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解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

发布日期:2018-08-25 15:31:00 点击次数: 字号: [默认] [] [] []
摘要:  10月26日,《中小学合成材料面层运动场地》(征求意见稿)公布,这次不但公布了标准内容,其编制说明也一并发布,包括标准的修订背景,修
  10月26日,《中小学合成材料面层运动场地》(征求意见稿)公布,这次不但公布了标准内容,其编制说明也一并发布,包括标准的修订背景,修订原则和要求,物理性能和化学性能,以及与其他国内外相关标准的对比,体现出新标准的全面性、系统性、科学性、适用性和公开性。

  我们先来看看标准的修订背景和要求。

  1 标准修订背景

  我国运动场地合成材料面层的研制始自1978年,由保定合成橡胶厂研制,1979年9 月第1次在北京铺设了北京体育馆室内田径场,面积4500平方米。从1992年起,我国广东、江苏、浙江等经济发达省市在中小学开始建造合成面层运动场地。1997年,上海市开始大规模地投资改造中小学的运动场地,1999年北京市也开始大规模地改造中小学运动场。我国目前需用量很大,每年约铺设300多万平方米。塑胶跑道的生产厂家由原来的3家,增加到现在的数千家。进入21世纪,随着我国教育领域开始重视体育设施水平的提高,每年铺设各种合成材料面层的运动场地超过250万平方米,成为世界上最大的运动场地合成面层市场。

  随着我国社会的进步,人民生活水平的提升,我国对体育教育重视程度日益提高,合成材料面层运动场地已成为各体育场馆和大中小学的基础硬件之一,在广大中小学运动场和室内开始大量铺设。为规范中小学校校内合成材料面层运动场地的质量,教育部体育卫生与艺术教育司负责起草了GB/T 19851.11-2005 《中小学体育器材和场地 第11部分:合成材料面层运动场地》。该标准规定了合成材料运动场地铺设面层的技术要求、质量标准及检测方法,对物理性能制定了较详细的要求。标准于2005年发布实施以来,在一定程度上保障了合成材料面层运动场地建设和使用。

  2015年以来,塑胶跑道成为学生家长和媒体关注的焦点,不少地方学生出现了流鼻血、咳嗽、头晕、出红疹等症状,甚至有孩子凝血功能出现异常,家长怀疑跟塑胶跑道有关,纷纷要求铲除塑胶跑道,“毒跑道”事件一时引发舆论热潮,社会各界反应强烈。

  2015年12月,深圳市计量质量检测研究院和广东省标准化研究院对广东省佛山、深圳、中山、惠州4个城市20个塑胶场地和跑道进行了有害气体释放风险监测抽样调查,调查发现,聚氨酯塑胶场地存在不合理风险的比例高达25%(见《聚氨酯塑胶场地挥发性有害物风险监测分析报告》)。究其原因,近些年国内学校体育蓬勃发展,政府、学校投入增加,合成材料面层运动场地的市场需求加大,使得很多不良企业进入市场。经国际田径联合会认证和中国田径协会审定的塑胶跑道生产企业总数不超过几十家,但实际在做的有数千家,2015年新增近3000家。一些无资质、无技术、无生产管理和质量保障的小型“作坊”居然有高达50%以上的市场占有率,产品质量得不到有效保障。

  为了规范市场,保证产品质量,保护学生身体健康,教育部组织修订《中小学体育器材和场地 第11部分:合成材料面层运动场地》,希望通过完善标准内容,明确规定合成材料面层中有害物质的限量要求,规范合成材料面层运动场地建设行业的发展秩序,促进行业健康有序发展,为我国广大中小学生提供一个安全可靠的运动环境。

  2016年10月,经教育部向国家标准委提交了标准的修订立项申请,并申请立项为强制性标准,同时将标准名称修改为《中小学合成材料面层运动场地》。国家标准委于2016年12月28日下达了强制性国家标准计划项目《中小学合成材料面层运动场地》(计划编号为:20162706-Q-360)。

  2 修订原则、要求

  2.1标准修订以科学、技术和经验的综合成果为基础,以保障学生运动健康,提升产品质量、引导行业自律等为目的,在全面、系统、科学、适用的基础上充分考虑运动保护性、耐久使用性、舒适美观性以及环境保护等方面要求。在满足使用要求前提下,优化社会资源配置,为中小学校室外合成材料面层运动场地的设计、施工、验收提供指导和依据,从而为学生提供健康的锻炼环境,培养学生的终身体育意识,促进学校体育的可持续发展。

  2.2 以科学、安全、环保和可持续发展为修订原则,并充分考虑以下要求:

  (1) 满足体育使用要求(符合国际田联和中国田协对教学/训练/比赛场地的要求);

  (2) 重视运动性能和运动保护性能;

