Това, което звучи като комедиен штрип, е всъщност солидна наука. С толкова голяма част от космическото бъдеще на човечеството, включващо местообитания, други структури и постоянно присъствие на Луната и Марс, смесването на бетон в космоса е сериозен бизнес. НАСА има програма за изследване, наречена MICS (Microgravity Investigation of Cement Solidification), която изследва как бихме могли да изградим местообитания или други структури в микрогравитацията.
Бетонът е най-широко използваният материал на Земята, без да се брои водата. Той е по-широко използван от дървото. Той също е от дълго време.
Освен изолационното си качество, бетонът може да осигури и защита от радиация, а неговата структурна якост осигурява защита от метеоритни въздействия. Въпреки че това не е единственият вариант за изграждане на структури, той вероятно ще има роля. Това може да се окаже важен материал, защото трябва да се транспортира само самият цимент, а не инертният материал или водата.
Като част от MICS и свързано проучване, наречено MVP Cell-05, НАСА и Пенсилвания държавен университет се обединиха с астронавти на МКС за смесване на бетон. Бетонните свойства на Земята са добре разбрани, но микрогравитацията представлява друг набор от обстоятелства. Резултатите са публикувани в Frontiers in Materials и са озаглавени „Ефект на микрогравитацията върху микроструктурното развитие на трикалциевия силикат (C3S) Поставете. "
„Нашите експерименти са фокусирани върху циментовата паста, която държи бетона заедно.“
Александра Радлинска, главен следовател за MICS.
Самият бетон е смес от агрегат, който се състои от пясък, чакъл и скали, държани заедно с цимент, който се предлага в два вида: портланд цимент или геополимерен цимент. Комбинирайте всичко с вода, в правилните пропорции, смесете го и го оформете, а когато втвърди или втвърди правилно, това е изключително силно вещество. Ето защо някои древни структури като римските акведукти, които са били направени отчасти с бетон, все още стоят.
Въпреки колко повсеместно е това в нашия модерен свят, все още много учени не знаят как работи. Но те знаят, че докато се втвърдява, той образува кристали, които се блокират помежду си, и с пясъка и чакъла, придавайки бетон на неговата сила. Учените искаха да научат повече за това как се случва в микрогравитацията.
„Нашите експерименти са фокусирани върху циментовата паста, която държи бетона заедно. Искаме да знаем какво расте вътре в бетон на циментова основа, когато няма гравитачни явления, като утаяване “, заяви Александра Радлинска, главен изследовател за MICS и MVP Cell-05.
По отношение на микрогравитацията, Радлинска каза: „Тя може да промени разпределението на кристалната микроструктура и в крайна сметка на материалните свойства.“
„Това, което откриваме, може да доведе до подобрения в бетона както в Космоса, така и на Земята“, добави Рудлинска. „Тъй като циментът се използва широко по света, дори и малко подобрение може да има огромно въздействие.“
Съотношенията на водата, инертните материали и бетона, необходими за производството на бетон със специфични свойства, са добре разбрани тук, на Земята. Но какво да кажем за Луната? Той има само 1/6-та земна гравитация. Или Марс, който има малко над 1/3 от земната гравитация. Експериментите бяха предназначени да хвърлят светлина по този въпрос.
В експеримента на MICS астронавтите са имали редица пакети циментов прах, в който са добавили вода. Тогава те добавяха алкохол към някои от пакетите по различно време, за да спрат хидратацията.
Във втория експеримент, MVP Cell-05, астронавтите също добавиха вода в пакети цимент, но те използваха центрофуга на МКС, за да симулират различни гравитации, включително марсианската и лунната гравитации. Пробите от двата експеримента бяха върнати на Земята за анализ.
Главен следовател за MVP Cell-05 е Ричард Гругел. Той каза: „Вече виждаме и документираме неочаквани резултати.“
Експериментирането показа, че бетонът, смесен в микрогравитация, има повишена микропорьозност. В пробите от микрогравитация имаше въздушни мехурчета, които не присъстват в земните гравитационни проби. Това е поради плаваемост. На Земята въздушните мехурчета биха се издигнали до върха, а всъщност бетонът понякога механично се вибрира, преди да се втвърди, само за да изгони въздушните мехурчета, което може да отслаби бетона.
Както MICS, така и MVP Cell-05 пробите показаха по-голяма кристализация от земните проби. 20% по-голямата микропорьозност в пробите за микрогравитация позволи повече място за кристализация и по-големи кристали, които трябва да създадат повече сила. Но по-голямата микропорьозност в пробите за микрогравитация създава и по-малко плътен бетон, което може да означава по-слаб бетон. Размерът на микропорите в микрогравитационните проби също беше с един порядък по-голям от земните проби.
Микрогравитационният бетон има по-малко утаяване, което означава, че малки частици от агрегат не са се утаили на дъното по време на втвърдяване, а са разпределени по-равномерно през бетона. Това означава, че бетонът е по-равномерен, което може да повлияе на здравината.
Това е първоначално изследване на бетона в микрогравитацията. Не са правени тестове за якост на много малките проби, така че всякакви заключения за якост са преждевременни. Но той изтъква някои много различни свойства между 1G бетон и микрогравитационен бетон, които без съмнение ще бъдат проучени в бъдеще.
„Повишената порьозност има пряко влияние върху здравината на материала, но тепърва ще измерваме силата на космическия материал“, каза Радлинска в интервю за designboom.
Повече ▼:
- Проучване: Ефект на микрогравитацията върху микроструктурното развитие на трикалциевия силикат (С3S) Поставете
- НАСА Sciencecast: Циментиране на нашето място в космоса
- Проучване: Продукти за хидратация на С3A, C3S и Portland цимент в присъствието на CaCO3
- designboom: Астронавтите на НАСА изследват какво се случва с бетона, когато той е смесен в космоса
- Портланд циментова асоциация: цимент и бетон
- Национално космическо общество: бетон: потенциален материал за космическа станция
