本文由公眾號 “把科學帶回家” 提供

給孩子最好的科學教育




你見過那種懸索跨海大橋的主纜嗎？


它們都是什么形態的呢？是不是圓柱形的？


可能你覺得這沒什么，因為圓柱形的比較好制造嘛。可是實際上，懸索橋的主纜的形態和大橋的生死存亡密切相關。






關鍵概念


銹蝕



材料和操作



3個鐵釘

3個帶塞子的試管，或者三個能密封的罐子

防潮劑，比如無水氯化鈣，或者食品干燥劑

食用油






把三枚鐵釘分別放到3個試管里。


@Raju’s natural science adacemy


1 在第一個試管里倒入一半生水，塞上塞子。



2 在第二個試管里倒入剛剛煮開的熱水（這樣水里溶解的空氣較少），最后用油封住水面，并塞上塞子。



3 在第三個試管里放入大量防潮劑，然后塞上塞子。



把3個試管放在相同的環境里，等3天后拿出來看。3根鐵釘里，誰生銹了，誰沒有生銹呢？


實際上，如果你的操作沒問題，生銹的應該是泡在一半生水里的那根鐵釘。





原理


這個實驗證明，生銹的必要條件是水，以及空氣。因為光接觸水（第二個試管），以及光接觸干燥空氣（第三個試管）都無法讓鐵釘生銹。


實際上，鋼鐵生銹的條件十分簡單粗暴——在空氣相對濕度小于40%的情況下，鋼鐵就不會生銹。


麻省理工學院（MIT）腐蝕實驗室的材料學教授 H. H. Uhlig 的經典研究發現，相對濕度（水蒸氣的飽和度，絕對濕度與最高濕度之間的比）小于40%時，鋼鐵幾乎無法被腐蝕；相對濕度在40%-60%之間，腐蝕的發生速度較慢；只有在相對濕度超過60%時，鋼鐵才會迅速腐蝕。


H. H. Uhlig 的經典研究發現，相對濕度（水蒸氣的飽和度，絕對濕度與最高濕度之間的比）小于40%時，鋼鐵幾乎無法被腐蝕。


這就是懸索橋面臨的嚴峻考驗。在海風中，懸索橋的主纜持續承受著空氣濕度和具有腐蝕性的物質（如沿海地區空氣中的大量氯化鈉，氯化鎂顆粒）造成的雙重腐蝕。懸索橋的主纜在生命周期內是不能更換的，所以它的腐蝕程度直接決定了大橋的壽命。


這就是懸索橋的主纜必須是圓柱形的重要原因了。



30年代的時候，美國建造了大量懸索橋。當時的防銹方法是，鋼纜被緊密扎起來以后，外面涂一層鉛和亞麻籽做的膩子，然后用纏絲纏繞，再套一個保護層。



但是1996年美國紐約地區的檢測發現，這種方法并不能有效保護主纜，紐約地區懸索橋的腐蝕情況相當嚴重。


1990年，日本一架只有7年歷史的懸索橋的主纜也發生了腐蝕。后來的檢測發現，一些更新的懸索橋也被海風腐蝕了。


后來橋梁工程師們才明白，不管主纜包得多好，濕氣總有辦法鉆到主纜中，因為里面的鋼纜是圓柱形的，圓柱體之間總有縫隙啊。更可怕的是，因為有保護層包裹，主纜被打開檢測的時候，腐蝕的情況往往已經很嚴重了。


1968年，舊金山金門大橋的主纜外部被發現受到了腐蝕。



既然“漏風”問題是纜線的圓柱形態導致的，有沒有辦法利用這個缺陷反敗為勝呢？


利用圓柱形的纜線間的間隙，可以把經過除濕的空氣送入主纜中，防止主纜銹蝕。


1994年開始，日本開始研究把干燥的新風送入主纜中，利用纜線間的縫隙除濕的送風干燥系統，并在瀨戶大橋上首次應用。


瀨戶大橋


這種除濕系統后來被美國、英國、韓國、北歐各國以及我國效仿。國內首個使用除濕系統的是2005年竣工，連接江蘇省的鎮江市潤州區與揚州的潤揚長江公路大橋（是潤揚，不是潤腸）。所以，許多跨海懸索橋的橋面都有一個生產干燥空氣的機房，把干燥的空氣泵入主纜。


2005年竣工通車的潤揚長江公路大橋


總之看完鋼纜除濕防銹的故事我們明白，圓柱形的食物容易卡住奇奇怪怪的氣體，大家注意吃意面的時候少喝可樂，不然容易打嗝放P。

|?ω?｀). 



為什么大橋的鋼纜很圓潤？沒想到這個致命弱點現在成了續命絕招 | 科學DIY

圖文簡介

為什么大橋的鋼纜很圓潤？