塑胶跑道垂直变形检测仪

第一步 前期分析。塑胶跑道的主要成分是聚氨酯，劣质塑胶的可能毒性污染物，主要来源于三个部分：　　①塑胶跑道中使用的溶剂中会挥发含有毒性的甲苯、二甲苯；　　②劣质塑胶跑道中含有重金属催干剂 --铅盐，促进跑道凝固定型，但是重金属铅会造成永久性污染。儿童的皮肤与这种塑胶跑道长期接触后，铅会渗透进身体内部，造成血铅超标，也就是铅中毒。　　③危害最大的，是跑道中使用的有毒塑化剂，它能增加劣质跑道弹性，使其弹性达到国家标准，过量使用甚至将导致男孩绝育。　　第二步 取样 　　在椭圆形跑道上均匀取样外圈跑道和内圈地板橡胶材料，参考GB/T 14833-2011合成材料跑道面层指定的方法对其中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯等溶剂残留进行检测。然后用铝箔包装跑道材料样品，防止挥发，防止传输过程中材料样品被污染。其次，多点采集空气样品(教室、校外、操场)。在椭圆形跑道上方、教室均匀取样空气，并记录天气状况，取样地温湿度，风速等条件，对空气中苯、甲苯、乙苯、二甲苯等挥发性有机物进行检测；取样条件为500ml/min，采集10L。　　第三步 样品前处理　　按照推荐性国家标准《合成材料跑道面层》对送检试样的要求，样品应在固化14天后进行测试。　　样品前处理流程　　第四步 测试分析　　气相色谱质谱联用仪和热解析-气相色谱质谱联用仪　　主要检测仪器　　针对跑道中含有的重金属，参考GB/T 14833-2011合成材料跑道面层中规定的方法对取样跑道橡胶材料中重金属铅、镉、汞、铬含量进行检测；　　针对跑道中使用的塑化剂，参考标准GB/T 22048-2008玩具及儿童用品聚氯乙烯塑料中邻苯二甲酸酯增塑剂进行检测；　　针对委托方描述的部分学生流鼻血现象，会将关注点集中在苯、甲苯、乙苯、二甲苯等挥发性有机物上，补充进行了如下二项针对材料的挥发性有机物测试：　　参考ISO 12219-2：2012气袋法-汽车内饰件和材料的挥发性有机化合物释放量的测试方法，设定一定的模拟挥发温度，对取样跑道材料中苯、甲苯、乙苯、二甲苯等挥发性有机物进行测试；　　参考VDA 278热脱附分析非金属汽车内饰材料中的有机挥发物，设定一定的模拟挥发温度，加速挥发跑道中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯等挥发性有机物，并对挥发物进行定量。

文/张小润（华测检测 建材产品线）[b]1塑胶跑道的发展历史[/b]塑胶跑道又称全天候田径运动跑道，因其具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定等特性，有利于运动员速度和技术的发挥，从而能使其有效地提高运动成绩，同时降低摔伤率。塑胶跑道首次亮相体育馆是在1961年的美国，而我国运动场地合成材料面层的研制则始于1978年。从二十世纪九十年代起，各个经济发达省市开始在中小学建造合成面层运动场地。进入21世纪后，我国教育领域开始重视体育设施水平的提高，塑胶跑道的铺设量更是飞速增长，中国一跃成为塑胶跑道的使用大国。[b]2塑胶跑道[color=#191919]标准的修订背景[/color][/b]为了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。标准自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的建设和使用。然而在2015年，塑胶跑道突然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质量不合格有关，纷纷要求铲除塑胶跑道，“毒跑道”事件一时引发舆论热潮。为了规范市场，保证产品质量，保护学生身体健康，教育部组织修订了《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，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）。随后，教育部装备研究与发展中心组织完成了意见稿，并于2017年10月26日发布通知公开征求意见。2018年5月14日，历时一年多的塑胶跑道新标准 GB 36246-2018《中小学合成材料面层运动场地》正式发布，并将在2018年11月01日强制实施。[b][color=#191919]3[/color][color=#191919] [/color]合成材料面层物理性能指标[/b][table][tr][td=2,1][b]测试项目[/b][/td][td][b]指标[/b][/td][/tr][tr][td=2,1]厚度[/td][td]田径场地平均厚度≥13mm[color=#191919]球类场地平均厚度≥8mm[/color][color=#191919]其他活动场地平均厚度≥10mm[/color][/td][/tr][tr][td=2,1]冲击吸收（%）[/td][td]田径场地35~50球类场地20~50多功能运动场地25~50[/td][/tr][tr][td=2,1]垂直变形（mm）[/td][td]0.6~3.0[/td][/tr][tr][td=2,1]抗滑值（BPN，20℃）[/td][td]田径场地≥47（湿测）球类场地及其他80~110（干测）[/td][/tr][tr][td=2,1]拉伸强度（MPa）[/td][td]渗水型面层≥0.4非渗水型面层≥0.5[/td][/tr][tr][td=2,1]拉断伸长率（%）[/td][td]≥40[/td][/tr][tr][td=1,2]耐老化性能[/td][td]拉伸强度（老化500h后）[/td][td]渗水型面层≥0.4非渗水型面层≥0.5[/td][/tr][tr][td]拉断伸长率（老化500h后）[/td][td]≥40[/td][/tr][tr][td=2,1]无机填料含量要求[/td][td]≤65%[/td][/tr][tr][td=2,1] 防滑胶粒高聚物含量要求[/td][td]≥20%[/td][/tr][tr][td=2,1]阻燃性能/（级）[/td][td]I[/td][/tr][/table][b] 4物理指标重要性说明[/b][color=#191919]4.1[/color][color=#191919]厚度[/color][color=#191919]，即[/color][color=#191919]合成材料面层表面与其底面之间的总垂直距离[/color][color=#191919]。