Те, що звучить як комедійний комедійний штрих - насправді суцільна наука. Оскільки стільки космічного майбутнього людства, що включає місця проживання, інші споруди та постійну присутність на Місяці та Марсі, перемішування бетону в космосі - це серйозна справа. У НАСА існує програма дослідження під назвою MICS (Microgravity Investigation of Cement Sodification), яка вивчає, як ми можемо будувати місця проживання та інші структури в мікрогравітації.
Бетон - це найбільш широко використовуваний матеріал на Землі, не рахуючи води. Він широко використовується, ніж дерево. Це теж давно.
Окрім своєї ізоляційної якості, бетон також може забезпечити захист від радіації, а його конструкційна міцність забезпечує захист від метеоритного впливу. Хоча це не єдиний варіант для побудови конструкцій, він, ймовірно, може зіграти певну роль. Це може стати важливим матеріалом, оскільки потрібно транспортувати лише сам цемент, а не агрегат або воду.
Як частина MICS та пов'язане з ним дослідження під назвою MVP Cell-05, NASA та Pennsylvania State University об'єдналися з космонавтами на МКС для змішування бетону. Властивості конкрету на Землі добре зрозумілі, але мікрогравітація представляє інший набір обставин. Результати опубліковані у Frontiers in Materials під назвою “Вплив мікрогравітації на мікроструктурний розвиток силікату трикальцію (C3S) Вставити. "
"Наші експерименти зосереджені на цементній пасті, яка тримає бетон разом".
Олександра Радлінська, головний слідчий MICS.
Сам бетон - це суміш агрегату, що складається з піску, гравію та гірських порід, утримуваних разом з цементом, який надходить у два типи: цемент портландланд або геополімерний цемент. Комбінуйте все це з водою, у правильних пропорціях, змішайте її та сформуйте, а коли вона затвердіть або затвердіє належним чином, це надзвичайно сильна речовина. Ось чому деякі стародавні споруди на зразок римських акведуків, які були частково виготовлені з бетону, досі стоять.
Незважаючи на те, наскільки це є всюдисущим у нашому сучасному світі, все ще багато вчених не знають, як це працює. Але вони знають, що, як твердіє, він утворює кристали, які з’єднуються між собою та піском та гравієм, надаючи бетону свою міцність. Вчені хотіли дізнатися більше про те, як це відбувається в мікрогравітації.
«Наші експерименти зосереджені на цементній пасті, яка тримає бетон разом. Ми хочемо знати, що виростає всередині бетону на цементній основі, коли не виникає тяжких явищ, таких як осадження ”, - сказала Олександра Радлінська, головний дослідник MICS та MVP Cell-05.
Щодо мікрогравітації, Радлінська сказала: "Це може змінити розподіл кристалічної мікроструктури та, зрештою, властивості матеріалу".
"Те, що ми виявимо, може призвести до покращення бетону як у космосі, так і на Землі", - додала Рудлінська. "Оскільки цемент широко використовується у всьому світі, навіть невелике поліпшення може мати величезний вплив".
Співвідношення води, мінеральних речовин і бетону, необхідних для отримання бетону із специфічними властивостями, добре зрозуміло тут, на Землі. А як же на Місяці? Він має лише 1/6 сили Землі. Або Марс, який має трохи більше 1/3 сили тяжіння Землі. Експерименти були покликані пролити світло на це питання.
В експерименті MICS космонавти мали кілька пакетів цементного порошку, до яких вони додавали воду. Потім вони додавали алкоголь до деяких пакетів у різний час, щоб зупинити гідратацію.
У другому експерименті, MVP Cell-05, космонавти також додавали воду в пакети цементу, але вони використовували центрифугу на МКС для імітації різних гравітацій, включаючи марсіанські та місячні сили тяжіння. Зразки обох експериментів поверталися на Землю для аналізу.
Співавтором слідчого для MVP Cell-05 є Річард Гругель. Він сказав: "Ми вже бачимо і записуємо несподівані результати".
Експерименти показали, що бетон, змішаний у мікрогравітації, підвищив мікропористість. У мікрогравітаційних зразках були бульбашки повітря, яких немає у зразках гравітації Землі. Це через плавучість. На Землі повітряні бульбашки піднімаються до верху, а насправді бетон іноді механічно вібрується перед затвердінням лише для того, щоб вигнати бульбашки повітря, які можуть послабити бетон.
Як зразки MICS, так і MVP Cell-05 виявили більшу кристалізацію, ніж зразки землі. На 20% більша мікропориста в зразках мікрогравітації дозволила отримати більше місця для кристалізації та більш великих кристалів, які повинні створювати більше міцності. Але більша мікропористість у зразках мікрогравітації також створює менш щільний бетон, що може означати слабший бетон. Розмір мікропор у мікрогравітаційних зразках також був на порядок більшим, ніж наземні зразки.
Мікрогравітаційний бетон мав менше осідання, що означає, що дрібні частинки агрегату не осіли на дні при твердінні, а поширюються більш рівномірно через бетон. Це означає, що бетон більш рівномірний, що може вплинути на міцність.
Це початкове дослідження конкременту в мікрогравітації. Не було зроблено тестів на міцність на дуже малих зразках, тому будь-які висновки щодо міцності є передчасними. Але це вказує на деякі дуже різні властивості між бетоном 1G та мікрогравітаційним бетоном, які, безсумнівно, будуть вивчені в майбутньому.
"Підвищена пористість має пряме відношення до міцності матеріалу, але нам ще належить виміряти міцність матеріалу, що утворюється у просторі", - сказала Радлінська в інтерв'ю дизайнерському буму.
Більше:
- Дослідження: Вплив мікрогравітації на мікроструктурний розвиток силікату трикальцію (С3S) Вставити
- НАСА Sciencecast: Цементує наше місце в космосі
- Дослідження: Продукти гідратації С3А, С3S та портландцементу в присутності CaCO3
- designboom: астронавти NASA досліджують, що відбувається з бетоном, коли він змішується в космосі
- Портландська цементна асоціація: цемент і бетон
- Національне космічне товариство: бетон: потенційний матеріал для космічної станції
