淺談運動面層材料的物理機械性能

謝韻 熊英

摘要：當前，常用的合成材料彈性面層有塑膠、丙烯酸、硅PU、人工草坪等。本文詳細分析了運動面層材料的物理機械性能。

關鍵詞：運動面層材料;分類;物理性能

隨著公眾校園安全需求的增長，將跑道安全的關注度推向高潮。教育部高度重視，采取一系列措施及時介入指導，并邀請專業監測機構現場抽樣檢測，以便在最短時間內控制惡性事件的蔓延。在這一系列事件推動中，更加了解到，跑道運動面層材料的化學性能對學生有著顯著影響，有毒的運動面層材料會對學生身體健康產生很大的負面影響及危害。運動面層材料的環保問題能在短時間內被人感受到，主要從感受到積累不適感再到爆發。經常忽略了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過程，可能會造成持續性損傷，最終形成不可逆破壞。

一、運動場地面層簡介

運動場地面層是指場地的表面層，能滿足運動項目所需的摩擦、保護、標識、色彩、反光等特性要求。按材料分為合成面層和非合成面層，其中，合成面層又稱為全天候面層，是高分子合成材料制成的面層，有現場拌和材料鋪設，也有現場卷材或塊狀材料鋪設。而非合成面層又稱為天然材料面層，是最環保的場地面層材料，廣泛用于室外體育項目，如網球、籃球、排球、橄欖球、棒壘球、足球、沙灘足球、沙灘排球和滑冰滑雪項目，以及室內體育項目中，如籃球、排球、羽毛球、健身操、體育舞蹈等。運動場地面層的選用應根據使用功能、環境和投資確定。

二、運動面層材料類型

1、塑膠。塑膠主要材料為聚氨酯塑膠彈性體，廣泛應于各類田徑場、羽毛球場、網球場、籃球場等場地。根據材料結構不同劃分為：全塑型、復合型、混合型和透氣型，可適應對不同場合和成本的要求。塑膠場地具有平整度好、抗壓強度高、硬度彈性適當、物理性能穩定的特性，雨后能立即使用，增加利用時間，提高場地使用率。具有適度的彈性及反彈力，有利于速度和技術的發揮，降低運動傷害。具有一定的抗紫外線能力和耐老化力，透氣性和疏水性好，使用壽命7～8年。強度高，能滿足各種高強度運動和運動機械的滾壓。對基礎要求不高，能在水泥混凝土地面或瀝青混凝土基層上使用。

2、丙烯酸。以丙烯酸為主要材料，適量加入石英砂，經多遍涂敷在場地基層。丙烯酸適用于籃球場、網球場、羽毛球場、排球場等場地。按材料工藝分為硬地、彈性丙烯酸。丙烯酸材料綠色環保，有極強的抗紫外線性能，適用于各種氣候條件，維護保養便利，顏色鮮艷持久不退，使用壽命在5年以上。其中硬地丙烯酸建設費用低、耐磨性好，彈性丙烯酸減震性好，可減輕腳部和腿部所受震動。由于丙烯酸面層厚度較薄，對基層要求高，一般采用瀝青混凝土基層，混凝土基層容易出現細小裂縫影響面層質量需預先處理。施工對天氣和氣溫有嚴格要求，場地潮濕、溫度不達標均會影響施工質量。施工周期長，硬地丙烯酸涂層數量有7層，彈性丙烯酸涂層數量達11層。

3、硅PU。硅PU是一種以聚氨酯（PU）材料與含有有機硅成分的材料復合在一起生產出來新型場地材料。適用于籃球場、網球場、排球場、羽毛球場、體操場等場地。上硬下彈上層結構，彈性穩定均勻。耐候性好，自然環境下長期保持鮮艷色彩，使用壽命在8年以上。無需特別的維護保養，清潔容易。材料環保安全無味。可直接在新舊混凝土基層上使用，減少基礎地面處理成本。

4、人造草坪。人造草坪是以仿草葉狀的合成纖維植入機織基布，背面涂布起固定作用的涂層。廣泛應用于足球場、網球場、籃球場等各種運動場地。可全天候持續使用，透水透氣不受雨雪天氣影響，場地使用率高，使用壽命可達10年左右。材質符合環保要求，安全無毒，富有彈性，阻燃性好。成品施工，施工周期快，維護簡單，養護費用低。場地線條采用不同顏色草坪裁剪拼接而成，無需單獨劃線，整體性好。對基礎質量要求不高，可在硬土或混凝土基層直接鋪設。

