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    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

    發布日期:2018-08-25 15:31:00 點擊次數: 字號: [默認] [] [] []
    摘要:  10月26日,《中小學合成材料面層運動場地》(征求意見稿)公布,這次不但公布了標準內容,其編制說明也一并發布,包括標準的修訂背景,修
      10月26日,《中小學合成材料面層運動場地》(征求意見稿)公布,這次不但公布了標準內容,其編制說明也一并發布,包括標準的修訂背景,修訂原則和要求,物理性能和化學性能,以及與其他國內外相關標準的對比,體現出新標準的全面性、系統性、科學性、適用性和公開性。

      我們先來看看標準的修訂背景和要求。

      1 標準修訂背景

      我國運動場地合成材料面層的研制始自1978年,由保定合成橡膠廠研制,1979年9 月第1次在北京鋪設了北京體育館室內田徑場,面積4500平方米。從1992年起,我國廣東、江蘇、浙江等經濟發達省市在中小學開始建造合成面層運動場地。1997年,上海市開始大規模地投資改造中小學的運動場地,1999年北京市也開始大規模地改造中小學運動場。我國目前需用量很大,每年約鋪設300多萬平方米。塑膠跑道的生產廠家由原來的3家,增加到現在的數千家。進入21世紀,隨著我國教育領域開始重視體育設施水平的提高,每年鋪設各種合成材料面層的運動場地超過250萬平方米,成為世界上最大的運動場地合成面層市場。

      隨著我國社會的進步,人民生活水平的提升,我國對體育教育重視程度日益提高,合成材料面層運動場地已成為各體育場館和大中小學的基礎硬件之一,在廣大中小學運動場和室內開始大量鋪設。為規范中小學校校內合成材料面層運動場地的質量,教育部體育衛生與藝術教育司負責起草了GB/T 19851.11-2005 《中小學體育器材和場地 第11部分:合成材料面層運動場地》。該標準規定了合成材料運動場地鋪設面層的技術要求、質量標準及檢測方法,對物理性能制定了較詳細的要求。標準于2005年發布實施以來,在一定程度上保障了合成材料面層運動場地建設和使用。

      2015年以來,塑膠跑道成為學生家長和媒體關注的焦點,不少地方學生出現了流鼻血、咳嗽、頭暈、出紅疹等癥狀,甚至有孩子凝血功能出現異常,家長懷疑跟塑膠跑道有關,紛紛要求鏟除塑膠跑道,“毒跑道”事件一時引發輿論熱潮,社會各界反應強烈。

      2015年12月,深圳市計量質量檢測研究院和廣東省標準化研究院對廣東省佛山、深圳、中山、惠州4個城市20個塑膠場地和跑道進行了有害氣體釋放風險監測抽樣調查,調查發現,聚氨酯塑膠場地存在不合理風險的比例高達25%(見《聚氨酯塑膠場地揮發性有害物風險監測分析報告》)。究其原因,近些年國內學校體育蓬勃發展,政府、學校投入增加,合成材料面層運動場地的市場需求加大,使得很多不良企業進入市場。經國際田徑聯合會認證和中國田徑協會審定的塑膠跑道生產企業總數不超過幾十家,但實際在做的有數千家,2015年新增近3000家。一些無資質、無技術、無生產管理和質量保障的小型“作坊”居然有高達50%以上的市場占有率,產品質量得不到有效保障。

      為了規范市場,保證產品質量,保護學生身體健康,教育部組織修訂《中小學體育器材和場地 第11部分:合成材料面層運動場地》,希望通過完善標準內容,明確規定合成材料面層中有害物質的限量要求,規范合成材料面層運動場地建設行業的發展秩序,促進行業健康有序發展,為我國廣大中小學生提供一個安全可靠的運動環境。

