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  给孩子最好的科学教育

  你见过那种悬索跨海大桥的主缆吗？

  它们都是什么形态的呢？是不是圆柱形的？

  可能你觉得这没什么，因为圆柱形的比较好制造嘛。可是实际上，悬索桥的主缆的形态和大桥的生死存亡密切相关。

  关键概念

  锈蚀

  材料和操作

  3个铁钉

  3个带塞子的试管，或者三个能密封的罐子

  防潮剂，比如无水氯化钙，或者食品干燥剂

  食用油

  把三枚铁钉分别放到3个试管里。

  @raju’s natural science adacemy

  1 在第一个试管里倒入一半生水，塞上塞子。

  2 在第二个试管里倒入刚刚煮开的热水（这样水里溶解的空气较少），最后用油封住水面，并塞上塞子。

  3 在第三个试管里放入大量防潮剂，然后塞上塞子。

  把3个试管放在相同的环境里，等3天后拿出来看。3根铁钉里，谁生锈了，谁没有生锈呢？

  实际上，如果你的操作没问题，生锈的应该是泡在一半生水里的那根铁钉。

  原理

  这个实验证明，生锈的必要条件是水，以及空气。因为光接触水（第二个试管），以及光接触干燥空气（第三个试管）都无法让铁钉生锈。

  实际上，钢铁生锈的条件十分简单粗暴——在空气相对湿度小于40%的情况下，钢铁就不会生锈。

  麻省理工学院（mit）腐蚀实验室的材料学教授 h. h. uhlig 的经典研究发现，相对湿度（水蒸气的饱和度，绝对湿度与最高湿度之间的比）小于40%时，钢铁几乎无法被腐蚀；相对湿度在40%-60%之间，腐蚀的发生速度较慢；只有在相对湿度超过60%时，钢铁才会迅速腐蚀。

  h. h. uhlig 的经典研究发现，相对湿度（水蒸气的饱和度，绝对湿度与最高湿度之间的比）小于40%时，钢铁几乎无法被腐蚀。

  这就是悬索桥面临的严峻考验。在海风中，悬索桥的主缆持续承受着空气湿度和具有腐蚀性的物质（如沿海地区空气中的大量氯化钠，氯化镁颗粒）造成的双重腐蚀。悬索桥的主缆在生命周期内是不能更换的，所以它的腐蚀程度直接决定了大桥的寿命。

  这就是悬索桥的主缆必须是圆柱形的重要原因了。

  30年代的时候，美国建造了大量悬索桥。当时的防锈方法是，钢缆被紧密扎起来以后，外面涂一层铅和亚麻籽做的腻子，然后用缠丝缠绕，再套一个保护层。

  但是1996年美国纽约地区的检测发现，这种方法并不能有效保护主缆，纽约地区悬索桥的腐蚀情况相当严重。

  1990年，日本一架只有7年历史的悬索桥的主缆也发生了腐蚀。后来的检测发现，一些更新的悬索桥也被海风腐蚀了。

  后来桥梁工程师们才明白，不管主缆包得多好，湿气总有办法钻到主缆中，因为里面的钢缆是圆柱形的，圆柱体之间总有缝隙啊。更可怕的是，因为有保护层包裹，主缆被打开检测的时候，腐蚀的情况往往已经很严重了。

  1968年，旧金山金门大桥的主缆外部被发现受到了腐蚀。

  既然“漏风”问题是缆线的圆柱形态导致的，有没有办法利用这个缺陷反败为胜呢？

  利用圆柱形的缆线间的间隙，可以把经过除湿的空气送入主缆中，防止主缆锈蚀。

  1994年开始，日本开始研究把干燥的新风送入主缆中，利用缆线间的缝隙除湿的送风干燥系统，并在濑户大桥上首次应用。

  濑户大桥

  这种除湿系统后来被美国、英国、韩国、北欧各国以及我国效仿。国内首个使用除湿系统的是2005年竣工，连接江苏省的镇江市润州区与扬州的润扬长江公路大桥（是润扬，不是润肠）。所以，许多跨海悬索桥的桥面都有一个生产干燥空气的机房，把干燥的空气泵入主缆。

  2005年竣工通车的润扬长江公路大桥

  总之看完钢缆除湿防锈的故事我们明白，圆柱形的食物容易卡住奇奇怪怪的气体，大家注意吃意面的时候少喝可乐，不然容易打嗝放p。

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