Диссертация (1025572), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Результаты химического анализапредставлены в Таблице 14. Как видно из результатов, концентрация фтора наглубине 3 мм (0,01 мг/л) уже близка к пределу обнаружения с доверительнойвероятностью Р = 0,95 данного метода (0,02 мг/л). Аналогично содержаниекремния (0,341 мг/л) в данном образце близко к значению предела обнаружения(0,1 мг/л).
Учитывая погрешности обоих методов определения, рассмотрениесоскобов намороженного подобным образом массива не позволит оценитьколичественный характер изменения распределения.Однако возможности данного метода позволяют провести качественнуюоценку соскобов льда для определения наличия или отсутствия вводимыхмодификаторов по атомам – «индикаторам» (F и Si). Для примера подобнойоценки были исследованы несколько соскобов этого же ледового массива,лежащие нижу уровня начала введения модификаторов (расстояние от126поверхности 21 мм). Результаты химического анализа в аккредитованнойлаборатории представлены в Таблице 15.
Построенная кривая измененияконцентрации кремния представлена на Рисунке 5.9. Наличие кремния нижеуровня внесения модификаторов, а также ниже уровня подплавления нижнегослояпринамораживаниимассивальда,доказываетдействиеконцентрационного механизма диффузии модификаторов против термическойсоставляющей.Таблица 14.Первоначальное распределение модификаторов по содержанию F и SiРасстояние от поверхности, ммФториды, мг/лКремний, мг/л00,4102,98510,0701,27530,0100,341Таблица 15.Результаты химического анализаРасстояние от поверхности, мм212224F, мг/лменее 0,01--Si мг/л0,520,090,03Рисунок 5.9. Содержание Si ниже уровня внесения модификаторов1275.3.
Определение периодичности внесения полимерных модификаторовдля поддержания скользящих и прочностных свойств льда на реальныхледовых объектахНа реальных ледовых аренах существует целый ряд особенностей,возможно вносящих коррективы в ожидаемую картину распределения идальнейшего перераспределения модификаторов:– эксплуатация ледового массива требует согласованной работы всехинженерных систем арены: системы охлаждения бетонной технологическойплиты, системы вентиляции и кондиционирования, системы водоподготовки.Все системы инерционны. Поэтому при намораживании и поддержании льдавозможен более широкий диапазон изменения входных режимных параметров(например, величин температурных градиентов);–любаяледовая арена, особенно вновь вводимыеобъекты,взначительной степени загрязнены механическими примесями, строительнойпылью, что создаёт постоянное фоновое загрязнение льда;– площадь хоккейной ледовой арены составляет 1800 м2, что на порядкипревышает площадь экспериментального стенда ФЛП.
Вследствие этогомасштабный фактор и локальные загрязнения, могут оказывать влияние нафоновые показания определяемых параметров;– в процессе намораживания участвуют различные ледовые службыарены с различной технической подготовкой и культурой обслуживания льда,что увеличивает влияние человеческого фактора;–практическинеизбежныедефектыбетонныхплит,нарушениегоризонтальности бетонного основания и, соответственно, существенныеразличия в толщине льда на отдельных участках ледового поля;–неравномерность выработки льда по различным зонам ледового поля.По этим причинам исследования распределения и перераспределениямодификаторов по глубине ледового массива проводились также на реальныхдействующих объектах.
Были выбраны ледовые массивы, намороженные по128технологии послойного структурирования чистого массива и с внесениеммодификаторов в верхней зоне. Также согласно технологии лед был намороженс применением термической («отжиг») и механической («прокатка») обработок.Разработкатехнологииподдержаниясвойствмодифицированныхледовых массивов требует введения трех основных параметров, неразрывносвязанных с практической реализацией результатов настоящей работы:– зона взаимодействия δ – глубина поверхностного слоя льда,подверженная травме в каждом конкретном виде спорта;– диапазон оптимальных концентраций вводимых модификаторов, вкотором поддерживаются повышенные прочностные и скоростные свойствамодифицированных ледовых массивов ζmin< ζτ < ζmax,– требуемая глубина модификации ледового массива – l.Вид спорта определяет физическую модель ледового покрытия, иперечисленные параметры имеют определенные значения (Таблица 16).