      2016年10月,經教育部向國家標準委提交了標準的修訂立項申請,并申請立項為強制性標準,同時將標準名稱修改為《中小學合成材料面層運動場地》。國家標準委于2016年12月28日下達了強制性國家標準計劃項目《中小學合成材料面層運動場地》(計劃編號為:20162706-Q-360)。

      2 修訂原則、要求

      2.1標準修訂以科學、技術和經驗的綜合成果為基礎,以保障學生運動健康,提升產品質量、引導行業自律等為目的,在全面、系統、科學、適用的基礎上充分考慮運動保護性、耐久使用性、舒適美觀性以及環境保護等方面要求。在滿足使用要求前提下,優化社會資源配置,為中小學校室外合成材料面層運動場地的設計、施工、驗收提供指導和依據,從而為學生提供健康的鍛煉環境,培養學生的終身體育意識,促進學校體育的可持續發展。

      2.2 以科學、安全、環保和可持續發展為修訂原則,并充分考慮以下要求:

      (1) 滿足體育使用要求(符合國際田聯和中國田協對教學/訓練/比賽場地的要求);

      (2) 重視運動性能和運動保護性能;

      (3) 考慮環境影響;

      (4) 比賽/訓練用場地需強調設施規格滿足使用要求;

      (5) 教學用場地重點考慮運動保護性能、耐久性、環境保護;

      (6) 為材料科學發展和工藝水平提高預留空間;

      (7) 充分考慮場地的安全性,對有害物質進行限量。

      3 標準修訂的主要內容

      本標準適用于室外鋪設的合成材料面層運動場地,其主要技術內容包括鋪裝要求、厚度、物理機械性能、有害物質限量及試驗方法等,著重增加了合成材料面層成品和原料中有害物質的限量指標。

      下面就是物理性能指標的制定說明啦。

      3.1 合成材料面層物理性能指標

      合成材料面層主要的物理性能指標包括:厚度、沖擊吸收、垂直變形、抗滑值、拉伸強度、拉斷伸長率、阻燃性能、耐老化性能等。

      3.1.1 合成材料面層的厚度

      (1)合成材料面層的厚度是指合成材料面層表面與其底面之間的總垂直距離,該厚度直接影響到場地的彈性,與場地的安全保護性能和運動性能息息相關,對處于生長發育期的青少年兒童來說,運動安全保護尤為重要。原標準中對面層厚度沒有明確規定,調研發現許多學校鋪設的合成材料運動場地面層非常薄,甚至低于3mm,這樣的場地完全起不到對青少年的運動安全保護作用,也極易磨損、龜裂,使用壽命也短。

      在具有同樣材料組成的前提下,合成材料面層運動場地的安全保護性能(沖擊吸收值)與厚度有著近似正比的關系(見表1)。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      (2)為了保證合成材料面層運動場地能達到相應的安全保護性能和耐用性能,本標準結合現行國家標準和國際標準,對面層厚度作出如下要求:

      a)田徑場地,要求其面層平均厚度≥13mm。此要求與國標GB/T 14833-2011、GB/T 22517.6-2011及歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》的相關規定一致。對于跳高、跳遠等需加厚的比賽區,按照《田徑場地設施標準手冊》(國際田徑協會聯合會)的規定,厚度要求分別設定為≥20 mm和≥25 mm,以符合競賽規程;

      b)球類場地,要求其面層平均厚度≥8mm。歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》規定球類和多功能活動場地面層厚度不小于7mm,根據表1測試數據,國內大部分合成材料運動面層產品的厚度要達到8mm以上,其沖擊吸收值才能達到20%以上,才能起到足夠的保護作用,所以考慮到實際測試的沖擊吸收/厚度對應關系并考慮到國內中小學校對運動場的使用頻率更高,對耐用性有更高的要求,因此在歐盟標準EN 14877-2013規定的基礎上增加1mm厚度,要求球類場地面層的平均厚度≥8mm;

      c)其他活動場地,要求其面層平均厚度≥10mm。此要求參照歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》的相關規定,并保證沖擊吸收值≥25%;

      d)本標準中合成材料面層厚度要求如表2所示。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      (3) 本標準中合成材料面層厚度指標同其它國內相關標準的對比如表3所示。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      3.1.2 合成材料面層的沖擊吸收性能指標

