образуется сама собой. В местах примыкания шамотных кирпичей к керамическим необходимо предусмотреть температурные зазоры.

Четвертый ряд

В 5-м ряду шамотные кирпичи, образующие боковые стенки топки, немного сдвинуты, так что кирпичи 4-го ряда под ними образуют полку для колосниковой решетки шириной 10–15 мм.Кирпичи следует раздвинуть так, чтобы между ними и решеткой оставался зазор в 5 мм, необходимый для свободного расширения нагретого металла.

Пятый ряд

Кирпич, образующий фасадную стену, следует обрезать под наклоном.

В этом же ряду начинается формирование вертикального канала, соединяющего обе вытяжки.

Когда ряд будет выложен, решетку следует установить на ее место, заполнив зазор между ней и кирпичами песком.

Установка решеток

Параллельно с кладкой 6 ряда нужно установить и закрепить топку. Непосредственный контакт его каркаса с кирпичом не допускается – в качестве прокладки необходимо проложить асбестовый шнур. Снизу дверную коробку можно закрепить проволокой, но сверху потребуется более надежный элемент – проволока быстро перегорит. Вместо этого используется стальная полоса.

Шестой ряд: установка топочной камеры

При кладке 7-го ряда со стороны кирпича, образующего заднюю стенку печи, остается зазор шириной 20–30 мм.Это начало сухого шва.

Седьмой ряд

Выложив по схеме ряд №8, приступаем к укладке 9-го ряда. На этом этапе формируется канал, соединяющий топку с нижним колпаком. Сиреневым цветом обозначены кирпичи в боковых стенках топки, верхние края которых должны быть на 10 мм ниже плоскости ряда. На левую стену нужно будет уложить асбестовую полосу толщиной 10 мм, чтобы она была заподлицо с плоскостью ряда.

Схема восьмого ряда

Обратите внимание на то, как заблокирована дверца топки: кирпичи нарезаются наискосок, образуя «замковую» кладку.

Схема девятого ряда

Размещая 10-й ряд, следует помнить, что керамический кирпич необходимо класть без раствора на асбестовую футеровку (им покрывают шамотные кирпичи в стене топки).

Десятая строка заказа

В керамическом кирпиче, окружающем топку, необходимо сделать вырез под варочную панель.Его размеры должны быть такими, чтобы вокруг плиты оставался температурный зазор в 5 мм, то есть кирпичи нужно будет разрезать примерно на 10 мм. А в зоне соприкосновения варочной поверхности с шамотным кирпичом необходимо оставить зазор в 10 мм. Эти кирпичи, разрезанные наискосок, расположены спереди и справа (отмечены оранжевым).

Если плита снабжена ребрами жесткости снизу, необходимо дополнительно прорезать под них пазы в кирпиче – так, чтобы плиты опирались на кирпич по всей кромке.Устанавливают сразу после укладки ряда – на асбестовый шнур, пропитанный глиняным раствором. Промежутки между плитой и кирпичом заполняются песком.

Стены варочной камеры начинаются около № 11. Здесь же установлена ​​дверь для нее, раму которой необходимо обмотать асбестовым шнуром. Проволоку можно снова использовать для фиксации.

Схема одиннадцатого ряда

Строки 12, 13 и 14 в комментариях не нуждаются – просто выкладываем по.

После кладки кирпичей 15 ряда варочную камеру накрывают стальным листом толщиной 3 мм и размером 600х550 мм с вырезом для вытяжного канала.Сверху лист усилен 4 уголками и стальной полосой. Стальное перекрытие исключает попадание в пищу различного мелкого мусора, который мог бы насыпаться в нее из кирпичной кладки.

Установка варочной панели

В кирпичах 16 ряда, обрамляющих выпускной и передний вертикальные каналы, сделаны вырезы под клапаны с учетом температурного зазора 5 мм.

Схема 16 ряда

Когда рядок выложен, клапаны устанавливаются на свои места.

Установка клапанов

После 17-го ряда начинается формирование верхней шапки (18-й ряд). Здесь тоже необходимо оставить без раствора слегка выдвинутые половинки, сняв которые, можно будет очистить основание шляпки от раствора и различного мусора, упавшего в процессе укладки. После очистки извлеченные кирпичи обмазываются раствором и окончательно устанавливаются на свое место.

Восемнадцатый ряд заказа – начало формирования шапки

рядов с 19-го по 27-й выкладываем по порядку.

В 28 ряду устанавливается заслонка главного дымохода. Под ним следует сделать в кирпиче вырезы глубиной 10 мм (обозначены сиреневым цветом) и такой ширины, чтобы вокруг корпуса клапана оставался температурный зазор 5 мм.

Схема 28 ряда

Клапан нужно устанавливать сразу после укладки ряда, и он укладывается в раствор.

Установка клапана дымохода

Ряды № 29 и 30 перекрывают топку, а в районе №31 начинается набивная труба с дымоходом в кирпич (270х140 мм).

Формовка набивочной трубы

Готовую духовку необходимо тщательно просушить. Для этого его держат некоторое время при полностью открытых дверцах и защелках. Пойдет быстрее, если в топку повесить лампочку мощностью 200-400 Вт. Он обеспечит не только тепло, но и устойчивый конвективный поток, который за короткое время удалит всю влагу.

Первую топку нужно провести с небольшой порцией топлива – огонь сначала должен укрепить стенки топки.

Не стоит браться за отделку печи до того, как она полностью проработает первый сезон – декоративное покрытие может быть повреждено в процессе усадки.

Работа в различных режимах

В летнем режиме печь Кузнецова из отопительно-варочной превращается в варочную. Для этого достаточно открыть специальный вентиль (его так и называют – летний вентиль), после чего дымовые газы попадут прямо в дымоход, минуя вытяжки.Соответственно будет нагреваться только варочная поверхность.

Температуру внутри варочной камеры можно регулировать с помощью клапана, установленного на выходящем из нее вытяжном канале. Закрыв защелку и дверцу камеры, ее легко превратить в духовку. Для удобства использования можно закрепить полочки для противня в стенах.

Если нужно быстро прогреть комнату или просушить, открывается дверца варочной камеры. При этом температура на конфорках остается достаточно высокой для приготовления пищи.

Видео: постройка двуколпаковой печи своими руками – часть 1

Видео: часть 2

Печь Кузнецова имеет высочайшие технические характеристики, но при этом вполне доступна мастеру в классе новичка. Но опытным печникам стоит быть осторожными – они часто переоценивают свои знания и что-то делают по-своему, игнорируя рекомендации изобретателя. Подобные отклонения недопустимы – как было сказано, печь Кузнецова рассчитана с высокой точностью и так же точно должна быть построена.Следуйте инструкциям в статье и вы будете застрахованы от ошибок.

Печи Игоря Кузнецова завоевали популярность благодаря своей экономичности и стабильной работе. Их конструкция принципиально отличается, и на основе базовых моделей можно создавать совершенно новые и воплощать в жизнь авторские идеи, комбинированные печи для дома или бани с оригинальным дизайном.

Главная особенность группы печей, изобретенных Кузнецовым, – отсутствие протяженных дымовых каналов. со множеством изгибов и поворотов. Чтобы максимально использовать тепло от сгорания топлива, канальные печи снабжены системой проходов, по которым движется горячий дым, который нагревает кирпичи. В этом случае духовка нагревается неравномерно на разных уровнях, что может привести к растрескиванию кладки. Кроме того, необходимы узкие места и изгибы.

Печи Кузнецова для дома и бани лишены этого недостатка. В них горячие газы из топки попадают в так называемый колокол – внутреннее пространство, ограниченное сверху перекрытием, а снизу имеет выходное отверстие.Раскаленный дым поднимается к самому верху вытяжки, где задерживается, пока не начнет остывать. По мере остывания они постепенно спускаются по стенкам колокола, и их место занимает новая порция дыма.

Охлажденный дым проходит через канал в другой колпак или в другой колпак, в зависимости от конструкции и назначения печи. Постепенно по мере прохождения каскадов вытяжек дымовые газы остывают до температуры 120-150 градусов. Температура газов на одном уровне каждого колокола одинакова, что позволяет избежать неравномерного расширения кирпича.

Преимущества колпаковых печей

Печи Кузнецова

лишены большинства недостатков, затмевающих работу канальных печей, и, помимо высокого КПД, обладают рядом преимуществ: колпаковые печи
• могут работать на любом твердом топливе – угле, дровах, пеллетах и ​​т. Д. брикеты;
• температура в топке высокая, от 600 до 800 градусов, поэтому топливо выгорает полностью, оставляя минимум золы, а отсутствие узких мест и длинных каналов позволяет избежать отложения сажи.В результате духовка редко нуждается в чистке;
• на выходе из каждого колокола формируется «газовый вид» – потоки теплого дыма не допускают встречного потока холодного воздуха, поэтому печь не отдает тепло за топкой даже при открытой заслонке;
№
• для кладки колпаковых печей требуется меньше кирпича за счет свободного внутреннего пространства;
• отопительных модификаций печей при компактных габаритах позволяют обогреть значительную площадь;
• по данной технологии можно класть печи различного назначения, с оригинальной формой и дизайном, при этом незначительные изменения конструкции не влияют на работоспособность и эффективность печи.

На первый взгляд кажется, что эти печи полностью лишены недостатков, однако при их укладке необходимо соблюдать следующие требования:

1. Кладка ведется строго по схеме, иначе печь может обрушиться во время топки.
2. Топка и часть нижнего колокола, совмещенная с ней, изготовлены из шамотного кирпича, выдерживающего высокие температуры. Для укладки топки использовался специальный раствор на основе шамотной глины.
3. Топка выполнена плавающей, без жесткой связи с остальной конструкцией. Это требование связано с разными коэффициентами линейного расширения шамотного и керамического кирпича.
4. Пространство 5 мм между топкой и стенками печи называется сухим швом, из него полностью удаляется остаток раствора и заполняется прокладками из минерального картона. Некоторые типы духовок требуют, чтобы сухой шов оставался незаполненным, чтобы поток холодного воздуха мог свободно течь.
5. При кладке стен топки для повышения прочности каждый третий ряд армируют кладочной сеткой.
6. Двери топки и зольника, а также другие чугунные элементы устанавливаются с зазором 5 см с асбестовыми расширительными прокладками.
7. Печь запускается после полного высыхания кладочного раствора, постепенно повышая температурный режим.

Просмотры

В зависимости от назначения колпаковые печи бывают:
• Отопительные, предназначены для обогрева жилища.Они могут отапливать несколько комнат, в том числе двухэтажный дом;
• Отопление и приготовление пищи, совмещающее две функции – нагревание и приготовление пищи;
• Хлеб, предназначенный для выпечки, обычно встроен в комбинированную духовку;
• Камины;
• Банные печи;
• Печи барбекю открытые, в том числе с казаном и хлебной камерой.
№

На основе технологии Кузнецова кладки можно изготавливать целые топочные комплексы, включая варочную поверхность, духовку, камин, и даже оборудовать их одной или несколькими скамейками.Потоки дымовых газов от разных источников пламени можно легко объединить в одном кожухе, не вызывая ненужных завихрений и противотоков.

Требования к фундаменту

Все печи, сложенные по колокольной технологии, нуждаются в устойчивом фундаменте, не связанном с цоколем дома или бани.

Высота фундамента должна быть не менее 30 см, а его верхняя плоскость должна быть на 5-10 см ниже чистого пола. … Фундамент под печь – монолитный бетон марки М200 и выше двухуровневый. арматура стержня.По горизонтали его размеры должны превышать размеры топки на 10 см с каждой стороны.

Перед тем, как приступить к установке опалубки, необходимо удалить верхний слой грунта и с помощью трамбовки сделать песчаную или песчано-гравийную подушку толщиной 15-20 см. На подушку необходимо укладывать гидроизоляцию, после чего укладывается опалубка из досок, укладывается арматура с обязательной вертикальной перевязкой и заливается бетоном.

Основание просушить 2-3 недели , в случае жаркой и сухой погоды регулярно увлажнять и накрывать пленкой.После этого проводится выравнивание цементно-песчаным раствором и начинается кладка печи.

Простое отопление

На чертеже изображена колокольная отопительная печь. Топка и пространство над ней образуют колокол. Поднимающийся в нее дым нагревает верхнюю часть топки, после чего спускается по широким каналам, расположенным по бокам. Спустившись, они попадают в пространство вдоль задней стенки печи, откуда поднимаются и идут к дымоходу.

Ниже представлена ​​схема заказа. Некоторые кирпичи, как видно из схемы, были распилены для достижения наилучшей аэродинамики. Разрезать кирпич можно болгаркой или циркулярной пилой, заменив стандартный круг на алмазный. В этом случае кирпич необходимо жестко закрепить.

Отопление и приготовление пищи

Колокольня печь с варочной панелью и духовкой. Печка служит крышкой для топливной камеры и духовки, она утоплена в нишу, оборудованную вытяжкой.Духовой шкаф можно использовать как хлебную камеру. Капюшон закрывается клапаном. Топка и пространство вокруг печи облицованы шамотным кирпичом, что позволяет поддерживать в них стабильно высокую температуру.

Печь оборудована летним проходом, который закрывается заслонкой, расположенной в 21 ряд. При розжиге для улучшения первоначальной тяги заслонку можно открыть, тогда дым из топливной камеры уйдет прямо в дымоход. После того, как очаг постепенно разгорится, вентиль постепенно закрывается, и дым направляется по каналам вдоль задней стенки печи, и она начинает работать как отопительная печь.Если необходимо использовать духовку только для приготовления или выпечки хлебобулочных изделий, заслонку оставляют открытой на все время работы.

Видео: как складывать колокольню

Отопление каминно-лежанкой

Чертежи и схема печи взяты с авторского сайта И.В. Кузнецова. Печь оборудована топкой, камином и лежанкой, степень нагрева которых регулируется жалюзи.На рисунке показан внешний вид устройства. Топка и нагнетатель расположены с одной стороны, камин – с другой, что позволяет выносить их в разные комнаты.

Топка и каминная топка изготовлены из шамотного кирпича, остальные детали – из керамики. Порядок показан ниже.

Банная печь

Еще одна авторская работа Кузнецова – банная печь БИК-41, оснащенная встроенной каменкой и регистром, подключенным к контуру ГВС.Общий вид банной печи показан на рисунке.

Двухъярусная конструкция колокола достаточно проста, в то же время позволяет быстро прогреть печь и топочное отделение бани и длительное время поддерживать в нем температуру. За счет встроенного регистра можно решить проблему нагрева воды для душа. Топка располагается сбоку от комнаты отдыха или в задней части бани. Печь выполнена в виде духовки; дверь находится на боковой стене.

На сайте И.В. Кузнецова, можно найти и другие модели с подходящим тепловыделением, в том числе со встроенным камином, выходящим в комнату отдыха. Как и в других комбинированных печах, обе топки можно топить одновременно и независимо друг от друга.

Русская печь с встроенным камином

Топка состоит из трех камер:
• каминная топка;
• наводнение;
• варочная камера.

Каминная топка расположена на боковой стенке относительно устья.Под полом находится ниже устья, его свод образует варочная панель. При обжиге горловина варочной камеры должна быть плотно закрыта хорошо подогнанной заглушкой. Порядок русской печи с камином показан на рисунке с сайта Кузнецова. При укладке рекомендуется использовать арматуру из оцинкованной сетки, укладывая ее в один ряд.

На основе печей Кузнецова создано множество интересных и многофункциональных конструкций для дома, дачи или бани.К тому же их дизайн настолько привлекателен, что печь становится центром интерьера, задавая его стиль. Складывать колпаковые духовые шкафы своими руками совсем не сложно, если следовать рекомендациям их автора. На сайте Кузнецова много чертежей и заказов печей различного назначения, указаны их технические характеристики и размеры. Вам просто нужно выбрать подходящий, и ваш дом наполнится уютом и теплом.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Армирование многостенных углеродных нанотрубок, выращенных методом CVD, путем высокотемпературного отжига: AIP Advances: Vol 3, No 11

I.ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверх страницыАБРАКТЫ.ВВЕДЕНИЕ << II.ЭКСПЕРИМЕНТ И РЕЗУЛЬТАТ ... III.ОБСУЖДЕНИЕIV.Заключение. углеродные нанотрубки со стенками (MWNT) обладают замечательными механическими свойствами. Действительно, компьютерное моделирование дало модули Юнга (E) в диапазоне 0,9–1,8 ТПа ^1–5 1. Г. Оверни, В.Чжун и Д. Томанек, Zeitschift fur Physic D-атомов, молекул и кластеров 27 , 93 (1993). https://doi.org/10.1007/BF01436769 2. К. М. Лью, X. К. Хе и К. Х. Вонг, Acta Materiala 52 , 2521 (2004). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.01.043 3. К. Ли и Т. В. Чоу, Composites Science and Technology 63 , 1517 (2003). https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00072-1 4. Ю. Ю. Чжан, К. М. Ван и В. Б. С. Тан, Журнал прикладной физики 103 , 053505 (2008).https://doi.org/10.1063/1.28

5. J. P. Lu, Phys. Rev. Lett. 79 , 1297 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.1297 и первые измерения, выполненные на МУНТ, выращенных методом дугового разряда (ДУ), подтвердили эти ожидания. ^6–9 6. М. М. Дж. Трейси, Т. В. Эббесен и Дж. М. Гибсон, Nature 381 , 678 (1996). https://doi.org/10.1038/381678a0 7. Э. В. Вонг, П. Э. Шихан и К. М. Либер, Science 277 , 1971 (1997).https://doi.org/10.1126/science.277.5334.1971 8. Б. Г. Демчик, Ю. М. Ван, Дж. Камингс, М. Хетман, В. Хан, А. Зеттл и Р. О. Ричи, Материаловедение и инженерия A 334 , 173 (2002). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01807-X 9. Ж.-П. Салветат, А.Ж. Кулик, Ж.-М. Бонар, Дж. Эндрю, Д. Бриггс, Т. Стокли, К. Метенье, С. Бонмани, Ф. Бегин, Н. А. Бернхэм и Л. Форро, Advanced Materials 11 , 161 (1999). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199902)11:2<161::AID-ADMA161>3.0.CO; 2-Дж. Низкая концентрация дефектов, связанная с ростом AD-MWNT при высоких температурах (предположительно выше 3000 ° C), является причиной их высокой механической прочности. ^10,11 10. М. Ф. Ю, О. Лурье, М. Дж. Дайер, К. Молони, Т. Ф. Келли и Р. С. Руофф, Science 287 , 637 (2000). https://doi.org/10.1126/science.287.5453.637 11. Т. В. Эббесен и П. М. Аджаян, Nature 358 , 220 (1992). https://doi.org/10.1038/358220a0 Эта высокая прочность может квалифицировать AD-MWNT как отличные армирующие агенты с относительно высоким соотношением сторон (100-200) в композитных материалах. ^12,13 12. Э. Т. Тостенсон, З. Рен, Т.-В. Чжоу, «Достижения в науке и технологии углеродных нанотрубок и их композитов: обзор», Наука и технология композитов 61 , 1899–1912 (2001). https://doi.org/10.1016/S0266-3538(01)00094-X 13. Т. Кузумаки, Т. Хаяси, Х. Ичиносе, К. Миязава, К. Ито и Ю. Исида, Философский журнал A 77 , 1461 (1998). https://doi.org/10.1080/01418619808214263 К сожалению, низкая производительность и сложность метода AD не позволяют использовать такие приложения.Наиболее распространенным способом крупномасштабного и недорогого производства МУНТ является метод каталитического химического осаждения из паровой фазы (CVD). ^14–17 14. М. Кумар и Ю. Андо, J. of Nanoscience and Nanotechnology 10 , 3739 (2010). https://doi.org/10.1166/jnn.2010.2939 15. Т. В. Эббезен, Углеродные нанотрубки: получение и свойства (CRC Press, Нью-Йорк, 1997), стр.139. 16. В. Шанов, Ё-Хын Юн и М. Дж. Шульц, Журнал Университета химической технологии и металлургии 41 , 377 (2006).17. М. Эндо, Т. Хаяси, Ю.-А. Ким, Pure Appl. Chem. 78 , 1703 (2006). https://doi.org/10.1351/pac2006780 CVDMWNT, полученные при температуре ниже 1000 ° C путем разложения углеродсодержащих молекул на поверхности металлического катализатора, обладают сильно дефектными структурами, резко снижающими их механическую прочность, и модуль Юнга может упасть на порядки. ⁹ 9. Ж.-П. Салветат, А.Ж. Кулик, Ж.-М. Бонар, Дж. Эндрю, Д. Бриггс, Т. Стокли, К. Метенье, С.Бонмани, Ф. Бегин, Н. А. Бернхэм и Л. Форро, Advanced Materials 11 , 161 (1999). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199902)11:2<161::AID-ADMA161>3.0.CO;2-J Одной из стратегий повышения качества MWNT, производимых методом CVD, является разработать методы лечения послеростовых. Недавно было показано, что контролируемое облучение электронным пучком может привести к значительному улучшению механических свойств МУНТ. ¹⁸ 18. М. Дюшан, Р. Менье, Р. Смайда, М.Мионик, А. Магрез, Дж. В. Сео, Л. Форро, Б. Сонг и Д. Томанек, Журнал прикладной физики 108 , 084314 (2010). https://doi.org/10.1063/1.34

Тем не менее, положительный эффект облучения электронным пучком более выражен для тонких МУНТ (12-25 нм) и для малых доз облучения. Дефектные CVD-MWNT больших диаметров (более 30 нм) не армируются. Более того, одновременно можно облучать только ограниченное количество MWNT, что делает усиление облучением электронным пучком применимым только для небольших устройств.Следовательно, необходимо разработать постростовой процесс для крупномасштабного производства МУНТ с хорошими механическими свойствами. Высокотемпературный отжиг в потоке инертного газа является хорошо известным способом удаления остаточного катализатора и улучшения структуры и морфологии. углеродных нанотрубок, а также материалов на основе графита. ^19,20 19. Р. Эндрюс, Д. Жак, Д. Киан и Э. К. Дики, Carbon 39 , 1681 (2001). https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00301-8 20.Ю. А. Ким, Т. Хаяси, М. Эндо, Ю. Кабураги, Т. Цукада, Дж. Шан, К. Осато и С. Цуруока, Carbon 43 , 2243 (2005). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.03.039 Формирование бездефектных слоев графена делает термический отжиг перспективным для улучшения механических свойств больших количеств МУНТ. Однако предыдущие исследования ^9,21 9. Ж.-П. Салветат, А.Ж. Кулик, Ж.-М. Бонар, Дж. Эндрю, Д. Бриггс, Т. Стокли, К. Метенье, С. Бонмани, Ф. Бегин, Н.А. Бернем и Л. Форро, Advanced Materials 11 , 161 (1999). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199902)11:2<161::AID-ADMA161>3.0.CO;2-J 21. Б. Лукич, Дж. М. Сео, Э. Куто, К. Ли, С. Градечак, Р. Беркец, К. Эрнади, С. Дельпе, Т. Каччагерра, Ф. Бегин, А. Фонсека, Дж. Б. Надь, Г. Чани, А. Кис, А. Дж. Кулик, Л. Форро, Appl. Phys. А 80 , 695 (2005). https://doi.org/10.1007/s00339-004-3100-5 Сравнение эволюции механических свойств AD- и CVD-MWNT после отжига ясно показало отсутствие заметного повышения прочности на разрыв для отожженных CVD-MWNT.Это объясняется низким качеством выращенных CVD-MWNT, а улучшение их структуры остается ограниченным после отжига, как показывают микрофотографии ПЭМ. ²¹ 21. Б. Лукич, Дж. М. Сео, Э. Куто, К. Ли, С. Градечак, Р. Беркец, К. Эрнади, С. Дельпе, Т. Каччагерра, Ф. Бегин, А. Фонсека, Дж. Б. Надь, Г. Чани, А. Кис, А. Дж. Кулик, Л. Форро, Appl. Phys. А 80 , 695 (2005). https://doi.org/10.1007/s00339-004-3100-5 За последнее десятилетие процесс CVD был значительно оптимизирован, и теперь он дает более качественные углеродные материалы, однако качество MWNT по-прежнему сильно зависит от конкретных характеристик технология производства, такая как тип катализатора и условия реакции. ^22,23 22. Г. Мессина, В. Модаффери, С. Сантанджело, П. Триподи, М. Г. Донато, М. Ланца, С. Гальваньо, К. Милоне, Э. Пиперопулос и А. Пистон, Diamond & Related Materials 17 , 1482 ( 2008 г.). https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.01.060 23. Ж.-П. Tessonnier, M. Becker, W. Xia, F. Girgsdies, R. Blume, L. Yao, D. S. Su, M. Muhler и R. Schlögl, Chem. Кот. Chem. 2 , 1559 (2010). Масштабное заживление структурных дефектов и последующее увеличение модуля Юнга имеет первостепенное значение для применения МУНТ в качестве армирующих волокон в композитах.Здесь мы сообщаем о систематическом улучшении механической прочности MWNT, выращенных с использованием многокомпонентного катализатора с активным компонентом Fe-Co ^24,25 24. Усольцева А., Кузнецов В., Рудина Н., Мороз Э., Халуска М., Рот С. // Phys. Статус Solidi B 244 , 3920 (2007). https://doi.org/10.1002/pssb.200776143 25. Кузнецов В.Л., Красников Д.В., Шмаков А.Н., Елумеева К.В. // УФН. Статус Solidi B, 249 , 2390. (2012). https://doi.org/10.1002/pssb.201200120 и отожжены в токе чистого аргона при 2200–2800ºC. ²⁶ 26. В.Л. Кузнецов, К.В. Елумеева, А.В. Ищенко, Н.Ю. Бейлина, А.А. Степашкин, С.И. Мосеенков, Л.М. Плясова, И.Ю. Молина В.А., Романенко А.И., Аникеева О.Б., Ткачев Е.Н. // УФН. Статус Solidi B 247 , 2695 (2010). https://doi.org/10.1002/pssb.201000211 В отличие от предыдущих исследований, ²¹ 21. Б. Лукич, Дж. М. Сео, Э. Куто, К. Ли, С. Градечак, Р. Беркец, К. Эрнади, С.Delpeux, T. Cacciaguerra, F. Beguin, A. Fonseca, J. B. Nagy, G. Csanyi, A. Kis, A. J. Kulik и L. Forro, Appl. Phys. А 80 , 695 (2005). https://doi.org/10.1007/s00339-004-3100-5, где не было обнаружено значительного армирования, приписывается лучшему контролю за процессом термообработки и гораздо лучшему качеству нетронутых труб, выращенных на легированном Fe. -Наночастицы Co, образующиеся на месте в потоке этилена. ²⁵ 25. Кузнецов В.Л., Красников Д.В., Кузнецов А.Шмаков Н., Елумеева К.В. // УФН. Статус Solidi B, 249 , 2390. (2012). https://doi.org/10.1002/pssb.201200120 Сегодня для синтеза МУНТ разработаны различные улучшенные методы приготовления катализаторов ²⁷ 27. А. Магрез, Дж. В. Сео, Р. Смайда, М. Мионич и Л. Форро, Материалы 3 , 4871 (2010). https://doi.org/10.3390/ma3114871, и производимые партии углеродных нанотрубок могут быть более однородными. ²⁸ 28. М. Мионич, Д. Т. Л. Александер, Л. Форро и А.Magrez, Phys. Статус Solidi B 245 , 1915 (2008). https://doi.org/10.1002/pssb.200879614 Кроме того, состав катализатора был оптимизирован с учетом качества и количества произведенных MWCNT. ²⁹ 29. A. Magrez, J. W. Seo, C. Miko, K. Hernadi, L. Forro, J. Phys. Chem B 109 , 10087 (2005). https://doi.org/10.1021/jp050363r Помимо этих параметрических исследований, подробные исследования механизма роста во время реакций CVD выявили молекулярные пути от источника C к MWCNT.Следовательно, поверхностные свойства катализатора были адаптированы таким образом, чтобы процесс CVD был более селективным для осаждения нанотрубок с высоким содержанием графита. ^30,31 30. А. Магрез, Дж. В. Сео, Р. Смайда, Б. Корбели, Дж. К. Андресен, М. Мионич, С. Казимириус и Л. Форро, ACS Nano 4 , 3702 (2010). https://doi.org/10.1021/nn100279j 31. А. Магрез, Р. Смайда, Дж. В. Сео, Э. Хорват, П. Р. Рибич, Дж. К. Андресен, Д. Аквавива, А. Олариу, Г. Лауренци и Л. Форро, ACS Nano 5 , 3428 (2011).https://doi.org/10.1021/nn200012z