[/color][color=#191919]厚度[/color][color=#191919]的薄厚将[/color][color=#191919]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[/color][color=#191919]。[/color][color=#191919]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。[/color][color=#191919]旧[/color][color=#191919]标准对面层厚度[/color][color=#191919]的[/color][color=#191919]规定[/color][color=#191919]较为繁冗复杂[/color][color=#191919]，[/color][color=#191919]新标准简化了场地类型，也提高了最低厚度要求。[/color][color=#191919]4.2冲击吸收，即合成材料面层对冲击力的减缓性能，表征合成材料运动场地在受到冲击时，对势能的吸收性能，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，合成材料运动场地对能量的吸收能力就越强，对青少年的足底、脚踝、膝盖等部位的冲击就越弱。良好的冲击吸收性能让使用者进行较长时间的体育锻炼而不至于受到长期的慢性伤害。[/color][color=#191919]4.3垂直变形，即受力面垂直方向上的变形。垂直变形的数值大小可以客观地反映材料的柔软性。对于塑胶跑道来说，垂直变形越大，场地表面就越软。同时，如果场地的冲击吸收值越大，垂直变形值也相应变大，场地对青少年的运动保护性能就越好。新国标参照欧盟及国内现有相关标准，[/color][color=#191919]将垂直变形规定为0.6 mm～3 mm[/color][color=#191919]的合理范围值[/color][color=#191919]。[/color][color=#191919]4.4抗滑值，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。抗滑值大小能衡量运动人群在运动场地的安全保护程度。同时，运动场地的抗滑值并不是越大越好，如若太大，将会影响青少年的运动，故抗滑值应该也设定一个上限。新国标考虑到中小学校在雨天很少进行户外体育活动，针对不同场地类型设定了不同的抗滑值要求。[/color][color=#191919]4.5拉伸强度，指在拉伸试验中，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，新国标在数值设定上，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。同时，为了验证运动场地面层材料耐老化的特性，新国标要求老化试验后，拉伸强度和拉断伸长率仍应符合加速老化前的指标要求。[/color][color=#191919]4.6无机填料含量。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。[/color][color=#191919]4.7[/color][color=#191919]高聚物含量[/color][color=#191919]。[/color][color=#191919]合成材料面层防滑胶粒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。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。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[/color][color=#191919]可能[/color][color=#191919]为降低成本大量使用劣质颗粒，[/color][color=#191919]从而[/color][color=#191919]极大[/color][color=#191919]地[/color][color=#191919]影响场地的性能和使用寿命。为保证颗粒的品质，[/color][color=#191919]并[/color][color=#191919]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%。[/color][b]5合成材料面层化学性能指标[/b][table][tr][td=1,9][align=center]有害物质限量[/align][/td][td][align=center]3种邻苯二甲酸酯类化合物（DBP、BBP、DEHP）总和（g/kg）[/align][/td][td][align=center]≤1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]3种邻苯二甲酸酯类化合物（DNOP、DINP、DIDP）总和（g/kg）[/align][/td][td][align=center]≤1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]18种多环芳烃总和（mg/kg）[/align][/td][td][align=center]≤50≤20[sup]a[/sup][/align][/td][/tr][tr][td][align=center]苯并芘/（mg/kg）[/align][/td][td][align=center]≤1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]短链氯化石