  (3) 考虑环境影响;

  (4) 比赛/训练用场地需强调设施规格满足使用要求;

  (5) 教学用场地重点考虑运动保护性能、耐久性、环境保护;

  (6) 为材料科学发展和工艺水平提高预留空间;

  (7) 充分考虑场地的安全性,对有害物质进行限量。

  3 标准修订的主要内容

  本标准适用于室外铺设的合成材料面层运动场地,其主要技术内容包括铺装要求、厚度、物理机械性能、有害物质限量及试验方法等,着重增加了合成材料面层成品和原料中有害物质的限量指标。

  下面就是物理性能指标的制定说明啦。

  3.1 合成材料面层物理性能指标

  合成材料面层主要的物理性能指标包括:厚度、冲击吸收、垂直变形、抗滑值、拉伸强度、拉断伸长率、阻燃性能、耐老化性能等。

  3.1.1 合成材料面层的厚度

  (1)合成材料面层的厚度是指合成材料面层表面与其底面之间的总垂直距离,该厚度直接影响到场地的弹性,与场地的安全保护性能和运动性能息息相关,对处于生长发育期的青少年儿童来说,运动安全保护尤为重要。原标准中对面层厚度没有明确规定,调研发现许多学校铺设的合成材料运动场地面层非常薄,甚至低于3mm,这样的场地完全起不到对青少年的运动安全保护作用,也极易磨损、龟裂,使用寿命也短。

  在具有同样材料组成的前提下,合成材料面层运动场地的安全保护性能(冲击吸收值)与厚度有着近似正比的关系(见表1)。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  (2)为了保证合成材料面层运动场地能达到相应的安全保护性能和耐用性能,本标准结合现行国家标准和国际标准,对面层厚度作出如下要求:

  a)田径场地,要求其面层平均厚度≥13mm。此要求与国标GB/T 14833-2011、GB/T 22517.6-2011及欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》的相关规定一致。对于跳高、跳远等需加厚的比赛区,按照《田径场地设施标准手册》(国际田径协会联合会)的规定,厚度要求分别设定为≥20 mm和≥25 mm,以符合竞赛规程;

  b)球类场地,要求其面层平均厚度≥8mm。欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》规定球类和多功能活动场地面层厚度不小于7mm,根据表1测试数据,国内大部分合成材料运动面层产品的厚度要达到8mm以上,其冲击吸收值才能达到20%以上,才能起到足够的保护作用,所以考虑到实际测试的冲击吸收/厚度对应关系并考虑到国内中小学校对运动场的使用频率更高,对耐用性有更高的要求,因此在欧盟标准EN 14877-2013规定的基础上增加1mm厚度,要求球类场地面层的平均厚度≥8mm;

  c)其他活动场地,要求其面层平均厚度≥10mm。此要求参照欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》的相关规定,并保证冲击吸收值≥25%;

  d)本标准中合成材料面层厚度要求如表2所示。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  (3) 本标准中合成材料面层厚度指标同其它国内相关标准的对比如表3所示。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  3.1.2 合成材料面层的冲击吸收性能指标

  合成材料面层的冲击吸收是合成材料面层对冲击力的减缓性能,是合成材料运动场地在受到冲击时,对势能的吸收性能,比如在奔跑时球鞋与面层接触的瞬间,合成材料运动场地借由形变的产生吸收冲击的能量,它体现了合成材料运动场地对运动员的保护作用。冲击吸收数值越大,合成材料运动场地的能量吸收能力越强,对青少年的足底、脚踝、膝盖等易受冲击部位的保护越佳,适合较长时间的体育锻炼而不至于受到长期的慢性伤害。

  冲击吸收是目前国际通行的衡量合成材料运动场地面层运动性能和缓冲保护性能的核心指标,在国际田联、国际足联、国际篮联、欧洲标准中都有相应的规定。国家标准GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011对合成材料跑道面层的冲击吸收也进行了相关规定,要求冲击吸收数值为35%~50%,另外,GB 30228也对运动场地的冲击衰减性能做出了强制性要求。

  原标准对冲击吸收没有规定,经研讨,起草组一致认为非常有必要增加对冲击吸收的要求,以加强对青少年运动时的安全保护。具体数值设定说明如下:

  (1)当合成材料运动场地面层平均厚度≥13 mm时,参照《田径场地设施标准手册》(国际田径协会联合会)、欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》、GB/T 14833-2011、GB/T 22517.6-2011和GB 30228-2012规定,本标准中冲击吸收值设定为35%~50%,与上述标准规定保持一致;

  (2)当面层平均厚度≥10 mm时,参照欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》以及表1的冲击吸收值测试数据,本标准中冲击吸收值的要求设定为25%~50%,与欧盟标准EN 14877-2013的相关规定保持一致;