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI.INTRODUCTIONII.EXPERIMENTAL И РЕЗУЛЬТАТ … << III.ОБСУЖДЕНИЕIV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПРАВОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯМУНТ были получены в диапазоне внешнего диаметра 7-40 нм, со средним значением 19-21 нм каталитическое разложение этилена на катализаторе Fe-Co, нанесенном на CaCO ₃ ^24,25,32 24. Усольцева А., Кузнецов В., Рудина Н., Мороз Э., Халуска М., С.Roth, Phys. Статус Solidi B 244 , 3920 (2007). https://doi.org/10.1002/pssb.200776143 25. Кузнецов В.Л., Красников Д.В., Шмаков А.Н., Елумеева К.В. // УФН. Статус Solidi B, 249 , 2390. (2012). https://doi.org/10.1002/pssb.201200120 32. Кузнецов В. Л., Усольцева А. Н. Способ получения мелкозернистых катализаторов на носителе и синтез углеродных нанотрубок. Патент РФ 2373995 , 27.11.2009 Бюл. 33 при 680ºC, промытые соляной кислотой и отожженные при 2200ºC, 2600ºC и 2800ºC в потоке чистого аргона в течение одного часа в графитовой печи с нагревом удельным сопротивлением с градиентом температуры, как описано в другом месте. ²⁶ 26. В.Л. Кузнецов, К.В. Елумеева, А.В. Ищенко, Н.Ю. Бейлина, А.А. Степашкин, С.И. Мосеенков, Л.М. Плясова, И.Ю. Молина В.А., Романенко А.И., Аникеева О.Б., Ткачев Е.Н. // УФН. Статус Solidi B 247 , 2695 (2010). https://doi.org/10.1002/pssb.201000211 Мы применили лучший контроль обменного газа и использовали более качественные чистые CVD-нанотрубки, чем в предыдущих исследованиях. На рис. обрабатывались при 2800ºC (самая высокая температура, использованная в данной работе).Можно заметить, что термообработка не меняет их распределения по диаметру (см. Вставки к рис. 1). По этим изображениям с низким разрешением можно предположить, что МУНТ после термообработки демонстрируют более прямую структуру с параллельными стенками. Морфология резко изогнута: трубки состоят из прямых частей длиной несколько сотен нанометров, соединяющихся друг с другом под определенными углами (рис. 1). Этот эффект более выражен при повышении температуры отжига. Подробное исследование перестройки микроструктуры МУНТ труб при термообработке с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР) представлено ниже на рис.2. Данные HRTEM показывают постепенное развитие более сплошных и хорошо упорядоченных слоев труб с повышением температуры отжига. Этот эффект известен также для сажи, отожженной в интервале температур 1600–2800ºC. ³³ 33. Г. Сю, Х. Нива, Т. Имаидзуми, Х. Такикава, Т. Сакакибара, К. Йошикава, А. Кондо и С. Ито, New Diamond and Frontier Carbon Technology 15 , 73 (2005). Авторы обнаружили, что толщина идеально кристаллизованных оболочек, образовавшихся после термической обработки, постепенно увеличивается с температурой.Кристаллизованные графитовые оболочки образуются на поверхности зерна сажи, доходящей до его ядра. Внешние слои дуговой сажи, а также МУНТ, выращенные методом CVD, сначала претерпевают значительную переупорядоченность из-за более слабой кривизны. Изображения HRTEM показали, что температура отжига 2200ºC значительно улучшила внешние слои, но иногда была недостаточной для устранения всех дефектов внутренних стенок. Постепенное структурное развитие МУНТ с повышением температуры отжига было также подтверждено рамановской спектроскопией ³⁴ 34.Бокова С.Н., Образцова Е.Д., Гребенюков В.В., Елумеева К.В., Ищенко А.В., Кузнецов В.Л. Рамановская диагностика многостеночных углеродных нанотрубок с малым числом стенок // Физ. Мезомех. Статус Solidi B 247 , 2827 (2010). https://doi.org/10.1002/pssb.201000237, который показал увеличение относительной интенсивности 2D- и D-пиков (I2D / ID) с повышением температуры отжига, что свидетельствует о систематическом структурном улучшении регулярности стенки МУНТ. Температурные и полевые зависимости измерений проводимости отожженных МУНТ подтверждают сделанные выше выводы. ³⁵ 35. См. Ссылку. 26, Бороданов С.Д., Романенко А.И., Аникеева О.Б., Кузнецов В.Л., Елумеева К.В., Мосеенков С.И. // Журн. Сиб. Кормили. Univ. Математика. Phys. 4 , 143 (2011). Измерения влияния термической обработки на модуль упругости включали несколько этапов. После термообработки МУНТ были диспергированы в изопропаноле и затем нанесены с помощью электрофореза на мембрану Si3N4 с отверстиями в диапазоне диаметров 400-500 нм. Изолированные MWNT часто перекрывают дыры.После локализации с помощью SEM механические свойства измеряются путем изгиба с помощью AFM. Диаметр и длина подвешивания МУНТ были извлечены из изображений АСМ (рис. 3 (а)). МУНТ вели себя как дважды зажатый пучок силами Ван-дер-Ваальса на подложке Si ₃ N ₄ . Приложенное контактное усилие постепенно увеличивалось с 2 нН до 16–18 нН, что приводило к изгибу трубки на δ. Измерение повторяли для уменьшения силы. Обычно два сканирования (в пределах шкалы ошибок) дают одинаковые профили отклонения.Линейная зависимость δ-F (рис. 3 (а)), полученная при обработке типичных АСМ-изображений, подтверждает, что МУНТ претерпевают только упругие деформации. Когда эти условия выполняются, измеренный модуль изгиба соответствует упругому модулю или модулю Юнга MWNT. Он был рассчитан по соотношению где F – приложенная сила, L – длина подвеса, I – момент инерции балки (I = πd _o ⁴ /64 для заполненного цилиндра), a = 192 для балки с двойным зажимом. ³⁶ 36. Ж.-П. Сальветат, Ж.-М. Бонар, Н. Х. Томсон, А. Дж. Кулик, Л. Форро, В. Бенуа и Л. Зуппироли, Appl. Phys. А 69 , 255 (1999). https://doi.org/10.1007/s0033

999 Для этого исследования было измерено более 50 MWNT различного диаметра из выращенных и отожженных партий. Мы исследовали только длинные одиночные трубки без заметных структурных дефектов (искажений и неоднородности диаметра), пересекающие отверстие мембраны вблизи ее центра. Основные результаты измерений модуля Юнга исходных и отожженных трубок представлены на рис.4. Мы наблюдали три основные тенденции первичных и отожженных MWNT под механической нагрузкой:

1)	Отжиг MWNT при температуре выше 2200 ° C приводит к значительному увеличению E в диапазоне 7–42 нм. Этот эффект объясняется улучшением структуры нанотрубок во время температурной обработки. Более того, было показано, что значения модуля Юнга трубок, нагретых до разных температур (2200–2800ºC), остаются одинаковыми в одном и том же диапазоне диаметров.
2)	E систематически уменьшается с увеличением диаметра MWNT.Это явление уже было описано для МУНТ, выращенных методом CVD, в других отчетах. 9,37 9. Ж.-П. Салветат, А.Ж. Кулик, Ж.-М. Бонар, Дж. Эндрю, Д. Бриггс, Т. Стокли, К. Метенье, С. Бонмани, Ф. Бегин, Н. А. Бернхэм и Л. Форро, Advanced Materials 11 , 161 (1999). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(199902)11:2<161::AID-ADMA161>3.0.CO;2-J 37. К. Ли, Б. Лукич, А. Магрез, Дж. В. Сео, Г. Эндрю, Д. Бриггс, А. Дж. Кулик и Ласло Форро, Nano Letters 7 , 1598 (2007).https://doi.org/10.1021/nl070502b Несмотря на структурные улучшения, значение E отожженных труб по-прежнему уменьшается с увеличением диаметра, что указывает на то, что термообработка не может удалить все структурные дефекты, что также подтверждается с помощью ПЭМ высокого разрешения.
3)	Свеже выращенные и отожженные трубки диаметром менее 13 нм имеют аналогичные значения E выше 500 ГПа.

III. ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI.ВВЕДЕНИЕ II. ЭКСПЕРИМЕНТ И РЕЗУЛЬТАТ … III. ОБСУЖДЕНИЕ << IV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКА НА СТАТЬИ Поразительная зависимость величины E от диаметра первичных CVD-MWNT в диапазоне диаметров 7-40 нм уже была обнаружена в предыдущих работах. ^37,38 37. К. Ли, Б. Лукич, А. Магрез, Дж. В. Сео, Г. Эндрю, Д. Бриггс, А. Дж. Кулик и Ласло Форро, Nano Letters 7 , 1598 (2007). https://doi.org/10.1021/nl070502b 38. Б. Лукич, Дж. В. Сео, Р. Р. Бакса, С. Дельпе, Ф. Беген, Г.Bister, A. Fonseca, J. B. Nagy, A. Kis, S. Jeney, A. J. Kulik, L. Forró, Nano Lett. 5 , 2074 (2005). https://doi.org/10.1021/nl051034d От значения 1 ТПа в диапазоне малых диаметров трубок оно упало до ∼10-50 ГПа для более широких трубок 20-40 нм. Это было связано с моделью роста с метастабильным катализатором и отсутствием подачи углерода, необходимого для роста труб большого диаметра ^39,40 39. Куковицкий Э.Ф., Львов С.Г., Саинов Н.А., Шустов В.А., Чернозатонский Л.А. // Хим.Phys. Lett. 355 , 497 (2002). https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)00283-X 40. К. Барч и А. Леонхардт, Carbon 42 , 1731 (2004). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.03.003, в результате чего стенки углеродных нанотрубок имеют протяженные дефекты. Это можно улучшить, выбрав более эффективные каталитические системы и кинетику реакции, а также с помощью пост-ростовой обработки. В этом исследовании мы попытались лучше охарактеризовать образцы, подвергшиеся высокотемпературной термообработке.

Модуль Юнга термообработанных МУНТ значительно увеличивается во всем диапазоне диаметров по сравнению с исходными, только что выращенными нанотрубками, но он не становится независимым от диаметра, как можно было бы ожидать. Это наблюдение свидетельствует о том, что не все дефекты МУНТ были устранены высокотемпературной термообработкой. Таким образом, нами было проведено более детальное исследование реорганизации микроструктуры углеродных нанотрубок после высокотемпературной обработки.

На изображениях рис. 5 можно обнаружить только определенные типы дефектов, такие как перекосы стенок, рваные и плохо графитизированные слои.Другие дефекты, такие как вакансии, дефекты Стоуна-Уэльса и дислокации, не могут быть видны с помощью этого изображения, но считается, что они играют незначительную роль в механическом отклике MWNT, если только они не группируются в протяженные дефекты. ⁴¹ 41. A. Kis, G. Csanyi, J. P. Salvetat, T. N. Lee, E. Couteau, et al. «Армирование пучков однослойных углеродных нанотрубок с помощью межтрубных перемычек», Nature Materials 3 , 153 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat1076 Эти изображения четко подтверждают, что, хотя структурная упорядоченность нанотрубок увеличивается после термического отжига, в термообработанных образцах можно наблюдать новые типы структурных неоднородностей (рис.5 1-6, левая панель). Они возникают из-за структурной перестройки стенок трубок при высоких температурах. Согласно изображениям HRTEM (рис. 5, левая панель) дефектная графитовая система имеет тенденцию к устранению оборванных связей, что приводит к заключению графитовых оболочек. Нагрев до температур выше температуры Дебая приводит к резкому увеличению подвижности атомов углерода. . Температура Дебая графита составляет около 1960 K и, скорее всего, будет аналогичной для МУНТ. Атомы углерода, принадлежащие к сильно дефектным сегментам и неупорядоченным полосам, обладают самой высокой подвижностью, что приводит к их включению в структуру стенки трубок, что приводит к залечивание отверстий и рваных слоев графита, а также образование структурных неоднородностей нового типа, таких как изломы (тип дефекта 2 и 3 на рис.5), перегородки внутри сердечника (тип дефекта 5) и закрытые концы трубки (тип дефекта 6). Структурные изменения трубок после термообработки схематически представлены на рис. 5, правая панель. Некоторые из этих структурных изменений МУНТ, выращенных методом CVD, также были обнаружены ранее. ^19–24 19. Р. Эндрюс, Д. Жак, Д. Киан и Э. К. Дики, Carbon 39 , 1681 (2001). https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00301-8 20. Ю. А. Ким, Т. Хаяси, М. Эндо, Ю. Кабураги, Т. Цукада, Дж.Шан, К. Осато и С. Цуруока, Carbon 43 , 2243 (2005). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.03.039 21. Б. Лукич, Дж. М. Сео, Э. Куто, К. Ли, С. Градечак, Р. Беркец, К. Эрнади, С. Дельпе, Т. Каччагерра, Ф. Бегин, А. Фонсека, Дж. Б. Надь, Г. Чани, А. Кис, А. Дж. Кулик, Л. Форро, Appl. Phys. А 80 , 695 (2005). https://doi.org/10.1007/s00339-004-3100-5 22. Г. Мессина, В. Модаффери, С. Сантанджело, П. Триподи, М. Г. Донато, М. Ланца, С. Гальваньо, К.Милоне, Э. Пиперопулос и А. Пистоун, Diamond & Related Materials 17 , 1482 (2008). https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.01.060 23. Ж.-П. Tessonnier, M. Becker, W. Xia, F. Girgsdies, R. Blume, L. Yao, D. S. Su, M. Muhler и R. Schlögl, Chem. Кот. Chem. 2 , 1559 (2010). 24. Усольцева А., Кузнецов В., Рудина Н., Мороз Э., Халуска М., Рот С. // Phys. Статус Solidi B 244 , 3920 (2007). https://doi.org/10.1002/pssb.200776143 Атомы углерода при температурах, используемых в нашем исследовании, не могут перемещаться на большие расстояния, что снижает эффективность кренования дефектов в структуре стенки.Известно, что это связано с отсутствием реакций переноса газа ⁴² 42. В. Л. Кузнецов, Ю. В. Бутенко, В. И. Зайковский, А. Л. Чувилин, Углерод 42 , 1057 (2004). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2003.12.059 за счет удаления поверхностных примесей путем вакуумной дегазации образца, а также использования потока чистого аргона во время нагрева образца. Другой причиной низкой подвижности атомов углерода через газовую фазу является довольно низкое парциальное давление углерода в системе при температурах 2200–2800ºC.Одна из причин ограниченного улучшения механического отклика при термообработке может заключаться в протяженных дефектах, таких как перегибы (тип дефекта 2 и 3 на рис. 5). Они становятся более выраженными в трубках, нагретых до максимальной температуры. Изображения ПЭМ показывают, что средняя длина прямых участков между углами составляет около 50–100 нм, что меньше диаметра отверстия в мембране Si ₃ N ₄ , используемой для изгиба АСМ. Это означает, что каждая исследуемая трубка из отожженных партий, подвешенных над отверстием, могла иметь хотя бы один угол.Наличие резко изогнутых структур видно даже для трубок, отожженных при 2600–2800 ° C. Эти дефекты иногда могут приводить к появлению неровностей в их профилях нагружения. Поэтому такой структурный дефект может снизить точность определения модуля изгиба. Хотя мы добились улучшения механических свойств МУНТ, мы все же наблюдали зависимость модуля Юнга от диаметра, которая может указывать на остаточное структурное несовершенство труб. даже после термической обработки.Как упоминалось выше, механические свойства МУНТ также можно улучшить с помощью управляемого электронно-лучевого облучения. ¹⁸ 18. М. Дюшан, Р. Менье, Р. Смайда, М. Мионич, А. Магрес, Дж. В. Сео, Л. Форро, Б. Сонг и Д. Томанек, Журнал прикладной физики 108 , 084314 (2010). https://doi.org/10.1063/1.34

Несмотря на то, что этот метод не позволяет проводить крупномасштабное армирование труб, интересно сравнить высокотемпературный отжиг с армированием, индуцированным электронным пучком (рис.6).

В случае трубок большого диаметра (более 20 нм) термический отжиг повышает их механическую прочность более эффективно (на порядок), чем облучение электронным пучком. Облучение электронами позволяет армировать только тонкие высококачественные нанотрубки с достаточно большим начальным значением (E> 100 ГПа) за счет сшивания соседних сегментов стенки. Толстые трубки имеют довольно протяженные дефекты и не усилены электронным пучком. Было бы интересно подвергнуть нанотрубки одновременно возбуждению электронным пучком при высоких температурах, чтобы увидеть влияние комбинированных возбуждений на усиление МУНТ, выращенных методом CVD.

IV. ВЫВОДЫ

Раздел:

ВыбратьВверх страницыАБСТРАКТИКИ.ВВЕДЕНИЕII.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ … III.ОБСЛУЖИВАНИЕIV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ << СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ

В заключение, было показано, что высокотемпературная термообработка значительно улучшает механические свойства полученного методом CVD MWN. в широком диапазоне диаметров. Неожиданно было обнаружено, что повышение температуры отжига не приводит к дальнейшему армированию труб с аналогичными диаметрами.Основываясь на изображениях HRTEM, было сделано предположение, что внешние стенки трубок играют важнейшую роль в их механической прочности. Поскольку устранение дефектов начинается с внешних стенок и распространяется в объем, дальнейшего улучшения модуля Юнга с повышением температуры отжига не наблюдается. Другой интересный эффект заключается в том, что CVD-трубки разного диаметра имеют разные значения E, и эта зависимость от диаметра все еще наблюдается даже после термообработки. Большие протяженные дефекты, которые невозможно устранить с помощью теплового возбуждения, доминируют в механическом отклике МУНТ, выращенных методом CVD.Это можно улучшить за счет лучшего понимания механизма роста и контроля кинетики роста углеродных нанотрубок.

Вольтамперометрия и сканирующая туннельная микроскопия цитохром-с-нитритредуктазы на Au (111) электродах

Biophys J. 2006 15 ноября; 91 (10): 3897–3906.

Джеймс Д. Гвайер

^* Школа химических наук и фармации и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг.Люнгби, Дания

Jingdong Zhang

^* Школа химических наук и фармации и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг. Люнгби, Дания

Julea N. Butt

^* Школа химических наук и фармации и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг.Люнгби, Дания

Йенс Улструп

^* Школа химических наук и фармации и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг. Люнгби, Дания

^* Школа химических наук и фармации и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг.Люнгбю, Дания

Запросы на перепечатку направляйте профессору Йенсу Улструпу, Департамент химии и NanoDTU, корп. 207, Технический университет Дании, DK-2800 кг. Люнгбю, Дания. Тел .: 45-45252359; Факс: 45-45883136; Электронная почта: kd.utd.imek@uj; или д-р Джулия Батт, Школа химических наук и фармацевтики, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Великобритания. Тел .: 44-1603 5; Факс: 44-1603 5; Электронная почта: [email protected].

Поступило 9 июня 2006 г .; Принято 15 августа 2006 г.

Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Abstract

Escherichia coli цитохром c нитритредуктаза (NrfA) катализирует шестиэлектронное восстановление нитрита, выполняя важную роль в биогеохимическом круговороте азота. Здесь мы описываем адсорбцию NrfA на монокристаллических электродах Au (111) как электрокаталитически активную пленку, в которой фермент подвергается прямому электронному обмену с электродом. Адсорбированный NrfA был отображен с молекулярным разрешением с помощью сканирующей туннельной микроскопии in situ (in situ STM) при полном контроле электрохимического потенциала и в условиях, когда фермент является электрокаталитически активным.Раскрыты подробности плотности и ориентационного распределения молекул NrfA. Субмонослойное покрытие, разрешенное с помощью СТМ in situ, легко согласуется с неспособностью обнаруживать непереходные сигналы при циклической вольтамперометрии пленок NrfA. Молекулярные структуры имеют ряд поперечных размеров. Это наводит на мысль о распределении ориентаций, которое могло бы объяснить в противном случае аномально низкое число оборотов, рассчитанное для общей популяции адсорбированных молекул NrfA, по сравнению с определенным для растворов NrfA.Таким образом, сравнение вольтамперометрических сигналов и изображений СТМ in situ предлагает прямой подход к корреляции электрокаталитических и молекулярных свойств белкового слоя, что является давней проблемой в вольтамперометрии белковой пленки.

ВВЕДЕНИЕ

Ферменты, адсорбированные или иммобилизованные на твердых поверхностях, могут сохранять свою впечатляющую каталитическую специфичность и селективность, открывая выгодные возможности для использования и объяснения катализа. Физическое отделение катализатора от растворов реагентов, продуктов и т. Д.это, например, облегчается для извлечения катализатора в биореакторах и анализа проб с помощью биосенсоров (1). Соответствующий выбор твердой поверхности также может открыть элегантные пути для контроля катализа адсорбированным ферментом, где вольтамперометрия белковой пленки (PFV) занимает важное место (2–5). Здесь твердое вещество представляет собой электрод, способный к прямому электронному обмену с окислительно-восстановительным ферментом, адсорбированным в виде (под) монослойной «пленки». Применение точно определенного, но переменного потенциала позволяет контролировать скорость катализа за счет контроля степени окисления фермента.В свою очередь, катализ производит чистый перенос электронов между электродом и молекулами подложки в растворе. В результате возникает электрический ток, который определяет скорость катализа.

Непосредственное понимание каталитического поведения окислительно-восстановительного фермента дает PFV в отсутствие кинетических ограничений со стороны межфазного переноса электронов и массопереноса реагента (продукта) (6). Новые перспективы даже для хорошо изученных ферментов появились в таких условиях благодаря тому, что активность ферментов определяется как функция электрохимического потенциала в дополнение к концентрации реагента, температуре и времени (7–16).Например, приложение повышенной движущей силы для каталитической реакции может повысить или ослабить установившуюся каталитическую скорость. Измерения до стационарного состояния также могут разрешить потенциально-зависимое ингибирование и активацию ферментов (17–20). Следующая задача – разработать механистические интерпретации каталитического поведения. Для этого глобальная активность пленки, определяемая PFV, должна быть связана с описаниями на молекулярном уровне, где кинетические и термодинамические свойства адсорбированных молекул фермента рассматриваются вместе с их поверхностной плотностью, ориентацией и подвижностью.

Традиционные подходы к интеграции кинетических и термодинамических свойств ферментов в каталитический механизм могут быть распространены на адсорбированные окислительно-восстановительные ферменты (6,21). Например, межфазный перенос электронов вводится через формализмы Батлера-Фольмера или Маркуса, которые включают термины для электродного потенциала и восстановительного потенциала ферментного центра, подвергающегося прямому электронному обмену с электродом. Затем рассчитанные профили тока и потенциала можно сравнить с определенными экспериментально, чтобы проверить механистическое предположение.При применении этого подхода обычно предполагается, что электрокаталитически активные молекулы обладают однородными свойствами. Эта ситуация может быть подтверждена экспериментально, когда каталитический отклик со временем теряет величину без изменения формы или положения. Однако даже пленки, демонстрирующие такое поведение, могут содержать особенности, указывающие на участие молекул ферментов с неоднородными свойствами. Примечательно, что распределение медленных скоростей межфазного переноса электронов, отражающее ряд ориентаций ферментов, было предложено для объяснения неспособности каталитических токов достичь постоянного значения при высоких перенапряжениях (22).

Дополнительные молекулярные свойства пленки могут влиять на электрокаталитическое поведение, даже если они не могут быть раскрыты простым анализом каталитического отклика. Они относятся к плотности, дальнему порядку и динамике адсорбированных молекул. Для мультисубъединичных ферментов целостность межсубъединичных взаимодействий после адсорбции также может быть поставлена ​​под сомнение. Понимание некоторых из этих свойств может быть получено при изучении электрокаталитически активных пленок с помощью циклической вольтамперометрии в отсутствие реагентов (23,24).Пики, которые соответствуют восстановлению и окислению центров внутри фермента, сообщают об однородности (или ином) потенциалов восстановления, популяции электроактивных центров и общей электроактивной популяции. Однако такие «невозвратные» сигналы не всегда различимы и обычно объясняются присутствием в пленке лишь небольшого количества электроактивных адсорбатов (7–15).

Вышеупомянутое обсуждение служит иллюстрацией того, что наше понимание каталитической PFV может быть значительно усилено прямым пониманием молекулярной природы белковой пленки.Одним из методов, обеспечивающих такую ​​перспективу, является сканирующая туннельная микроскопия in situ (СТМ) (25,26). Белковые пленки на монокристаллических, атомно-плоских поверхностях электродов, погруженных в водный буферный раствор, могут быть отображены с помощью независимого электрохимического контроля электрода, например, электрода Au (111) и наконечника СТМ с покрытием (27, 28). Результатом является карта свойств электронного туннелирования границы раздела белок: электрод с нанометровым разрешением или разрешением одной молекулы, параллельной поверхности Au (111) (29–41).Отчетливые области с высокой проводимостью определяют плотность, порядок и поперечные размеры адсорбированных белковых молекул, которые могут быть напрямую связаны с электрокаталитическим поведением пленки.

В этом отчете мы предоставляем новые данные для PFV и in situ STM изображений Escherichia coli цитохрома c нитритредуктазы (NrfA) на монокристаллических Au (111) электродах. NrfA катализирует шестиэлектронное восстановление нитрита до аммония, выполняя важную роль в биогеохимическом круговороте азота (42).Кристаллическая структура определила декагем-содержащий гомодимер с асимметричными размерами () (43). При pH 7 были определены потенциалы средней точки -37 мВ для гема 2, -107 мВ для гема 1 и 3 и -320 мВ для гема 4 и / или 5. Нитрит связывается в качестве аксиального лиганда с гемом 1, и нитритредуктазная активность NrfA была тщательно изучена с помощью каталитического PFV на «краевых» (PGE) электродах из пиролитического графита (14,15,17,18,44,45). Однако легкий доступ к молекулярному разрешению этих пленок NrfA затруднен из-за неблагоприятных оптических и топографических свойств поверхности PGE.Здесь мы представляем вольтамперометрические данные, которые показывают четкие сигналы для электрокаталитического восстановления нитрита пленками NrfA на электродах из Au (111). In situ STM обеспечивает визуализацию адсорбированного NrfA до молекулярного разрешения в условиях, когда фермент каталитически активен. Раскрыты подробности плотности и ориентационного распределения молекул NrfA в электрокаталитически активной пленке. Сравнение вольтамперометрических сигналов и изображений СТМ in situ предлагает прямой подход к корреляции каталитических и молекулярных свойств белковой пленки, что является давней проблемой в PFV.

Структура E. coli NrfA. Гемы пронумерованы в соответствии с порядком их присоединения к последовательности белка. Перспективы A и C связаны с B поворотом на 90 ° вокруг осей y и x соответственно. Пунктирные кривые в B указывают область, предложенную для стыковки с физиологическим окислительно-восстановительным партнером NrfB. Стрелки в блоке C указывают предполагаемую направленность входа нитрита в активный центр и выхода аммония из него.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Реагенты

Цитохром c нитритредуктаза (NrfA) из E. coli была очищена и количественно определена, как и ранее (43). Очищенный фермент заменяли на 50 мМ Hepes, 2 мМ CaCl ₂ , pH 7,0, и хранили замороженными в виде аликвот в жидком азоте. Образцы имели удельную активность ~ 1500 мкМ моль нитрита израсходовано мин. ^-1 мг ^-1 в 50 мМ Hepes, 2 мМ CaCl ₂ , pH 7,0, с использованием восстановленного дитионитом метилвиологена в качестве донора электронов.Все растворы были приготовлены в воде Millipore (Millipore, Bedford, MA). Исходные растворы нитритов (нитрит калия,> 98%; Fluka, Milwaukee, WI) готовили ежедневно по мере необходимости (17). Фосфатный буфер (2 или 5 мМ, pH 7,0) получали смешиванием растворов K ₂ HPO ₄ и KH ₂ PO ₄ (Suprapur, Fluka).

Вольтамперометрия белковой пленки

Рабочие электроды из Au (111) были приготовлены по методикам Клавильера и Гамлена (диаметры электродов равны 2.5–4 мм) и отожжены в течение 12 ч при 850 ° C (46,47). Электроды проверяли с помощью циклической вольтамперометрии в сверхчистой водной 0,1 М серной кислоте на регулярной основе и удовлетворительно сравнивали с полученными вольтамперограммами (47). Перед использованием электроды были электрополированы, отожжены в печи при 860 ° C, затем заново отожжены в пламени H ₂ и закалены в воде, насыщенной H ₂ .

Пленки ферментов получали путем покрытия свежеприготовленной поверхности электрода ледяным раствором 32 μ M субъединиц NrfA.Через ~ 5 мин избыток раствора белка удаляли и электрод помещали в электрохимическую ячейку, содержащую проволочный противоэлектрод из платины и свежеприготовленный обратимый водородный электрод сравнения. Электрод сравнения калибровали по насыщенному каломельному электроду (+244 мВ по сравнению со стандартным водородным электродом (SHE)) после каждого эксперимента. Все потенциалы указаны относительно SHE. Ячейку промывали потоком чистого (5 н.) Аргона и помещали в клетку Фарадея. Циклическую вольтамперометрию выполняли на приборе Autolab PGSTAT 10 (EcoChemie, Утрехт, Нидерланды) с использованием программного обеспечения GPES.

Предыдущая PFV NrfA была выполнена с электродами PGE и буферными электролитами, содержащими буферы Goods, такие как Hepes и Mes (14,15,17). Однако было обнаружено, что буферы Goods адсорбируются на электродах из золота (111). Поэтому фосфатные буферы использовались на протяжении всего исследования, чтобы минимизировать конкуренцию между NrfA и компонентами буфера за адсорбцию на электродах из Au (111). Контрольные эксперименты с вращающимися электродами из PGE показали, что каталитическая PFV пленок NrfA по существу не зависит от того, содержит ли буферный электролит pH 7 фосфат или буфер Товара.

СТМ-визуализация на месте

Рабочий электрод, электрод сравнения и противоэлектрод из Au (111) размещались в ячейке из политетрафторэтилена, совмещенной с тефлоновым уплотнительным кольцом. Непосредственно перед использованием ячейку кипятили в 15% азотной кислоте, обрабатывали ультразвуком и тщательно промывали водой Millipore. Затем в ячейку помещали покрытый ферментом электрод, приготовленный, как описано выше. Ячейку немедленно заполняли желаемым буферным раствором электролита (3 мл) и начинали регулирование потенциала электрода.Ячейка была установлена ​​в приборе STM (PicoSPM, Molecular Imaging, Tempe, AZ) внутри стеклянной камеры, в которую постоянно подавался поток влажного чистого аргона, чтобы гарантировать регистрацию STM in situ в анаэробных условиях (48). Прибор СТМ подвешивался на эластичных шнурах в клетке Фарадея. Использовали наконечники из вольфрама или платино-иридия (диаметр 0,25 мм, общая длина ∼17 мм), покрытые воском Apiezon. Прибор работал в режиме постоянного тока с частотой 9,8 Гц.