Зонавзаимодействия определяется особенностями разрушающего воздействияконька спортсмена.Таблица 16.Различные виды спортаВид спортаЗонаВносимыеГлубинавзаимодействия,концентрации,ppmмодификации,Ɩ ммδ ммКонькобежныйспортШорт-трекФигурное катаниеХоккей1,011от 1,5 до 2,0от 7,0 до 105,02,5от 5,0 до 7,0от 5,0 до 7,0от 1,5 до 2,0от 20,0 до 25,0до 20Условно можно разделить представленные виды спорта на две группы.Первая группа объединяет скоростные виды: конькобежный спорт и шорт-трек.Помимо близких значений представленных параметров, смесь модификаторовдля данных видов спорта не содержит суспензии ПТФЭ, что определяет129закономерности первоначального распределения. Вторая группа объединяетледовые массивы для фигурного катания и хоккея, которые подверженынаиболее сильному разрушающему воздействию со стороны конька спортсменаи намораживаются смесью модификаторов, основным компонентом которойявляется суспензия ПТФЭ.
Таким образом, на практике эксплуатируются двапринципиально различных массива: массив для технических видов спорта сПТФЭ и скоростной массив. Продолжительность сохранения привнесенныхфизико-механических характеристик пропорциональна глубине модификации исущественно зависит от глубины зоны взаимодействия.
Функцию регрессииможно представить следующим образом:τсохр=φ( Ɩ, δ / Ɩ, 1/ζc, 1/N )+ F(5.7)где ζc – cсолесодержание воды после системы водоподготовки, ppm;F– случайная составляющая, учитывает различные неконтролируемыевнешние воздействия;N – количество обновлений льда при эксплуатации, шт.Рассматривать факторы, способствующие утрате улучшенных свойствльда, по принципу аддитивности некорректно.
Данная функциональнаязависимость имеет сложный характер и ее невозможно свести к линейнойформе. Существует минимальное значение концентрации модификаторов вповерхностномслоеζmin, при которомльдапроисходитутратаилисущественное уменьшение эффекта, достигнутого введением полимерныхдобавок.Данноезначениеопределялосьвходеэкспериментальныхисследований и выражалось относительно концентрации вносимой смесимодификаторов.Такимобразом,взоневзаимодействияреальнаяконцентрация модификаторов должна быть не менее данного значения.
Еслиот непосредственного значения концентрации перейти к интегральнымхарактеристикам,взаимодействиятосуммарноедолжнобытьнесодержаниеменеекомпонентовпроизведениядопустимой концентрации на глубину зоны взаимодействия.взонеминимальной130Суммарное значение присутствующих в текущий момент временимодификаторовколичествавпримассивельданамораживанииопределяетсяиобщимразностьюколичествомвнесенногосоединений,удаляемых с поверхности массива при проведении штатных обновленийповерхности.Внесённоесуммарноеколичествомодификаторовприструктурировании массива определяется интегрально по всей глубинемодификации (для M заливок) в соответствии с технологической картойнамораживания ξтк.
Удалённое к текущему моменту суммарное количествомодификаторов пропорционально количеству обработок льда с подрезкойверхнего слоя, реальной концентрации соединений в поверхностном слоеледового массивамаши толщине срезаемого льдозаливочным комбайном слоя. Полученная разность внесённого количества модификаторов ипотерянноговследствиемеханическойсрезкидолжнаудовлетворятьнеравенству (Рисунок 5.10).Рисунок 5.10. Для расчета концентрации модификаторовТаким образом, для определения продолжительности сохранениямассивом своих свойств возможны два подхода:– интегральный, на основе определения оставшегося количествамодификаторов в массиве льда;– дифференциальный, на основе обобщения данных по объектам потемпу снижения поверхностной концентрации.В интегральном подходе оставшееся количество модификаторов вмассиве определяется разностью внесенного количества при намораживании(определяется из ТК) и общим количеством соединений, удаляемых споверхности массива при подрезках поверхности.