      合成材料面層的沖擊吸收是合成材料面層對沖擊力的減緩性能,是合成材料運動場地在受到沖擊時,對勢能的吸收性能,比如在奔跑時球鞋與面層接觸的瞬間,合成材料運動場地借由形變的產生吸收沖擊的能量,它體現了合成材料運動場地對運動員的保護作用。沖擊吸收數值越大,合成材料運動場地的能量吸收能力越強,對青少年的足底、腳踝、膝蓋等易受沖擊部位的保護越佳,適合較長時間的體育鍛煉而不至于受到長期的慢性傷害。

      沖擊吸收是目前國際通行的衡量合成材料運動場地面層運動性能和緩沖保護性能的核心指標,在國際田聯、國際足聯、國際籃聯、歐洲標準中都有相應的規定。國家標準GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011對合成材料跑道面層的沖擊吸收也進行了相關規定,要求沖擊吸收數值為35%~50%,另外,GB 30228也對運動場地的沖擊衰減性能做出了強制性要求。

      原標準對沖擊吸收沒有規定,經研討,起草組一致認為非常有必要增加對沖擊吸收的要求,以加強對青少年運動時的安全保護。具體數值設定說明如下:

      (1)當合成材料運動場地面層平均厚度≥13 mm時,參照《田徑場地設施標準手冊》(國際田徑協會聯合會)、歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》、GB/T 14833-2011、GB/T 22517.6-2011和GB 30228-2012規定,本標準中沖擊吸收值設定為35%~50%,與上述標準規定保持一致;

      (2)當面層平均厚度≥10 mm時,參照歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》以及表1的沖擊吸收值測試數據,本標準中沖擊吸收值的要求設定為25%~50%,與歐盟標準EN 14877-2013的相關規定保持一致;

      (3)當面層平均厚度≥8mm時,結合歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》以及表1的沖擊吸收值測試數據,本標準中沖擊吸收值的要求設定為20%~50%,與歐盟標準EN 14877-2013要求沖擊吸收值相比,要求略微放寬,由下限≥25%改為下限≥20%。通過在籃球場地現場測試和觀察,沖擊吸收值為≥20%時,場地有較好的減緩沖擊性能,對青少年的漆關節起到較好的運動安全保護作用。 (4)表4是本標準中合成材料面層沖擊吸收性能同其它國內外相關標準的對比。

      表4 合成材料面層沖擊吸收性能指標對比表

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      3.1.3 合成材料面層的垂直變形

      (1)垂直變形是指20 kg重物以規定的高度落在地面時,受力地面垂直方向的變形。在國際田聯、國際足聯、國際籃聯、歐洲標準及國家相關標準中都有相應的規定,經研討,起草組成員一致認為非常有必要提出對垂直變形的限定要求。一般來說,場地的沖擊吸收值越大,場地對青少年的運動保護性能又越好,但垂直變形值也相應變大。根據對20份樣品的檢測數據進行對比,發現沖擊吸收值達40%及以上時,其相應的垂直變形均超過了2.5 mm接近3 mm(見表5)。

      場地面層的垂直變形也不能太小,場地面層垂直變形越小,場地表面就越硬,不利于對運動員的安全保護。歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》規定了田徑場地面層垂直變形值上限為3mm,國家標準GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011規定了田徑場地面層垂直變形下限為0.6 mm,因此參照以上歐盟標準和國家標準要求,并且結合實際檢測結果(見表5),將本標準的垂直變形規定為0.6 mm~3 mm。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      (2)表6是本標準中合成材料面層垂直變形值同其它國內外相關標準的對比。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      3.1.4 合成材料面層抗滑值