Размеры деталей на изображениях СТМ были определены непосредственно с помощью программного обеспечения SPIP (Image Metrology, Копенгаген, Дания).Калибровку прибора СТМ проводили по расстоянию (6,35 нм) между линиями периодической реконструкции на Au (111). Молекулярные проекции, перпендикулярные поверхности Au (111), калибровались ежедневно по золотой террасе (0,245 нм) при сканировании белковой пленки. Большинство СТМ-изображений пленок NrfA демонстрируют области с высоким контрастом с поперечными размерами> 4 нм и, таким образом, согласуются с кристаллографически определенными размерами белка (). Наибольший боковой размер был принят за длину молекулы.Ширину измеряли по нормали к наибольшему размеру в его центральной точке. Проверка значительного количества записанных изображений не показала непосредственной корреляции между направлением сканирования и ориентацией вытянутых структур. Таким образом, боковые размеры можно считать «физически» обоснованными. Иногда наблюдалась область аномально высокого контраста с поперечными размерами <1 нм. Такие особенности были исключены из анализа на том основании, что они были слишком малы, чтобы соответствовать белку.Покрытие электрода NrfA обычно определялось из изображений 100 × 100 нм ² , пересекающие край изображения молекулы подсчитывались только в том случае, если появлялось более 50% молекулы. Представленные результаты являются репрезентативными для семи независимо подготовленных электродов и более 100 изображений каждого электрода.

РЕЗУЛЬТАТЫ

PFV на Au (111) электродах

Типичные циклические вольтамперограммы на Au (111) электродах, недавно покрытых NrfA, показаны на рис.Циклическая вольтамперометрия была ограничена диапазонами положительных потенциалов -0,60 В, потому что был отмечен сильный ток восстановления от H ₂ -эволюции, начинающийся при отрицательных потенциалах -0,50 В. В отсутствие нитрита не было обнаружено никаких сигналов, которые можно было бы отнести к восстановлению или окислению центров внутри фермента. В присутствии нитрита токи каталитического восстановления были ниже -0,10 В. Эти токи отсутствовали, когда NrfA был исключен из эксперимента, и их связывают с восстановлением нитрита, катализируемым NrfA в прямой электрической связи с электродом.Наличие электрокаталитически активной пленки NrfA было подтверждено, когда каталитический отклик сохранялся при переносе покрытых NrfA электродов на свежие нитритсодержащие буферы.

Типичные циклические вольтамперограммы пленок NrfA на электродах из Au (111). Эксперименты проводились с указанным уровнем нитрита в 2 мМ фосфате калия, pH 7, при комнатной температуре со скоростью сканирования 10 мВ с ^-1 . Пунктирные линии указывают первое сканирование, сплошные линии – последнее сканирование, а пунктирные линии – промежуточное сканирование.

Некоторые свойства каталитических сигналов менялись со временем. В частности, сигналы уменьшились по амплитуде, а профили ток-потенциал стали менее зависимыми от направления сканирования (). Эти изменения могут отражать взаимосвязанные явления. Разумно предположить, что начальное и относительно быстрое уменьшение амплитуды сигнала вызвано десорбцией электрокаталитически активного NrfA, лишь слабо связанного с электродом. По мере уменьшения количества электрокаталитически активных молекул на электроде конкуренция за нитрит на поверхности электрода уменьшается.Любое ограничение на вольтамперограмме из-за переноса массы субстрата, на которое указывают более высокие каталитические токи на развертке в сторону более отрицательных потенциалов, чем на обратном, должно затем уменьшаться по мере продвижения экспериментов (49). Это действительно так, и со временем вольтамперограммы стали стремиться к стационарному описанию катализа пленками NrfA.

Отчетливые установившиеся сигналы подразумевают вольтамперограммы 30 и 1000 нитрита мкм M (). При каталитическом ПФВ часто наблюдается зависимость стационарного сигнала от концентрации ферментного субстрата (2–5).Он отражает отчетливое лимитирующее событие катализа при концентрациях субстрата значительно ниже константы Михаэлиса, K _M , по сравнению с концентрацией субстрата выше K _M . Для NrfA составляет ∼30 мкм M при pH 7, и каталитические сигналы на электродах из Au (111) напоминают те, о которых сообщается на быстро вращающихся электродах из PGE, как по своей форме, так и по потенциальному окну, для которого определяется активность (14,17). Стоит отметить, что каталитический отклик на стационарных электродах из PGE обычно определяется последствиями истощения нитрита вблизи ферментной пленки.Таким образом, кажется разумным предположить, что химически и топографически разнообразная поверхность PGE вмещает большую плотность электрокаталитически активного NrfA, чем гораздо более однородная поверхность Au (111).

Мы ранее интерпретировали стационарный каталитический PFV NrfA с точки зрения гомогенной популяции электрокаталитически активных молекул (5,14,15). Вкратце, при концентрациях нитрита начало активности происходит в диапазоне потенциалов, который предполагает снижение гемов 1 и 3 ( E _{m, 7} −100 мВ) как необходимый шаг для наблюдения активности NrfA.При более отрицательных потенциалах предполагается, что ослабление каталитической скорости происходит в результате восстановления гема 4 и / или гема 5 ( E _{m, 7} -320 мВ) с точными механистическими последствиями, которые еще предстоит выявить. Результат – максимальный установившийся каталитический ток в узком окне потенциала. При концентрациях нитрита, таких как 1000 мкл M, которые намного больше, становится труднее связать потенциалы восстановления, определенные в отсутствие субстрата, с каталитической реакцией.Это связано с тем, что события внутри комплекса фермент-субстрат определяют скорость катализа. В таких условиях активность NrfA больше не ослабляется при низком потенциале. Фактически, в 1000 мкл M нитрита активность NrfA повышается при более низких потенциалах. Это может отражать лимитирующую скорость доставки электронов к активному центру в условиях максимального оборота. При промежуточных концентрациях нитрита каталитический сигнал систематически изменяется между ограничивающими формами, описанными выше.

Таким образом, характерные стационарные особенности катализа NrfA на электродах из PGE также проявляются NrfA, адсорбированным на электродах из Au (111).Аналогичное поведение наблюдалось для NrfA на быстро вращающихся поликристаллических золотых электродах (14). Однако отклик на поликристаллическом золоте сохранялся только в течение четырех или пяти сканирований. Напротив, пленки NrfA на электродах из Au (111) показали каталитическую вольтамперометрию по крайней мере через 3 часа после приготовления, что позволило более критически рассмотреть их поведение. Например, для 1000 мкл M нитрита было показано, что каталитический отклик практически не зависит от скорости сканирования вплоть до 100 мВ с ^-1 .Важно отметить, что долговечность пленки NrfA на электродах из Au (111) позволила получить СТМ-изображение in situ для прямого доступа к молекулярному разрешению электрокаталитически компетентных пленок NrfA, как мы описываем ниже.

In situ СТМ на электродах из Au (111) в отсутствие нитрита

Получение изображений пленок NrfA в отсутствие нитрита (туннельный ток 0,15–0,30 нА) показало наличие дискретных областей с высоким контрастом с латеральной длиной 5–15 нм. Габаритные размеры (). Этот диапазон размеров хорошо согласуется с предсказанным кристаллографией (), и эти контрастные области приписываются молекулам NrfA.То, что наибольшие размеры, полученные с помощью СТМ, немного больше, чем определено кристаллографией, является обычным наблюдением, которое, скорее всего, возникает из-за слоев воды вокруг белка или свертки кончика. Из изображений видно, что NrfA адсорбируется значительно ниже монослоя. Приписывая каждый контраст одной «молекуле» NrfA (мономеру или димеру), покрытие составляет 0,5 ± 0,1 пикомоль см 9 · 1076 −2 9 · 1077.

Репрезентативные СТМ-изображения in situ NrfA, адсорбированного на Au (111) электроде. Размеры изображения: ( A ) 200 × 200 нм, ( B ) 100 × 100 нм, ( C ) 60 × 60 нм и ( D ) 30 × 30 нм.Изображения, записанные в 2 мМ фосфате, pH 7, с электродом Au (111), поддерживаемым при -0,07 В по сравнению с SHE, напряжением смещения -0,2 В, туннельным током 0,3 нА.

Когда потенциал Au (111) поддерживался в диапазоне потенциалов от ∼0,3 до −0,3 В, медленное уменьшение покрытия NrfA было отмечено при повторных изображениях данной области электрода (напряжение смещения −0,3 или −0,4 В). Распад можно приблизить к процессу первого порядка с периодом полураспада ∼60 мин. Пленки выглядели заметно менее стабильными при приложении большего потенциала отрицательного электрода и при -0.6 В период полураспада для десорбции составлял ~ 10 мин. Когда наконечник был поднят и перемещен к свежему участку электрода, покрытие оказалось в пределах погрешности по сравнению с первоначально записанной. Таким образом, десорбция NrfA облегчается процессом визуализации и ускоряется приложением электродных потенциалов ниже ~ -0,3 В. Десорбция, индуцированная кончиком, также наблюдалась во время визуализации дрожжевого цитохрома c на Au (111) и является общим наблюдением нековалентно связанной адсорбаты (34).

Получение изображений с более высоким разрешением позволило определить поперечные размеры адсорбированных молекул ().Такой анализ проводился для изображений одной и той же площади электрода с разными потенциалами Au (111) (). При напряжении смещения -0,4 В наблюдалась кажущаяся длина молекулы в диапазоне 5-15 нм и кажущаяся ширина от 4 до 10 нм с небольшой зависимостью от потенциала Au (111). В результате молекулярные «следы» варьировались от примерно круглых до удлиненно-овальных. Меньшее количество молекул, зарегистрированных при более низких потенциалах электрода, отражает отмеченные повышенные скорости десорбции. Корреляции между размерами молекул и временем удерживания на поверхности не было.

Видимые поперечные размеры молекул NrfA, адсорбированных на Au (111) электродах, удерживаемых при указанном потенциале в отсутствие нитрита. На вставке: гистограммы, представляющие частоту, ось y , заданной длины ( черный ) и ширины ( серый ), ось x . Данные репрезентативных изображений (60 × 60 нм), записанных в 2 мМ фосфате, pH 7, с напряжением смещения -0,4 В, туннельным током 0,15 нА.

Вертикальная проекция изображенной молекулы отражает туннельный ток, определяемый электронной, а не топографической структурой молекулы (37).Адсорбированные молекулы NrfA демонстрировали видимые вертикальные проекции ~ 0,2-0,5 нм независимо от потенциала Au (111) от -0,25 до 0,25 В (). Они намного меньше кристаллографических размеров, что в основном наблюдается с помощью СТМ окислительно-восстановительных металлопротеинов in situ (32,34,40). Хотя абсолютные значения проекций в этом случае менее значимы, относительные высоты все же могут отражать различия в электронной проводимости.

Вертикальная проекция молекул нитрита 0 мкм M (○) и 40 мкм M (•) как функция потенциала Au (111).Данные репрезентативных изображений (60 × 60 нм), записанных в 2 мМ фосфате, pH 7 с напряжением смещения -0,3 В и туннельными токами 0,2 нА (0 мкм M нитрита) и 0,5 нА (40 мкм M нитрита).

In situ СТМ на Au (111) электродах в присутствии 40

мкм M нитрита

Визуализация пленок NrfA в присутствии 40 мкм M нитрита выявила особенности с аналогичной начальной плотностью (0,45 ± 0,1 пикомоль см ^{– 2} ) к наблюдаемым в отсутствие нитрита.Для стабильной визуализации здесь использовался немного более высокий туннельный ток, 0,5 нА. Было очевидно, что пленки были менее стабильными, чем пленки, полученные в сопоставимых условиях, но без нитрита. Период полураспада около 20 минут был оценен по изображениям, записанным между 0,3 и -0,1 В. При более низких потенциалах электрода период полураспада еще больше уменьшался, и иногда отображаемая область очищалась от всех адсорбированных молекул в течение 20 минут повторной визуализации. Перемещение наконечника для изображения свежей области электрода показало, что десорбция NrfA была ускорена процессом визуализации.Это также свидетельствует об уменьшении охвата по сравнению с тем, что наблюдалось изначально. Это наблюдение предполагает, что NrfA может легче диссоциировать с поверхности Au (111), когда происходит восстановление нитрита. Количественному определению «внутренней» скорости потери пленки препятствовала сложность деконволюции внутренних эффектов десорбции и эффектов десорбции, вызванных визуализацией. Однако общая стабильность пленки находится в хорошем качественном согласии со стабильностью, наблюдаемой с PFV, где потенциал Au (111) непрерывно циклически проходит через диапазон потенциалов.

Из-за десорбции молекул NrfA потребовалось визуализировать несколько областей электродов, чтобы оценить влияние условий измерения на внешний вид адсорбированных молекул. Размеры молекул были сопоставимы с таковыми в отсутствие нитрита (). Однако видимые высоты молекул, отображаемые в присутствии нитрита, обычно были меньше и имели более узкое распределение, чем зарегистрированные в отсутствие нитрита (). Например, средняя видимая высота равнялась 0.39 нм со стандартным отклонением 0,06 нм при 0,153 В в отсутствие нитрита, тогда как оно составляло 0,26 нм со стандартным отклонением 0,04 нм при 0,135 В в 40 мк M нитрита. Это различие обсуждается ниже.

Видимые поперечные размеры молекул NrfA, адсорбированных на Au (111) электродах, удерживаемых при указанном потенциале в нитрите 40 мкм M. ( Вставка ) Гистограммы, представляющие частоту, ось y , заданной длины ( черный ) и ширины ( серый ), ось x .Данные репрезентативных изображений (60 × 60 нм), записанных в 40 μ, M нитрите, 2 мМ фосфате, pH 7, с напряжением смещения -0,4 В, туннельным током 0,5 нА.

ОБСУЖДЕНИЕ

На сегодняшний день только несколько исследований объединили PFV со сканирующими зондовыми микроскопами in situ для выявления молекулярных структур адсорбированных молекул. Целевые белки включают цитохром сердца лошади c (29,31), пероксидазу хрена (30), Saccharomyces cerevisiae , цитохром c (34,36), Pseudomonas aeruginosa азурин (32,33,37,39,41 ), Pyrococcus furiosus ферредоксин (35) и Achromobacter xylosoxidans Cu-содержащая нитритредуктаза (38).Представленные здесь исследования дополняют эту коллекцию систематическим наблюдением за электрокаталитически активными пленками NrfA, полученными с молекулярным разрешением с помощью in situ STM. Субмонослойное покрытие NrfA электродов из Au (111) сразу выявляется и обеспечивает отправную точку для рассмотрения PFV.

Редокс-преобразование однородной невзаимодействующей совокупности адсорбированных молекул даст сигналы неперехода с пиковой плотностью тока, i _p , равной n ² F ² υ Γ / 4 РТ (50).Здесь n – число электронов, перенесенных в окислительно-восстановительном событии, υ – скорость сканирования, Γ – популяция электроактивных молекул, а F , R и T имеют свое обычное значение. Для пленок NrfA на электродах из Au (111) Γ ≈ 0,5 пикомоль см 9 · 1076 −2 9 · 1077. При скорости сканирования 10 мВ с ⁻¹ , используемой в этих экспериментах, процесс n = 1 будет иметь i _p ≈ 4 нА см ⁻² . Даже с учетом вдвое большей популяции, если молекулярные структуры представляют собой димеры, а не мономеры, как обсуждается ниже, это значительно ниже уровня вольтамперометрического обнаружения ().Таким образом, неспособность обнаружить непереходные сигналы от пленок NrfA легко согласуется с субмонослойным покрытием, разрешенным с помощью STM in situ.

Каталитические токи, зарегистрированные в присутствии нитрита, иллюстрируют усиление переноса электронов, достигаемое за счет катализа NrfA. При 1000 мкм М нитрита достигается максимальная каталитическая скорость (~ 30 мкм М), и несколько независимо полученных пленок были исследованы в этих условиях. Когда сигналы приближались к установившейся форме, каталитические плотности тока составляли от 4 до 15 мкм А · см ^-2 были обнаружены при -0.4 В. Принимая эти токи для представления шестиэлектронного восстановления нитрита до аммония 0,5 пикомоля электрокаталитически активного NrfA, вычисляется число оборотов, к _кат , порядка 30 с ^-1 . Это значение значительно ниже, чем значение 770 с ^-1 , измеренное с использованием восстановленного дитионитом метилвиологена в качестве донора электронов (43). Предполагая, что электрод из Au (111) был равномерно покрыт NrfA (СТМ-изображение на месте не дало информации, противоречащей этому), можно предусмотреть два ограничивающих сценария, чтобы учесть очевидное несоответствие между экспериментами с раствором и PFV.В одном сценарии адсорбированные молекулы проявляют идентичную электрокаталитическую активность, но с числом оборотов значительно ниже, чем у свободно диффундирующего NrfA. В альтернативном описании адсорбированные молекулы демонстрируют неоднородное поведение. Здесь адсорбированный и диффундирующий NrfA имеют одинаковое число оборотов, но только часть (~ 5%) отображаемых структур является электрокаталитически активной.

Чтобы продолжить это обсуждение, необходимо рассмотреть свойства отдельных молекул.Здесь изображения СТМ in situ сочетаются с внутренними асимметричными размерами молекулы NrfA, чтобы предоставить дополнительную ценную информацию. Молекулярные структуры показывают диапазон поперечных размеров, которые выходят за пределы неопределенности, присущей таким измерениям, что свидетельствует о неоднородности свойств адсорбированных молекул. Размеры, полученные с помощью СТМ-изображений in situ, неразрывно связаны с электронными свойствами адсорбированных молекул. Тем не менее, предыдущие исследования обнаружили широкое согласие между поперечными размерами, полученными с помощью СТМ, и теми, которые определены кристаллографически (32,34,35).Чуть большие размеры, обычно регистрируемые первым, объясняются участием структурированных водных слоев в контрасте изображения или свертке кончика. В этом контексте раскрытые здесь боковые размеры NrfA предполагают, что молекулы проецируют отчетливые «следы» на поверхность Au (111) (). Таким образом, NrfA может адсорбироваться с распределением ориентации и, возможно, в форме как мономера, так и димера.

Наложение кристаллографически определенных размеров мономеров NrfA ( белый ) и димеров ( серый ) на поперечные размеры, полученные из СТМ in situ, как в случае с Au (111) электродом при 1 мВ по сравнению с SHE.

Структура NrfA, как и многих многоцентровых металлоферментов, предполагает области, адаптированные для облегчения определенных стадий катализа. Например, каналы, которые, как предполагается, облегчают обмен субстратом / продуктом между активным центром NrfA и объемным раствором, были идентифицированы в дополнение к «горячим точкам» для продуктивного межмолекулярного электронного обмена (). Как следствие, ожидается, что электрокаталитическое поведение адсорбированного NrfA будет зависеть от ориентации. Если большинство молекул NrfA адсорбируется, чтобы ограничить доступ к каналам, которые позволяют субстрату проникать в активный центр и выходить из него, или, таким образом, который не поддерживает легкий межфазный перенос электронов, необходимый для катализа, очевидно низкий каталитический объясняется активность фильма.

Представленные здесь работы и обсуждения выше служат для иллюстрации сложности, которая может быть свойственна электрокаталитически активной белковой пленке. Данные СТМ in situ указывают на низкий уровень покрытия поверхности ферментом, что согласуется с электрохимическими данными, но также частично вызвано процессом визуализации и тесным контактом наконечника. Молекулярные структуры показывают распределение латеральных размеров, указывающее на ряд ориентаций, которые могут включать распределение форм димеров и мономеров ферментов.Однако для окончательного объяснения наблюдаемого поведения потребуется разрешение электрокаталитической активности на уровне отдельной молекулы.

Ряд недавних исследований комплексов переходных металлов (51), органических окислительно-восстановительных молекул (52,53) и малого окислительно-восстановительного металлопротеина Pseudomonas aeruginosa азурина (41), подтвержденных теоретическими рамками (54), открыли пути для in situ STM не только как инструмент визуализации с высоким разрешением, но и как конфигурация одной молекулы с подобными устройствам свойствами.Такие наблюдения могут открывать другие перспективы для изучения электронных свойств окислительно-восстановительных металлоферментов на уровне одной молекулы. Зависимость от перенапряжения электрокаталитического тока отражает, например, межфазный электронный обмен в активном и покоящемся состояниях фермента, также свойственный туннельному току in situ СТМ. Различные электронные структуры фермента и комплекса фермент-субстрат также в принципе будут давать разные STM-сигналы in situ. Настоящие данные показывают меньшую кажущуюся высоту для комплекса фермент-субстрат, чем для не содержащего субстрата фермента.Для стабильной визуализации в присутствии подложки использовался немного более высокий туннельный ток, т.е. 0,5 нА против 0,15–0,3 нА. Однако, если туннельный ток следует ожидаемой экспоненциальной зависимости от расстояния, такое изменение тока кажется слишком малым, чтобы вызвать наблюдаемое изменение кажущейся высоты. Кроме того, присутствие нитрита, по-видимому, ослабляет связывание фермента с электродом, о чем свидетельствует уменьшение периода полураспада для десорбции. Не принимая во внимание различную степень влияния наконечника на фермент и комплекс фермент-субстрат, принимаемые тогда за чистую монету, данные STM in situ позволяют предположить, что комплекс фермент-субстрат имеет более компактную структуру и более свободно связан с поверхностью с более низкой проводимостью, чем свободный фермент.

Выводы о небольших видимых изменениях высоты, т. Е. Изменениях электронной проводимости, либо при изменении потенциала Au (111), либо при связывании нитрита, требуют дальнейшего обоснования. Однако они служат для освещения общей проблемы картирования окислительно-восстановительных металлопротеинов с помощью in situ STM. Для небольших окислительно-восстановительных молекул, таких как комплексы переходных металлов, можно ожидать тесной связи между вольтамперометрическими и in situ СТМ картинами (51,54). Когда окислительно-восстановительный центр составляет лишь небольшую часть целевой молекулы, такой как в металлоферментах, множество других каналов электронного туннелирования вне резонанса становятся все более конкурентоспособными.Они видны в СТМ и in situ STM, но не в PFV, где захват электронов важен в окислительно-восстановительном центре. К этому добавляется неоднородная структура адсорбции NrfA на голой поверхности Au (111), которая дополнительно разрушает тонкие туннельные спектроскопические особенности для однородной адсорбции. Подходы к благоприятной и равномерной адсорбции будут основаны на систематических исследованиях NrfA на модифицированных поверхностях электродов Au (111) с монослоями линкерных молекул с функциональными группами, подходящими для мягкого связывания фермента в одинаковых ориентациях.Это также обеспечило бы эффективное электронное соединение с поверхностью электрода, как показано недавно (41).

ВЫВОДЫ

Сообщенных исследований электрокаталитического поведения окислительно-восстановительных металлоферментов на четко определенных поверхностях монокристаллических электродов немного. Как показывают отчеты о малых белках, переносящих электрон, такие подходы, однако, открывают перспективы для внедрения новой технологии, такой как in situ STM, для решения проблемы поведения металлопротеинов с разрешением, приближающимся к разрешению одиночной молекулы (29–41).Это дополнительно решит нерешенные проблемы в PFV, в частности, покрытие электрода белком и количество электрохимически и электрокаталитически активных молекул белка в монослое поверхности белка.

Это исследование осветило некоторые из этих проблем. Целевой металлофермент, NrfA, является электрокаталитически активным на поверхности немодифицированного монокристалла Au (111), но в отсутствие нитритной подложки вольтамперометрические сигналы не обнаружены. Электрокаталитические сигналы уменьшались по величине с течением времени, скорее всего, из-за слабой адсорбции NrfA.In situ STM под контролем электрохимического потенциала обнаружил низкую плотность адсорбированных молекул, что легко объясняет невозможность обнаружения вольтамперометрических сигналов в отсутствие субстрата. Корреляция каталитических токов с количеством адсорбированных молекул дает число оборотов, намного меньшее, чем наблюдаемое при исследованиях растворов. Причина этого заключается в широком распространении структур латеральных размеров молекул, что отражает распределение режимов адсорбции металлоферментов, только некоторые из которых могут быть электрокаталитически активными.Таким образом, взаимная поддержка между макроскопическим PFV и одномолекулярным in situ STM подходом ярко освещена таким образом. Вместе с предыдущими исследованиями белков-переносчиков электронов (27,32–36,39,40) и окислительно-восстановительных металлоферментов (30,38), исследование предлагает способы приближения как к стабильной электрокаталитической вольтамперометрии, так и к параллельному структурному и функциональному картированию для разрешения одиночных молекул.

Благодарности

Мы благодарны Кристине Мур за очистку от NrfA и Дэвиду Ричардсону, Тому Кларку, Бенедикте Бурлат, Майлсу Чизману и Эндрю Хеммингсу за полезные обсуждения.

Эта работа финансировалась Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (награда за докторскую подготовку для JDG), Исследовательским советом по биотехнологиям и биологическим наукам (гранты 83 / B17233 и 83 / B18695), а также премией Объединенного фонда инфраструктуры в области биофизической химии. в Университете Восточной Англии (062178). Финансовая поддержка J.U. признается.

Список литературы

1. Tischer, W., и В. Каше. 1999. Иммобилизованные ферменты: кристаллы или носители? Trends Biotechnol. 17: 326–335. [PubMed] [Google Scholar] 2. Леже, К., С. Дж. Эллиотт, К. Р. Хок, Л. Дж. К. Юкен, А. К. Джонс и Ф. А. Армстронг. 2003. Электрокинетика ферментов: использование пленочной вольтамперометрии для исследования окислительно-восстановительных ферментов и их механизмов. Биохимия. 42: 8653–8662. [PubMed] [Google Scholar] 3. Винсент, К. А. и Ф. А. Армстронг. 2005. Исследование металлоферментных реакций с использованием электрохимических разверток и ступеней: точный контроль и измерения с различными реагентами, от ионов до газов.Неорг. Chem. 44: 798–809. [PubMed] [Google Scholar] 4. Армстронг, Ф. А. 2005. Последние разработки в области динамических электрохимических исследований адсорбированных ферментов и их активных центров. Curr. Opin. Chem. Биол. 9: 110–117. [PubMed] [Google Scholar] 5. Батт, Дж. Н. 2003. Свежие взгляды на ферменты азотного цикла из вольтамперометрии белковой пленки. Недавнее Res. Devel. Biochem. 4: 159–180. [Google Scholar] 6. Херинг, Х.А., Дж. Херст и Ф. А. Армстронг. 1998. Интерпретация каталитической вольтамперометрии электроактивных ферментов, адсорбированных на электродах.J. Phys. Chem. B. 102: 6889–6902. [Google Scholar] 7. Эллиот, С. Дж., К. Р. Хок, К. Хеффрон, М. Палак, Р. А. Ротери, Дж. Х. Вайнер и Ф. А. Армстронг. 2004. Вольтамперометрические исследования каталитического механизма респираторной нитратредуктазы из Escherichia coli : как восстановление и ингибирование нитратов зависят от степени окисления активного центра. Биохимия. 43: 799–807. [PubMed] [Google Scholar] 8. Андерсон, Л. Дж., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2001. Каталитическая вольтамперометрия белковой пленки респираторной нитратредуктазы свидетельствует о сложной электрохимической модуляции активности фермента.Биохимия. 40: 11294–11307. [PubMed] [Google Scholar] 9. Франджони Б., П. Арну, М. Сабати, Д. Пиньоль, П. Бертран, Б. Гильярелли и К. Леже. 2004. В дыхательной нитратредуктазе Rhodobacter sphaeroides кинетика связывания субстрата способствует внутримолекулярному переносу электронов. Варенье. Chem. Soc. 126: 1328–1329. [PubMed] [Google Scholar] 10. К. Хеффрон, К. Леже, Р. А. Ротери, Дж. Х. Вайнер и Ф. А. Армстронг. 2001. Определение оптимального потенциального окна для катализа по E.coli диметилсульфоксидредуктазы и гипотеза о роли Мо (V) в пути реакции. Биохимия. 40: 3117–3126. [PubMed] [Google Scholar] 11. Херст, Дж., Б.А.С. Акрелл и Ф.А. Армстронг. 1997. Глобальное наблюдение эффектов изотопов водорода / дейтерия на двунаправленный каталитический перенос электронов в ферменте: прямое измерение с помощью белковой пленочной вольтамперометрии. Варенье. Chem. Soc. 119: 7434–7439. [Google Scholar] 12. Хадсон, Дж. М., К. Хеффрон, В. Котляр, Ю. Шер, Э. Маклашина, Дж. Чеккини, Ф.А. Армстронг. 2005. Перенос электронов и каталитический контроль кластерами железо-сера в респираторном ферменте, E. coli фумаратредуктаза. Варенье. Chem. Soc. 127: 6977–6989. [PubMed] [Google Scholar] 13. Батт, Дж. Н., Дж. Торнтон, Д. Дж. Ричардсон и П. С. Доббин. 2000. Вольтамперометрия флавоцитохрома c ₃ : гем с самым низким потенциалом модулирует скорость восстановления фумарата. Биофиз. J. 78: 1001–1009. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Ангов, Х.С., Дж. А. Коул, Д.Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2002. Вольтамперометрия белковой пленки выявляет отличительные отпечатки восстановления нитрита и гидроксиламина нитритредуктазой цитохрома c . J. Biol. Chem. 277: 23374–23381. [PubMed] [Google Scholar] 15. Гвайер, Дж. Д., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2005. Характеристики диода или туннельного диода? Устранение каталитических последствий переноса электронов, связанных с протонами, в многоцентровой оксидоредуктазе. Варенье. Chem. Soc. 127: 14964–14965. [PubMed] [Google Scholar] 16.Брэдли, А. Л., С. Э. Чобот, Д. М. Арчиеро, А. Б. Хупер и С. Дж. Эллиотт. 2004. Отличительный электрокаталитический ответ пероксидазы цитохрома c из Nitrosomonas europaea . J. Biol. Chem. 279: 13297–13300. [PubMed] [Google Scholar] 17. Гвайер, Дж. Д., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2004. Разрешение сложности во взаимодействиях окислительно-восстановительных ферментов и их ингибиторов: контрастирующие механизмы ингибирования нитритредуктазы цитохрома c , выявленные с помощью вольтамперометрии белковой пленки.Биохимия. 43: 15086–15094. [PubMed] [Google Scholar] 18. Гвайер, Дж. Д., Х. К. Ангов, Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2004. Редокс-триггерные события в нитритредуктазе цитохрома c . Биоэлектрохимия. 63: 43–47. [PubMed] [Google Scholar] 19. Леже, К., С. Дементин, П. Бертран, М. Руссе и Б. Гуильярелли. 2004. Кинетика ингибирования и аэробной инактивации Desulfovibrio fructosovorans NiFe-гидрогеназа изучена методом вольтамперометрии белковой пленки. Варенье. Chem. Soc. 126: 12162–12172.[PubMed] [Google Scholar] 20. Леже, К., А. К. Джонс, В. Роузбум, С. П. Дж. Альбрахт и Ф. А. Армстронг. 2002. Электрокинетика ферментов: выделение и окисление водорода Allochromatium vinosum NiFe-гидрогеназой. Биохимия. 41: 15736–15746. [PubMed] [Google Scholar] 21. Реда Т. и Дж. Херст. 2006. Интерпретация каталитической вольтамперометрии адсорбированного фермента с учетом массопереноса субстрата, обмена ферментов и межфазного транспорта электронов. J. Phys. Chem. Б. 110: 1394–1404.[PubMed] [Google Scholar] 22. Леже, К., А. К. Джонс, С. П. Дж. Альбрахт и Ф. А. Армстронг. 2002. Влияние дисперсии скоростей межфазного переноса электронов на стационарный каталитический перенос электронов в NiFe-гидрогеназе и других ферментах. J. Phys. Chem. Б. 106: 13058–13063. [Google Scholar] 23. Aguey-Zinsou, K. F., P. V. Bernhardt, S. Leimkuhler. 2003. Вольтамперометрия белковой пленки ксантиндегидрогеназы Rhodobacter capsulatus . Варенье. Chem. Soc. 125: 15352–15358. [PubMed] [Google Scholar] 24.Тернер, К. Л., М. К. Доэрти, Х. А. Херинг, Ф. А. Армстронг, Г. А. Рид и С. К. Чепмен. 1999. Редокс-свойства флавоцитохрома c ₃ из Shewanella frigidimarina NCIMD400. Биохимия. 38: 3302–3309. [PubMed] [Google Scholar]

25. Гевирт, А. А., и Х. Зигенталер, редакторы. 1995. Наноразмерные зонды границы раздела твердое тело / жидкость. Клувер, Дордрехт, Нидерланды.

