塑胶跑道中有害物质含量及释放量检测研究与分析

郭舒

（1.安徽省建筑科学研究设计院绿色建筑与装配式建造安徽省重点实验室，安徽 合肥 230032；2.安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230032）

1 概述

随着我国经济的飞速发展，塑胶跑道在全国体育场及校园范围内大规模铺设，用在幼儿园及中小学校园操场的尤其多[1]。塑胶跑道的原材料主要包括聚氨酯 （PU）、废旧轮胎以及三元乙丙橡胶（EPDM）等，其具备易着色、弹性好等诸多优势，受到国内外业界人员的广泛认可，成为田径场地坪材料的最佳选择之一。然而传统的塑胶跑道原材料中的聚氨酯PU常用甲苯二异氰酸酯(TDI)与羟基化合物反应制得，含有残余有毒有害成分，且跑道铺设过程中使用的胶水在紫外线的照射下常挥发出有毒气体[2,3]。中小学生长期接触此类有毒气体会出现气管炎、哮喘等病症，严重危害其身体健康。近些年我国出现了多起中小学生莫名鼻出血及皮肤瘙痒等状况，后经有关部门核实大多与塑胶跑道质量不合格相关[4]。因此，2018年针对中小学合成材料面层颁发新的标准规范：《中小学合成面层运动场地》（GB36246-2018），有效地扼制了“毒跑道”事件的发生。塑胶跑道有害物质的检测作为其质量验收的重要环节，更是重中之重。目前，工程上常采用色谱法以及气相色谱-质谱法、分光光度法等方法对有害物质的种类及含量进行检测，本文主要对以上检测方法进行论述。

2 有害物质来源及毒性分析

塑胶跑道一般使用浇筑法铺设完成。该法先将合成聚氨酯PU的TDI、羟基化合物以及扩链剂3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷(MOCA)与各类催化剂、抗氧化剂等按照一定比例混合均匀，然后将混合好的混合物均匀浇筑于跑道基础面上，通过一段时间的固化反应形成。同时，为了使跑道各层面间连接牢靠，常使用胶水对其连接。塑胶跑道施工完成后，残留的有机物原料及胶水在紫外线的照射下会产生多种有毒挥发性气体，主要的有TVOC、甲醛、苯类化合物以及二硫化碳等。现行的《合成材料跑道面层》（GB/T 14833-2011）[5]仅对塑胶跑道有毒成分的含量进行了相关规定，而《中小学合成材料面层运动场地》（GB 36246-2018）[6]对塑胶跑道有害物质的含量及有害物质释放量均进行了相关规定。

TDI对人体的危害主要表现为致敏和刺激，中小学生的身体抵抗力较弱，吸入TDI后极易导致流泪、咳嗽、胸闷等情况，长期吸入后还有可能有致癌风险。

甲醛主要来自于跑道中残留的胶水，其自身在空气中极易挥发，对人体的眼、鼻有强烈刺激作用，长期吸入同样具备致癌风险。

苯类化合物主要包括苯及甲苯、二甲苯，其中苯、甲苯等也极易挥发，属于一级致癌物，长期吸入会对人体的神经系统和呼吸系统造成极大损害。

3 有害物质含量及释放量的检测

由上文可知，塑胶跑道在紫外线照射下产生的有毒挥发性气体会对人体的健康造成极大危害，故对其检测并根据结果采取措施控制其在空气中的含量显得至关重要。对有毒挥发性气体进行检测主要分为采样及气体检测这两个步骤，下文主要对这两个步骤进行详述。

3.1 气体采样途径

对塑胶跑道上方空气进行采样的方法主要有直接采样和浓缩采样两种。直接采样法适用于空气中挥发性气体浓度高且检测方法灵敏度高的情况，该法得到的是空气中瞬时浓度或短时间内的平均浓度，主要分为注射器采样、气袋采样等采样途径；浓缩采样适用于空气中挥发性气体浓度较低的情况，该法检测的结果是采样时间内空气中挥发性气体的平均浓度，主要包括溶液吸收法和吸附剂阻留法。在实际检测过程中，通常将两种采样途径相结合，提高测试结果的准确性，需要注意的是，对采取的气体样品需尽快检测分析，以减少误差。

3.2 有害物质含量及释放量的检测方法

3.2.1 气相色谱、气相色谱 -质谱法

气相色谱法的原理主要是利用混合气体中每种气体物理性质的不同对每种气体进行区分，进而对其含量进行检测。气相色谱法检测挥发气体中的甲苯有很好的效果。对甲苯含量进行检测时，需要按照相关规范要求配置一系列不同浓度的甲苯样品，绘制出标准曲线，然后在相同的试验条件下得出被测气体的测试曲线，然后与标准曲线进行对比，进而获得被测气体中的甲苯含量。已有的研究表明[7]：被测气体样品在6h内进行甲苯含量检测能获得较好的效果，故对获得的气体应尽快进行检测，避免测得的结果误差性较大。

气相色谱-质谱法即在气相色谱中对有机化合物进行有效的分离，使其中的化合物逐个进入质谱仪的离子源，真空中利用电子束轰击待测化学物质的分子，将该分子打散成一个一个的带电荷的分子离子片段，再根据质谱仪上各个分子离子片段的出峰位置和强度，最终显示出各个离子的分子量以及相应浓度。该法在《中小学合成材料面层运动场地》（GB 36246-2018）中得到了充分的利用，利用气相色谱-质谱联用法使得检测结果更加可靠。

3.2.2 分光光度法

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。它具有灵敏度高、操作简便、快速等优点。原子吸收分光光度法主要用于塑胶跑道原材料及合成面层成品试样中的重金属含量的测定；可见分光光度法主要用于检测塑胶跑道非固体原料中的游离甲醛含量以及合成面层成品样块中在小型环境舱中甲醛释放量的测定。

3.2.3 小型环境舱法

随着科技的不断的进步，近些年已经可以对塑胶跑道的成品样块进行相关模拟试验。针对现浇型和预制型面层成品中的有害物质释放量，将成品样块按照规定的舱荷比放置于环境舱中，设置舱内空气的温度、湿度以及交换速率等条件，稳定后测试其有害物质挥发物的释放量。该法省去了现场采样的不确定因素，同时可以对每种塑胶跑道成品样块的有害物质释放量进行评测，为不同的塑胶跑道成品样块在实际中的应用提供可靠的数据。

4 结论

校园塑胶跑道作为深受中小学生青睐的一种运动场地，保障其质量合格就是保障中小学生的身体健康，不容忽视。要想从源头上杜绝“毒跑道”现象的发生，就要从源头上采取措施，从原材料、施工流程以及后期维护等多途径出发，将责任落实到每一个相关部门，让责任跑在每一个环节前面，防患于未然，才能净化校园中跑道上方的空气，还中小学生一个健康的成长环境。作为检测单位，同样应在原材料上保障塑胶跑道原材料质量的合格，坚决不让不合格的原材料进入校园，为校园跑道环境的净化提供自己的力量。