      (1)合成材料面層抗滑值是指合成材料運動場地面層通過滑動摩擦阻力吸收能量的程度,也就是面層能提供的摩擦力的大小,能衡量運動人群免于滑倒摔傷的安全保護程度。國家標準GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011要求田徑場地合成材料面層在潮濕條件下抗滑值≥47,歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》要求戶外合成材料運動場地面層在潮濕條件下抗滑值為55-110,在干燥條件下抗滑值為80-110。

      合成材料面層抗滑值有兩種表示形式:在潮濕條件下測試的抗滑值即濕測抗滑值,在干燥條件下測試的抗滑值即干測抗滑值;本標準考慮到中小學校在雨天很少進行戶外體育活動,所以本標準的合成材料面層抗滑值選用了干測抗滑值來表示。

      作為中小學運動場地,要確保場地有一定的防滑要求,但并不是運動場地的抗滑值越大越好,應該設定一個上限;參照歐盟標準EN 14877-2013《戶外合成材料運動場地技術要求》中抗滑值為80-110(干測)的要求,將本標準合成材料面層的抗滑值設定為80-110(干測)。

      (2)表7是本標準中合成材料面層抗滑值同其它國內外相關標準的對比。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      3.1.5 合成材料面層拉伸強度、拉斷伸長率

      (1)拉伸強度是在拉伸試驗中,試樣直至斷裂為止所受的最大拉伸應力,而拉斷伸長率是材料在拉斷時的位移值與原長的比值。這兩項數值是衡量合成運動場地面層材料本身強度和韌性的指標,在數值設定上,與現行國際田聯技術要求、歐盟標準EN 14877-2013及國家標準GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011保持一致。

      (2)表8是修訂后合成材料面層的拉伸強度及拉斷伸長率同國內外相關標準的對比。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      3.1.6 合成材料面層阻燃性能

      (1)阻燃性能是指合成材料運動場地面層具有的推遲火焰蔓延的性質。本標準中該數值的設定與現行國家標準GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011保持一致。

      (2)表9是本標準合成材料面層的阻燃性指標同國內外相關標準的對比。

      

    解密塑膠跑道新國標中的物理性能指標

     

      3.1.7 合成材料面層耐老化性能

      耐老化性能是運動場地面層材料具有推遲延緩老化的特性。為保證合成材料運動場地面層的耐用性,本標準修訂時擬增加要求:除專業比賽用丙烯酸涂層運動場地面層外,合成材料面層在標準老化箱內加速老化168小時,拉伸強度和拉斷伸長率應滿足表2的要求。對于人工氣候老化的實驗方法,GB/T 14833-2011、GB/T 22517.6-2011以及國外相關人工氣候老化的測定方法,多數與GB/T 16422.2-2006中的方法A,循環序號1的測定條件相同。計算發現GB/T 14833、GB/T 22517.6中提到的老化條件168h不能滿足其標準中規定的3000MJ/m2的總輻照量;若按該總輻照量計算,并按標準中規定的條件,需要的測試時間高達1515個小時,檢測周期長,且該總輻照量考核的主要目的是考核運動場地面層耐用性。本標準針對這一實際情況進行如下修改:將“氙燈照射(總輻射量3000MJ/m2),老化試驗時間168h”改為“按GB/T 16422.2的規定進行氙燈輻照試驗,試驗條件為方法A、循環序號1,試驗500h后,按6.4測定拉伸強度、拉斷伸長率”,老化試驗后,拉伸強度和拉斷伸長率仍應符合加速老化前的指標要求,一定程度上保證了運動場地面層的耐用性。

      3.1.8 合成材料運動場地面層中無機填料含量

      調研中,鋪設塑膠跑道學校反映較多的問題是:塑膠跑道表面防滑層顆粒較硬,學生摔倒時,塑膠跑道面層的防滑膠粒容易劃破學生皮膚。經研究,發現塑膠跑道面層防滑膠粒較硬的主要原因是膠粒的無機填充料較高,含膠量少,造成膠粒不夠柔軟。