26. Данилов А. 1995. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхностей.Русь. Chem. Rev. 64: 767–781. [Google Scholar] 27. Zhang, J., Q. Chi, A.M. Кузнецов, A.G. Hansen, H. Wackerbarth, H.E.M. Christensen, J.E.T. Andersen и J. Ulstrup. 2002. Электронные свойства функциональных биомолекул на границе раздела металл / водный раствор. J. Phys. Chem. Б. 106: 1131–1152. [Google Scholar] 28. Чжан, Дж. Д., К. Дж. Чи, Т. Альбрехт, А. М. Кузнецов, М. Грабб, А. Г. Хансен, Х. Вакербарт, А. К. Велиндер и Дж. Ульструп. 2005. Электрохимия и биоэлектрохимия на уровне одиночных молекул: теоретические понятия и системы.Электрохим. Acta. 50: 3143–3159. [Google Scholar] 29. Андерсен, Дж. Э. Т., П. Моллер, М. В. Педерсен и Дж. Ульструп. 1995. Динамика цитохрома c на поверхности золота и стеклоуглерода, отслеживаемая с помощью сканирующей туннельной микроскопии in situ . Серфинг. Sci. 325: 193–205. [Google Scholar] 30. Чжан Дж., К. Чи, С. Донг и Э. Ван. 1996. In situ. Электрохимическая сканирующая туннельная микроскопия. Исследование структуры пероксидазы хрена и ее электрокаталитических свойств.Биоэлектрохим. Биоэнерг. 39: 267–274. [Google Scholar] 31. Андерсен, Дж. Э. Т., К. Г. Олесен, А. И. Данилов, К. Е. Фоверсков, П. Моллер и Дж. Улструп. 1997. Ковалентно иммобилизованный цитохром c , полученный методом сканирующей туннельной микроскопии in situ. Биоэлектрохим. Биоэнерг. 44: 57–63. [Google Scholar] 32. Chi, Q. J., J. D. Zhang, J. U. Nielsen, E. P. Friis, I. Chorkendorff, G. W. Canters, J. E. T. Andersen и J. Ulstrup. 2000. Молекулярные монослои и межфазный перенос электронов азурина Pseudomonas aeruginosa на Au (111).Варенье. Chem. Soc. 122: 4047–4055. [Google Scholar] 33. Chi, Q.J., J. D. Zhang, J. E. T. Andersen и J. Ulstrup. 2001. Упорядоченная сборка и контролируемый перенос электронов синего медного белка азурина на монокристаллических подложках золота (111). J. Phys. Chem. B. 105: 4669–4679. [Google Scholar] 34. Hansen, A. G., A. Boisen, J. U. Nielsen, H. Wackerbarth, I. Chorkendorff, J. E. T. Andersen, J. D. Zhang и J. Ulstrup. 2003. Адсорбция и межфазный перенос электронов Saccharomyces cerevisiae дрожжевого цитохрома c монослоев на Au (111) электродах.Ленгмюра. 19: 3419–3427. [Google Scholar] 35. Zhang, J. D., H. E. M. Christensen, B. L. Ooi и J. Ulstrup. 2004. In situ визуализация СТМ и прямая электрохимия ферредоксина Pyrococcus furiosus , собранного на поверхности Au (111), модифицированной тиолатом. Ленгмюра. 20: 10200–10207. [PubMed] [Google Scholar] 36. Бонанни Б., Д. Аллиата, А. Р. Биццарри и С. Каннистрато. 2003. Топологические и электронно-переносные свойства дрожжевого цитохрома c , адсорбированного на голых золотых электродах.ХимФисХим. 4: 1183–1188. [PubMed] [Google Scholar] 37. Zhang, J. D., A. M. Kuznetsov, J. Ulstrup. 2003. In situ сканирующая туннельная микроскопия окислительно-восстановительных молекул. Когерентный перенос электронов при больших напряжениях смещения. J. Electroanal. Chem. 541: 133–146. [Google Scholar] 38. Zhang, J.D., A.C. Welinder, A.G. Hansen, H.E.M. Christensen и J. Ulstrup. 2003. Каталитическая монослойная вольтамперометрия и in situ сканирующая туннельная микроскопия нитритредуктазы меди на электродах из Au (111), модифицированных цистеамином.J. Phys. Chem. B. 107: 12480–12484. [Google Scholar] 39. А. Алессандрини, М. Салерно, С. Фабброни и П. Фаччи. 2005. Влажный биотранзистор, состоящий из одного металлопротеина. Приложение. Phys. Lett. 86: 133902. [Google Scholar] 40. Фриис, Э. П., Дж. Э. Т. Андерсен, Ю. И. Харкац, А. М. Кузнецов, Р. Дж. Николс, Дж. Д. Чжан и Дж. Ульструп. 1999. Подход к механизмам переноса электронов на большие расстояния в металлопротеинах: in situ сканирующая туннельная микроскопия с субмолекулярным разрешением. Proc. Natl. Акад. Sci.СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 96: 1379–1384. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 41. Чи, К. Дж., О. Фарвер и Дж. Улструп. 2005. Перенос электрона на большие расстояния, наблюдаемый на уровне одной молекулы: in situ картирование окислительно-восстановительного туннельного резонанса. Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 102: 16203–16208. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 42. Саймон, Дж. 2002. Энзимология и биоэнергетика респираторной аммонификации нитрита. FEMS Microbiol. Откр. 26: 285–309. [PubMed] [Google Scholar] 43. Бэмфорд, В.А., Х. К. Ангов, Х. Э. Сьюард, А. Дж. Томсон, Дж. А. Коул, Дж. Н. Батт, А. М. Хеммингс и Д. Дж. Ричардсон. 2002. Структура и спектроскопия периплазматического цитохрома c нитритредуктазы из Escherichia coli . Биохимия. 41: 2921–2931. [PubMed] [Google Scholar] 44. Гвайер, Дж. Д., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2006. Ингибирование Escherichia coli цитохрома c нитритредуктазы: вольтамперометрия выявляет фермент, способный действовать, несмотря на химические проблемы, с которыми он может столкнуться in vivo .Biochem. Soc. Пер. 34: 133–135. [PubMed] [Google Scholar] 45. Б. Бурлат, Дж. Д. Гвайер, С. Поук, Т. Кларк, Дж. А. Коул, А. М. Хеммингс, М. Р. Чизман, Дж. Н. Батт и Д. Дж. Ричардсон. 2005. Нитритредуктаза цитохрома c : от структурного к физико-химическому анализу. Biochem. Soc. Пер. 33: 137–140. [PubMed] [Google Scholar] 46. Клавилье, Дж., Р. Фор, Г. Гине и Р. Дюран. 1980. Изготовление монокристаллических Pt микроэлектродов и электрохимическое исследование плоских поверхностей, срезанных в направлении плоскостей (111) и (110).J. Electroanal. Chem. 107: 205–209. [Google Scholar] 47. Хамелин, А. 1996. Циклическая вольтамперометрия на поверхности монокристаллов золота.1. Поведение на лицах с низким индексом. J. Electroanal. Chem. 407: 1–11. [Google Scholar]

48. Zhang, J., and J. Ulstrup. 2006. Бескислородный сканирующий туннельный микроскоп in situ. J. Electroanal. Chem. Под давлением.

49. Армстронг, Ф. А., А. М. Бонд, Х. А. О. Хилл, И. С. М. Псалти и К. Г. Зоски. 1989. Микроскопическая модель переноса электрона на электроактивных участках молекулярных размеров для восстановления цитохрома c на графитовых электродах базальной плоскости и плоскости кромки.J. Phys. Chem. 93: 6485–6493. [Google Scholar]

50. Бард А. Дж. И Л. Р. Фолкнер. 2001. Электрохимические методы: основы и приложения. John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

51. Albrecht, T., A. Guckian, J. Ulstrup, and J. G. Vos. 2005. Транзистороподобное поведение комплексов переходных металлов. Nano Lett. 5: 1451–1455. [PubMed] [Google Scholar] 52. Haiss, W., H. van Zalinge, S. J. Higgins, D. Bethell, H. Höbenreich, D. J. Schiffrin и R. J. Nichols. 2003. Зависимость проводимости одиночных молекул от окислительно-восстановительного состояния.Варенье. Chem. Soc. 125: 15294–15295. [PubMed] [Google Scholar] 53. Ли З., Б. Хан, Г. Месарош, И. Побелов, Т. Вандловски, А. Блашчик и М. Майор. 2006. Двумерная сборка и локальная окислительно-восстановительная активность молекулярных гибридных структур в электрохимической среде. Фарадей Обсуди. 131: 121–143. [PubMed] [Google Scholar] 54. Кузнецов А.М., Ульструп Дж. 2000. Механизмы сканирующей туннельной микроскопии in situ организованных редокс-молекулярных ансамблей. J. Phys. Chem. А. 104: 11531–11540. Исправление: J. Phys. Chem. А . 105: 7494. [Google Scholar]

примеров с пошаговыми схемами. Какой кирпич использовать при строительстве печи

Данная статья содержит понятную, очень подробную фотоинструкцию по кладке кирпичной печи своими руками, советы, как не ошибиться при выборе необходимых материалов и как правильно разместить печь в частном доме для оптимального обогрева помещения. большая площадь.

Варианты установки печи в доме

Размещение печи полностью зависит от того, чего от нее ждут хозяева. Если он установлен в небольшом доме и будет использоваться как камин для дружеских посиделок, можно использовать первую схему. Такая плита – хороший вариант для приготовления шашлыка или шашлыка.

Варианты размещения кирпичной печи

Вторая схема – массивный квадратный дом. В этом случае лицевая сторона каминной печи открывается в гостиную, стены печи обогревают обе спальни, а тепло в остальных комнатах поддерживается за счет теплообмена.

Третья схема с плитой для обогрева и приготовления пищи – вариант бюджетного жилья для холостяка или небольшой семьи. Плюсы – теплая постель и возможность размещения сушилки в коридоре.

Важно: стоит заранее позаботиться о внешнем утеплении дома, ведь это значительно увеличивает эффективность печного отопления.

Выбор кирпича, песка, раствора

Чтобы духовка прослужила долго, нужно правильно подобрать все материалы.Кирпич бывает трех видов:

1. Керамика – можно использовать для постройки печи.
2. Силикат – вообще не подходит в этом случае даже двойной М150.
3. Огнеупоры – идеальный вариант, но их часто используют только для топки и каминов, разновидности: шамот, огнеупорный кирпич и др.

Совет: выбирая кирпич для печи, нужно полностью отказаться от его пустотелых видов.

Раствор изготовлен из глины. Красная глина подойдет, если печь из красного кирпича; при использовании шамота требуется специальная шамотная глина.Некоторые печники до сих пор делают свой раствор по старинке из речного песка зернистостью 1–1,5 мм, глины (в соотношении 2,5: 1) и воды. При этом желательно использовать угловатый карьерный песок без посторонних включений и так называемую маслянистую глину. Однако проще и безопаснее купить готовую смесь для духовки в магазине, приготовив ее по инструкции.

Из принадлежностей необходимо приобрести решетки, дверцы воздуходувки и топки, очистители от сажи, задвижки или демпферы.

Подготовка, список инструментов

Перед началом работ нужно определить и разметить место, которое займет новая плита.

Дымоход должен находиться на расстоянии не ближе 15 см от стропил крыши.

Если кладка производится вами впервые, профессиональные печники советуют заранее потренироваться, сделав из подготовленного кирпича макет будущей печи. Естественно, никакого решения. Это сводит к минимуму возможные риски при реальной укладке, позволяя учиться на своих ошибках, которые еще можно исправить в макете.

Фундамент печи требует предварительной гидроизоляции; по площади он должен превышать площадь печи.

При кладке нового ряда нужно контролировать абсолютную вертикальность стен.

Чтобы построить печь из кирпича, понадобятся следующие инструменты:

• отвес;
Шпатель
• ;
Рулетка
• ;
• шпатель;
• болгарский;
• вязальная проволока;
• строительный уровень;
• планки металлические, уголки;
• контейнеров для цементно-глиняного раствора.

Пошаговая инструкция с фото по кладке печи

У разных печников есть свои технологии кладки и свои секреты, накопленные за годы опыта. Здесь можно найти информацию о достаточно простом способе создания каминной печи для отопления двухэтажного дома, процесс не покажется чрезвычайно сложным даже для начинающих печников.

Кладка фундамента

Базовый ряд кирпичной кладки будет служить фундаментом.Его делают из любого кирпича, некоторые печники даже засыпают этот уровень щебнем.

При кладке основного ряда используется цементный раствор.

Фундамент полностью залит раствором, слой выровнен.

Монтаж корпуса печи

Маркируется первый ряд духовки. Горизонталь, от которой они отталкиваются при разметке, – это стена помещения.

Там, где планируется разместить камин, ставится решетка.Из этого ряда на печной раствор уже кладут кирпичи.

Важным этапом работы является скрупулезная выравнивание каждого нового ряда.

Кладка второго ряда. Стена печи, ближайшая к стене помещения, укрепляется дополнительным кирпичом для повышения пожарной безопасности.

Место, где она будет располагаться во 2-м ряду, остается пустым, остальная часть топки уложена полностью. Монтируется дверь, через которую хозяева будут убирать золу.

Дверь установлена ​​на раствор, выровнена. Для более надежной фиксации его фиксируют проволокой, которую необходимо проложить между кирпичами.

Решетка кладется не на простой кирпич, а на огнеупорный кирпич. В шамотном кирпиче прорезаются отверстия так, чтобы он лежал на одном уровне с кирпичами.

Размер кирпича легко регулируется – излишки отмеряются и аккуратно срезаются.

Большая дверь монтируется рядом с установленной решеткой.

Большая дверца духового шкафа фиксируется аналогичным образом проволочными зажимами.

Первый ряд топки располагается точно над камином; его армируют металлическими уголками и полосой или толстым листом металла. Чтобы кладка могла ложиться на них, ее прорезают болгаркой, затем щели вручную доводят до нужного размера.

Заложен следующий ряд кирпичей.

Решетка камина кладется на огнеупорный кирпич вместе с кирпичным рядом.

Дверь несъемная, кирпич строго подогнан под нее.

Топка новой печи с камином готова.

Кирпич шамотный огнеупорный кладут над топкой печи.

Корпус печи построен.

Создание дымохода

Место для дымохода разделено на колодцы. Конструкция требует армирования металлическими пластинами.

Укладка кирпичных дымоходных колодцев.

Очистители сажи монтируются над крышей топки.

Колодцы снова разделить, первые ряды стен укрепить металлическими полосами.

После усиления возводят перекрытие корпуса печи. Дымоходное пространство остается пустым.

Выкладывают карниз корпуса, затем кладут дымоходы.

Завершающий этап работ на цокольном этаже.Печь расположена слева внизу, дым внутри дымоходов движется по спирали и выходит наружу слева вверху. Финальное деление лунок закрывают жестяной пленкой. Для компенсации давления внутри камина на листовой металл кладут 2 ряда кирпича.

На второй этаж дома тянутся две трубы – от камина и самой печи, они отделены друг от друга. Для каждого дымохода требуется отдельная заслонка.

Этаж второго этажа.Здесь установлена ​​гидроизоляция, дымоход снова укреплен металлическими уголками. Чтобы сэкономить и не строить отопительную печь на втором этаже, дымоход строящейся печи снова делят. Дым будет двигаться по ней змеей, успевая согреть комнату. Чтобы дымоход прогрелся намного быстрее, его ставят на площади второго этажа толщиной 1/4 или 1/2 кирпича.

В крыше аккуратно вырезается отверстие для дымохода.

Перед тем, как снять дымоход на крышу, его армируют металлическими уголками.

Если дымоход расположен в непосредственной близости от конька крыши, он должен быть проложен выше конька не менее чем на 0,5 метра. Если дальше, то допускается высота дымохода, равная высоте конька, но не ниже. В этом случае ветер увеличивает тягу топки, поднимая дым вверх.

Даже небольшая печка в доме – это уют и комфорт.Печи большего размера требуют повышенной ловкости и дополнительных материалов, но принцип их строительства аналогичен описанному выше способу.

Печь – исконно русский отопительный агрегат, который даже сегодня не может сравниться ни с какими котлами и другими обогревателями. Настоящее «живое» тепло, удивительная практичность и неприхотливость в топливе делают печь идеальным выбором для загородного дома. К тому же только качественно построенная печь способна создать неповторимую атмосферу настоящего домашнего комфорта и уюта в каждой комнате дома.

Возведение печи своими руками: возможно ли

В те времена, когда печь была основным средством обогрева домов, сооружением таких отопительных агрегатов занимались профессиональные печники. Сегодня, если владелец загородного коттеджа обладает определенными навыками, то отопительный агрегат можно установить даже самостоятельно. Но, тем не менее, если опыта нет, то лучше всю работу доверить мастеру, ведь печь, по сути, является объектом повышенной опасности.

Перед тем, как самостоятельно разложить отопительную печь, в обязательном порядке необходимо ознакомиться с основными видами таких конструкций:

• Отопительные печи. Судя по названию, они предназначены только для отопления дома. Монтаж отопительных печей – довольно быстрый процесс, ведь конструкция агрегатов проста;
• На данный момент такие агрегаты наиболее популярны и востребованы. Все дело в том, что они позволяют не только обогревать помещение, но и готовить еду, экономя на газе и других теплоносителях.
• Для приготовления пищи есть специальная встроенная духовка. кухонная плита , а в некоторых случаях даже духовка ;

• Каминные печи. Такие отопительные печи Бавария помогут существенно сэкономить место в доме, обеспечив эффективное отопление и создав лучшие условия проживания. К тому же розжиг таких теплогенераторов занимает совсем немного времени.

Характерной чертой каминных печей является их стильный внешний вид.В результате установка таких агрегатов способна украсить любую постройку, от небольшого загородного дома до загородной виллы.

Схемы отопительных печей также различаются по форме. Так, например, в загородных домах сегодня активно используются круглые, квадратные и прямоугольные отопительные приборы, что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретного помещения.

Консультации. Вне зависимости от вида, формы и типа используемого топлива печь в обязательном порядке должна соответствовать существующим требованиям пожарной безопасности.Естественно, что основание для него следует выбирать обязательно бетонное.

Конструкция отопительной печи – каменный топочный агрегат в частном доме

Расположение и виды цоколя под отопительные печи

Обустраивая печное отопление своими руками, нужно позаботиться о качественном выборе места для установки такого агрегата. Так, например, если поставить печь посреди комнаты, то ее теплоотдача будет выше, она будет греть сразу со всех сторон, равномерно отдавая тепло воздуху в помещении.

При этом, если печь установлена ​​у стены (а именно такой вариант чаще всего выбирают владельцы загородных домов), то конвекционные потоки холодного воздуха, идущие из окон и дверей, будут активно перемещаться по дому. . В итоге при таком расположении топочного агрегата холод будет постоянно «тянуть за ноги».

Инструкция предполагает, что перед началом кладочных работ необходимо также предусмотреть расположение топочной дверцы.Важно учитывать, что вам не придется таскать дрова по комнате, разносить грязь и копоть. Как вариант, можно вмонтировать печное отопление в мало посещаемом помещении или на кухне.

Что касается фундамента, то чертежи отопительных печей предусматривают наличие бетонного перекрытия или самостоятельного фундамента. В последнем случае фундамент должен быть рассчитан на установку не только корпуса топки, но и прислоненных стенок дымохода.

Вариантов отопления дачи сегодня много: централизованный газ, котлы, электронагреватели. Но если все это реализовать невозможно из-за удаленности местности от цивилизации, каменная печь для дачи своими руками станет отличным решением.

Надежный и долговечный – он соберет вокруг себя не одно поколение домочадцев, наполняя дом теплом и наполняя уютом.

Услуги хорошего печника стоят недешево.Поэтому, если вы решили реализовать на своей даче проект печи из кирпича, вам будет полезно прочитать эту статью, в которой мы расскажем о принципе работы, особенностях и схеме кладки конструкции печи.

Печь из кирпича может стать не только функциональным устройством, но и главной изюминкой интерьера, если в нее правильно сыграть. Сегодня существует множество способов красиво выложить плитку и украсить каменную печь.

Сколько бы времени ни прошло с момента появления первых печных конструкций и как бы далеко не ушли технологии обогрева жилища, каменная печь все равно не теряет своей актуальности.По сравнению с другими видами отопления (электричество, газ) более экономичный. В то же время толстые каменные стены позволяют сохранить тепло еще сутки после того, как дрова сгорят.

По своему назначению печи делятся на следующие типы:

• отопительные;
• кулинария;
• многофункциональный;
• комбинированный.

• камера сгорания, приобретаемая в готовом виде или выложенная шамотным кирпичом;
• зольник, куда собирается зола;
• дымоход.

Камин с открытой или закрытой топкой можно отнести к однотипной конструкции. Он используется не только в декоративных целях, но и позволяет эффективно отапливать помещение площадью 15-20 квадратных метров. метров.

В зависимости от выбранного материала, толщины стен, схемы кладки отопительные печи могут иметь разную тепловую мощность.

Самым популярным видом печей является однокирпичная конструкция. Это позволяет стенам прогреваться до 60 0 С. Знаменитые голландские печи выкладываются именно по такой схеме.

По габаритам отопительная печь может быть широкой и широкой, а может иметь вытянутую прямоугольную форму. Все зависит от площади комнаты, стиля интерьера и личных предпочтений хозяев.

Для облицовки такой печи обычно используют кафельную плитку, декоративную штукатурку, декоративный камень.

Кирпичные отопительные печи в виде трехсторонней призмы смотрятся очень стильно и оригинально, но новичку такой вариант реализовать не удастся, так как здесь требуется большой опыт.Большую трудность представляет резка кирпича и соблюдение требований к соблюдению угла строго меньше 60 0.

Печи круглые, выложенные по схеме известного русского инженера печного дела В.Е. Грум-Григимайло, тоже красиво и необычно смотрятся. Печь работает по принципу свободного движения газа. Для обеспечения герметичности внешняя часть конструкции обшивается листовым металлом. Такая печь способна обогреть большой загородный особняк и станет настоящим украшением любого дома.

Конструкция печи состоит из кирпичного корпуса, внутри которого находится камера сгорания, зольник, дымоход. Сверху лежит металлическая тарелка (можно встраивать духовку).

1. Отопительно-варочная плита уже является многофункциональной конструкцией.

Реализуемый проект сложнее, так как он состоит из: камеры сгорания

• ;
• дымоход;
• зольник;
• варочная панель;
• духовка.

Печь выглядит массивно и обычно ее выбирают для дачи, где нет другого варианта отопления.

В нашей стране наибольшей популярностью пользуются отопительные и кухонные плиты, позволяющие обогреть дом и приготовить вкусную еду для всей семьи.

Может быть дополнительно оборудован сушильной камерой, где можно готовить заготовки на лето: грибы, ягоды, фрукты. В холодную и сырую погоду в этой камере можно быстро и безопасно сушить одежду и обувь.

Кстати, печи с сушильными камерами впервые были изобретены в странах Северной Скандинавии, где охотникам и рыбакам нужно было сушить одежду и обувь за ночь.

Многие схемы отопительно-варочных печей имеют дополнительные устройства в виде удобной лежанки, сушилки для дров, духовки, бака для горячей воды.

Устройство печи для дачи и ее особенности

Основными элементами любой кирпичной печи для дачи являются:

10 основных правил кладки дачной печи

Какую кирпичную печь выбрать для дачи?

Выбор конструкции печи определяет размер и тип помещения.Для больших коттеджей потребуется массивная печная конструкция с толстыми стенками, которая будет долго нагреваться, но при этом сможет долго удерживать температуру. Складывать такую ​​плиту – задача не из легких. Для этого потребуется некоторый опыт и знания.

Но с небольшой печкой для отопления небольшого коттеджа справится даже новичок, если соблюдать четкую схему и не менять правила кладки.

На первом месте по популярности печей для обогрева и приготовления пищи достойно стоит швед, пользующийся заслуженной любовью и уважением среди российских печников.

Данная конструкция представляет собой компактную эргономичную форму с небольшой варочной панелью, трехканальной камерой. Он идеален для небольшого дачного участка, длина колеблется от 880 до 1250 мм.

Для расположения такой плиты чаще всего выбирают место между кухней и гостиной. Таким образом, печь выполняет двойную функцию: она служит для приготовления пищи и украшает гостиную с камином.

В Интернете сегодня можно найти сотни различных схем укладки шведской печи с варочной панелью, поэтому реализовать ее для дачи не составит труда.Многие печники добавили в стандартную схему кладки дополнительные опции, поэтому каждая конструкция названа в честь своего создателя: печь Буслаева, печь Кузнецова и т. Д. Но принцип работы у них одинаковый.

Традиционно русскую печь можно назвать громоздкой массивной конструкцией, которой украшает не только варочная поверхность с духовкой, но и просторная лежанка.

Эта духовка уже не только функциональное устройство для приготовления пищи, но и место для отдыха.Он позволяет хорошо прогреть комнату, надолго сохраняя тепло, благотворно влияет на человеческий организм, делая владельцев таких печей менее подверженными простудным заболеваниям.

В здании обычно две топки (основная и дополнительная). Благодаря особой конструкции печи нагрев осуществляется равномерно снизу вверх. Для растопки подходит любое твердое топливо, и к материалам для кладки русской печи не предъявляются особо строгие требования.

Особое место среди печей-печок занимает маленький В.А. Потапова, созданная известным инженером в начале 20 века. Для ее кладки понадобится всего 211 кирпичей, а габариты топки всего 630 * 510 мм.

Вместе с тем в таком малютке есть плита с одной конфоркой, небольшая духовка для запекания и вытяжка. Такой вариант печи станет отличным решением для небольшого садового домика или дачи на одну комнату.

В этой статье мы предлагаем вам изучить правила и основные моменты укладки небольшой отопительно-варочной плиты.

Кладка печи своими руками

Шаг 1. Выбор кирпича и подготовка инструмента

Какой кирпич для кладки небольшой дачной печки выбрать? Нам понадобится 2 вида кирпича: шамотный (жаропрочный) для строительства топки и красный керамический (не ниже М-150). Не стоит экономить на материалах; От этого зависят дальнейшие эксплуатационные свойства, безопасность и эффективность печи.

шамотный кирпич легко узнать по желтоватому цвету и пористой поверхности.Этот материал содержит огнеупорную глину и стружку. Этот материал, помимо жаропрочных свойств, ценится еще и за способность длительное время накапливать тепло. Даже после того, как дрова полностью потушены, такая печь способна долгое время отдавать тепло.

