淺談運動面層材料的物理機械性能

吳佳俐 王強強 劉鵬程 李萍 賈艷征

（中國建材檢驗認(rèn)證集團股份有限公司，北京 100024）

0 前言

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展和公眾校園安全需求的增長，一直以來潛在的毒跑道危機終于在2016年爆發(fā)，一時間讓跑道行業(yè)步入平常百姓的視野中，接連不斷的毒跑道事件曝光，逐漸將事件的關(guān)注度推向了高潮。百姓的呼吁、各大媒體的發(fā)聲，教育部對此高度重視，并且立刻采取了一系列的措施，及時介入事件指導(dǎo)，并請專業(yè)監(jiān)測機構(gòu)進行現(xiàn)場抽樣檢測，在最短時間內(nèi)做到了控制住惡性事件不再蔓延。

在這一系列的事件推動中，我們更多了解到的是運動面層材料跑道的化學(xué)性能對于中小學(xué)生的影響是重大的，有毒的運動面層材料對于中小學(xué)生的身體健康會產(chǎn)生極大的負(fù)面影響和危害。運動面層材料的環(huán)保問題可以在短時間被人感受到，主要是由感受到積累不適感再到爆發(fā)的這三個階段。而我們往往忽略運動面層材料的物理性能，其對人體腿部的影響是一個漫長的過程，期間可能造成不斷的損傷，最終形成不可逆的破壞。

1 運動面層材料物理性能

在教育部教育裝備研究與發(fā)展中心牽頭帶領(lǐng)下，我單位中國建材檢驗認(rèn)證集團股份有限公司、清華大學(xué)以及眾多檢驗機構(gòu)、生產(chǎn)及施工企業(yè)共同起草了GB 36246-2018《中小學(xué)合成材料面層運動場地》，在2018年5月14日發(fā)布，并于同年11月1日正式實施。此標(biāo)準(zhǔn)不僅列出了一系列運動合成面層材料的環(huán)保性能指標(biāo)，還提出了物理性能指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)澆型和預(yù)制型面層涉及的物理性能指標(biāo)主要有：沖擊吸收、垂直變形、抗滑值、拉伸強度、拉斷伸長率、阻燃性能。其合格判定指標(biāo)如表1所示。

表1 現(xiàn)澆型和預(yù)制型面層a物理機械性能要求

2 沖擊吸收與垂直變形

GB 36246-2018《中小學(xué)合成材料面層運動場地》中的沖擊吸收和垂直變形兩個指標(biāo)主要和人體運動時的保護性能有關(guān)系，其指標(biāo)的設(shè)定與很多方面均有聯(lián)系，比如材料學(xué)、動力學(xué)、運動健康、人體骨骼等。中小學(xué)生正處在一個好動的年紀(jì)，充滿活力又富有好奇心、好勝心，干勁十足，但是在其活動過程中難免磕碰甚至造成嚴(yán)重傷害，好的運動面層材料可以保護中小學(xué)生在生長發(fā)育階段骨骼免受磕破、扭曲、折斷等，保護中小學(xué)生骨骼正常健康的發(fā)育過程。

沖擊吸收性能一部分體現(xiàn)了材料的硬度和回彈性，而垂直變形性能側(cè)方面體現(xiàn)了運動面層材料的壓縮復(fù)原性。因此這兩個指標(biāo)是衡量運動面層材料的物理機械性能的重中之重。

在近兩年的檢測中，我們研究了大量檢測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)影響運動面層材料的沖擊吸收性能和其厚度有一定的關(guān)聯(lián)。相同配方、材質(zhì)的送檢樣品，不同厚度，其沖擊吸收性能可能會差很多，尤其當(dāng)現(xiàn)場抽樣的田徑場地樣品的厚度小于12mm時、球類場地樣品厚度小于6mm時，其三個溫度的沖擊吸收性能往往不合格。當(dāng)樣品厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求時，沖擊吸收性能往往和運動面層材料的孔隙率或其填充的彈性泡沫粒子有關(guān)。當(dāng)重物以20Kg，550.25mm條件自由垂直下落到接觸運動面層材料，運動材料面層通過壓縮變形來吸收重物的沖擊能量，從而有效減小了返回的能量。而這個壓縮變形一方面是材料自身彈性所致，另一方面是施工成型時在材料內(nèi)部產(chǎn)生一些微小的泡孔所致，這種孔壁厚且有彈性的閉孔泡孔可以有效吸收一部分重物產(chǎn)生的能量。在相同泡孔密度條件下，材料的壓縮應(yīng)變越大，其吸收的沖擊能量越大，而在相同壓縮應(yīng)變前提下，泡孔多的運動面層材料沖擊能量的吸收會優(yōu)于泡孔密度少的材料。還有一種可以提高沖擊能量吸收的方法是在材料中添加彈性泡沫粒子，這種泡沫粒子在檢測過程中同一位置的3次沖擊都很難實現(xiàn)壓實應(yīng)變，從而更有利于回彈，反復(fù)吸收每次沖擊能量。

垂直變形性能大體和沖擊吸收性能原理類似。當(dāng)運動面層材料彈性較好時，材料受力后在垂直方向上的變形量基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求的0.6mm-3.0mm范圍。GB 36246-2018《中小學(xué)合成材料面層運動場地》中對垂直變形性能并無過多的溫度要求，而對于沖擊吸收性能的檢測則有三個溫度點要求，分別是2℃、232℃、502℃，很多檢測樣品在2℃的通過率不高，主要是由于材料的耐低溫性不好，易低溫變硬。

綜合性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求的運動面層材料往往需要無毒、無刺激氣味的原材料、配方、施工鋪設(shè)技術(shù)這三大方面的相互支持。隨著技術(shù)的提高，未來的動面層材料也會不斷向系統(tǒng)化、多樣化、環(huán)?；?、高性能化發(fā)展。

3 總結(jié)

隨著運動面層材料越來越受百姓的關(guān)注，各監(jiān)管機構(gòu)的高度重視，跑道行業(yè)的健康發(fā)展，相信未來我國的運動面層材料會更加規(guī)范，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，檢測機構(gòu)也義不容辭地把好最后一道關(guān)，把控運動面層材料既保護亦不損害我們一代又一代的國人，為教育事業(yè)、體育事業(yè)做出一定的貢獻。