  (3)当面层平均厚度≥8mm时,结合欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》以及表1的冲击吸收值测试数据,本标准中冲击吸收值的要求设定为20%~50%,与欧盟标准EN 14877-2013要求冲击吸收值相比,要求略微放宽,由下限≥25%改为下限≥20%。通过在篮球场地现场测试和观察,冲击吸收值为≥20%时,场地有较好的减缓冲击性能,对青少年的漆关节起到较好的运动安全保护作用。 (4)表4是本标准中合成材料面层冲击吸收性能同其它国内外相关标准的对比。

  表4 合成材料面层冲击吸收性能指标对比表

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  3.1.3 合成材料面层的垂直变形

  (1)垂直变形是指20 kg重物以规定的高度落在地面时,受力地面垂直方向的变形。在国际田联、国际足联、国际篮联、欧洲标准及国家相关标准中都有相应的规定,经研讨,起草组成员一致认为非常有必要提出对垂直变形的限定要求。一般来说,场地的冲击吸收值越大,场地对青少年的运动保护性能又越好,但垂直变形值也相应变大。根据对20份样品的检测数据进行对比,发现冲击吸收值达40%及以上时,其相应的垂直变形均超过了2.5 mm接近3 mm(见表5)。

  场地面层的垂直变形也不能太小,场地面层垂直变形越小,场地表面就越硬,不利于对运动员的安全保护。欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》规定了田径场地面层垂直变形值上限为3mm,国家标准GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011规定了田径场地面层垂直变形下限为0.6 mm,因此参照以上欧盟标准和国家标准要求,并且结合实际检测结果(见表5),将本标准的垂直变形规定为0.6 mm~3 mm。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  (2)表6是本标准中合成材料面层垂直变形值同其它国内外相关标准的对比。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  3.1.4 合成材料面层抗滑值

  (1)合成材料面层抗滑值是指合成材料运动场地面层通过滑动摩擦阻力吸收能量的程度,也就是面层能提供的摩擦力的大小,能衡量运动人群免于滑倒摔伤的安全保护程度。国家标准GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011要求田径场地合成材料面层在潮湿条件下抗滑值≥47,欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》要求户外合成材料运动场地面层在潮湿条件下抗滑值为55-110,在干燥条件下抗滑值为80-110。

  合成材料面层抗滑值有两种表示形式:在潮湿条件下测试的抗滑值即湿测抗滑值,在干燥条件下测试的抗滑值即干测抗滑值;本标准考虑到中小学校在雨天很少进行户外体育活动,所以本标准的合成材料面层抗滑值选用了干测抗滑值来表示。

  作为中小学运动场地,要确保场地有一定的防滑要求,但并不是运动场地的抗滑值越大越好,应该设定一个上限;参照欧盟标准EN 14877-2013《户外合成材料运动场地技术要求》中抗滑值为80-110(干测)的要求,将本标准合成材料面层的抗滑值设定为80-110(干测)。

  (2)表7是本标准中合成材料面层抗滑值同其它国内外相关标准的对比。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  3.1.5 合成材料面层拉伸强度、拉断伸长率

  (1)拉伸强度是在拉伸试验中,试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力,而拉断伸长率是材料在拉断时的位移值与原长的比值。这两项数值是衡量合成运动场地面层材料本身强度和韧性的指标,在数值设定上,与现行国际田联技术要求、欧盟标准EN 14877-2013及国家标准GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011保持一致。

  (2)表8是修订后合成材料面层的拉伸强度及拉断伸长率同国内外相关标准的对比。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  3.1.6 合成材料面层阻燃性能

  (1)阻燃性能是指合成材料运动场地面层具有的推迟火焰蔓延的性质。本标准中该数值的设定与现行国家标准GB/T 14833-2011和 GB/T 22517.6-2011保持一致。

  (2)表9是本标准合成材料面层的阻燃性指标同国内外相关标准的对比。

  

解密塑胶跑道新国标中的物理性能指标

 

  3.1.7 合成材料面层耐老化性能

  耐老化性能是运动场地面层材料具有推迟延缓老化的特性。为保证合成材料运动场地面层的耐用性,本标准修订时拟增加要求:除专业比赛用丙烯酸涂层运动场地面层外,合成材料面层在标准老化箱内加速老化168小时,拉伸强度和拉断伸长率应满足表2的要求。对于人工气候老化的实验方法,GB/T 14833-2011、GB/T 22517.6-2011以及国外相关人工气候老化的测定方法,多数与GB/T 16422.2-2006中的方法A,循环序号1的测定条件相同。计算发现GB/T 14833、GB/T 22517.6中提到的老化条件168h不能满足其标准中规定的3000MJ/m2的总辐照量;若按该总辐照量计算,并按标准中规定的条件,需要的测试时间高达1515个小时,检测周期长,且该总辐照量考核的主要目的是考核运动场地面层耐用性。本标准针对这一实际情况进行如下修改:将“氙灯照射(总辐射量3000MJ/m2),老化试验时间168h”改为“按GB/T 16422.2的规定进行氙灯辐照试验,试验条件为方法A、循环序号1,试验500h后,按6.4测定拉伸强度、拉断伸长率”,老化试验后,拉伸强度和拉断伸长率仍应符合加速老化前的指标要求,一定程度上保证了运动场地面层的耐用性。