Кирпич шамотный жаростойкий способен выдерживать температуру до 1500 0 С, поэтому выкладывать камеру сгорания следует исключительно из этого материала.

Чем меньше масса шамотного кирпича, тем больше в нем пор, образованных оксидом алюминия.Такой кирпич будет очень хорошо проводить тепло. Стоимость этого материала почти в 5 раз выше, чем цена красного кирпича, но в этом нет необходимости экономить.

А вот выкладывать всю печь из шамотного кирпича тоже не стоит, внешняя часть конструкции не сильно нагревается, а красный керамический кирпич выглядит привлекательнее.

Выбирая кирпичи для духовки, обращайте внимание на цвет и форму.

Вы можете протестировать материал. Если бросить кирпич с высоты 1.5 метров, и не трескается, бери эту партию. Но плохой, передержанный кирпич может расколоться на несколько частей. Такой кирпич при падении издает глухой звук.

Марка кирпича для облицовки печи должна быть М150 или М200. Цифра в данном случае означает, какой вес может выдержать кирпич на 1 см 3.

Не используйте силикатный и пустотелый кирпич. Дело даже не в способности выдерживать жару – они справятся. Силикатный кирпич плохо проводит тепло и в помещении с такой печью будет не очень комфортно.

Для приготовления раствора вам понадобится песок, красная печная глина и вода. Внешний вид и долговечность духовки напрямую зависит от ее качества и консистенции. Для его приготовления используйте среднюю жидкую красную глину для духовки. В замороженном состоянии он не должен отваливаться, рассыпаться.

Кладка будет выполнена толщиной 0,5 мм, в этом случае драгоценное тепло не уйдет быстро.

Также для строительства можно использовать готовый кладочный раствор, который продается в магазинах. Обычно он содержит различные примеси, придающие конструкции прочность и термостойкость.В этом случае достаточно будет развести сухую смесь водой и довести до однородного состояния с помощью строительного миксера.

По консистенции такой раствор должен напоминать густую сметану. Если раствор скатывается со шпателя, добавьте еще сухой смеси. Если он окажется слишком толстым, то с ним будет сложно работать и делать тонкие швы. Добавьте немного холодной воды и снова перемешайте.

Итак, для строительства печи нам потребуются следующие материалы:

• Кладочный раствор (песок, красная печная глина).
• Кирпич керамический красный М150 – 120 шт.
• Кирпич шамотный – 40 шт.
• Фундаментный материал (цемент, графий, песок).
• Рубероид.
• Шнур асбестовый, проволока оцинкованная.
• Фанера или доски для создания опалубки.
• Арматурная сетка для устройства фундамента.
• Решетка.
• Металлическая пластина на одну рамку (чугун).
• Зольник и дверца зольника (вентилятор).
• Дверца топка чугунная.
• Клапан дымохода.
• Вид на дымоход.
• Заглушка для дымохода металлическая.

Инструменты, которые понадобятся для постройки печи.

• Строительный уровень.
• Лопата совковая.
• Строительный маркер.
• Транспортир.
• Шпатель, линейка.
• Мастер ОК.
• Рулетка (рулетка).
• Строительный отвес.

Важно! При кладке печи очень многое зависит от качества глины.В идеале используйте красную речную глину средней жирности, которая хранилась на открытом воздухе не менее 2 лет. Сделайте ровно столько раствора, сколько сможете обработать за «1 запуск». Раствор быстро загустевает, и с ним трудно работать.

Шаг 2. Подготовить кирпич к кладке печи

Перед тем, как приступить к кладке печи, необходимо заранее выложить весь кирпич и подготовить его согласно схеме заказа.

Этот этап включает разделение кирпича на ½ или части, разрезание по углам.

Внимательно изучите схему и посмотрите, какие части кирпичей вам нужны для каждого ряда.

При необходимости вы можете пронумеровать кирпич, чтобы впоследствии было легко ориентироваться в том, в какую строку его вставить.

Как правильно расколоть кирпич? Перед тем, как «отбить» необходимую часть кирпича, по схеме нужно предварительно сделать паз. Сделать это можно ножовкой или напильником.

Чтобы сделать ½ кирпича, сделайте 1 паз.

Для кирпича 1/6 или 1/8 сделайте канавку со всех сторон кирпича.

Шаг 3. Выбор места для духовки

Это очень важный этап в кладке печи, который желательно делать еще на этапе строительства дома.

Но бывают случаи, когда решение о закладке печи возникает у владельцев домов уже во время эксплуатации дачного участка. В этом случае определите место, с которого будет проще всего вынуть дымоход.

Также важно оценить расстояние между духовкой и окнами и дверьми.Ведь холодный воздух, поступающий из дверей, может препятствовать естественной циркуляции тепла в доме, снижая КПД печи.

Кроме того, духовой шкаф не должен мешать свободному перемещению по комнате. Он должен слиться с пространством, не доставляя неудобств. Во многом размещение печи зависит от предназначения.

Нагревательно-варочную модель лучше всего разместить на кухне, а каминная печь будет красиво смотреться в гостиной.

• Расстояние до ближайшей стены должно быть не менее 25 см.
• Дымоход не должен проходить сквозь балки.
• Пол и стены должны быть облицованы огнестойким материалом.
• Камин лучше размещать у внутренней стены дома. Для повышения эффективности имеет смысл установить плиту в пространстве между кухней и гостиной. Таким образом, одна плита обогреет сразу две комнаты.

Отличное место для размещения печи – угол комнаты, только если напротив угла нет входной двери, из которой холодный воздух будет задувать пламя.

Шаг 4. Возведение фундамента

Для возведения кирпичной печи необходимо сделать отдельный фундамент. Если он закладывается по одному циклу со строительством дома, завершить его несложно.

Если вы приняли решение класть печь после завершения общестроительных работ, то необходимо будет снять часть готового пола и углубить в землю.

Почему так важно держать отдельный фундамент? Кирпичная печь, какого бы размера она ни была, имеет большой вес, который будет сильно давить на фундамент.При усадке дом будет давать усадку. Это никоим образом не должно влиять на форму и конструкцию духовки.

То есть общий фундамент дома не должен тянуть печь за собой, так как это может привести к нарушению ее герметичности и ухудшению технических свойств.

Внимание! Перед кладкой кирпича на раствор уложите весь кирпич «насухо». Во-первых, это позволит вам увидеть, достаточно ли у вас материала. А во-вторых, даже на черновом этапе можно увидеть сложные моменты, на которые придется обратить особое внимание.

Шаг 5. Укладка печки

Внимание! Перед тем, как класть печь, окуните кирпичи в таз с холодной водой, чтобы впитать влагу. Это предотвратит вытягивание воды из раствора.

Заполните этот зазор песком. Практически все пространство под печью будет занято решетками, которые обеспечат хороший и легкий уход за печью, а также полное сгорание дров.

Блокируем дверцу воздуходувки кирпичом.

Установка топочной дверцы

Устанавливаем топочную дверцу, предварительно обмотав ее асбестовым шнуром.Чтобы ее было легче монтировать, наденьте дверь на толстую проволоку и подперните с двух сторон кирпичом. Затем эти кирпичи нужно будет убрать.

• 6 ряд. Закрывает дверцу топки.

Здесь мы начинаем формировать дымоходную трубу, создавая перекрытия для двух вертикальных каналов.

Укладываем основу топки, которую делаем из шамотного кирпича.

• С 7-9 рядов выкладываем топку шамотным кирпичом по схеме.

В этом ряду два кирпича, перекрывающие решетку, необходимо разрезать под углом 45 градусов.

• 10 ряд – духовку закрываем. Создаем перегородку из кирпича, приподняв ее на 2 см. На духовку до уровня перегородки наносим глиняно-песчаный раствор. Подготовка места для установки варочной панели.

В кирпичах необходимо сделать углубления для надежной фиксации с плитой и создать термические ниши для расширения металла. Сразу прикрепите плиту к сухой и пронумеруйте кирпичи – так вам будет потом легко уложить кирпич на раствор и не ошибиться с правильными пазами под плитой.

Укладываем асбестовую полосу на кирпич (для расширения металла).

Шаг 6. Выход дымохода через крышу

Это ответственный шаг, который должен обеспечить полную безопасность печи.

При протягивании кирпичной трубы через крышу соблюдать нормы СНиП. По этим нормам зазор между крышей и дымоходом должен быть не менее 13-25 см.

Утеплить место прохождения трубы через крышу с помощью теплоизоляции.Это обеспечит надежную защиту от выдуваемого холодного воздуха и обеспечит надежную пожарную безопасность.

Если печь устанавливается в жилом доме с готовой крышей, необходимо будет снять часть крыши. После того, как труба будет проволочной, необходимо будет полностью обеспечить целостность кровли в этом месте, чтобы во время дождя или снега влага не попадала внутрь.

Для гидроизоляции каменной трубы используется специальная плита, напоминающая своеобразный постамент вокруг дымохода.Стыковка шифера и металлической пластины осуществляется с помощью герметика.

Если вы хотите упростить задачу, то дымоход будет несложно укомплектовать стальными трубами сэндвич-типа. Они стильные и простые в сборке. К тому же они имеют гораздо меньший вес, чем кирпич, и не будут создавать такого давления на фундамент.

При определении необходимой высоты дымохода ориентируйтесь не только на высоту кровли, но и на высоту конька.

Эффективность обогрева помещения и наличие тяги напрямую зависят от правильно рассчитанных параметров.

Край дымохода должен выступать как минимум на 0,5 метра над коньком крыши, в противном случае турбулентность, образующаяся вокруг крыши, может затруднить хорошую тягу и будет постоянно дуть холодный воздух в дымоход.

Завершаем строительство дымохода с металлической решеткой. Это предотвратит попадание мусора в дымоход.

Сверху надеваем металлическую заглушку, которая надежно защищает трубу от атмосферных осадков.

Шаг 7. Накладка на духовку

Есть много способов красиво украсить печь для дачи.

В качестве декоративного материала можно использовать клинкерную плитку, кафельную плитку, декоративную штукатурку, искусственный камень и др.

А можно просто оставить печку в первозданном виде, особенно если вы купили качественный красивый кирпич.

Обратите внимание, что любой облицовочный материал снижает теплоотдачу.Поэтому, если вы не хотите потерять тепловые свойства, можно покрыть плиту тонким слоем декоративной штукатурки.

Шаг 8. Нагрев печи

После полной футеровки печи необходимо сделать технологический перерыв на 10-14 дней до полного высыхания конструкции. Оставьте дверь настежь открытой.

Если вы уверены, что раствор полностью высох, можно проводить первую пробную растопку печи. Нет необходимости спешить и сразу же после закладки разжигать дрова.

Преждевременный розжиг влажной печи может привести к растрескиванию. В первый раз используйте ¼ части дров, используйте небольшие поленья. Это позволит конструкции хорошо просохнуть изнутри. Не превышайте максимальную температуру 60-65 градусов в течение первой недели эксплуатации.

• Не использовать для растопки мусор.
• При розжиге дверца топки должна быть закрыта.
• Разогревайте духовку постепенно, не добавляйте сразу сильный огонь.
• Используйте качественные, хорошо просушенные дрова.

Для удобства использования дачной печи можно сделать своими руками стильную, которая станет декоративным и функциональным элементом в повседневной жизни.

Как видите, при соблюдении четкой схемы заказа сложить красивую и добротную дачную печь не так уж и сложно.

Видео: Кладка кирпичной печи «по сухому»

Ниже мы даем развернутый мастер-класс по кладке кирпичной печи для дачи.

Видео. Мастер-класс по кладке печи для дачи

Печи из кирпича для дома зачастую являются единственным способом обустроить отопление дома, на даче или в коттедже.В кирпичных отопительных печах максимальный КПД достигает 85%: это связано с тем, что в их конструкцию не включены «потребители тепла», которые забирают много тепловой энергии.

Печи отопительные из кирпича довольно просты в изготовлении и эксплуатации. Причина этих качеств – узкая область применения – для обогрева помещений (они не предназначены для приготовления пищи и т. Д.).

Духовки для дома из кирпича также иногда называют «голландскими».

Духовки для дома из кирпича

В домах и на дачах чаще всего используются голландки, у которых толщина стен равна половине кирпича.Если топить такие печи один-два раза в день, можно легко обеспечить комфортный температурный режим в помещении средних размеров.

С учетом габаритов отопительных печей используются два основных способа циркуляции дыма:

• у маленьких голландок, где топка и сама печь имеют общие стенки, расположение дымоходов колокольного типа осуществляется вверху;
• для больших печей применяется комбинированная система циркуляции дыма, при которой расположение дымовых каналов осуществляется с боков топки и над ней.

Духовка голландская для дома угловая тип

Еще один вид отопительных печей – «голландские» угловые. Поскольку они имеют угловую форму, эти печи отличаются тем, что занимают меньше места, что позволяет значительно увеличить полезную площадь помещения, установив печь в углу.

Угловые печи из кирпича устанавливают часто потому, что нет возможности сделать прямоугольный фундамент.
Для обогрева 2-х этажного дома или коттеджа используют двухъярусные кирпичные отопительные печи.На каждом этаже установлена ​​автономная печь с собственной топкой.

Современные отопительные печи имеют колосниковую решетку. С помощью этого раствора появилась возможность доставлять кислород к месту горения дров в тех объемах, которые необходимы для обеспечения горения. Это причина того, что сгорание топлива происходит с большей скоростью и с большей равномерностью. Новые системы дымоудаления позволяют уменьшить длину дымоходов. Дым попадает в систему циркуляции дымовых газов печи, прежде чем охладиться избыточным воздухом.

Это позволило сделать современные отопительные печи более компактными, сократить время, затрачиваемое на топку, а также повысить КПД.

Схема кладки печи для дома – это первое, что понадобится человеку, решившему оборудовать в своем доме отопление с помощью печи. В этом материале мы рассмотрим, какие схемы кладки домашних печей из кирпича существуют, в чем их особенности и отличия.

Кладку каменной печи можно производить следующими способами:

• 1.в разрезе;
• 2. с пустыми швами;

При устройстве печи по первому способу оштукатуривание печи не требуется, так как все стыки заполняются раствором. Толщина стен печи определяет способ укладки кирпичей. Стены выложены толщиной в один кирпич и половину кирпича. Иногда можно встретить кладку из 3,4 кирпича.
Для работ по обустройству печи обязательно использовать печной кирпич. Его еще называют «красный кирпич», полнотелый.Ни при каких обстоятельствах не используйте кирпичи, взятые из разобранных зданий, керамзитовые блоки или щелевые кирпичи.

Первый ряд кладут просто кирпичом, без использования раствора. Кирпич ровный, определена фасадная стена, места, в которых будут располагаться все двери. Эти операции можно назвать последней «догадкой». При выполнении этих действий кирпичи кладут на раствор.

После этого начинают укладывать уголки.Следующий этап по советам специалистов – это обустройство контура всей печи. С помощью отвеса натягивают от потолка к углам печи веревку. С помощью этих вертикальных линий вы можете легко ориентироваться во время работы.

Учитывая выбранную вами модель печи, следует определить зоны, в которых они будут располагаться: нагнетатель, камера сгорания, зольник. Дверь под воздуходувку устанавливается при выкладывании третьего ряда кирпичей, после одного ряда выкладывается зольник.

После этого устраивают топку. Каждая дверь закреплена проволокой. Когда вы доберетесь до выкладки свода, вам нужно будет разрезать кирпичи. Потребуется расчет, чтобы обеспечить хорошее соединение кирпичей между собой. Кладка свода начинается после того, как будет уложен второй ряд кирпичей после дверцы топки.

Для футеровки топочной камеры применяют специальные огнеупорные кирпичи. Поскольку облицовочный кирпич и кладочный кирпич имеют разные температурные характеристики, монтаж облицовки к самой печи не должен выполняться жестко.Во время монтажа трубы дымохода следует позаботиться об оборудовании специальной задвижкой, регулировка которой должна производиться плавно и без затруднений.

Духовки из кирпича для дома – видео инструкция

Потребность в тепле и уюте в частном доме возникает уже в середине осени, и хорошо, если в дом проведут центральное отопление. Тем, кому предстоит самостоятельно утеплить свой дом, придется основательно подготовиться к осенне-зимнему сезону.Современные котлы или электрокамины сегодня могут решить проблему, но они не создадут той особой неповторимой атмосферы живого огня в печи, сопровождающейся потрескиванием дров. Поэтому вполне правильно, если у вас возникнет вопрос: «Как сложить печь из кирпича своими руками?» В этой статье мы рассмотрим процесс создания кирпичной печи поэтапно с учетом схем и всех материалов и инструментов, необходимых в процессе кладки. Вам просто нужно правильно повторить все описанные процессы, и вы станете обладателем добротной домашней печи, которая согреет вас холодными зимними вечерами.

Изготовить печь из кирпича очень просто, если вы четко представляете, какой тип печи идеально впишется в условия вашего дома. Для этого необходимо ознакомиться с краткими характеристиками частных домов и уже исходя из полученной информации сделать правильный выбор. Итак, типы духовок в зависимости от типа построек.

1. Печь в деревянном доме. Печь такого типа требует очень прочного основания. Наличие печи лучше предусмотреть еще на этапе строительства дома, тогда можно существенно снизить затраты на создание фундамента под печное оборудование.Если печь не входила в проект строительства дома, то придется потратиться на частичный демонтаж полов и последующие отделочные работы. Другого выхода нет. Оптимальным вариантом для деревянного дома будет компактная печь из кирпича отопительно-варочного типа средней теплоемкости, а также каминная печь или вариант с хлебопечкой.

2. Классическая русская печь для дачи. Этот вариант теряет популярность из-за массивности и сложности кладки.Такая крупногабаритная плита с функциями готовки, нагрева воды, обогрева и спального места, то есть лежака, очень удобна, но в небольшой домик не поместится, а также требует создания индивидуального монолитного усиленная основа.

3. Печь на даче. Идеальным вариантом для загородного дома станет печь с варочной панелью и баком для отопительной воды.

4. Печь на даче или на даче. Дача и дача подразумевают посещение только в определенное время года или в выходные дни, а значит, в таком строении будет достаточно установить небольшую кирпичную печь с варочной панелью.В этом случае стоит присмотреться к конструкции печи, сложенной по летнему варианту, когда нагретый воздух будет направлен прямо в дымоход, а не в каналы теплообмена.

5. Печь бытовая с баней. Если к вашему дому пристроена баня, вполне допустимо построить каменную каменку со встроенным котлом для обогрева жилого помещения.

6. Печь для барбекю. Такие агрегаты обычно устанавливают на чердаках, беседках или летних кухнях.Они могут быть скромными по размеру или очень внушительными, но одинаково используются только для приготовления пищи, поэтому оснащаются, например, варочными панелями, духовками, мангалами, мангалами, чугунными казанами и т. Д.

   Варочная панель с духовкой

Это все, что нужно учитывать, чтобы правильно определить тип подходящего печного оборудования. Можешь двигаться дальше.

Совет печника. Принимая решение о выборе размера топочной конструкции, в первую очередь обращайте внимание на такие моменты, как удобство использования и пожарная безопасность!

2 этап.Строительный материал: выбор

При выборе кирпича нужно учитывать, насколько он будет устойчив к воздействию высоких температур, при этом основной упор следует делать на целостность материала после повторения процедуры нагрева и охлаждения. Характеристики кирпича как строительного материала определяют срок службы печи. Это важно!

Выбираем кирпич

Маркируется любой кирпич. Один из них означает плотность. Для печей оптимально приобретать кирпичи с маркировкой от 75 до 250, при этом стоит помнить, что чем плотнее изделие, тем медленнее придется плавить печь, и тем медленнее она будет нагреваться.С другой стороны, хорошо нагретая плотная кирпичная печь будет медленно остывать, выпуская свое мягкое тепло в атмосферу.

Если вы планируете соорудить печь в бане, лучше выбрать кирпич наименее плотный (но выше М100), чтобы не растопить много времени. А для приборов, предназначенных для обогрева жилых помещений и приготовления еды, стоит приобрести более плотный кирпич.

Стоит знать, что показатель плотности не является признаком качества кирпича.Однако лучше уточнить состав, чтобы не приобретать продукт с опасными для здоровья химическими примесями.

Следующая маркировка – морозостойкость изделия. Этот показатель особенно важен (и должен быть максимальным) для той части дымохода, которая находится над крышей. Сама по себе морозостойкость – это свойство изделия впитывать влагу, которая при кристаллизации деформирует материал. Лучшие показатели морозостойкости у пустотелого облицовочного кирпича, при этом внутренняя часть дымохода может быть выложена из полнотелого красного кирпича.Качественная продукция с высоким уровнем морозостойкости производится в Новгородской области, городе Боровичи.

Красный кирпич желательно приобретать методом литья под давлением. В этих изделиях мало пор, они хорошо выдерживают перепады температур, кладка не трескается даже после длительного простоя духовки. Силикатные изделия, прессованные, отлитые методом шликерного литья, сырье не подходят для строительства печей.

Кирпич шамотный, изготовленный по ГОСТу, выдерживает до 1350 градусов.Из такого кирпича можно построить всю топку или использовать только для футеровки внутренних рабочих поверхностей топки. Для кладки топки можно использовать изделия соломенно-желтого цвета марки Ш8 с темными вкраплениями, для противопожарного купола подойдут шамотные кирпичи Ш32 – Ш55. Однако эта рекомендация не распространяется на печи для сауны, поскольку шамотный кирпич эксплуатируется только при влажности менее 60%. В бане лучше использовать клинкерный кирпич или керамический огнеупор.

Кирпич шамотный цена

кирпич шамотный

Как проверить качество кирпича:

• Если продукт упадет на пол, он расколется на большие части.Если кирпич рассыпался, выбросьте партию;
• при прикосновении к кирпичу не пылится;
• при ударе молотка по качественному изделию будет слышен чистый звонкий непрерывный звук;
• Края хорошего кирпича ровные, цвет насыщенный и ровный.

ГОСТ 530-2012. КЕРАМИЧЕСКИЙ КИРПИЧ И КАМЕНЬ. Скачать файл

ГОСТ 8691-73. ОГНЕУПОРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ. ФОРМА И РАЗМЕРЫ. Скачать файл

Выбор раствора

Выбор раствора – важный момент.При неправильном решении печь будет дымить, и очень скоро на поверхности конструкции могут появиться трещины.

Чаще всего кладочный раствор готовят из мелкозернистого просеянного речного песка (песчинки максимум 1,5 мм) и глины, которую перед замешиванием необходимо замочить на несколько часов. Замоченную глину протирают через сито, чтобы избавиться от комков, ведь кладочный шов не должен превышать пяти миллиметров по толщине.

Глиняный раствор – подготовка

Пропорции глиняного раствора зависят от качества глины – чем она толще, тем больше песка, но важно не делать раствор слишком жидким, так как он высохнет и потрескается.Рекомендуется провести несколько пробных перемешиваний растворов, чтобы определить необходимые пропорции песка и глины, при этом важно тщательно перемешать песок, добавляя его в несколько приемов.

Тест на жирность выполняется путем взятия полкуса материала, его увлажнения и тщательного разминания, катания шарика, а затем помещения и сжатия его между двумя гладкими досками. Если шар был сдавлен на треть своего диаметра и не появилось трещин, то раствор подходит для кладки топки.Дополнительный контроль качества – сушка мяча диаметром 5 см на воздухе в течение 20 суток. Высушенный шарик хорошего качества не мнется при нажатии.

Сколько воды залить ? Снова делаем тестовые смеси и проверяем степень текучести раствора. Наносим шпателем смешанный раствор и смотрим след:

• если порвана, значит не хватает воды;
• если поплыл практически мгновенно, то есть избыток влаги;
№
• , если след четкий и края ровные, значит раствор подходит для укладки печи.

На рисунках 5 и 6 показан шпатель, погруженный в раствор. В первом случае он слишком жирный, на шпатель полосатые разводы, нужно добавить немного песка, а во втором (рис.6) раствор хороший, металл слегка полупрозрачный, разводы с рисунком.

Примечание! Для замешивания кладочной смеси желательно использовать мягкую воду. Слишком высокая твердость, то есть 8 градусов и более, снизит прочность раствора.

Последний тест на пригодность проводится путем нанесения слоя 3 мм на кирпичную кладку.Второй кирпич приклеивают к первому, постукивают киянкой и ждут до 5-10 минут. В течение указанного времени оба кирпича должны склеиться. Если кирпичи не рассыпаются даже при встряхивании, печь гарантированно прослужит сто лет.

Примечание! Для кладки топки в раствор добавляют либо шамотный песок, либо смесь шамотного и кварцевого песка в равных пропорциях.

Видео – Приготовление глиняного раствора для кладки печи

Глиняный раствор для закладки фундамента и взбивания дымохода не применяется.Для этих элементов используется классический цементный раствор или с добавлением известкового теста (цемент М500 или М600 – 1 часть, известковое тесто – от 9 до 16 частей).

Важно! Если вы думаете, что не справитесь с приготовлением, опробованием и замешиванием глиняного раствора, приобретите готовые печные смеси, например, Терракота (20 кг 306 руб.). Для красного кирпича подойдет смесь с красной глиной, а серые огнеупорные смеси идеальны как для красного, так и для шамотного кирпича.Не покупайте готовые смеси, содержащие цемент.

Цены на цемент М600

цемент М600

Этап 3. Подбор и расчет количества кирпича для кладки

На втором этапе необходимо провести оптимальный расчет размеров кирпичной печи. Определив окончательный размер конструкции печи, можно установить необходимое количество кирпичей. Одиночный красный полнотелый кирпич имеет фиксированный размер 250 (длина) x 120 (ширина) x 65 (толщина) мм с отклонением +/- 2 мм.

Кирпич шамотный огнеупорный, из которого выкладывают топку практически во всех печах, изготавливается и маркируется по ГОСТ 8691-73. См. Таблицу для информации о размерах.

На один квадратный метр кладки в половину кирпича потребуется:

• без учета растворного шва – 61 кирпич;
• с учетом швов раствора – 57 штук и 0,011 куб.м раствора кладочного.

Соответственно, для двух метров квадратной кирпичной кладки потребуется 122 или 113 полнотелых красных кирпичей, а расчетное количество используемого раствора будет равно 0.022 м3.

Обращаем ваше внимание, что при кладке в один кирпич, то есть если толщина стенки топки не 120, а уже 250 мм, то на каждый квадратный метр будет уложено соответственно 128 или 115 кирпичей без учета и с учетом швов раствора, а количество кладочной смеси увеличится до 0,027 м3.

Как производится упрощенный расчет примерного количества кирпичей на всю печь:

• рассчитывается количество кирпичей в первом ряду;
• полученное значение умножается на количество рядов печи;
• найденное число умножается на 0.8 (для отопительных приборов) или 0,65 (для устройств с отопительной панелью).

Для примера посчитаем количество кирпичей в духовке размером 90х90 см. На 900 мм приходится 3,5 кирпича. То есть в первом ряду будет 24,5 штуки. Умножаем на количество рядов 24,5х30, получаем 735 штук. Принимаем коэффициент 0,65х735 шт. = 477,75 шт., Округлить до 480 и прибавить 10% для отклонения.

Количество кирпичей на трубу рассчитывается отдельно.Его высота и конструкция приняты в соответствии с СП 60.13330.2012 («Отопление, вентиляция, кондиционирование») и СНиП 2.09.03-85 («Дымоходы»), о которых будет подробно рассказано ниже. Для прямой четырехметровой трубы потребуется:

Считаем: 4х56 = 224 шт. Добавьте еще 56 кирпичей к выдре, мяснику и пуху и умножьте результат на 10%. Осталось только сложить количество кирпичей для печи с таким же количеством для дымохода.

Более точно рассчитать количество материала можно, составив или приняв в работу уже имеющуюся схему заказа, где указаны продольные и поперечные сечения топки, даны рекомендации по укладке дымохода и размеры всех элементов, включая двери. данный.

Эту информацию можно использовать на практике, составляя индивидуальный план затрат на кирпичный материал.

Стоит отметить: если вы хотите в итоге получить идеальную кирпичную печь, которая идеально впишется в ваш дом, будьте максимально внимательны, начиная с выбора печного оборудования и заканчивая его вводом в эксплуатацию. Такой подход позволит вам еще долго радоваться своему личному творению.

Этап 4. Выбор места расположения печи

Итак, после того, как вы определились с типом печи, определили площадь конструкции печи, а также выбрали строительный материал и раствор, переходите к выбору места для установки печи.

Обычно печь устанавливают в одном из углов комнаты или у стены, что позволяет сэкономить драгоценные метры жилой площади.

Отопительная печь может располагаться в центре дома, при этом находясь сразу в нескольких смежных комнатах с разными гранями, например, топка уйдет в кухню, а три другие стены будут обогревать комнаты.

Банную печь лучше соорудить возле двери в парилку. Это обеспечит необходимый температурный и влажностный режим и позволит воздушным массам эффективно циркулировать (при условии, что отверстия для вытяжного и приточного воздуха расположены правильно).

Однако нужно помнить о расстояниях между поверхностями печи, дымохода и стен, потолка. Согласно СНиП 2.04.05-91 стоит придерживаться следующих расстояний:

Печи отопительные, дымоходы и вентиляционные каналы жилых и общественных зданий. Правила производства и приемки работ

Каменно-печные работы. Загрузки pdf

Этап 5. Фундамент

Печь из кирпича имеет большой удельный вес, поэтому без надежного фундамента конструкцию невозможно установить.

Фундамент под печь может быть монолитным железобетонным, свайным, столбчатым, футерованным блоками, свайно-винтовой.

Вне зависимости от вида фундамент печи нельзя привязывать к фундаменту дома. Тип фундамента выбирается, как для дома, исходя из типа грунта.