三、運動場地面層材料行業發展

運動場地面層材料市場熱度高漲，其應用市場得到跨越式發展的根本原因在于技術、安全、品種的革新。用戶需求的爆發式增長豐富了運動場地面層材料的應用市場。一方面，運動場地面層材料的產業鏈中原料及供應商的進一步推動，有利于產業源端的重組升級，優化產業流程;另一方面，運動場地面層材料技術、品質、品種的更新迭代，有利于產品的不斷升級和質量改進，進一步滿足用戶的新需求，有利于產業進一步發展。

四、運動面層材料物理性能

在教育部教育裝備研發中心牽頭帶領下，中國建材檢測認證集團有限公司、清華大學等多家檢測機構、生產和施工企業共同起草了GB 36246-2018《中小學合成材料面層運動場地》，于2018年5月14日發布，同年11月1日正式實施。該標準列出了運動合成面層材料的一系列環保性能指標，還提出了物理性能指標。標準中現澆與預制面層的物理性能指標包括：沖擊吸收、垂直變形、防滑值、拉伸強度、拉斷伸長率和阻燃性。合格判定指標如表1所示。

五、沖擊吸收與垂直變形

GB36246-2018《中小學合成材料面層運動場地》中沖擊吸收及垂直變形兩項指標主要與人體在運動中的保護性能有關，指標的設定涉及材料學、動力學、運動健康、人體骨骼等多方面。中小學生正處于一個好動年齡，充滿活力、好奇心、好勝心，干勁十足，但在活動中難免發生碰撞，甚至造成嚴重傷害，好的運動面層材料能保護中小學生骨骼在生長發育階段不受磕破、扭曲和折斷等，保護其骨骼正常健康的發育過程。

沖擊吸收性能部分反映了材料的硬度及回彈性，而垂直變形性能反映了運動面層材料的壓縮復原性。因此，這兩個指標是衡量運動面層材料物理機械性能的首要指標。

檢測中研究了大量檢測數據，發現影響運動面層材料的沖擊吸收性能與其厚度有一定關聯。相同配方、材質送檢樣品，厚度不同，沖擊吸收性能可能會差很多，特別是當現場抽樣田徑場地樣品厚度小于12mm、球類場地樣品厚度小于6mm時，三個溫度的沖擊吸收性能往往不合格。當樣品厚度滿足標準要求時，沖擊吸收性能通常與運動面層材料的孔隙率或填充的彈性泡沫粒子有關。重物在20kg和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吸收重物沖擊能量，從而有效降低返回能量。一方面，這種壓縮變形由材料本身彈性引起，另一方面，由施工成型過程中材料中的一些微小泡孔引起，這種孔壁厚而有彈性的閉孔泡孔能有效吸收一些重物產生的能量。在相同泡孔密度條件下，材料的壓縮應變越大，其吸收沖擊能量越大，在相同壓縮應變前提下，泡孔多的運動面層材料沖擊能量吸收優于泡孔密度少的材料。提高沖擊能量吸收的另一種方法是在材料中添加彈性泡沫粒子，在檢測中，泡沫粒子在同一位置的3次沖擊很難達到壓實應變，這更有利于回彈和反復吸收每次沖擊能量。

垂直變形性能與沖擊吸收性能原理相似。當運動面層材料彈性好時，受力后材料在垂直方向上的變形基本滿足標準要求的0.6～3.0mm范圍。GB 36246-2018《中小學合成材料面層運動場地》對垂直變形性能無太多的溫度要求，但沖擊吸收性能檢測有三個溫度點要求，即2℃、232℃和502℃，許多檢測樣品在2℃時通過率不高，主要原因是材料耐低溫性差，低溫下易硬化。

綜合性能符合標準要求的運動面層材料往往需從無毒無刺激性原材料、配方和施工鋪設技術方面相互支持。隨著技術的進步，未來的運動面層材料將繼續向系統化、多樣化、環保化和高性能方向發展。

總之，隨著運動面層材料越來越受人們的關注，監管部門對其和跑道行業的健康發展高度重視，相信未來我國運動面層材料將更加標準化，達到標準要求。同時，檢測機構也要責無旁貸地控制好最后一道關，控制運動面層材料，從而為教育和體育事業做出一定貢獻。

參考文獻：

[1]GB36246-2018.中小學合成材料面層運動場地[S].

[2]劉鵬程.淺談運動面層材料的物理機械性能[J].中國建材科技，2019（05）.89588FA8-8A0F-488A-BE97-6CD1A55DD2B2