Реализация данного131подходапозволяетобеспечитьмаксимальнуюточностьопределенияпродолжительности сохранения массивом своих свойств при лабораторныхисследованиях, однако на практике связана с рядом сложностей. Во-первых,необходим постоянный контроль химического состава соскобов льда впроцессе эксплуатации, что является дорогостоящим и трудно реализуемымиз-за постоянного присутствия сторонних загрязнений на реальном объекте.Во-вторых, расчет по суммарному количеству модификаторов не гарантируетприсутствие достаточного количества модификаторов в зоне взаимодействияконька спортсмена со льдом.
Данный подход не учитывает интенсивностьподтягивания соединений и возможна ситуация, при которой модификаторыеще распределены по глубине модификации, но зона взаимодействия ужеобедненная. С практической точки зрения данная ситуация недопустима.Дифференциальный подход, при котором определяется темп сниженияконцентрации в поверхностном слое на реальных ледовых объектах содновременнымконтролемосновныхфизико-механическихсвойствспециальным приборным комплексом, является наиболее подходящим дляпрактики. Он был реализован в рамках проводимой работы.Экспериментально на реальных ледовых аренах было определенопороговое значение концентрации органической фазы ζminв поверхностномслое, выраженное через косвенный параметр – показатель перманганатнойокисляемости. Исследования изменений скоростных свойств льда в процессеэксплуатации проводились с использованием комплекса специализированногооборудования, включающего одноопорный скользиметр, приводимый вдействие стартовым импульсом идентичной силы (Рисунок 5.11, а).
В отличиеот ранее описанных систем, изменение скользящих свойств определялосьповремени прохождения скользиметром отдельных участков в диапазоневысоких скоростей с помощью системы хронометража, включающей блокуправления и четыре пары инфракрасных датчиков, фиксирующих пересечениеграниц контрольных участков [79]. Изменение прочностных характеристикльда оценивалось по сопротивлению льда ударной нагрузке с помощью132установки, имитирующей приземление фигуриста после прыжков и выбросов(Рисунок 5.11, б).Рисунок 5.11. Экспериментальные установки для определения физикомеханических свойств льда: скользящие (а), прочностные (б)Рассматривалось изменение физико-механических свойств ледовогомассива для технических видов спорта – все виды хоккея и фигурное катание, впроцессе штатных обновлений чистой водой с предварительной подрезкойверхнего травмированного слоя.
В данном случае определяющими могут бытькак скользящие, так и прочностные свойства. Представлены результатыэкспериментов на олимпийской базе подготовки сборных команд России –Учебно-тренировочном центре «Новогорск». Были получены зависимостифизико-механических свойств модифицированного массива от количестваобновлений чистой водой – Рисунок 5.12. Во всех экспериментах идентичнаятемператураледовойповерхности,глубинамодифицированногомассива 25 мм, концентрация модификаторов при намораживании 7 ppm.слоя13341,53,5130,5Средняя скорость, м/сОбъем разрушения, мл22,505 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Количество обновлений N, штРисунок 5.12. Изменение прочностных и скользящих свойств ледового массивадля технических видов спорта при эксплуатацииКакотмечалосьранеемеханическоеудалениемодификаторовсповерхности, а также размывание чистой водой приводит к постепенной утратепривнесенных свойств ледовым массивом.
Средняя скорость скользиметрасущественноснижаетсяпосле80обновленийледовойповерхностиот 3,7 до 2,5 м/с. Также наблюдается существенное ухудшение прочностныхсвойств льда. Объем разрушения льда при ударной нагрузке к 90 заливкев 2 раза превышает первоначальное значение и составляет 1,8 мл. Помимоэкспериментальногооборудованияконтролировалсяобъемсрезаемоготравмированного слоя льда после тренировки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