1. Гравийно-песчаный грунт позволяет оборудовать неглубокий фундамент.
2. Если грунт глинистый или осадочный, лучше засыпать фундамент на щебеночной подушке, при этом углубив его до уровня промерзания.
3. В зонах вечной мерзлоты оборудуют свайно-винтовой фундамент, особое внимание уделяется теплоизоляции свай.
4. На сухих каменистых грунтах фундамент может иметь минимальную толщину или вообще отсутствовать.
5. Заполненный грунт не подходит для установки кирпичной печи.

Рассмотрим способ обустройства прочных оснований для печи из кирпича.

Шаг 1. В зависимости от типа грунта и степени его промерзания выкапываем яму.Ширину и форму берем исходя из габаритов топки и к ее длине и ширине прибавляем 10-15 см соответственно. Сразу обратите внимание на расположение балок перекрытия – дымоходная труба должна будет пройти между ними, и с учетом отклонений, регламентированных СНиП. Также рекомендуется сделать дренаж (дренаж) от фундамента печи, чтобы уменьшить влажность и пучение почвы.

Шаг 2. Утрамбовываем дно котлована и максимально выравниваем по горизонтали.Заливаем десятисантиметровый слой мелкого битого кирпича, бутового камня или щебня. Повторяем процедуру набивки.

Шаг 3. Готовим раствор (соотношение цемента и песка 1: 3) и заливаем им насыпь.

№

• для совмещения десятисантиметровых слоев засыпки из щебня с цементной засыпкой. Такой вариант приемлем для оснований небольшой глубины, а именно до 50 см;

• установить арматурный каркас и залить бетоном.Каркас вяжется проволокой из арматуры диаметром 10 мм. Размер ячеек 10х10 см. В котлован устанавливается опалубка, каркас должен находиться на расстоянии 5 см от его стен и дна, для чего используются пластиковые хомуты или куски кирпича. Внутрь заливается бетон, при заливке смесь уплотняется глубоким вибратором или металлическим бруском. Верхняя точка заливки должна быть на 15 см ниже уровня готового пола;

• залить железобетонную плиту, поверх которой выложить стены фундамента из силикатного или красного кирпича, а внутреннюю часть залить бетоном с засыпкой (сыпучий заполнитель должен быть меньше или равен объему бетона).

Первый и третий варианты основания завершаются слоем цементного раствора. Залитый слой проверяют уровнем и при необходимости выравнивают правилом или другим подходящим инструментом.

Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания растворов, использованных в процессе заливки фундамента.

Шаг 5. Укладываем гидроизоляцию в три слоя, фиксируем мастикой (для кровли используем гудрон, для рубероида – битум).

Шаг 6 … Выкладываем непрерывный ряд кирпичей. По краям кладем целые кирпичи, половинки внутрь. Кирпичное основание должно быть на 5-7 см от имеющегося фундамента, но на 5-7 см шире самой печи.

Мы не используем цемент для склеивания кирпичей. Поверх кладки, которую мы также проверяем на горизонтальность, кладем еще один слой гидроизоляции, затем выкладываем второй слой кирпича, соблюдая перевязку между двумя рядами.Кирпичное основание в идеале должно быть ровно на уровне готового пола или возвышаться над ним на 3-4 см.

Важное примечание! Не используйте для строительства кирпич, который всю зиму пролежал на улице и неоднократно промокал и промерзал. Такие изделия способны быстро портиться, что значительно сократит срок службы печи.

Пространство между фундаментом печи и домом засыпаем речным песком.

6 этап.Строительство каменки-обогревателя своими руками. Пошаговая инструкция

Данный проект может быть реализован как в отдельной бане, так и в парилке при жилом доме. На плите нет бака для нагрева воды и теплообменника, но есть варочная панель, на которой легко нагреть воду на 4-6 человек. При этом духовой шкаф остывает очень медленно, поэтому теплая вода будет доступна даже утром после процедур, а в помещении даже зимой температура не будет опускаться ниже +15 градусов больше суток.Печь обеспечит обогрев парилки размером 3,3х5 метров и высотой потолка 2 метра до восьмидесяти градусов примерно за 5-6 часов.

Сам подогреватель будет располагаться в парилке, а топливо будет загружаться из комнаты отдыха. Камни для ванны, которые вмещают около 40 кг (талька), загружаются в специальную печь, где они равномерно нагреваются, чтобы пар в бане был сухим и достаточно густым, горячим.

Высота топки будет примерно 1.33 метра. Духовка квадратная, сторона 0,89 метра. Используя эти данные, рассчитайте размеры фундамента и заранее заложите / засыпьте его.

При строительстве печи (дымоход не учитывается) будет использоваться:

• 269 красных кирпичей;
• 63 кирпича огнеупорного ША-8;

• дверца печи чугунная размерами 0,21х0,25 м;

  Дверь печи – пример

• дверца вентилятора 0.14х0,25 м;
• две дверцы для чистки 0,14×0,14 м;
Решетка
• 0,38х0,25 м;
• варочная панель двухконфорочная чугунная 0,51х0,34 м;

• печь для кладки камней размером 0,25х0,25х0,44 м;
• один вентиль для «летнего» режима размерами 0,13х0,13 м;

• клапан дымоходный один размер 0,13х0,25 м;

Лист стальной доменный
• размером не менее 50х70 см.

• Ключевым моментом в кладке является строительный шов.Он должен быть равномерным в каждом ряду, тщательно пропущенным. Только так вы получите прочность конструкции топки и исключите просачивание дыма из топливной камеры. Очень внимательно следите за процессом;
• перед кладкой кирпича его необходимо хорошо смочить. Для этого приготовьте емкость с водой и погрузите кирпичи в воду на 5-10 минут. Этого времени достаточно, чтобы в дальнейшем сцепление глины и кирпича было на высшем уровне. Влажный кирпич после высыхания исключает возникновение трещин в готовой конструкции печи.Держим кирпичи в воде до тех пор, пока не перестанут выходить пузырьки воздуха. Огнеупорные кирпичи не замачивают, а только смачивают водой;
• перед укладкой каждого последующего ряда используйте строительный уровень и отвес – использование этих инструментов в рабочем процессе является гарантией того, что конструкция не будет иметь геометрических искажений и перекосов.

Выкладываем первый ряд из красного кирпича. Всего вам понадобится 24 целых и один распиленный на два кирпича. Уложите ряд очень ровно, метровым уровнем проверьте горизонтальность по сторонам и осям кладки.Используйте рулетку, чтобы проверить прямоугольность и выравнивание. Подгоняем кирпичи резиновым молотком. Делаем швы не более пяти миллиметров.

Второй ряд не отличается от первого ни количеством кирпича, ни качеством. Стоит только внимательно наблюдать за перевязкой между двумя рядами. Кладку лучше начинать с углов, постепенно заполняя середину.

Для третьего ряда возьмите двадцать красных кирпичей и дверь зольной камеры.Шестнадцать кирпичей кладем целыми, еще четыре вырезаем болгаркой или ножовкой по металлу с лезвием из карбида вольфрама (точность резки элементов смотрите на чертеже).

Перед резкой кирпич смачиваем и надежно закрепляем. Соблюдаем технику безопасности !!!

Резка кирпича болгаркой – фото

Видео – Как распилить кирпич

Видео – Распил печного кирпича болгаркой

Наносить раствор не торопимся, сначала выкладываем весь ряд насухо! Кирпич нельзя класть сколотой (обрезанной) стороной внутрь топки или дымохода.Также категорически запрещено смазывать глиной внутренние поверхности каналов и печей.

Если кирпич был уложен неудачно, снимаем его, очищаем от раствора, снова замачиваем, шпателем наносим новый раствор, потом заново поправляем.

В этом же ряду закрепляем дверь, для этого обматываем дверную коробку по периметру асбестовым шнуром, покрываем раствором, вставляем и скручиваем стальную вязальную проволоку (диаметр 3-4 мм, длина 1-1,2 м. , количество стержней для скручивания от 3 до 4) в отверстия в углах каркаса, и пропустить полученные жилы проволоки между рядами кирпичей.

Крепление двери проволокой – верхние концы проволоки прокладываются между кирпичами

Установка дверцы духовки – фото

Видео – Как прикрепить провод к двери

Видео – Как починить топочную дверцу воздуходувки

Грязь и вес кирпичей надежно удерживают дверную коробку.

Другой способ установки двери – использование металлических планок или пластин, расширенных на концах. Элементы крепятся к дверной коробке заклепками, после чего фиксируются в стыках кладки.Если плиты слишком толстые, лучше на кирпичах проделать бороздки.

Правильность установки двери проверяют отвесом и уровнем.

Совет. Чтобы дверца для чистки подходила более точно и аккуратно, снимите прямоугольную фаску с кирпичей, которая будет располагаться по периметру дверной коробки. То есть проем для установки двери должен быть на 5 мм длиннее и шире рамы.

Не волнуйтесь, если вам удастся выложить всего три ряда за день.Замачивание, обрезка, примерка и укладка требуют времени, терпения и аккуратности.

В четвертом ряду продолжаем формировать зольную камеру, дополнительно выкладывая нижний горизонтальный канал. На весь ряд потребуется 16 кирпичей. Для канала сразу ставим дверь 0,14х0,14 м. Дверь можно закрепить без асбеста, просто на раствор, так как в этом месте будет невысокая температура, а тепловое расширение металла минимальное.

Для пятого ряда возьмите 16 с половиной красных кирпичей.Четыре из них вырезаем наискосок, чтобы дверь перекрывалась методом «замок». Положите кирпичи сколотой стороной вверх. Еще два кирпича нарезаем наискосок, образуя перекрытие.

Ряд 6

В шестом ряду будет использовано шесть с половиной шамотных кирпичей и 12 красных кирпичей. На схеме он показан желтым цветом. Выложите из шамота основание топливной камеры. Делаем прорези для укладки решетки. Проем под решетку должен быть больше ее на 5-7 мм, чтобы расширяющийся металл не разрушил кладку.Пространство между решеткой и кирпичами (фаски) засыпано песком.

Опытные печники советуют класть колосниковую решетку с небольшим, до трех сантиметров, наклоном к дверце печи.

Заблокируем чистящую дверь одним кирпичом.

В этом ряду из 9 красных и 5 шамотных кирпичей формируем топливную камеру. Кирпич, который кладется сзади топки, разрезаем наискосок под углом 45 градусов.

Устанавливаем дверь с помощью асбестового шнура. Размер двери 21х25 см.

Также размещаем сварную печь из стали толщиной 8 мм. Задняя часть шкафа окажется в топливной камере. Дверца шкафа немного меньше его высоты, то есть приподнята, за счет чего камни для ванны не будут падать на пол.

Выполняем кладку по схемам-заказам. Для работы берем семь красных и шамотных кирпичей.

Для девятого ряда понадобится 6,5 красных и 7 шамотных кирпичей. Строим стенки топки.

В этом ряду уже рассмотренным выше методом «запирания» блокируем противопожарную дверь. На весь ряд уйдет 7 красных, 8 шамотных кирпичей и еще 1 шамотный клин.

Берем 10 с половиной шамотных и 6 с половиной красных кирпичей. Закрываем дверцу и заднюю часть духовки. Укладываем кирпичи, соединив топку с ближайшим вертикально расположенным каналом.Над шкафом формируется еще один канал – туда устанавливаем дверцу.

Берем 12 красных и 9 шамотных кирпичей. Делаем усадку, как показано на схеме, а также делаем выемку под варочную панель с учетом необходимых пятимиллиметровых зазоров. Ставим варочную панель 51х34 см, раствор не используем.

Устанавливаем вентиль в ближний вертикальный канал. Для установки металлического элемента делаем в кирпиче прорези, как показано на схемах.Дальний вертикальный канал, начиная с этого ряда, раздваивается.

Задвижка в топку – фото

Для работы берем 9 шамотных и 6 с половиной красных кирпичей.

Начинаем формировать декоративную нишу, для которой используем 15,5 красного кирпича. Мы больше не используем шамот.

Совмещаем ближний канал и центральный. Используем 13,5 кирпича.

Продолжаем укладку по порядку.Берем 14 с половиной кирпичей.

Блокируем дальний канал и центральный. Над нишей наискось срезаем два кирпича, чтобы получился пол замка. Так же на плите стачиваем кирпич наискосок. В замок кладем клиновой кирпич. Расход на ряд – 18 шт.

Выключаем духовку полностью, кроме ближнего канала. В этом канале делаем прорези для установки задвижки 13х25 см. Выше плиты наискось вырезаем еще один кирпич.Расход – 16 шт.

Из 17 с половиной кирпичей делаем второе перекрытие, оставляя только дымовой канал 13х13 см.

Из четырех кирпичей формируем основу дымоходной трубы.

С перевязкой кладем второй ряд трубы.

Видео – Описание устройства печи

Внутренние поверхности топки должны быть максимально гладкими, чтобы на них не скапливалась сажа, поэтому в процессе кладки выступающую глину необходимо очистить или соскоблить.

Как сушить духовку? Оставляем агрегат с открытыми клапанами и дверцами примерно на неделю. Не закрывая дверцы, наливаем в топку совсем немного топлива, чтобы немного прогреть стены. На следующий день повторяем операцию, увеличивая количество топлива. В этом случае не закрывайте двери. Когда на стенах нет мокрых следов и нет конденсата на вентиле, печь готова к первой настоящей топке.

Видео – Банная печь своими руками

Видео – Сушка духовки

После высыхания печь можно нагреть и проверить в ней тягу, открыв защелки и приложив горящую спичку к открытой дверце топки.Если внутри топки пламя отклоняется, значит, есть сквозняк.

Тяга зависит от дымохода, который, в свою очередь, должен быть не менее пяти метров в длину, если считать от решетки. Точнее высоту дымохода над крышей можно определить по рисунку. Но помните, что у необработанных труб тяга будет немного слабее.

Кирпичную трубу рекомендуется побелить мелом или известью в два слоя, чтобы сразу стали заметны утечки топочных газов.Неисправная труба немедленно ремонтируется. Над крышей необходимо оштукатурить дымоходную трубу, а для кладки использовать цементный, цементно-известковый или просто известковый раствор, при этом кирпич выбирают самого высокого качества, без сколов, трещин и других дефектов.

Не забывайте чистить печь – весной, если вы планируете топить сауну летом, и два раза в год, если вы используете ее постоянно. При появлении трещин сразу заделать их глиняным раствором, нанося и разравнивая кельмой.

Видео – Как сложить духовку своими руками

Видео – Кладка первого ряда кирпича

производственных различий влияют на характеристики и функции стромальных клеток костного мозга человека: сравнение методов производства и продуктов из нескольких центров

Сравнение методов

Ранее сообщалось о методах, используемых четырьмя центрами для производства BMSC ^24,25,26,27 и производственные методы всех восьми центров приведены в таблице 1.Семь из восьми центров производили BMSC с использованием методов GMP, а один центр (№ 7) находился в процессе разработки метода GMP. Семь из восьми центров использовали аспираты костного мозга от здоровых людей; в одном центре (№7) использовался костный мозг двух здоровых доноров (партии A и C) и одного умершего донора органов (партия B). Аспирированный костный мозг подвергали разделению в градиенте плотности для удаления эритроцитов в трех центрах (№3, №5 и №8), в четырех центрах (№1, №2, №4 и №6 удаление эритроцитов не производилось). ) и Центр № 7 протестировали оба метода.Большинство центров культивировали клетки в α-минимальной необходимой среде (α-MEM), и все центры дополняли среду. Шесть центров использовали эмбриональную бычью сыворотку (FBS) в качестве добавки к питательной среде, и конечная использованная концентрация находилась в диапазоне от 10% до 20%. Один (№2) из ​​этих шести центров использовал 10% FBS плюс фактор роста фибробластов (основной) (bFGF). В одном центре (№1) использовался лизат тромбоцитов человека, а в одном центре (№3) – добавка к бессывороточной среде (таблица 1 и дополнительная таблица S1).

Таблица 1 Сравнение методов производства BMSC, используемых 8 центрами.

Все культивируемые BMSC, кроме одного, в Т-колбах, многослойных колбах или обоих. Центр № 1 культивировал BMSC в автоматизированной системе культивирования полых волокон (Quantum Cell Expansion System, Terumo BCT, Lakewood, CO, USA). Продолжительность культивирования и количество пассажей, используемых для получения конечного продукта BMSC, были, как правило, низкими, но варьировались между центрами (таблица 1 и дополнительная таблица S1). Пять центров использовали аспираты свежего костного мозга в качестве исходного материала для предоставленных образцов. Центр №4 использовал криоконсервированные аспираты костного мозга; Центр № 5 предоставил образцы, полученные из свежих аспиратов (партии A, B и D), и образец (партия C) из замороженного промежуточного продукта, полученного путем пересева партии B; в Центре № 7 использовались аспираты свежего костного мозга и костный мозг из криоконсервированного костного мозга умершего донора органов (№ 7).После начала культивирования семь центров пассировали все клетки до конечного сбора, но Центр № 8 криоконсервировал клетки пассажа 2 и позже расширил их до пассажа 5. Данные образцов, представленные в таблице 1 и дополнительной таблице S1, соответствуют информации, доступной из каждого центра. . Из-за политики защиты данных доноров некоторые центры не предоставили информацию о поле (Центры №3 и №7) или возрасте донора (Центры №3 и №7) или предоставили ограниченную информацию о возрасте донора, исходя из критериев включения в протокол. (Центры № 5 и № 8).

Анализ глобальной экспрессии генов BMSC

Всего 26 партий BMSC были проанализированы с помощью анализа глобальной экспрессии генов. Сначала мы оценили 24 лота с помощью анализа главных компонентов (PCA). 24 лота включали от 2 до 4 от каждого центра; По 3 лота от шести центров (Центры № 1, № 2, № 4, № 5, № 7 и № 8), 2 лота от Центра № 3 и 4 лота от Центра № 6. Две из 26 лотов были исключены из этого анализа: из Центра № 6, лот E, потому что он не соответствовал критериям выпуска ²⁴ , и из Центра № 5, лот C, потому что он был сделан от того же донора, что и партия B.PCA, как правило, сгруппировал 24 лота по центру (рис. 1A).

Рисунок 1: Анализ экспрессии генов 24 партий BMSC, произведенных в 8 различных центрах.

24 партии BMSC оценивали с помощью глобального анализа экспрессии генов, а весь набор данных анализировали с помощью PCA (панель A) и неконтролируемого иерархического кластерного анализа (панель B). Анализ матрицы сходства всех 24 лотов BMSC был выполнен путем сравнения лотов с использованием корреляций Пирсона и упорядочения значений с использованием неконтролируемой иерархической кластеризации (панель C).Образцы имеют цветовую маркировку в соответствии с центром.

Лоты BMSC из Центров №1, №4, №6 и №7 были сгруппированы по центрам и отделены от лотов BMSC от других центров. Партии BMSC из Центров №2 и №5 были сгруппированы вместе, а BMSC из Центра №8 были сгруппированы среди лотов из Центра №5. 2 лота из Центра 3 сгруппированы отдельно.

Неконтролируемый иерархический кластерный анализ также сгруппировал 24 лота BMSC по центрам, за исключением лотов из центра № 3 (рис. 1B). BMSC были разделены на 4 основные группы.Одна группа состояла из всех 3 лотов BMSC из Центра № 7, одна группа – из 4 лотов из Центра № 6, одна группа – из 1 лота из Центра № 3, а другая – из оставшихся 16 лотов. Среди группы из 16 лотов, партии из Центров №1, №2 и №4 были каждый в отдельной подгруппе, но BMSC из Центров №5 и №8 сформировали подгруппу, хотя внутри этой подгруппы образцы были разделены по центрам. Данные по экспрессии генов из 24 партий BMSC были подвергнуты анализу матрицы сходства, который снова разделил BMSC по центру, за исключением центров № 3, № 5 и № 8 (рис.1С).

Эти результаты показывают, что межцентровая изменчивость в партиях BMSC больше, чем внутрицентровая изменчивость. Чтобы сравнить внутрицентровую изменчивость BMSC от партии к партии среди центров, мы рассчитали и сравнили внутриклассовые коэффициенты корреляции (ICC) для восьми центров. Для оценки вариабельности один образец BMSC из Центра № 6 был протестирован три раза в анализе микроматрицы, и, как и ожидалось, значение ICC между анализами (0,917) было больше, чем значения ICC внутри центра, которые варьировались от 0.От 763 до 0,888, что указывает на то, что вариабельность анализа была меньше вариабельности внутри центра. Внутрицентровые значения ICC были наибольшими для центров №1, №4, №5 и №6 и колебались от 0,872 до 0,888, в то время как значения ICC были немного меньше для центров №2, №7 и №8 (от 0,830 до 0,860) и значительно больше для Центра №3 (0,763). Изменчивость от партии к партии для каждого центра, выраженная как 1-ICC, показана на рис. 2. Более высокие значения 1-ICC указывают на большую вариабельность.

Рисунок 2: Вклад вариабельности внутри центра на BMSC клинической степени.

Гистограмма показывает значения 1-внутриклассового коэффициента корреляции (ICC) для партий BMSC для каждого центра на основе анализа всего набора данных транскриптома. Чем выше оценка, тем выше разброс между партиями.

Далее мы исследовали факторы, которые могут вносить вклад в межцентровую и внутрицентровую изменчивость. Эти факторы включают различия в исходном материале и производстве. Чтобы исследовать влияние качества исходного материала на конечный продукт BMSC, мы проанализировали одну партию BMSC из Центра № 6 (лот E), которая не соответствовала критериям выпуска, поскольку не достигла слияния от 70 до 80% через 13 дней. в первичной культуре ²⁴ ; Вероятно, это произошло из-за низкого качества исходного материала.BMSC из этой партии были продолжены в культуре с использованием обычных производственных процедур Центра №6, но конечный продукт не был выпущен для клинического использования. Когда эта партия BMSC была подвергнута анализу экспрессии генов и PCA и сравнена с 4 ранее проанализированными партиями BMSC из Центра № 6, которые отвечали всем критериям выпуска партии, неудачная партия кластеризовалась отдельно от других 4 партий (рис. 3A). Иерархический кластерный анализ дал аналогичные результаты (рис. 3B). Эти результаты показывают, что различия в исходном материале могут способствовать изменчивости BMSC.

Рис. 3. Анализ глобальной экспрессии генов множества BMSC, которые не соответствовали критериям выпуска, и двух партий, изготовленных из одного и того же исходного материала.

Пять партий BMSC, произведенных Центром № 6 (пурпурный), были проанализированы с помощью анализа глобальной экспрессии генов. Четыре из партий соответствовали критериям выпуска и также показаны на рис. 1, а одна партия BMSC не выдержала испытания, 6-E (стрелка), из-за медленного роста первичной культуры. Результаты PCA показаны на панели A, а анализ неконтролируемой иерархической кластеризации – на панели B.Аспират костного мозга от одного здорового субъекта собирали и разделяли на несколько аликвот и криоконсервировали, а в двух отдельных случаях аликвоту размораживали и использовали в Центре № 5 (бордовый) для производства BMSC. Эти две партии и две другие из Центра # 5 были подвергнуты глобальному анализу экспрессии генов, и PCA показан на Панели C, а анализ неконтролируемой иерархической кластеризации на Панели D. Результаты анализа партий A, B и D из Центра 5 (5-A , 5-B и 5-D) также показаны на фиг. 1. Результаты анализа фибробластов (синий) и клеток CD34 ⁺ (зеленый) от здоровых субъектов показаны в качестве контроля.

Мы также сравнили одну партию BMSC из Центра № 5, партия C, сделанную из того же криоконсервированного аспирата костного мозга, который использовался для изготовления одной из 3 ранее проанализированных партий BMSC из Центра № 5, партия B. PCA (рис. 3C) и без контроля. иерархический кластерный анализ (рис. 3D) 4 лотов BMSC из Центра 5 показал, что все они сгруппированы тесно вместе. Эти результаты свидетельствуют о том, что стандартизованные и контролируемые производственные процедуры приводят к созданию согласованных продуктов BMSC.

Конкретная информация о поле донора была доступна для 20 лотов, а возраст – для 14 из 20.PCA и неконтролируемый иерархический кластерный анализ 20 лотов показал, что они были отсортированы по центру, а не по возрасту или полу (дополнительные рисунки S1A и B). Анализ данных экспрессии генов из 14 партий с помощью 3-стороннего дисперсионного анализа показал, что межцентровые различия вносят наибольший вклад в вариации транскриптома, в то время как возраст или пол вносят небольшой вклад (дополнительный рисунок S1C). Дальнейшее сравнение транскриптомов на основе пола донора показало, что гены не экспрессируются по-разному ни у мужчин (n = 14), ни у женщин (n = 6), ни среди доноров ≤ 25 лет (n = 6) и> 25 лет (n = 8) (t-тесты с скорректированным значением p <0.01).

Оценка экспрессии генов, влияющих на функцию BMSC

Чтобы определить, могут ли межцентровые производственные различия в BMSC влиять на функцию BMSC, мы сравнили экспрессию 93 генов, которые были описаны как важные для функции BMSC или как маркеры активности BMSC ( Дополнительная таблица S2) среди 24 лотов BMSC. Неконтролируемый иерархический кластерный анализ 24 партий BMSC с использованием 93 функциональных и эффективных генов с разделением некоторых партий BMSC по центру; из Центров №1, №2, №6 и №7 (рис.4). Лоты из центров №3, №4, №5 и №8 были смешаны с лотами из других центров или сгруппированы отдельно. Эти результаты предполагают, что функции BMSC из центров № 3, № 4, № 5 и № 8 могут быть аналогичными и что функциональные различия могут существовать между BMSC, произведенными в центрах № 1, № 2, № 6 и № 7.

Рисунок 4: Сравнение экспрессии функциональных генов BMSC среди 24 партий BMSC.

Девяносто три гена, которые, как сообщается, участвуют в функции или активности BMSC, были выбраны из набора данных по экспрессии генов (дополнительная таблица S2) и проанализированы с помощью неконтролируемой иерархической кластеризации.

Хотя в этот анализ были включены гены BMSC, которые считаются важными для иммунной модуляции, ангиогенеза, образования костей и хрящей и функции клеток-предшественников, сегрегация генов по функциям отсутствовала. Иерархический кластерный анализ разделил гены на 5 узлов, но гены иммунной системы, стволовых клеток и факторов роста были распределены по всем узлам (рис. 4).

In vivo Формирование кости и поддержка гематопоэза

Достаточное количество BMSC было доступно в 6 из 8 центров для тестирования образования кости и поддержки гематопоэза на модели эктопической трансплантации кости in vivo .Каждую партию BMSC оценивали на образование кости и на области костного мозга, покрытые как гемопоэтическими клетками-предшественниками, так и жировой тканью. Таким образом, были протестированы партии BMSC из Центров №1, №2, №4, №5, №6 и №8.

Через восемь недель после трансплантации BMSC из всех 6 центров произвели немного кости, но результаты значительно различались между центрами (рис. 5) (p <0,0001, ANOVA). Баллы по костям трансплантированных BMSC из центров №2 и №6 были выше, чем у других 4 центров (p <0.01, пост-тест Тьюки). Через 16 недель оценки костной ткани для трансплантированных BMSC из всех центров увеличились, за исключением таковых из Центра № 5 (рис. 5 и дополнительный рисунок S2). Показатели костной ткани за 16 недель также варьировались между центрами (p <0,0001, ANOVA), а баллы для центров # 2 и # 6 оставались выше, чем у других 4 центров (p <0,01, пост-тест Тьюки), в то время как Центр №5 оказался ниже центров центров №1, №4 и №8 (p <0,05, пост-тест Тьюки).

Рисунок 5: Формирование кости, поддержка кроветворения и образование жировой ткани для партий BMSC из каждого из 6 центров, протестированных с использованием модели внематочной трансплантации кости у мышей с ослабленным иммунитетом.

Показатели образования кости показаны в верхней части каждой панели, а площадь покрытия костного мозга кроветворными клетками-предшественниками (красный костный мозг) и жировой тканью (желтый костный мозг) показана в нижней части каждой панели. Результаты анализа через 8 недель после трансплантации показаны на левой панели и через 16 недель после трансплантации на правой панели. Показанные значения представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение. «А» – p <0,01 по сравнению с центрами №1, №4, №5 и №8; «B» - p <0,01 по сравнению с центрами №1, №4, №5 и №8; «C» - это p <0.05 против центров №1, №4 и №8; «D» - p <0,05 по сравнению с центром №6; «E» - p <0,01 по сравнению с центром №1 и p <0,05 по сравнению с центрами №4 и №5; «F» - p = 0,062 по сравнению с центром №1; «G» - p <0,01 по сравнению с центром №4, №5 и №8; и p <0,05 по сравнению с центром №1.

Хотя BMSC из всех центров формировали кость, только из 3 центров (Центры № 1, № 2 и № 6) поддерживали значительный объем кроветворения и образование жировой ткани (Рис. 4). Анализ через 8 недель показал, что площадь покрытия костного мозга трансплантированными BMSC из Центра №2 была больше, чем у Центров №1, №4 и №5.На 16-й неделе охват костного мозга кроветворными клетками-предшественниками и жировой тканью был аналогичен результатам 8-й недели (рис. 5). Площадь покрытия костного мозга при трансплантации BMSC из Центра №2 была больше, чем у Центров №1, №2, №5 и №8. Результаты анализа отдельных партий BMSC через 8 и 16 недель показаны на дополнительном рисунке S3. Результаты оценки костной ткани и площади костного мозга для каждой из дублирующих или трех повторных трансплантатов каждой партии BMSC показаны на дополнительном рисунке S4).Репрезентативные результаты трансплантации партий BMSC из центров с высоким и низким костеобразованием и зонами покрытия кроветворными клетками и жировой тканью показаны на рис. 6.