蜡（g/kg）[/align][/td][td][align=center]≤1.5[/align][/td][/tr][tr][td]4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷（MOCA）/（g/kg）[/td][td][align=center]≤1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]游离甲苯二异氰酸酯(TDI)和游离六亚甲基二异氰酸酯（HDI）总和（g/kg）[/align][/td][td][align=center]≤0.2[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]游离二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）/（g/kg）[/align][/td][td][align=center]≤1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]可溶性重金属[/align][/td][td][align=center]铅≤50、镉≤10、铬≤10、汞≤2[/align][/td][/tr][tr][td=1,5][align=center]有害物质释放速率[/align][/td][td]总挥发性有机化合物（TVOC）（mg/（m[sup]2[/sup]• h））[/td][td][align=center]≤5.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]甲醛（mg/（m[sup]2[/sup]• h））[/align][/td][td][align=center]≤0.4[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]苯（mg/（m[sup]2[/sup]• h））[/align][/td][td][align=center]≤0.1[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]甲苯和二甲苯、乙苯总和（mg/（m[sup]2[/sup]• h））[/align][/td][td][align=center]≤1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]二硫化碳[/align][/td][td][align=center]≤7.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center] [/align][/td][td][align=center]气味等级/级[/align][/td][td][align=center]≤3[/align][/td][/tr][/table][b]6化学性能重要性说明6.1有害物质限量[/b][color=#191919]6.1.1邻苯二甲酸酯类化合物。[/color][color=#191919]苯二甲酸酯主要用于聚氯乙烯材料，令聚氯乙烯由硬塑胶变为有弹性的塑胶，起到增塑剂的作用，应用广泛。但该类物质在人体和动物体内发挥着类似雌性激素的作用，可干扰内分泌。此外，2[/color][color=#191919]017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构[/color][color=#191919]将[/color][color=#191919]二（2-乙基己基）邻苯二甲酸酯[/color][color=#191919]（D[/color][color=#191919]EHP[/color][color=#191919]）列为[/color][color=#191919]2B类致癌物。[/color][color=#191919]合成材料面层中可能加入该类物质作为增塑剂，故其限值应从严限制。[/color][color=#191919]6.1.2[/color][color=#191919] [/color][color=#191919]18种多环芳烃总和及苯并芘。[/color][color=#191919]多环芳烃（[/color][color=#191919]PAHs[/color][color=#191919]）是指分子中含有两个或以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物。有些多环芳烃还含有氮、硫和环戊烷，常见的具有致癌作用的多环芳烃多为四到六环的稠环化合物。苯并芘是人类发现的第一个环境化学致癌物，且致癌性很强，故常以苯并芘作为多环芳烃的代表。[/color][color=#191919]PAHs[/color][color=#191919]会存在于合成材料或橡胶制品中，考虑到其致癌性，含量也应从严限制。[/color][color=#191919]6.1.3短链氯化石蜡。[/color][color=#191919]石蜡烃的氯化衍生物，具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优点，可用作合成材料面层阻燃剂和聚氯乙烯辅助增塑剂。根据欧盟化学物质信息系统，短链氯化石蜡（C[/color][color=#191919]10~C13[/color][color=#191919]）属于可能致癌的物质，长期接触可能引起皮肤干裂，可增加鼠类肝、甲状腺、肾的腺瘤和癌的发病率，并对水生生物有剧毒，可能对水生环境造成长期有害影响，是具有持久性、生物积累性、有毒物质的一类化合物。新国标参照欧盟法案规定，设定相同限量值小于等于1.5[/color][color=#191919]g/kg[/color][color=#191919]。