  3.1.8 合成材料运动场地面层中无机填料含量

  调研中,铺设塑胶跑道学校反映较多的问题是:塑胶跑道表面防滑层颗粒较硬,学生摔倒时,塑胶跑道面层的防滑胶粒容易划破学生皮肤。经研究,发现塑胶跑道面层防滑胶粒较硬的主要原因是胶粒的无机填充料较高,含胶量少,造成胶粒不够柔软。

  无机填料是橡胶制品的重要原材料之一,合理添加无机填料对于提高橡胶制品耐磨、导热、阻燃等性能具有重要的作用,但是如果无机填料添加过度,会造成橡胶制品的物理性能和抗老化性能大大下降,耐低温性能也下降,因此,将橡胶制品中无机填料的含量控制在合理范围是对其品质的有效保障。由于无机填料相对于橡胶胶料的成本较低,一些生产者为了降低成本,可能会过度添加无机填料,结果会使其物理性能下降。即便物理性能短时间能够达到要求,其耐久性能也无法得到保障。除了塑胶跑道防滑胶粒外,人造草填充胶粒也存在类似的情况,无机填料过多会导致填充颗粒出现老化后的粉化现象,学生运动和活动中,极易吸入粉化而形成的粉尘,对学生带来危害。因此,为了解决上述问题,有效控制无机填料的过度添加,本标准参照GB/T 22517.6-2011中5.2.3,规定合成材料面层防滑胶粒及人造草填充胶粒无机填充料应不超过65%。

  GB/T 22517.6-2011规定无机填料的测试方法采用热失重(TG)仪器法,但考虑到该方法称样量过小(10mg左右),对于本身不均匀的合成材料面层,很难保证取样的代表性,因此本标准按照热失重(TG)仪器法的测试原理,采用GB/T 4498.1-2013《橡胶灰分的测定第1部分:马弗炉法》方法A测试灰分的方法,进行无机填料含量的测试,测试温度也与热失重(TG)仪器法相同,规定为(550±25)℃。

  3.1.9 合成材料面层防滑胶粒和人造草填充合成材料颗粒中聚合物总量

  合成材料面层防滑胶粒和人造草填充合成材料颗粒直接暴露于大气环境,也是直接与人体直接接触的固体原材料,它的物理性能和抗老化性能对于整个合成材料面层物理性能和抗老化性能具有重要意义。无论是合成材料面层防滑胶粒,还是人造草填充合成材料颗粒,其弹性和抗老化性能除了与其中的无机填料含量相关外,还与其中的高聚物总量相关,在一定范围内,无机填料含量固定时,高聚物总量越高,其弹性越好,抗老化性能也越好。

  目前我国市场上销售的合成材料面层防滑胶粒和人造草填充合成材料颗粒,品质差异很大。以EPDM颗粒为例,目前市售的颗粒中的高聚物总量从不足10%到30%以上,价格差异很大,选用不同高聚物含量的颗粒对于整个合成材料运动场地面层的造价影响很大,这就造成施工方为降低成本大量使用劣质颗粒,极大的影响了场地的性能和使用寿命。

  为保证颗粒的品质,国外发达国家对其中的高聚物含量都有一定要求,对于保证运动场地的性能发挥了重要作用。为进一步提高中小学合成材料运动场地面层的使用性能和抗老化性能,结合我国的行业发展现状,本标准参考德国DIN 18035-6:2014要求,规定合成材料面层防滑胶粒和人造草填充弹性颗粒中聚合物总量应≥20%。

  3.1.10 合成材料面层的邵氏硬度、压缩复原率、回弹值

  原标准中规定的邵氏硬度、压缩复原率、回弹值,鉴于目前国际、国内相关标准已不再将其作为运动面层物理性能指标,因此在本标准中予以删除。

  3.1.11 物理性能指标的测试方法

  (1)本标准附录A 是参照GB/T 22517.6-2011第6章的内容并根据场地验收专家现场实际测量操作方法和经验整理而成。

  (2)本标准附录B、附录C参照了欧盟标准EN 14808和EN 14809中关于冲击吸收值及垂直变形的测试方法内容。

  (3)本标准附录D参照了国家标准GB/T 22517.6-2011中附录F(规范性附录)抗滑值的检测方法内容。