Рисунок 6: Типичное окрашивание трансплантата гематоксилином и эозином трансплантатов из каждого из 6 центров чьи BMSC были протестированы на модели внематочной трансплантации кости на мышах с ослабленным иммунитетом.

Для каждого центра срезы, полученные через 8 недель, показаны на верхних панелях и за 16 недель на нижних панелях.

Чтобы определить, какие факторы могут быть ответственны за лучшее формирование кости и поддержку кроветворения, мы сравнили транскриптомы для партий BMSC из двух центров с самым высоким образованием кости и поддержкой показателей кроветворения, Центры №2 и №6, с два центра с самыми низкими баллами, центры №4 и №5. В общей сложности 455 генов дифференциально экспрессировались между двумя группами (p <0,05 и FDR <0,05). Анализ неконтролируемой иерархической кластеризации с использованием этих 455 генов разделил партии BMSC на два основных кластера: один с BMSC из центров №2 и №6, а другой - с центрами №4 и №5 (рис.7). Внутри двух основных кластеров BMSC были разделены по центру.

Рисунок 7: Неконтролируемый иерархический кластерный анализ генов, дифференциально экспрессируемых среди партий BMSC из двух центров с высоким костеобразованием и поддержкой показателей гематопоэза и двух центров с низкими показателями костеобразования и без поддержки гематопоэза.

Всего 455 генов по-разному экспрессировались среди BMSC для двух центров с высокими баллами, центров №2 и №6, и двух центров с низкими баллами, центров №4 и №5 (p <0.05 и уровень ложного обнаружения <0,05).

Анализ путей изобретательности показал, что 65 путей были обогащены 264 генами, активированными в партиях BMSC, которые снижали образование костной ткани и поддерживали показатели гематопоэза, включая несколько иммунных путей: передача сигналов CXCR4, передача сигналов хемокинов, передача сигналов интегрина, Jak / Stat передача сигналов и передача сигналов CCR3 у эозинофилов (p <0,01) (дополнительная таблица S3). Партии BMSC, которые имели пониженное костеобразование и поддержку показателей гемопоэза, также были обогащены генами передачи сигналов рецептора эфрина, передачи сигналов эфрина B и путей передачи сигналов RhoA.Ephrin-B1, Ephrin-B2 и RhoA участвуют в остеогенной и хрондрогенной дифференцировке BMSC ^28,29 . Только один путь был избыточно представлен (Sulfite Oxidation IV, p <0,01) среди 191 гена, который был активирован в партиях BMSC с лучшим образованием кости и поддержкой показателей гематопоэза.

Современное исследование старения асфальтовых смесей и использования антиоксидантных добавок

Пагубные последствия твердения асфальтовых покрытий были впервые признаны первопроходцами в области дорожного строительства в 1900-х годах и широко изучались в течение последних 70 лет.Этот процесс твердения, называемый старением асфальта, обычно определяется как изменение реологических свойств битумных вяжущих / смесей из-за изменений химического состава во время строительства и в течение срока службы. Старение приводит к тому, что асфальтовый материал становится жестким и хрупким, что влияет на его долговечность и приводит к высокому потенциалу растрескивания. В этой статье представлены современные достижения в области старения асфальта и асфальтобетонных смесей и использование антиоксидантных добавок для замедления старения. Обсуждаются также картина сложной молекулярной структуры асфальта и ее изменений из-за атмосферных условий и различные протоколы, используемые для моделирования старения в лабораторных условиях.Особое внимание уделяется недавним исследованиям моделирования старения асфальтовых смесей, поскольку исследования смесей по сравнению с асфальтовым вяжущим были ограничены. Наконец, в этой статье представлено применение методов защиты от старения и его механизм, использование различных типов антиоксидантных добавок для замедления старения асфальта и, следовательно, улучшения характеристик асфальтовых покрытий.

1. Введение

Асфальт является наиболее широко используемым вяжущим материалом для дорожных покрытий во всем мире.Приблизительно 95% асфальта, который производится во всем мире каждый год, используется в дорожной промышленности [1]. Асфальт, по сути, действует как связующее для минеральных заполнителей с образованием асфальтобетонных смесей, также называемых асфальтобетонными или битумными смесями. Первое использование асфальта в строительстве дорог в эпоху Набопаласара, царя Вавилона (625–604 гг. До н.э.), было упомянуто Авраамом [2]. Однако битум практически исчез с тротуаров до тех пор, пока не были обнаружены европейские источники природного битума, что привело к развитию современных применений этого материала [1].Дороги с асфальтовым покрытием эксплуатируются в Европе с 1850-х годов [3] и в США около 125 лет [4]. Инженеры-первопроходцы в области дорожного покрытия [2, 5] наблюдали сильное влияние температуры на его консистенцию и вскоре поняли, что твердение или старение асфальта происходит во время смешивания, строительства и эксплуатации, что влияет на характеристики асфальтового покрытия [6].

Термин «старение» может применяться для описания нескольких механизмов в битумном вяжущем / смеси. Следовательно, представляется необходимым уточнить терминологию, используемую инженерами по дорожным покрытиям.В дорожном строительстве изменение реологических свойств асфальтобетонных вяжущих / смесей связано с изменениями химического состава в процессе строительства и в течение срока его службы.

Старение асфальтобетонных вяжущих происходит во время производства асфальтобетонных смесей и в процессе эксплуатации под воздействием окружающей среды. Первая стадия старения происходит очень быстро, когда асфальтобетонная смесь производится при очень высокой температуре. Этот этап часто называют кратковременным старением. На этом этапе очень тонкая пленка асфальта подвергается воздействию воздуха при повышенных температурах, что приводит к значительному изменению реологических свойств битумных вяжущих.Такие изменения проявляются в повышенной вязкости и повышенной жесткости [7]. Вторая стадия старения происходит, когда асфальт подвергается воздействию окружающей среды в качестве дорожного покрытия в процессе эксплуатации при относительно более низкой температуре в течение длительного времени. Скорость затвердевания зависит от содержания воздушных пустот и окружающей среды.

На Рисунке 1 показан типичный отклик отверждения для немодифицированного битумного вяжущего. Наблюдается скачок вязкости битумного вяжущего из-за кратковременного старения (Фаза 1), в то время как наблюдается линейное увеличение с более низкой постоянной скоростью со временем (Фаза 2).Фаза 2 представляет собой упрочнение из-за длительного старения.

Есть несколько факторов, которые влияют на старение асфальта. К внешним факторам относятся тип установки, температура смешивания и время хранения в бункере при кратковременном старении, а также полевые условия (например, температура, ультрафиолетовые (УФ) лучи и осадки) и время во время длительного выдерживания. Скорость и степень старения также зависят от свойств смеси, таких как источник и тип асфальта, градация и абсорбция заполнителя, содержание пустот / проницаемость и толщина пленки асфальтового связующего на заполнителе.В таблице 1 приведены различные факторы и их влияние на кратковременное и долгосрочное старение асфальта. Недавнее исследование Morian et al. [9] сообщили, что эффективное содержание связующего в смесях является самым надежным индикатором характеристик старения асфальтовой смеси, независимо от типа гранулированного заполнителя.

932 932 932 932 932 932 932 932 932 932 932 Основные эффекты Важный эффект Мориан и другие. [15]55 Факторы Результаты Ссылки Кратковременный эффект старения Тип и источник связующего Значительное влияние на старение в полевых условиях Лунд и Уилсон [11, 12] Тип и источник связующего Значительное влияние на старение в лаборатории; снижение старения с помощью полимера Topal and Sengoz [13], Zhao et al.[14], Morian et al. [15] Толщина асфальтовой вяжущей пленки Существенное влияние Кандал и Чакраборти [16] Совокупная градация Нет эффекта Чипперфилд и Велч [17] Совокупное поглощение Главный эффект Traxler [10] Важный эффект Aschenbrener and Far [18], Morian et al.[15] Включение переработанных материалов и повторный нагрев Значительный эффект Mogawer et al. [19] Тип растения Значительный эффект Terrel and Holen [20], Chollar et al. [21] Производственная температура и хранение в бункере Значительное влияние Mogawer et al. [19], Daniel et al. [22] Долгосрочное старение Совокупный источник Не влияет на лабораторное старение Morian et al.[15] Общая пористость Существенное влияние Кемп и Предел [23] Источник связующего Существенное влияние Morian et al. [15] Содержание асфальта Существенное влияние Кари [24] Без эффекта Ролт [25] Воздушные пустоты Существенное влияние Haroehl [26], Houston et al.[27] Нет эффекта Rolt [25] Проницаемость дорожного покрытия Значительное влияние Кари [24] Глубина покрытия Старение поля не ограничено верхом тротуар; наблюдаемый градиент старения в поле Farrar et al. [28] Старение уменьшается с глубиной Sirin et al. [29] 10-летнее старение в полевых условиях может привести к ухудшению качества 2-го слоя Wu et al.[30] Рабочая температура Существенное влияние Кемп и Предель [23], Ролт [25], Эппс Мартин и др. [31], Сирин и др. [28] Время воздействия Существенный эффект Rolt [25] Ультрафиолетовый луч Существенный эффект Ли [32] 1255

912 изменения свойств асфальтовой смеси, которые отражаются на характеристиках асфальтового покрытия.Результаты экспериментальных исследований [33] показали, что пластичность и проницаемость асфальтового вяжущего снижаются, а температура размягчения и температура воспламенения повышаются в результате старения. В конечном итоге вязкость асфальта увеличивается и он становится более жесткой асфальтовой смесью. Увеличение вязкости до 10 раз из-за 5-летнего старения месторождения в условиях Ближнего Востока наблюдалось, как показано на Рисунке 2 [34].

Что касается механических свойств, модуль жесткости также увеличивается из-за старения (Рисунок 3), и это увеличение может быть до 4 раз в зависимости от типа асфальта [35].Это может привести к тому, что смесь станет чрезмерно твердой и хрупкой, а также подверженной разрушению и усталостному растрескиванию при низких температурах [36–38]. Старение также может сделать смесь менее прочной, чем исходная смесь, с точки зрения износостойкости и восприимчивости к влаге [39]. В результате снижается устойчивость асфальтового слоя к повреждению, и многие эксплуатируемые покрытия автомобильных дорог и аэродромов выходят из строя преждевременно. Однако старение не обязательно является отрицательным явлением, поскольку сопротивление асфальтовой смеси остаточной деформации и несущая способность улучшаются за счет повышенной жесткости и когезии.В некоторых случаях старение также может помочь смеси достичь оптимальных свойств [6].

В этой статье представлен всесторонний обзор старения асфальтобетонных покрытий со следующими ключевыми направлениями: (1) Всестороннее определение старения асфальта и обзор химического состава асфальта (2) Критическое обсуждение механизмов старения, соответствующих изменений в молекулярной структуре структура, и ее влияние на свойства асфальтовых материалов (3) Существующие методы испытаний, протоколы и методы оценки старения асфальтобетонных покрытий с акцентом на недавние исследования старения асфальтовых смесей (4) Методы защиты от старения и различные типы добавки и их механизм для замедления старения асфальта с целью улучшения характеристик асфальтового покрытия.

2. Химия асфальта и механизмы старения

Асфальт получают либо из природных отложений, либо в виде остатка сырой нефти или продукта экстракции нефти растворителем. Он имеет переменный и сложный элементный состав, который зависит в первую очередь от его исходного сырья. Асфальт в основном состоит из углерода (обычно 80–88%) и атомов водорода (10–12%), что дает содержание углеводородов около 90% [41, 42]. Остальная часть состоит из двух типов атомов: гетероатомов и металлов.Гетероатомы включают азот (0–2%), кислород (0–2%) и серу (0–9%). Атомы металлов представляют собой ванадий, никель и железо, и эти атомы присутствуют в следовых количествах, обычно намного меньше 1% [43, 44]. В таблице 2 показан элементный анализ 8 различных керновых битумов различного происхождения.

1 912 %) 98,08 Код асфальта и сырье AAA-1 Канада AAB-1 США AAC-1 Канада AAD-1 США AAF -1 США AAK-1 Венесуэла AAM-1 США Элементный анализ 83.9 82,3 86,5 81,6 84,5 85,6 83,7 86,8 H (%) 10,0 10,6 912,829 10,6 912,829 10,2 11,2 H + C (%) 93,9 92,9 97,8 92,4 94,9 96,1 93,9 6 0,8 0,9 0,9 1,1 1,1 1,0 0,5 N (%) 0,5 0,5 0,7 912 0,7 0,6 S (%) 5,5 4,7 1,9 6,9 3,4 1,3 6,4 1,2 932 932 932 932 932 932 932 932 932 9327 146 310 87 37 1480 58 Ni (частей на миллион) 86 56 63 145 9 63 145 9 Fe (частей на миллион) <1 16 – 13 100 48 24 255 Компонент nt анализ Асфальтены (%) 18.3 18,2 11,0 23,0 14,1 5,8 21,1 3,9 Насыщенные вещества (%) 10,6 8,6 5,1 1,9 Полярные ароматические углеводороды (%) 37,3 38,3 37,4 41,3 38,3 51,2 41,8 50,37 33,4 37,1 25,1 37,7 32,5 30,0 41,9

, основная характеристика – атомы металла. асфальтного сырца. Гетероатомы вносят свой вклад во многие уникальные химические и физические свойства асфальта, взаимодействуя с молекулами. Например, сера реагирует легче, чем углерод и водород, с включением кислорода в структуру асфальта, что приводит к окислительному старению асфальта [45].

Согласно методу Корбетса [46], эти химические элементы объединяются, чтобы сформировать четыре основных компонента или фракции асфальтового цемента: асфальтены, насыщенные углеводороды, нафталиновые ароматические углеводороды и полярные ароматические углеводороды (или смолы), каждый из которых придает асфальту различные характеристики. Асфальтены и насыщенные углеводороды обычно несовместимы и объединяются ароматическими соединениями. Асфальтены в основном ответственны за вязкость (т. Е. За эффекты упрочнения), тогда как обилие ароматических углеводородов и насыщенных веществ снижает пластичность (т.е.е., упругие эффекты). Некоторые исследователи разделяют асфальт на две широкие химические группы в соответствии с методами осаждения Ростлера [47], а именно на асфальтены и мальтены с низким молекулярным весом. Мальтены представляют собой вязкие жидкости, состоящие из смол и масел [48]. При химическом и физическом взаимодействии между этими фракциями образуется сложная смесительная система асфальта [49–52]. Компонентный анализ различных типов асфальта представлен в таблице 1.

Исследователи [53, 54] использовали гель-проникающую хроматографию высокого давления (HP-GPC) для разделения асфальта на различные фракции и независимо изучили влияние процесса старения на асфальт. компоненты.Исследования химического состава асфальта в результате старения показывают, что содержание асфальтенов увеличивается, а содержание смол и ароматических углеводородов уменьшается. В результате увеличения содержания асфальтенов асфальт становится более твердым (то есть более жестким), что может легко проявляться в уменьшении проникновения и повышении температуры размягчения и вязкости [55]. На рис. 4 показано влияние старения на химический состав типичного асфальтового вяжущего. Исследователи также указали, что из-за старения соотношение асфальтенов / мальтенов изменяется, вызывая увеличение вязкости битума, становясь более твердым и хрупким [1].

Физические и химические свойства битумов со временем меняются из-за воздействия различных условий окружающей среды в полевых условиях в течение срока их службы. С 1930-х годов исследования продолжали развивать понимание механизмов, способствующих краткосрочному и долгосрочному старению [56]. Механизмы, вызывающие старение связующего, включают окисление, улетучивание, тиксотропию (или стерическое упрочнение), полимеризацию под действием актиничного света и конденсационную полимеризацию под воздействием тепла [6, 10, 51, 57].Среди них окисление, улетучивание и стерическое упрочнение считаются основными механизмами, связанными с процессом старения асфальтобетонных смесей [51, 57–59]. Во время производства, укладки и уплотнения асфальтобетонная смесь подвергается воздействию более высоких температур, что вызывает старение из-за окисления и потери летучих соединений. Напротив, длительное старение во время эксплуатации происходит при более низкой температуре, в первую очередь из-за механизма окисления [60].

2.1. Окисление

Многие исследователи занимались химией окисления связующего [8, 52, 61–63].Окисление – это необратимая химическая реакция между молекулами кислорода и компонентами сыпучего асфальта, приводящая к значительным изменениям желаемых физических и / или механических свойств асфальта. Окислительное старение асфальта, как полагают, вызвано образованием кислородсодержащих полярных химических функциональных групп на молекулах асфальта, что, в свою очередь, может вызывать агломерацию между молекулами из-за увеличения химиофизических связей, таких как водородные связи, сила Ван-дер-Ваальса и кулоновская сила [ 41, 64, 65].

Влияние окисления вяжущего в дорожной одежде на ее характеристики весьма противоречиво. Сложные органические компоненты асфальта вступают в реакцию с кислородом воздуха и ультрафиолетовым (УФ) излучением, и, как следствие, поверхность дорожного покрытия становится твердой, что приводит к образованию трещин. Кунс и Райт [66] сообщили, что окисление связующего происходит только в верхнем дюйме дорожного покрытия и ниже верхнего дюйма; на связующее практически не влияют годы использования и годы воздействия окружающей среды. Недавно разработанное «Механистическое эмпирическое руководство по проектированию дорожной одежды» [67] также предполагает в своих расчетах, что связующие окисляются только в верхнем дюйме.Как следствие, окисление вяжущего и связанное с этим увеличение жесткости покрытия на самом деле может иметь положительное и благоприятное влияние на усталостную долговечность покрытия [8].

Однако Walubita et al. [68] и Валубита [69] указали, что окисление вяжущего в дорожных покрытиях может иметь очень значительное негативное влияние на усталостную долговечность дорожного покрытия. Более веские доказательства твердения дорожного покрытия глубоко под поверхностью были получены на основе обширных данных Glover et al. [70] и Аль-Азри и др. [71], где на большом количестве тротуаров в Техасе был нанесен сердечник, вяжущее было извлечено и восстановлено, а затем испытано для определения жесткости вяжущего в зависимости от возраста покрытия.Сообщается о повышении жесткости и снижении пластичности асфальтовых смесей из-за окисления, которое может снизить их сопротивление усталостному растрескиванию [72].

Окисление асфальта вызывает изменения химического состава асфальта. Насыщенные вещества остаются практически неизменными из-за их низкой химической активности, тогда как другие три фракции демонстрируют значительные вариации [73, 74]. В результате в молекулах асфальта образуются функциональные группы (т.е. карбонильные и сульфоксидные группы), что приводит к уменьшению ароматических фракций и увеличению фракций асфальтенов [1].Было предпринято множество попыток количественной оценки окисления для лучшего понимания старения асфальта. Лю и др. [75] указали, что площадь карбонильной области (CA) в ИК-Фурье спектрах является прямой мерой окисления связующего, и процент карбонильных соединений можно использовать для оценки изменений, вызванных окислительным старением [8]. Содержание карбонила зависит от температуры и парциального давления кислорода.

Скорость реакции карбонила описывается формулой [8] где = скорость реакции карбонила, = коэффициент частоты, = давление, = порядок реакции, = энергия активации, = газовая постоянная, и = абсолютная температура.Исследования показывают, что значения, и различаются для разных типов асфальта.

2.2. Улетучивание

Улетучивание – еще один важный механизм, который происходит во время горячего перемешивания и изготовления асфальтобетона. При высоких температурах более легкие молекулярные массы могут испаряться и улетучиваться в атмосферу [1, 10]. Это может иметь большее значение при приготовлении модифицированных битумных вяжущих, когда маслоподобные соединения испаряются из асфальта. Когда тонкая асфальтовая пленка вступает в контакт с заполнителями при температуре 150 ° C или выше, ароматические фракции быстро испаряются, а фракции асфальтенов обычно увеличиваются между 1 и 4% [76].В результате этой реакции образуются пары и пары в зависимости от площади поверхности контакта между асфальтовой пленкой и заполнителями [77]. В результате потери веса свойства текучести асфальта снижаются, то есть на вязкость влияет улетучивание, особенно с учетом скорости, с которой происходит улетучивание [78, 79]. Исследователи [6, 80] обнаружили, что вязкость увеличивается от 150 до 400%. Значительное увеличение модуля и уменьшение фазового угла наблюдались из-за улетучивания [81].Андерсон и Бонаквист [60] предположили, что количественная оценка потери летучих соединений имеет важное значение для лучшего понимания твердения асфальта во время кратковременного старения.

2.3. Стерическое упрочнение

Стерическое упрочнение, также известное как физическое упрочнение, происходит со временем, когда асфальтовые цементы подвергаются воздействию низкой температуры. В этом процессе молекулярная структура асфальта реорганизуется, что влияет на его асфальтеновые фракции [82]. Последствиями стерического твердения являются повышенная вязкость, небольшое сокращение объема и, в конечном итоге, твердение асфальта [10, 83].Стерическое упрочнение более выражено при температурах, близких к 0 ° C, и его следует учитывать при испытании асфальта при очень низкой температуре. Поскольку это упрочнение является результатом структурной реорганизации молекулы при низких температурах [51], оно может быть обращено вспять посредством нагрева или механической работы [84].

3. Лабораторное ускоренное старение и методы оценки

Асфальт выдерживается в лабораторных условиях более быстрыми темпами за счет применения тепла и воздуха для моделирования старения в полевых условиях и, следовательно, для прогнозирования характеристик асфальтового покрытия.Самая ранняя работа по моделированию старения в лаборатории была сделана Доу [5], который использовал расширенный тест на нагрев. С тех пор множество исследований [6, 10, 27, 50, 57, 85–99] было посвящено оценке влияния старения на характеристики асфальтовых материалов. После обработки для ускорения старения образцы обычно изучаются для количественной оценки изменений свойств битумного вяжущего / смеси до и после обработки старением (обычно известного как индекс старения). Свойства, исследуемые в ходе исследований старения, как правило, включают потерю веса, вязкость, пенетрацию, пластичность, предел прочности на разрыв и модуль жесткости.

Обработку асфальта или испытания, связанные со старением асфальтовых материалов, можно условно разделить на две категории, а именно: испытания, проводимые на асфальтовом вяжущем, и испытания, проводимые на асфальтовых смесях. Поэтому обсуждение работы представлено в следующих двух разделах: исследования вяжущего и исследования смесей.

3.1. Binder Studies

Исследователи разработали несколько методов испытаний для определения свойств асфальтовых вяжущих путем моделирования старения асфальта на заводе по производству горячей смеси и в течение срока службы дорожного покрытия.В большинстве этих исследований использовались тонкопленочные печи для выдерживания асфальта с применением процедуры длительного нагрева и продувки воздухом (или окисления). Наиболее часто используемыми и стандартными испытаниями для моделирования старения горячей смеси асфальта являются испытание в тонкопленочной печи с прокаткой ((RTFOT) ASTM D2872 [100], AASHTO T240 [101]) и испытание в тонкопленочной печи ((TFOT) ASTM D1754 [102], AASHTO T179 [103]). Сосуд для выдерживания под давлением (PAV) используется для моделирования длительного старения битумного вяжущего, которое наблюдается в полевых условиях [104]. В текущих спецификациях вяжущего Superpave, оцениваемое асфальтовое вяжущее должно быть подвергнуто RTFOT для кратковременного старения при 163 ° C в течение 85 минут с последующим процессом PAV для имитации старения в полевых условиях в течение нескольких лет.

TFOT был впервые введен Льюисом и Велборном [105] для моделирования кратковременного старения путем воздействия температуры 163 ° C на асфальт с толщиной пленки 3,2 мм в течение 5 часов. Однако исследователи подвергли критике TFOT из-за того, что толщина пленки намного больше, чем обычно наблюдается в полевых условиях, и за неравномерное старение по всей глубине асфальта [58]. Многие исследователи пытались разработать или улучшить методы испытаний для выдерживания асфальта с более репрезентативной толщиной пленки. Одной из таких попыток было испытание модифицированной тонкопленочной печи, проведенное Эдлером и др.[106], которые использовали толщину пленки 100 µ мкм с дополнительным увеличенным временем воздействия до 24 часов. Исследователи также предложили некоторые другие методы тестирования, такие как тест на микропленку Shell [107], испытание на прокатной микропленке в печи [108], испытание на долговечность в наклонной печи [23] и испытание на ускоренное старение тонкой пленки [92] для лучшего моделирования старения битумного вяжущего.

Самой значительной модификацией TFOT был RTFOT, разработанный Калифорнийским отделением шоссе [109], где восемь стеклянных бутылок, каждая из которых содержит 35 г асфальта, выдерживаются путем нагревания и окисления тонких пленок 1.25 мм. Этот метод обеспечивает равномерное старение асфальта без образования корки и достаточно хорошо коррелирует с затвердеванием асфальта с наблюдаемым в процессе горячего перемешивания [110]. Однако несколько исследователей [111–113] выявили ряд недостатков (например, выливание из бутылок с RTFOT) в RTFOT, особенно при тестировании модифицированных битумных вяжущих. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи разработали усовершенствованные методы испытаний, такие как испытание в модифицированной тонкопленочной печи с прокаткой ((RTFOTM), Bahia et al. [96]), модифицированная немецкая вращающаяся колба [111, 114] (MGRF) и испытание на поток перемешиваемого воздуха [ 115] (SAFT) для оценки кратковременного старения чистого и модифицированного битумного вяжущего.

Хотя испытания в тонкопленочной печи могут адекватно имитировать кратковременное старение битумного вяжущего, они не дают точного прогнозирования длительного старения в течение срока службы дорожного покрытия. Для прогнозирования долговременного старения был предпринят ряд попыток сочетания испытаний в тонкопленочной печи с окислительным старением, таких как испытание на долговечность в Айове [32], окислительная бомба под давлением [106], устройство для испытания на ускоренное старение [116], PAV [80] , 117] и испытание на старение под высоким давлением [118]. Среди них лечение ПАВ считается наиболее надежным методом имитации длительного старения.В этом процессе асфальт, выдержанный методом RTFOT, подвергается воздействию температуры 100 ° C в течение 20 часов при давлении 2,07 МПа для воспроизведения эффектов старения в полевых условиях. Как правило, он моделирует старение 8–10 лет срока службы дорожного покрытия в соответствии со стандартами США [79]. Однако 20 часов кондиционирования в PAV может быть недостаточно для суровых погодных условий, таких как на Ближнем Востоке, где может потребоваться до 70 часов кондиционирования для имитации полевого старения 5-летнего асфальтового покрытия (Рисунок 5).

В недавнем исследовании NCHRP (проект № 9-36) Андерсон и Бонаквист [60] попытались разработать улучшенную процедуру для замены RTFOT и PAV одним устройством для моделирования кратковременного и длительного старения.Они исследовали как MGRF, так и SAFT, но с разными условиями эксплуатации. Попытки использовать MGRF не увенчались успехом, однако SAFT с модифицированным рабочим колесом оказался в некоторой степени успешным для моделирования как краткосрочного, так и длительного старения асфальтового вяжущего.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) часто используется для изучения старения битумного вяжущего на микроскопическом уровне и оценки изменения микромеханических и микрореологических свойств. АСМ – это инструмент неразрушающей визуализации, который может предоставить информацию о топографии поверхности, жесткости, липкости и молекулярном взаимодействии на микроуровне материалов [119, 120].На изображениях АСМ заметна пчелиная структура (черные и желтые полосы), которая указывает на асфальтеновую фазу в битуме [121, 122]. Наличие таких микроструктур отчасти определяет макроуровневые свойства битума, такие как жесткость, вязкоупругость, пластичность, адгезия, излом и характеристики заживления. Эволюция этих микроструктур по мере старения и связанная с результирующей механической реакцией находится в центре внимания, чтобы лучше понять долгосрочные свойства битумов.

В последние дни АСМ стал популярным методом и используется многими исследователями [123–126] для характеристики влияния кратковременного, длительного старения и ультрафиолетового (УФ) излучения на морфологию асфальтовых вяжущих.Об увеличении микроструктуры в форме пчелы при старении ПАВ сообщили Huang и Pauli [127], Wu et al. [128] и Zhang et al. [123]. Zhang et al. [123] показали, что моделируемое в лаборатории старение значительно влияет на морфологию битума, и эти изменения морфологии сильно коррелируют с физическими свойствами, а также химическим составом связующих до и после старения. Общая поверхностная жесткость увеличилась, и поверхность битума стала более твердой [123]. Как содержание асфальтенов, так и размер микроструктур играют роль в определении микромеханических свойств асфальта [129].О важной взаимосвязи между микроструктурными изменениями, отображаемыми на изображениях АСМ, и изменениями вязкоупругих свойств композитов, полученными в результате измерений, сообщили Allen et al. [124]. Das et al. [126] обнаружили снижение липкости вяжущего при старении, и в результате адгезия образцов асфальтового вяжущего подверглась отрицательному воздействию, что привело к разрыву адгезионного соединения между вяжущим и заполнителями. Исследователи сообщили, что модуль микроструктуры всегда выше модуля матрицы при измеренной температуре, как показано на рисунке 6.Также было отмечено, что увеличение модуля из-за воздействия УФ-излучения выше, чем при окислении, и самое высокое значение всегда получалось после комбинированного воздействия УФ-излучения и окисления. Аналогичное наблюдение было обнаружено для 3 разных связующих из разных источников. АСМ также использовался для исследования влияния старения на модифицированные битумные вяжущие по сравнению с контрольными вяжущими [127, 128, 130].

