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科技环境

探锈止锈:亚琛工大助杭州湾大桥站稳百年

2008年5月,中国建成了长达36公里的杭州湾大桥。建设者们希望这座桥长命百岁。然而所面临的一个问题是混凝土里面的钢筋会生锈。德国亚琛工大帮助中国解决了这个问题。

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世界之最 - 杭州湾大桥

长36公里的杭州湾大桥是中国最长的跨海大桥,它把上海和宁波之间的交通距离缩短了120公里。这座大桥用了许多先进技术,其中包括一种高科技探头。桥墩混凝土中的钢筋一旦生锈,这些小东西就可以及时探出。这种探头是德国亚琛工大米歇尔·劳帕赫(Michael Raupach)教授当年在做博士论文的过程中发明的。任教后,他进一步完善着他的这一发明。他解释道,为什么中国最长的桥梁需要这种探头:“钢筋混凝土一方面由混凝土组成,这东西可以承受很大的压力,但是受不了拉力,在拉的情况下,它就断裂了。为了让它不至于断裂,就要把钢筋埋在里面。”

亚琛探头杭州建奇功

但众所周知,钢是会生锈的,尤其是在与盐接触的情况下。而造价达14亿美元的杭州湾大桥的桥墩都是立在海水里的。劳帕赫教授介绍道,海水含有大量的盐份,而这些盐份会渗透混凝土,使钢筋生锈。然后就会出现裂缝,当然就会造成大问题。

这座巨大的桥梁规定使用寿命为100年。如果只有50年寿命,从经济上看就得不偿失了。所以设计师们在设计时就考虑了,在100年里发生什么问题。问题之一就是混凝土里的钢筋会生锈。宁波大学一名教授曾经在德国读书,知道亚琛工大有这么一个铁锈预警器项目。他与劳帕赫教授取得了联系,于是这些探头就去了中国。德国工程师组成员约尔格·哈尔尼施(Joerg Harnisch)这样介绍这些探头的作用方式。他说:“这些探头利用生锈过程的电子化学特性。这么说吧,通过电流的帮助,人们可以得知铁里面的锈是怎么个情况。每一个因锈而解体的部分都与一定的电流量相应,而这个电流量是可以测量出来的。这个探头的工作原则就是这样。”

德中合作百年大计

劳帕赫教授介绍道,他们把这些探头安装在杭州湾大桥桥墩的下部,即桥墩没在海水下面的部分,从探头那里有一根电缆通往桥墩的中空部分,桥墩的中空部分人是可以下去的,那里的壁上安着测量盒。他们每年测量一至二次。这就足够了。

探头只有半个电脑键盘大,本身不需要电源。一旦钢铁生锈,就会释放出能量,这能量即为探头所用。如果从外部外部引入电源,这些探头就无法用100年。所有的元件的长期可用性都是要考虑到的,比如电缆是用特氟隆包起来的。劳帕赫教授解释道。他说:“特氟隆是一种实际上不会老化的塑料,可以经受住所有化学物质的腐蚀。”

亚琛工大的专家们认为,杭州湾大桥在最近几年里不会出现危险的生锈现象。如果发生生锈现象,亚琛工大和宁波大学的科学家们可以在互联网上联系通报。在生锈的情况下,亚琛工大的专家们也有对付办法:他们将从外部把准确定量的电流导入混凝土内,准确地导至生锈的地方。这一电流虽然不能消除已生出的锈,但可以阻止锈的蔓延,也就是说,阻止腐蚀的电子化学过程。在这个领域里,亚琛工大的科学家们也是专家,受到全世界的重视。

作者:Ingo Wagner / 平心

责编:李京慧