[/color][color=#191919]6.1.4[/color][color=#191919] [/color][color=#191919]4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷（MOCA）[/color][color=#191919]M[/color][color=#191919]OC[/color][color=#191919]主要用作现浇型聚氨酯材料的扩链剂，已于2015年被列入我国《危险化学品目录》。哺乳动物试验表明MOCA能增加大鼠肺腺癌、肝腺瘤和肝癌、乳腺癌和乳腺纤维肿瘤等癌症效应水平，是疑似致癌物，在我国致癌性分类中为1A类（欧盟为1B类），应进行限值要求。[/color][color=#191919]6.1.5异氰酸酯类化合物[/color][color=#191919]异氰酸酯类化合物是聚氨酯类塑胶场地施工中的重要原料，施工时异氰酸酯组份与多元醇组份发生聚合反应生成大分子固体材料。MDI、TDI和HDI都被列入《危险化学品目录（2015版）》，属于1类皮肤和呼吸道致敏物。此类产品主要危害，一是挥发在空气中的蒸气会对人体呼吸道的刺激危害，二是异氰酸酯液体接触到身体皮肤和黏膜所产生的刺激损害。检测数据显示，合成材料运动场地面层中极少检出游离异氰酸酯。但出于对学生健康的保障，新国标对成品中的游离异氰酸酯含量进行了限定。[/color][color=#191919]6.1.6可溶性重金属[/color][color=#191919]由于室外运动场地受阳光照射、气流的影响，合成材料面层材料有可能形成可吸入颗粒物，因此除通过皮肤接触暴露外，还有可能通过呼吸道危害中小学生健康。因此，有必要规定可溶性重金属的含量限值。[/color][color=#191919]铅可作为聚氨酯材料的催化剂或者塑胶跑道面层的颜料存在于合成材料面层中。铅暴露对绝大多数的生物都有毒。青少年是铅中毒的易感人群，铅暴露严重损害身心健康，造成包括大脑和神经系统损伤、生长发育缓慢、学习和行为问题、听力和语言障碍等危害。[/color][color=#191919]镉是一种生物蓄积性强、毒性持久、具有“三致”作用的重金属，摄入过量的镉对生物体的危害极其严重，导致肾脏、肝脏、肺部、骨骼、生殖器官的损伤，对免疫系统、心血管系统等具有毒性效应，进而引发多种疾病。[/color][color=#191919]汞是一种全球性的污染物，主要通过水生食物链进行生物累积，对儿童造成严重的健康危害。[/color][color=#191919]环境中的铬主要以Cr[/color][sup][color=#191919]3+[/color][/sup][color=#191919]和Cr[/color][sup][color=#191919]6+[/color][/sup][color=#191919]两种价态存在。Cr[/color][sup][color=#191919]3+[/color][/sup][color=#191919]是人体必需的微量元素。金属铬和Cr[/color][sup][color=#191919]3+[/color][/sup][color=#191919]的毒性很小[/color][color=#191919]。但[/color][color=#191919]Cr[/color][sup][color=#191919]6+[/color][/sup][color=#191919]为强氧化剂，对皮肤、黏膜有刺激和腐蚀作用，已确认为致癌物，其毒性是Cr[/color][sup][color=#191919]3+[/color][/sup][color=#191919]的100倍。[/color][color=#191919]急性暴露于Cr[/color][sup][color=#191919]6+[/color][/sup][color=#191919]的情况下，出现呼吸短促、咳嗽和气喘；慢性暴露出现隔膜穿孔和溃疡、支气管炎、肺功能降低、肺炎等其它呼吸道效应。[/color][b]6.2有害物质释放速率[/b][color=#191919]6.2.1总挥发性有机化合物[/color][color=#191919]总挥发性有机化合物是一类有害物质的总释放量，相比于单项目标物的控制，采用该项指标可以有效避免目标物的遗漏。[/color][color=#191919]6.2.2甲醛[/color][color=#191919]甲醛是胶粘剂中常见的一种有害物质，塑胶跑道施工过程中使用了大量胶粘剂，其中部分种类的胶粘剂可能含有甲醛并以游离的形式释放到空气中，从而给人类身体健康带来危害。甲醛强烈的刺激性，容易对学生的呼吸道产生严重负面影响。[/color][color=#191919]6.2.3苯和苯系物[/color][color=#191919]塑胶面层原料中可能含有的苯和苯系物是对人体危害较大的一类有害物质，苯的毒性最大，是典型的中枢神经危害物和致白血病物质；甲苯、二甲苯、乙苯的毒性及化学性质相似，对人体也会产生严重危害。[/color][color=#191919]6.2.4二硫化碳[/color][color=#191919]二硫化碳是损害神经和血管的毒物，急性中毒表现为头晕、头痛、眼及鼻粘膜刺激症状，重度中毒可呈短时间的兴奋状态，继之出现谵妄、昏迷、意识丧失，并可因呼吸中枢麻痹而死亡。橡胶需要通过硫化把塑性的胶料转变成具有高弹性的橡胶，二硫化碳是重要的反应溶剂。尽管硫化温度较高，但是二硫化碳可能以单体形式被包裹在橡胶的网状结构中，没有挥发完全。在后期的使用过程中，紫外线、温湿度和表层材料的破损等自然或人为情况会导致游离二硫化碳重新被释放出来，造成学生健康损害。[/color][b]6.3 气味等级[/b][color=#191919]“有害的化学物质不一定有气味，有气味的化学物质也不一定有害”，但是运动场地的气味是使用者可直接感受到的，刺激性气味会引起使用者的强烈不适。气味评定一共分为五个等级，而新标准规定小于等于3级才算合格，希望通过这样严格的把关，对有害物质以及整个合成材料进行有效控制。[/color][color=#191919]近年来，国家和各地方政府陆续针对塑胶跑道出台和优化了一系列标准，严格限制不合格产品流入市场和学校，随着新的强制性国标推出，塑胶跑道的市场和使用必将得到进一步规范，学生的健康安全将会得到更加稳固的保障。[/color]