3.2. Исследования смесей

По сравнению с исследованиями асфальтового вяжущего, исследований старения асфальтовых смесей было сравнительно мало.Большая часть ранних работ по старению асфальта проводилась исключительно на связующих, без использования смесей [6, 131]. В конце концов, были предприняты попытки проанализировать старение системы смеси асфальт-заполнитель путем измерения изменений проницаемости и вязкости извлеченных и восстановленных связующих [91, 132–134]. Исследования, представленные в NCHRP Project 9-6 [134], включали измерения и сравнение вязкости и проницаемости связующих, извлеченных и извлеченных из смесей, выдержанных в лаборатории в различных условиях, с таковыми из смесей, произведенных в полевых условиях.Испытания на ограниченный модуль упругости были также проведены на прессованных в лаборатории образцах. Однако характеристики длительного старения, имитирующие 5-10 лет эксплуатации, пришлось экстраполировать из имеющихся данных за 2 года. Более реалистичный подход к моделированию старения асфальтовой смеси состоит в том, чтобы подвергнуть асфальтовые смеси различным условиям старения, измерить физические свойства состаренных смесей и затем сравнить их с образцами, подвергнутыми старению в полевых условиях [57, 135, 136].

В недавних исследованиях асфальтовых смесей исследователи показали, что старение асфальтобетонных смесей в условиях неравномерного поля по глубине и поверхность асфальтового покрытия стареют быстрее, чем дно [34, 137].О охрупчивании асфальтовой смеси из-за старения сообщили Rahmani et al. [38] и Elwardany et al. [138]. Хрупкость увеличивается с периодом выдержки при всех режимах старения и со временем в полевых условиях эксплуатации [139]. В результате снижается сопротивление усталостному растрескиванию и долговечность асфальтобетонных смесей, что становится более заметным при повышении температуры [140]. Gao et al. [141] показали, что деградация модуля упругости асфальтовой смеси увеличивается с увеличением периода старения.Азри и Мохсени [142] показали, что разные асфальтовые смеси стареют по-разному, и это существенно влияет на их краткосрочные и долгосрочные характеристики колейности. Старение увеличивает сопротивление остаточной деформации с точки зрения потока, как сообщает Islam et al. [139] и Бабадопулос и др. [143].

3.2.1. Протокол моделирования старения асфальтовой смеси

Текущая практика, рекомендованная Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO), заключается в отверждении асфальтовых смесей в течение нескольких часов и дней для краткосрочного и длительного старения соответственно.Процедура тестирования, основанная на работе, проделанной Von Quintus et al. [90] охватывает три типа кондиционирования и представлено в стандартной процедуре AASHTO R30 [144]: ) Длительное кондиционирование для имитации старения, которое происходит после процесса строительства и в течение всего срока службы покрытия

В соответствии с этой стандартной практикой смесь выдерживают в печи с наддувом в течение разных периодов времени и при разных температурах, как показано на Таблица 3.

135 ° C Тип кондиционирования Температура Время Кондиционирование для разработки смеси 4 часа Длительное старение 85 ° C 5 дней

Заданная температура уплотнения смеси и тип смеси, полученной на заводе , так далее.).

3.2.2. Протокол краткосрочного старения

Были проведены исследования по оценке протокола краткосрочного старения для моделирования старения асфальтовой смеси во время производства, укладки и строительства слоя асфальтового покрытия. Хотя результаты испытаний смесей, произведенных в лаборатории и на заводе, не полностью совпадали, в прошлом существовало общее мнение, что лабораторное старение является репрезентативным для полевого старения [145]. Однако в связи с недавними разработками в технологии асфальта и изменениями в компонентах смеси, обработке смеси и конструкции установки, обоснованность текущих методов проектирования смеси для удовлетворения ожиданий в отношении производительности подвергается сомнению.

В комплексном исследовании Bell et al. [57] оценили старение асфальтовой смеси и обнаружили, что протокол краткосрочного старения AASHTO достаточно хорошо моделирует старение асфальтовой смеси, за исключением нескольких консервативных прогнозов. Исследования, проведенные Калифорнийским университетом в Беркли совместно с Университетом штата Орегон и Austin Research Engineers, Inc. [57], также показали, что протокол является адекватным на основании модуля упругости и результатов испытаний на непрямое растяжение. Ашенбренер и Фар [18] провели обширное исследование по всему Колорадо, кондиционировали смеси при температуре уплотнения в полевых условиях в течение различной продолжительности (0–8 часов) и обнаружили, что протокол краткосрочного старения эквивалентен 2–4 часам на основе теоретической максимальной плотности и асфальта. впитывание и 1–3 часа на основе результатов гамбургского теста на отслеживание колес.Исследователи рекомендовали кондиционировать смеси, полученные в лаборатории, в течение 2 часов при температуре уплотнения в полевых условиях, чтобы имитировать старение и абсорбцию асфальта в процессе производства. Эппс Мартин и др. [31] также оценили различные протоколы краткосрочного старения, и окончательная рекомендация заключалась в том, чтобы выдержать лабораторную смесь при 135 ° C в течение 2 часов перед уплотнением.

3.2.3. Протокол долгосрочного старения

Исследователи использовали различные процедуры кондиционирования (длительный нагрев, окисление и обработка УФ / инфракрасным излучением) для исследования длительного старения асфальтового покрытия.Кондиционирование также может проводиться как на рыхлой смеси, так и на уплотненном образце. Выдержка в печи уплотненного образца обычно используется для моделирования длительного старения асфальтобетонных смесей. Однако в уплотненном образце сообщалось о существовании градиента окисления в радиальном направлении и по высоте образца [27]. Поэтому исследователи [90, 138, 146–149] иногда предпочитали кондиционирование рыхлой смеси при повышенной температуре из-за однородности и эффективности старения. Однако уплотнение кондиционированного образца рыхлой смеси часто оказывалось проблематичным, поскольку смесь становилась слишком жесткой из-за потери летучести связующего [148].Значительно большое число вращений, поэтому требовалось более высокое напряжение сдвига для уплотнения образца сыпучих смесей, что приводило к деградации агрегатных структур, следовательно, меняло свойства смеси [148, 150]. Температура, при которой происходит старение, также важна. Более высокая температура (> 95 ° C) может вызвать оседание / деформацию и повлиять на распределение воздуха в уплотненном образце [148]. Температура старения сыпучей смеси более 135 ° C приводит к значительному изменению взаимосвязи между реологией и химическим составом битумного вяжущего и влияет на характеристики смеси [151].Оптимальная температура старения сыпучей смеси 95 ° C предложена исследователями [138].

Ряд исследований [90, 138, 146, 147, 149, 152] показали, что протокол длительного старения может варьироваться в зависимости от климатических условий, метода лабораторного старения, температуры лабораторного старения или типа асфальта. Кроме того, большинство этих исследований оценивают только долгосрочное старение асфальтовой смеси без надлежащей проверки полевых результатов, особенно на уровне компонентов. Стандартный протокол для моделирования старения в полевых условиях – это кондиционирование уплотненного образца при 85 ° C в течение 5 дней в соответствии с AASHTO R30.

В протоколе используется одна температура и не учитываются различные условия окружающей среды или свойства смеси. Таким образом, применимость протокола к различным климатическим условиям (например, как на Ближнем Востоке) сомнительна без полевой проверки. Асфальтовое покрытие испытывает тяжелые погодные условия при высоких температурах (часто превышающих 40 ° C в летние месяцы) в регионе Персидского залива. Кроме того, летом здесь нет осадков, а в остальное время года их очень мало.Эти повышенные температуры значительно увеличивают окисление вяжущего, что может привести к усталостному растрескиванию и, в конечном итоге, к разрушению дорожного покрытия при большой и повторяющейся нагрузке от движения транспорта. Предыдущие исследования также демонстрируют необходимость разработки протокола старения, учитывающего климатические условия, объем движения и свойства смеси [27, 57, 136, 153]. Эти исследования рекомендовали учитывать эти изменения еще на стадии проектирования, чтобы улучшить анализ характеристик асфальтовых покрытий.

В таблице 4 представлены ключевые исследования, посвященные протоколу моделирования длительного старения.Bell et al. [57] включили различные климатические зоны для оценки протокола длительного старения асфальтовых смесей. Экспериментальные результаты предполагают кондиционирование уплотненного образца в течение 2 дней при 85 ° C или 1 дня при 100 ° C для моделирования длительного старения новых покрытий (возрастом от 1 до 3 лет). Смесь необходимо выдерживать в течение более длительного времени (от 4 до 8 дней при 85 ° C или от 2 до 4 дней при 100 ° C), чтобы прогнозировать старение на 9-10 лет полевого старения. Однако авторы предложили избегать более высокой температуры 100 ° C, поскольку кондиционирование смесей при этой температуре может привести к повреждению образцов.Что еще более важно, исследователи рекомендовали дальнейшие исследования для достижения лучшей проверки и моделирования для более широкого диапазона климатических зон. Исследователи также рекомендовали разработать модель для моделирования старения полей с использованием входных данных, описывающих климатические зоны и движение транспорта. Возможные исходные данные могут включать интенсивность движения, максимальную и минимальную температуру воздуха, среднее количество осадков, возраст тротуаров и возраст лабораторных смесей.

Ссылки Старение Результаты Bell et al.[57] 0, 2, 4 и 8 дней при 85 ° C 1, 2 и 4 дня при 100 ° C 2 дня при 85 ° C или 1 день при 100 ° C = 1–3 года поле старение 8 дней при 85 ° C или 4 дня при 100 ° C = 9 лет полевого старения Brown and Scholz [154] 4 и 5 дней при 85 ° C 5 дней при 85 ° C имитирует длительный -временное старение дорожных покрытий UK; 4 дня при 85 ° C имитирует 15-летнее дорожное покрытие в США Harrigan [26] и Houston et al. [27] 5 дней при 80, 85 и 90 ° C 5 дней при 85 ° C = 7–10 лет полевого старения Epps Martin et al.[31] От 1 до 16 недель при 60 ° C 4–8 недель при 60 ° C = первое лето полевой выдержки Islam et al. [139] 1, 5, 10, 15, 20 и 25 дней выдержки в печи при 85 ° C Однодневная лабораторная выдержка близка к 1 году полевой выдержки Yin et al. [155] 2 недели при 60 ° C, 3 дня при 85 ° C и 5 дней при 85 ° C 2 недели при 60 ° C = 7–12 месяцев Полевое старение 5 дней при 60 ° C = 12–23 месяцев выдержки в полевых условиях Sirin et al.[29] 0, 3, 7, 15, 30, 45, 60, 90 и 120 дней при 85 ° C на уплотненном образце 45 и 75 дней при 85 ° C = 5 лет полевого старения в условиях Ближнего Востока. для ношения и основного слоя соответственно 0, 1, 2 и 3 дня при 135 ° C для сыпучих смесей 2-3 и 1-2 дня при 135 ° C = 5 лет полевого старения в условиях Ближнего Востока для ношения и основного слоя, соответственно

Ромеро и Роке [156] указали, что использование процедур длительного старения с использованием уплотненных смесей может быть не лучше, чем используемые в настоящее время краткосрочные Следует прекратить процедуры выдержки в печи и, следовательно, длительную выдержку в печи с использованием образцов уплотненного асфальта.Хьюстон и др. [27] выполнили долгосрочное исследование старения для разных участков в Соединенных Штатах, а также для разных агрегатов и связующих. Исследователи рассматривали возможность кондиционирования образца при различных температурах (80 ° C, 85 ° C и 90 ° C) в течение 5 дней. Сообщалось о высокой вариабельности данных с выбранных участков, и из-за этой вариабельности и неспособности учесть различные переменные, такие как условия окружающей среды и свойства смеси, исследователи не смогли разработать новую процедуру или пересмотреть существующую в течение длительного времени. срок кондиционирования асфальтобетонных смесей.Был сделан вывод, что текущая стандартная процедура недостаточна для реального моделирования и прогнозирования длительного старения асфальтобетонных смесей в полевых условиях. Весьма желательна разработка новой процедуры, которая учитывает различные условия окружающей среды и свойства смеси, такие как содержание пустот в воздухе. Кроме того, они рекомендовали включать различные типы материалов: немодифицированные вяжущие, модифицированные вяжущие, резиновые вяжущие и восстановленное асфальтовое покрытие. В недавнем исследовании Yin et al. [156] предложили протоколы долгосрочного старения: 2 недели при 60 ° C и 5 дней при 85 ° C. Полученные смеси с эквивалентным старением в полевых условиях в течение 7–12 месяцев и 12–23 месяцев, соответственно, с учетом технологии WMA, переработанные. материалы, абсорбция заполнителя, связующее, модифицированное полимером, и температура производства.Сирин и др. [29] указали на сильное старение асфальтовых покрытий в регионе Ближнего Востока из-за суровых условий окружающей среды. Для таких условий потребуется 45 и 75 дней при 85 ° C на уплотненном образце, чтобы смоделировать 5-летнее старение в полевых условиях для износа и основного слоя, соответственно. Чтобы избежать такого длительного периода кондиционирования, исследователи предложили в качестве альтернативы кондиционирование рыхлой смеси и обнаружили, что потребуется 2-3 и 1-2 дня при 135 ° C, чтобы смоделировать одинаковый уровень старения для ношения и основного курса. соответственно.

4. Антиоксидантные добавки

Контроль старения асфальта важен, потому что старение вызывает жесткость и хрупкость, которые могут привести к растрескиванию и преждевременному разрушению асфальтового покрытия. Как обсуждалось в предыдущих разделах, существует несколько механизмов упрочнения асфальта. Окисление во время производства, уплотнения и эксплуатации асфальтобетонной смеси является основным и считается наиболее понятным и наиболее простым для моделирования в лаборатории [157, 158]. Поэтому исследователи попытались уменьшить / минимизировать окислительное твердение с помощью химических добавок, чтобы получить более долговечное покрытие и существенную экономию в стоимости жизненного цикла.

Добавки, которые используются для модификации асфальта и замедления старения, называются антиоксидантами. Когда антиоксиданты добавляются к асфальту в качестве модификаторов, они контролируют окисление, улавливая или удаляя свободные радикалы, которые ответственны за инициирование и / или распространение окисления. Эти антиоксиданты (например, диамилдитиокарбамат свинца (LDADC)) действуют как жертвенные частицы, которые окисляются вместо асфальтовых связующих [158, 159]. Некоторые другие антиоксиданты действуют за счет реакции с полярными соединениями и / или катализаторами окисления, такими как металлы, присутствующие в асфальтах.

На рынке имеется множество антиоксидантов для битума асфальта. В зависимости от способа контроля окисления антиоксиданты можно разделить на четыре основные группы: первичные антиоксиданты, вторичные антиоксиданты, хелаторы металлов и светостабилизаторы [158, 160]. Первичные антиоксиданты имеют реактивные группы ОН или NH и действуют как поглотители свободных радикалов, отдавая или принимая электроны от свободных радикалов и тем самым нарушая цепные реакции окисления. Вторичные антиоксиданты включают соединения серы и фосфора, такие как сульфиды, тиоэфиры, дисульфиды и фосфаты.Они действуют как разлагатели пероксида или гидропероксида, восстанавливая их до стабильных соединений. Хелаторы металлов действуют, улавливая следы металлов, таких как ванадий, никель и железо, которые, как полагают, ускоряют образование свободных радикалов, действуя как катализаторы на стадии распространения [160]. Наконец, светостабилизаторы используются для предотвращения деградации за счет поглощения вредной лучистой энергии.

4.1. Исследования антиоксидантных добавок для замедления старения асфальтовой смеси

В нескольких исследованиях сообщалось о преимуществах использования связующих, модифицированных антиоксидантами.Хотя большинство этих исследований довольно старые, некоторые антиоксиданты (например, гашеная известь, свинцовые антиоксиданты и технический углерод) дают многообещающие результаты [50, 88, 160–164]. В этих исследованиях исследователи использовали различные добавки для замедления окислительного твердения асфальтовых вяжущих и оценили антиоксидантные системы, определяя ухудшение физических свойств асфальта, в основном вязкости и пластичности. Однако большинство этих систем для замедления окислительного твердения не работают удовлетворительно в полевых условиях из-за таких проблем, как разложение, летучесть и потеря антиоксиданта из асфальтовой системы.

Несколько недавних исследований были проведены для изучения влияния использования антиоксидантных добавок на характеристики связующего (таблица 5). Мохамед [165] оценил потенциал CRABit (CR30 и CR50) в качестве модификатора антиоксиданта для использования в плотных асфальтовых смесях (ACW14). Исследователь провел исследование в два этапа; Первый этап заключался в испытании реологических характеристик нового продукта с использованием влажной смеси с помощью реометра динамического сдвига (DSR), а второй этап включал приготовление смеси ACW14, содержащей основу и модифицированный битум, путем сухой смеси и их тестирование для определения основных свойств (т.е., модуль упругости, сопротивление непрямому растяжению, ползучести и усталости) до и после старения образца. Исследователь обнаружил улучшение инженерных свойств и производительности с модификацией, особенно с CR30.

9 из DSR и BBR Ссылки Антиоксидант Оценка свойств Результаты Mohammed [Mohammed] предел прочности при растяжении, ползучесть и сопротивление усталости Улучшение технических свойств и рабочих характеристик с помощью модификации, особенно с CR30 Apeagyei et al.[166, 167] Фурфурол и DLTDP; AOXADUR Потенциал растрескивания, динамический модуль, податливость и предел прочности на разрыв Асфальтовые смеси, модифицированные антиоксидантами, показали лучшие результаты по сравнению с немодифицированными асфальтовыми смесями Apeagyei [59] DLTDP / фурфурол, гашеная известь технический углерод, Irgafos P-EPQ и Irganox 1010 Модуль жесткости, потенциал растрескивания Добавки Furfural и DLTDP обеспечивали снижение старения на 40% по сравнению с немодифицированными связующими.Связующие, модифицированные антиоксидантами, имели более низкий модуль жесткости и жесткость при изгибе по сравнению с необработанными связующими Reyes [168] Витамин E в качестве модификатора антиоксиданта; гашеная известь и летучая зола в качестве стабилизаторов Вязкость, жесткость, усталостная прочность, возможность образования колеи Связующее, модифицированное витамином Е, показало лучшую стойкость к усталостному растрескиванию, но есть опасения по поводу устойчивости к колейности Pan et al. [52] Лигнин на основе кониферилового спирта Вязкость и пластичность Лигнин на основе кониферилового спирта может замедлять окисление и отверждение Williams [169] Лигнин, полученный в сельском хозяйстве, побочные продукты этанола, содержащие лигнин 332–12%, Лигнинсодержащие побочные продукты проявляли полезную антиоксидантную активность и повышали жесткость связующего на всех этапах старения и аналитик. Жесткость, термическое напряжение и потенциал растрескивания Резкое увеличение жесткости при высоких температурах и значительное снижение жесткости при низких температурах Дессуки и Диаз [170] Раствор сополимеров этилен-бутилен / стирол (SEBS) и раствор стирол-бутадиенового каучука (SSBR) с улучшенными антиоксидантными добавками Хрупкость Сополимеры улучшили колейность и влагостойкость модифицированных асфальтобетонных смесей, но они снизили усталостный ресурс по сравнению с контрольной смесью

Apeagyei et al.[166] оценили потенциал растрескивания асфальтовых смесей, содержащих различные уровни антиоксидантов. Исследователи рассмотрели два уровня старения в печи с принудительной тягой, чтобы моделировать краткосрочные и долгосрочные условия старения в печи (STOA и SLOA, соответственно). Кроме того, использовались два уровня антиоксидантной модификации: фурфурол (ароматический альдегид) и дилаурилтиодипропионат (DLTDP – антиоксидант и термостабилизатор) с асфальтовыми связующими. Процент смешивания варьировался от 0,2% до 10% мас. / Мас. Базового асфальта, который вводили в основной асфальт с использованием смесителя Barnant с 2-дюймовыми лопастями, работающего со скоростью 750 об / мин.Результаты показали, что асфальтовые смеси, модифицированные антиоксидантами, работают лучше, чем смеси немодифицированных битумов. Связующие, модифицированные антиоксидантами, показали, по меньшей мере, примерно на 50% более низкую жесткость на изгиб по сравнению с немодифицированным асфальтовым вяжущим при низкой температуре (от примерно -4 ° C до примерно -58 ° C), что указывает на улучшенное сопротивление усталости. Также было обнаружено, что модификация дает по меньшей мере примерно на 18% более высокую жесткость по сравнению с немодифицированным асфальтовым вяжущим при высокой температуре (от примерно 46 ° C до примерно 82 ° C), что указывает на лучшую устойчивость к колейности.В отдельном исследовании Apeagyei [167] оценил AOXADOUR как антиоксидантную добавку с базовым связующим PG 64-22 и обнаружил более высокий динамический модуль, улучшенное сопротивление колееобразованию с точки зрения податливости к ползучести, более высокую прочность на разрыв при низкой температуре (-10 ° C), и меньшее влияние старения на поведение разрушения для образцов, обработанных как STOA, так и LTOA. Асфальтобетонная смесь, модифицированная AOXADUR, показала меньшее сокращение прогнозируемого срока службы при старении и потребовалось больше времени до критического растрескивания по сравнению с контролем (Рисунок 7).

Комбинации различных антиоксидантов были также оценены Apeagyei [59], чтобы определить, существует ли синергетическое поведение между любыми из антиоксидантов.Эти добавки включали DLTDP / фурфурол, гашеную известь, витамин E, технический углерод, Irgafos P-EPQ и Irganox 1010. DSR использовали для исследования реологических свойств необработанных и модифицированных антиоксидантами связующих. Результаты этого исследования показывают, что комбинация добавок фурфурола и DLTDP имела самый низкий индекс старения по сравнению с другими модификаторами. Эта специфическая комбинация обеспечила 40-процентное снижение старения / затвердевания по сравнению с немодифицированными связующими. В общем, связующие, модифицированные антиоксидантами, имели более низкий модуль жесткости и жесткость при изгибе по сравнению с необработанными связующими, которые, как ожидается, будут иметь лучшее сопротивление растрескиванию.Автор рекомендовал провести дальнейшие исследования для подтверждения результатов с использованием дополнительных вяжущих и для оценки свойств как асфальтобетонных смесей, так и вяжущих.

Рейес [168] оценил потенциал использования витамина Е в качестве модификатора антиоксиданта с двумя типами связующего: немодифицированным (PG 64-22) и модифицированным (PG 70-22). Поскольку витамин Е имеет низкую вязкость, две добавки на основе кальция (гидратированная известь и летучая зола) использовались в качестве стабилизирующих агентов для увеличения жесткости связующего. Исследователь использовал смеситель с высокой скоростью сдвига при 2100 об / мин в течение 1 часа для смешивания каждого образца.Результаты этого исследования показывают, что использование витамина Е снижает вязкость связующих веществ. Кроме того, использование стабилизирующих агентов, таких как летучая зола и гашеная известь, улучшило жесткость связующих, модифицированных антиоксидантом витамином Е. Модифицированные связующие с витамином Е обладали желаемыми характеристиками, которые не допускали бы усталостного растрескивания; однако возникла обеспокоенность по поводу устойчивости к колейности. Связующее, модифицированное антиоксидантом витамином Е, имело пониженный модуль жесткости и увеличенный фазовый угол. Автор предложил провести эксперименты для определения оптимального процентного содержания антиоксидантов и стабилизаторов для достижения лучших показателей при старении.

Pan et al. [52] выполнили химиофизический анализ на атомистической основе, чтобы облегчить фундаментальное понимание механизмов старения и антиокисления и, таким образом, разработать стратегии против старения. В этом исследовании были изучены химические и физические основы окисления асфальта, а также механизм антиокисления лигнина кониферилового спирта. Исследователи разработали хемофизическую среду, основанную на квантовой химии, и изучили различные химические реакции между компонентами асфальта и кислородом и возникающие в результате физические изменения в отличие от традиционного метода оценки ухудшения физических свойств асфальта (т.е. вязкость и пластичность). Были идентифицированы две отдельные стадии старения асфальта; Асфальты изначально демонстрируют высокую тенденцию к разрыву цепи и высокую реакционную способность с кислородом, вызывая быстрый всплеск образования легкомолекулярных алканов, кетонов и сульфоксидов, за которым следует более медленная скорость окисления и твердения. Авторы предположили, что лигнин кониферилового спирта можно использовать в качестве антиоксиданта для нефтяного асфальта с максимальной эффективностью улавливания радикалов, достигаемой в неокислительном состоянии лигнина (например,g., <130 ° C при парциальном давлении кислорода 1 атм).

Williams [169] оценил потенциал сельскохозяйственных лигнинсодержащих побочных продуктов этанола для использования в качестве антиоксиданта в связующем асфальте. Исследователь использовал четыре побочных продукта, смешанных с четырьмя различными типами асфальтовых вяжущих в диапазоне 3–12%, что дало 52 комбинации обработки. Три побочных продукта содержали лигнин, переработанный из кукурузы, из которого из четвертого лигнина был удален и служил контролем для измерения антиоксидантной активности трех других побочных продуктов лигнина.Тестирование производительности каждой комбинации состояло из DSR и реометра изгиба балки (BBR), совпадающего с полевым моделированием старения с использованием RTFOT и PAV. Результаты показали, что лигнинсодержащие побочные продукты обладают полезной антиоксидантной активностью и повышают жесткость связующего на всех этапах старения. Исследователь предложил провести дополнительные испытания на разделение, чтобы оценить влияние таких переменных, как физический размер и химический состав побочных продуктов.

В зависимости от климатических условий в асфальтовом покрытии наблюдаются два различных типа явлений, связанных со старением.При низкой температуре жесткость асфальта увеличивается, и в результате гибкость асфальтобетона уменьшается, вызывая растрескивание покрытия из-за усталости или термических напряжений. С другой стороны, более высокая температура смягчает асфальт и, следовательно, снижает жесткость асфальтобетона, делая смесь более восприимчивой к образованию колей. Некоторые виды антиоксидантной обработки являются многообещающими для снижения жесткости связующего, но все же склонны к размягчению при более высоких температурах, затвердеванию при более низких температурах или выщелачиванию со временем.

В 2006 году группа исследователей из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне разработала антиоксидантное средство с использованием AOXADUR, которое состоит из трех добавок: альдегида, тиоэфира и кальализатора. Реакция конденсации альдегида с асфальтом с образованием новолаков, которые могут действовать как антиоксиданты, приводит к снижению восприимчивых к старению полярных ароматических соединений в связующем. Тиоэфир служит вторичным антиоксидантом, который очень эффективен против окислительного разложения углеводородов.Лабораторные испытания более 40 связующих в Университете Иллинойса показали, что связующее, модифицированное AOXADUR, дает самый низкий индекс старения и резкое увеличение высокотемпературной жесткости и существенное снижение низкотемпературной жесткости. Исследователи сообщили, что улучшение свойств связующего как при высоких, так и при низких температурах приводит к меньшему термическому напряжению и снижению потенциала растрескивания.

5. Выводы

Ниже приведены основные моменты, обсуждаемые в этой статье.(i) Старение асфальта – это сложное явление, которое влияет на характеристики асфальтового покрытия, вызывая функциональное повреждение асфальта. Обычно это определяется как изменение реологических свойств асфальтовых вяжущих / смесей из-за изменений химического состава во время строительства и в течение срока его службы. На старение влияют внутренние и внешние переменные: внутренние переменные включают типы смесей асфальтового вяжущего, заполнитель, пустотность и толщину пленки, а внешние переменные – температуру смешивания и условия окружающей среды.Старение влияет на асфальтовое покрытие по-разному, делая его хрупким, менее устойчивым к повреждениям и менее прочным. В результате дорожное покрытие становится восприимчивым к разрушению и растрескиванию при низких температурах. (Ii) Сложная молекулярная структура асфальта и его химические компоненты изменяются в результате воздействия колебаний температуры и атмосферных условий, что приводит к изменению свойств асфальта. Основными механизмами старения асфальта являются окисление, улетучивание и стерическое упрочнение.Во время строительства битумное вяжущее подвергается более высокой температуре, что вызывает старение из-за окисления и потери летучих соединений. Напротив, длительное старение во время периодов эксплуатации происходит при более низких температурах, в первую очередь из-за механизма окисления. Стерическое отверждение происходит во время длительного старения при относительно более низкой температуре. (Iii) Продолжительный нагрев в тонкопленочной печи и окисление продувкой воздухом являются основными методами моделирования старения битумного вяжущего в лабораторных условиях. Наиболее часто используемые тесты для моделирования старения битумного вяжущего – это тесты RTFOT и PAV.В этом процессе оцениваемое асфальтовое вяжущее должно быть подвергнуто RTFOT для кратковременного старения при 163 ° C в течение 85 минут с последующим процессом PAV при 85 ° C в течение 5 дней для имитации нескольких лет полевого старения. ( iv) Стандартный протокол для моделирования старения асфальтовой смеси заключается в отверждении асфальтовых смесей в течение 4 часов при 135 ° C для кратковременного старения и 5 дней при 85 ° C для длительного старения. Однако эти стандартные протоколы старения имеют ограничения и не могут применяться в различных условиях окружающей среды.Следовательно, крайне желательна разработка и проверка новой процедуры моделирования старения, которая учитывает различные условия окружающей среды и свойства смеси, такие как содержание воздушных пустот. (V) Для замедления старения асфальтового покрытия и, таким образом, улучшения характеристик гибкого дорожное покрытие и существенная экономия стоимости жизненного цикла. Одно из наиболее желательных свойств асфальтовой смеси – хорошо работать при более высоких температурах против образования колеи, а также при более низких температурах против растрескивания из-за усталости.Результаты экспериментальных исследований показали, что некоторые присадки хорошо работают при более высоких температурах, в то же время демонстрируя плохие характеристики при более низких температурах или наоборот. Необходимы дальнейшие исследования различных антиоксидантных добавок для получения более эффективной и устойчивой асфальтовой смеси, которая может одинаково хорошо работать как при высоких, так и при низких температурах.