淺談運(yùn)動(dòng)面層材料的物理機(jī)械性能

吳佳俐 王強(qiáng)強(qiáng) 劉鵬程 李萍 賈艷征

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)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(zhǎng)，一直以來潛在的毒跑道危機(jī)終于在2016年爆發(fā)，一時(shí)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(duì)此高度重視，并且立刻采取了一系列的措施，及時(shí)介入事件指導(dǎo)，并請(qǐng)專業(yè)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，在最短時(shí)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(dòng)中，我們更多了解到的是運(yùn)動(dòng)面層材料跑道的化學(xué)性能對(duì)于中小學(xué)生的影響是重大的，有毒的運(yùn)動(dòng)面層材料對(duì)于中小學(xué)生的身體健康會(huì)產(chǎn)生極大的負(fù)面影響和危害。運(yùn)動(dòng)面層材料的環(huán)保問題可以在短時(shí)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(gè)階段。而我們往往忽略運(yùn)動(dòng)面層材料的物理性能，其對(duì)人體腿部的影響是一個(gè)漫長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)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(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司、清華大學(xué)以及眾多檢驗(yàn)機(jī)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)地》，在2018年5月14日發(fā)布，并于同年11月1日正式實(shí)施。此標(biāo)準(zhǔn)不僅列出了一系列運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)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(jī)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)地》中的沖擊吸收和垂直變形兩個(gè)指標(biāo)主要和人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的保護(hù)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(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)健康、人體骨骼等。中小學(xué)生正處在一個(gè)好動(dòng)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(dòng)過程中難免磕碰甚至造成嚴(yán)重傷害，好的運(yùn)動(dòng)面層材料可以保護(hù)中小學(xué)生在生長(zhǎng)發(fā)育階段骨骼免受磕破、扭曲、折斷等，保護(hù)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(yùn)動(dòng)面層材料的壓縮復(fù)原性。因此這兩個(gè)指標(biāo)是衡量運(yùn)動(dòng)面層材料的物理機(jī)械性能的重中之重。

在近兩年的檢測(cè)中，我們研究了大量檢測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)影響運(yùn)動(dòng)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(huì)差很多，尤其當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)抽樣的田徑場(chǎng)地樣品的厚度小于12mm時(shí)、球類場(chǎng)地樣品厚度小于6mm時(shí)，其三個(gè)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(shí)，沖擊吸收性能往往和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)面層材料，運(yùn)動(dòng)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(gè)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(shí)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?cè)酱螅湮盏臎_擊能量越大，而在相同壓縮應(yīng)變前提下，泡孔多的運(yùn)動(dòng)面層材料沖擊能量的吸收會(huì)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(cè)過程中同一位置的3次沖擊都很難實(shí)現(xiàn)壓實(shí)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(yùn)動(dòng)面層材料彈性較好時(shí)，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(yùn)動(dòng)場(chǎng)地》中對(duì)垂直變形性能并無過多的溫度要求，而對(duì)于沖擊吸收性能的檢測(cè)則有三個(gè)溫度點(diǎn)要求，分別是2℃、232℃、502℃，很多檢測(cè)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(yùn)動(dòng)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(dòng)面層材料也會(huì)不斷向系統(tǒng)化、多樣化、環(huán)保化、高性能化發(fā)展。

3 總結(jié)

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