Ono što zvuči kao šaljivdžija komedije zapravo je solidna znanost. Uz toliko čovjekove svemirske budućnosti koja uključuje staništa, druge strukture i stalnu prisutnost na Mjesecu i Marsu, miješanje betona u svemiru ozbiljan je posao. NASA ima program proučavanja nazvan MICS (Microgravita Investigation of Cement Solidification) koji istražuje kako u mikrogravitaciji možemo graditi staništa ili druge strukture.
Beton je materijal koji se najviše koristi na Zemlji, ne računajući vodu. Češće se koristi od drveta. Također je dugo oko.
Osim izolacijske kvalitete, beton može pružiti i zaštitu od zračenja, a njegova konstrukcijska čvrstoća pruža zaštitu od utjecaja meteorita. Iako to nije jedina opcija za izgradnju građevina, vjerojatno će imati ulogu. Moglo bi završiti kao važan materijal jer se treba prevoziti samo cement, a ne agregat ili voda.
Kao dio MICS-a i srodne studije nazvane MVP Cell-05, NASA i Državno sveučilište Pennsylvania udružili su se s astronautima na ISS-u kako bi miješali beton. Betonova svojstva na Zemlji dobro su razumljiva, ali mikrogravitacija predstavlja još jedan niz okolnosti. Rezultati su objavljeni u Frontiers in Materials, pod nazivom, "Učinak mikrogravitacije na mikrostrukturni razvoj tri kalcijevog silikata (C3S) Zalijepite. "
"Naši eksperimenti usmjereni su na cementnu paste koja beton drži zajedno."
Aleksandra Radlinska, glavna istražiteljica za MICS.
Sam beton je mješavina agregata, koja se sastoji od pijeska, šljunka i stijena, koja se drži zajedno s cementom, a dolazi u dvije vrste: Portland cement ili geopolimerni cement. Kombinirajte sve s vodom, u pravim omjerima, pomiješajte i oblikujte, a kad se očvrsne ili očvrsne, to je izuzetno jaka tvar. Zato još uvijek stoje neke drevne građevine poput rimskih akvadukata, koje su djelomično napravljene betonom.
Unatoč tome koliko je sveprisutna u našem modernom svijetu, još uvijek puno znanstvenika ne zna kako to funkcionira. Ali oni znaju kako se stvrdnjava, tvore kristale koji se međusobno spajaju, s pijeskom i šljunkom, dajući betonu svoju snagu. Znanstvenici su željeli znati više o tome kako se to događa u mikrogravitaciji.
„Naši eksperimenti usmjereni su na cementnu paste koja beton drži zajedno. Želimo znati što raste unutar betona na bazi cementa kada nema fenomena izazvanih gravitacijom, poput sedimentacije “, rekla je Aleksandra Radlinska, glavna istraživačica za MICS i MVP Cell-05.
Što se tiče mikrogravitacije, Radlinska je rekla: "To bi moglo promijeniti raspodjelu kristalne mikro strukture i, na kraju, svojstva materijala."
"Ono što nađemo moglo bi dovesti do poboljšanja betona kako u svemiru tako i na Zemlji", dodala je Rudlinska. "Budući da se cement koristi širom svijeta, čak bi i malo poboljšanje moglo imati ogroman utjecaj."
Omjer vode, agregata i betona potrebnih za proizvodnju betona s određenim svojstvima dobro se razumije ovdje na Zemlji. Ali što je s Mjesecom? Ima samo 1/6 Zemljine gravitacije. Ili Mars koji ima nešto više od 1/3 Zemljine gravitacije. Eksperimenti su zamišljeni da osvijetle ovo pitanje.
U eksperimentu MICS astronauti su imali nekoliko paketa cementa u prahu, u koji su dodali vodu. Potom su u različita vrećica dodavali alkohol da bi zaustavili hidrataciju.
U drugom pokusu, MVP Cell-05, astronauti su također dodavali vodu u pakete cementa, ali koristili su centrifugu na ISS-u za simulaciju različitih gravitacija, uključujući Marsovsku i Lunarnu gravitaciju. Uzorci iz oba eksperimenta vraćeni su na Zemlju na analizu.
Glavni glavni istražitelj za MVP Cell-05 je Richard Grugel. Rekao je: "Već vidimo i dokumentiramo neočekivane rezultate."
Eksperimentiranje je pokazalo da beton pomiješan u mikrogravitaciji ima povećanu mikroporoznost. U uzorcima mikrogravitacije bilo je mjehurića zraka koji nisu prisutni u uzorcima gravitacije Zemlje. To je zbog plovnosti. Na Zemlji bi se mjehurići zraka uzdizali do vrha, a u stvari se beton ponekad mehanički vibrira prije stvrdnjavanja samo kako bi se izbacili mjehurići zraka, što beton može oslabiti.
I MICS i MVP Cell-05 uzorci pokazali su veću kristalizaciju od uzoraka zemlje. 20% veća mikroporoznost u uzorcima mikrogravitacije omogućila je više prostora za kristalizaciju i veće kristale, koji bi trebali stvoriti više čvrstoće. Ali veća mikroporoznost u uzorcima mikrogravitacije stvara i manje gusti beton, što može značiti i slabiji beton. Veličina mikropora u uzorcima mikrogravitacije također je bila za jedan red veća od uzoraka zemlje.
Mikrogravitacijski beton imao je manje taloženja, što znači da se male čestice agregata nisu taložile na dnu tijekom stvrdnjavanja, već se ravnomjernije šire kroz beton. To znači da je beton ujednačeniji, što bi moglo utjecati na čvrstoću.
Ovo je početna studija betona u mikrogravitaciji. Na vrlo malim uzorcima nisu rađeni testovi čvrstoće, pa su bilo kakvi zaključci o čvrstoći preuranjeni. Ali to ukazuje na vrlo različita svojstva između betona 1G i betona mikrogravitacije, što ćemo bez sumnje istražiti u budućnosti.
"Povećana poroznost ima izravan utjecaj na čvrstoću materijala, ali tek moramo izmjeriti čvrstoću materijala koji se stvara u svemiru", rekla je Radlinska u intervjuu za designboom.
Više:
- Studija: Učinak mikrogravitacije na mikrostrukturni razvoj tri kalcijevog silikata (C3S) Zalijepite
- NASA Sciencecast: Cementiranje našeg mjesta u svemiru
- Studija: Proizvodi hidratacije C3A, C3S i Portland cement u prisutnosti CaCO3
- designboom: NASA astronauti istražuju što se događa s betonom kad se on miješa u svemiru
- Udruženje cementa Portland: cement i beton
- Nacionalno svemirsko društvo: beton: potencijalni materijal za svemirsku stanicu