      無機填料是橡膠制品的重要原材料之一,合理添加無機填料對于提高橡膠制品耐磨、導熱、阻燃等性能具有重要的作用,但是如果無機填料添加過度,會造成橡膠制品的物理性能和抗老化性能大大下降,耐低溫性能也下降,因此,將橡膠制品中無機填料的含量控制在合理范圍是對其品質的有效保障。由于無機填料相對于橡膠膠料的成本較低,一些生產者為了降低成本,可能會過度添加無機填料,結果會使其物理性能下降。即便物理性能短時間能夠達到要求,其耐久性能也無法得到保障。除了塑膠跑道防滑膠粒外,人造草填充膠粒也存在類似的情況,無機填料過多會導致填充顆粒出現老化后的粉化現象,學生運動和活動中,極易吸入粉化而形成的粉塵,對學生帶來危害。因此,為了解決上述問題,有效控制無機填料的過度添加,本標準參照GB/T 22517.6-2011中5.2.3,規定合成材料面層防滑膠粒及人造草填充膠粒無機填充料應不超過65%。

      GB/T 22517.6-2011規定無機填料的測試方法采用熱失重(TG)儀器法,但考慮到該方法稱樣量過小(10mg左右),對于本身不均勻的合成材料面層,很難保證取樣的代表性,因此本標準按照熱失重(TG)儀器法的測試原理,采用GB/T 4498.1-2013《橡膠灰分的測定第1部分:馬弗爐法》方法A測試灰分的方法,進行無機填料含量的測試,測試溫度也與熱失重(TG)儀器法相同,規定為(550±25)℃。

      3.1.9 合成材料面層防滑膠粒和人造草填充合成材料顆粒中聚合物總量

      合成材料面層防滑膠粒和人造草填充合成材料顆粒直接暴露于大氣環境,也是直接與人體直接接觸的固體原材料,它的物理性能和抗老化性能對于整個合成材料面層物理性能和抗老化性能具有重要意義。無論是合成材料面層防滑膠粒,還是人造草填充合成材料顆粒,其彈性和抗老化性能除了與其中的無機填料含量相關外,還與其中的高聚物總量相關,在一定范圍內,無機填料含量固定時,高聚物總量越高,其彈性越好,抗老化性能也越好。

      目前我國市場上銷售的合成材料面層防滑膠粒和人造草填充合成材料顆粒,品質差異很大。以EPDM顆粒為例,目前市售的顆粒中的高聚物總量從不足10%到30%以上,價格差異很大,選用不同高聚物含量的顆粒對于整個合成材料運動場地面層的造價影響很大,這就造成施工方為降低成本大量使用劣質顆粒,極大的影響了場地的性能和使用壽命。

      為保證顆粒的品質,國外發達國家對其中的高聚物含量都有一定要求,對于保證運動場地的性能發揮了重要作用。為進一步提高中小學合成材料運動場地面層的使用性能和抗老化性能,結合我國的行業發展現狀,本標準參考德國DIN 18035-6:2014要求,規定合成材料面層防滑膠粒和人造草填充彈性顆粒中聚合物總量應≥20%。

      3.1.10 合成材料面層的邵氏硬度、壓縮復原率、回彈值

      原標準中規定的邵氏硬度、壓縮復原率、回彈值,鑒于目前國際、國內相關標準已不再將其作為運動面層物理性能指標,因此在本標準中予以刪除。

      3.1.11 物理性能指標的測試方法

      (1)本標準附錄A 是參照GB/T 22517.6-2011第6章的內容并根據場地驗收專家現場實際測量操作方法和經驗整理而成。

      (2)本標準附錄B、附錄C參照了歐盟標準EN 14808和EN 14809中關于沖擊吸收值及垂直變形的測試方法內容。

      (3)本標準附錄D參照了國家標準GB/T 22517.6-2011中附錄F(規范性附錄)抗滑值的檢測方法內容。

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