Kar zveni kot šaljiv komedija, je pravzaprav trdna znanost. S toliko vesoljske prihodnosti človeštva, ki vključuje habitate, druge strukture in stalno prisotnost na Luni in Marsu, je mešanje betona v vesolju resen posel. Nasa ima študijski program z imenom MICS (Microgravita Investigation of Cement Solidification), ki preučuje, kako bi lahko gradili habitate ali druge strukture v mikrogravitaciji.
Beton je najpogosteje uporabljen material na Zemlji, brez vode. Je bolj razširjena kot les. Prav tako je že dolgo okoli.
Poleg svoje izolativne kakovosti lahko beton zagotavlja tudi zaščito pred sevanjem, njegova konstrukcijska trdnost pa zagotavlja zaščito pred udarci meteorita. Čeprav to ni edina možnost za gradnjo struktur, bo verjetno igrala svojo vlogo. Na koncu bi lahko bil pomemben material, ker je treba prevažati samo sam cement, ne agregat ali vodo.
Kot del MICS in sorodne študije, imenovane MVP Cell-05, so se NASA in Pennsylvania State University združili z astronavti na ISS za mešanje betona. Lastnosti betona na Zemlji so dobro razumljene, vendar mikrogravitacija predstavlja še en niz okoliščin. Rezultati so objavljeni v publikaciji Frontiers in Materials z naslovom „Učinek mikrogravitacije na mikrostrukturni razvoj tri-kalcijevega silikata (C3S) Prilepi. "
"Naši poskusi so osredotočeni na cementno pasto, ki beton drži skupaj."
Aleksandra Radlinska, glavna preiskovalka za MICS.
Sam beton je mešanica agregata, ki je sestavljen iz peska, gramoza in kamnin, ki je skupaj s cementom, ki je v dveh vrstah: portlandski cement ali geopolimerni cement. Vse to združite z vodo, v pravih razmerjih, zmešajte in oblikujte, in ko se strdi ali strdi, je izredno močna snov. Zato nekatere starodavne zgradbe, kot so rimski akvadukti, ki so bile deloma narejene z betonom, še vedno stojijo.
Kljub vseprisotnosti v našem sodobnem svetu še vedno veliko znanstvenikov ne ve, kako deluje. Vemo pa, da ko se strdi, tvori kristale, ki se med seboj zapletajo s peskom in gramozom, kar daje betonu svojo moč. Znanstveniki so želeli vedeti več o tem, kako se to zgodi pri mikrogravitaciji.
»Naši poskusi so osredotočeni na cementno pasto, ki drži beton skupaj. Želimo vedeti, kaj raste znotraj betona na cementni osnovi, kadar ni gravitacijskih pojavov, kot je sedimentacija, "je povedala Aleksandra Radlinska, glavna preiskovalka za MICS in MVP Cell-05.
Kar zadeva mikrogravitacijo, je Radlinska dejala: "Lahko bi spremenila porazdelitev kristalne mikro strukture in na koncu tudi materialne lastnosti."
"Kar lahko ugotovimo, bi lahko izboljšalo beton tako v vesolju kot na Zemlji," je dodala Rudlinska. "Ker se cement pogosto uporablja po vsem svetu, bi že majhno izboljšanje lahko imelo ogromen vpliv."
Razmerja vode, agregata in betona, potrebnih za proizvodnjo betona s specifičnimi lastnostmi, so na Zemlji dobro razumljena. Kaj pa na Luni? Ima le 1/6 Zemljine gravitacije. Ali Mars, ki ima nekaj več kot 1/3 Zemljine gravitacije. Poskusi so bili osredotočeni na to vprašanje.
V poskusu MICS so imeli astronavti več zavojčkov cementa v prahu, ki so jim dodali vodo. Nato so v različne čaše dodali alkohol v različnih obdobjih, da bi ustavili hidracijo.
V drugem poskusu, MVP Cell-05, so astronavti dodali tudi vodo v pakete cementa, vendar so na ISS uporabili centrifugo za simulacijo različnih gravitacij, vključno z Marsovsko in Lunarno gravitacijo. Vzorce iz obeh poskusov smo vrnili na Zemljo, da bi jih analizirali.
Glavni glavni preiskovalec za MVP Cell-05 je Richard Grugel. Rekel je: "Nepričakovane rezultate že vidimo in dokumentiramo."
Eksperimentiranje je pokazalo, da je beton, pomešan v mikro gravitacijo, povečal mikro poroznost. V mikro gravitacijskih vzorcih so bili zračni mehurčki, ki jih v zemeljskih gravitacijskih vzorcih ni. To je zaradi plovnosti. Na Zemlji bi se zračni mehurčki dvignili do vrha in dejansko beton včasih mehansko vibrirajo, preden se strdijo, da bi le tako izgnali zračne mehurčke, kar beton lahko oslabi.
Vzorci MICS in MVP Cell-05 so pokazali večjo kristalizacijo kot zemeljski vzorci. 20% večja mikroporoznost v mikrogravitacijskih vzorcih je omogočila več prostora za kristalizacijo in večje kristale, ki naj bi ustvarili večjo trdnost. Toda večja mikroporoznost v mikrogravitacijskih vzorcih ustvarja tudi manj gost beton, kar bi lahko pomenilo šibkejši beton. Velikost mikropor v vzorcih mikrogravitacije je bila tudi za en red večja od zemeljskih vzorcev.
Mikrogravitacijski beton je imel manj usedanja, kar pomeni, da se majhni delci agregata med kaljenjem niso naselili na dno, ampak se enakomerneje širijo skozi beton. To pomeni, da je beton bolj enoten, kar lahko vpliva na trdnost.
To je začetna študija betona v mikrogravitaciji. Na zelo majhnih vzorcih niso bili izvedeni preizkusi trdnosti, zato so kakršni koli sklepi o trdnosti prezgodnji. A vseeno poudarja nekaj zelo različnih lastnosti med betonom 1G in betonom z mikrogravitacijo, ki ga bomo v prihodnosti nedvomno raziskali.
"Povečana poroznost ima neposreden vpliv na trdnost materiala, vendar moramo še izmeriti trdnost materiala, oblikovanega v vesolju," je dejala Radlinska v intervjuju za designboom.
Več:
- Študija: Vpliv mikrogravitacije na mikrostrukturni razvoj tri-kalcijevega silikata (C3S) Prilepi
- NASA Sciencecast: Cementiranje našega kraja v vesolju
- Študija: Hidracijski produkti C3A, C3S in Portland cement v prisotnosti CaCO3
- designboom: Nasina astronavti raziskujejo, kaj se dogaja z betonom, ko se meša v vesolju
- Združenje Portland Cement: Cement in beton
- Nacionalna vesoljska družba: beton: potencialni material za vesoljsko postajo
