To, čo znie ako komédia, je skutočne solídna veda. Vzhľadom na to, že veľká časť ľudskej vesmírnej budúcnosti zahŕňa biotopy, iné štruktúry a stálu prítomnosť na Mesiaci a Marse, je miešanie betónu vo vesmíre vážnou prácou. NASA má študijný program s názvom MICS (Microgravity Investigation of Cement Solidification), ktorý skúma, ako by sme mohli v mikrogravitácii stavať biotopy alebo iné štruktúry.
Betón je najpoužívanejší materiál na Zemi, nepočítajúc vodu. Používa sa častejšie ako drevo. Je tu tiež už dlho.
Okrem izolačnej kvality môže betón tiež poskytovať ochranu pred žiarením a jeho štrukturálna pevnosť poskytuje ochranu pred dopadmi meteoritu. Aj keď to nie je jediná možnosť pre stavebné konštrukcie, bude pravdepodobne hrať úlohu. Mohlo by to skončiť ako dôležitý materiál, pretože je potrebné prepravovať iba cement samotný, nie aglomerát alebo vodu.
Ako súčasť MICS a súvisiace štúdie s názvom MVP Cell-05 sa NASA a Pennsylvania State University spojili s astronautmi na ISS, aby zmiešali betón. Vlastnosti betónu na Zemi sú dobre známe, ale mikrogravitácia predstavuje ďalšiu skupinu okolností. Výsledky sú publikované v Frontiers in Materials a sú nazvané „Vplyv mikrogravitácie na vývoj mikroštruktúry kremičitanu vápenatého (C)3S) Prilepiť. “
"Naše experimenty sú zamerané na cementovú pastu, ktorá drží betón pohromade."
Aleksandra Radlinska, vedúca projektu MICS.
Samotný betón je zmesou aglomerátu, ktorý sa skladá z piesku, štrku a hornín, ktoré sú držané spolu s cementom, ktorý sa dodáva v dvoch typoch: portlandský cement alebo geopolymérový cement. Všetko to skombinujte s vodou, v správnom pomere, premiešajte a tvarujte, a keď správne vytvrdne alebo stvrdne, je to mimoriadne silná látka. Preto stále stoja niektoré starodávne stavby ako rímske akvadukty, ktoré boli vyrobené čiastočne z betónu.
Napriek tomu, ako všadeprítomné je v našom modernom svete, stále existuje veľa vedcov, ktorí nevedia, ako to funguje. Vedia však, že keď stvrdne, vytvára kryštály, ktoré sa vzájomne prelínajú s pieskom a štrkom a dávajú konkrétnu silu. Vedci chceli vedieť viac o tom, ako sa to deje v mikrogravitácii.
„Naše experimenty sú zamerané na cementovú pastu, ktorá drží betón pohromade. Chceme vedieť, čo rastie vo vnútri betónu na báze cementu, keď neexistujú gravitačné javy, ako je sedimentácia, “uviedla Aleksandra Radlinska, vedúca výskumu MICS a MVP Cell-05.
Pokiaľ ide o mikrogravitáciu, Radlinska povedal: „Mohlo by to zmeniť distribúciu kryštalickej mikroštruktúry a napokon aj materiálové vlastnosti.“
"To, čo zistíme, by mohlo viesť k zlepšeniu konkrétnych tak vo vesmíre, ako aj na Zemi," dodala Rudlinska. „Pretože sa cement vo veľkej miere používa po celom svete, aj malé zlepšenie by mohlo mať obrovský vplyv.“
Pomery vody, kameniva a betónu potrebné na výrobu betónu so špecifickými vlastnosťami sú na Zemi dobre známe. Ale čo Mesiac? Má iba 1/6 gravitácie Zeme. Alebo Mars, ktorý má len niečo vyše 1/3 gravitácie Zeme. Experimenty boli navrhnuté tak, aby objasnili túto otázku.
V experimente MICS mali astronauti niekoľko balení cementového prášku, do ktorého pridali vodu. Potom do niektorých balení pridali alkohol v rôznych časoch, aby zastavili hydratáciu.
V druhom experimente, MVP Cell-05, astronauti tiež pridali vodu do balíkov cementu, ale použili odstredivku na ISS na simuláciu rôznych gravitácií vrátane marťanskej a lunárnej gravitácie. Vzorky z oboch experimentov boli vrátené na Zem na analýzu.
Spoluriešiteľom projektu MVP Cell-05 je Richard Grugel. Povedal: „Už vidíme a zdokumentujeme neočakávané výsledky.“
Experimenty ukázali, že betón zmiešaný v mikrogravitácii mal zvýšenú mikroporéznosť. Vo vzorkách mikrogravitácie boli vzduchové bubliny, ktoré sa nenachádzajú vo vzorkách gravitácie Zeme. Je to kvôli vztlaku. Na Zemi by vzduchové bubliny stúpali na vrchol a betón je v skutočnosti niekedy mechanicky vibrovaný pred vytvrdením, aby pomohol vytlačiť vzduchové bubliny, ktoré môžu betón oslabiť.
Vzorky MICS a MVP Cell-05 vykazovali väčšiu kryštalizáciu ako vzorky mleté. O 20% väčšia mikroporozita vo vzorkách mikrogravitácie poskytla viac priestoru na kryštalizáciu a väčšie kryštály, ktoré by mali vytvoriť väčšiu silu. Avšak väčšia mikroporéznosť vo vzorkách mikrogravitácie tiež vytvára menej hustý betón, čo by mohlo znamenať slabší betón. Veľkosť mikropórov vo vzorkách mikrogravitácie bola tiež o jeden rád väčšia ako mleté vzorky.
Mikrogravitačný betón mal menej sedimentácie, čo znamená, že malé častice kameniva sa pri kalení neusadzovali na dno, ale sú rovnomerne rozložené betónom. To znamená, že betón je jednotnejší, čo by mohlo ovplyvniť pevnosť.
Toto je úvodná štúdia o konkrétnej mikrogravitácii. U veľmi malých vzoriek sa nevykonali žiadne skúšky pevnosti, takže akékoľvek závery týkajúce sa pevnosti sú predčasné. Poukazuje však na veľmi odlišné vlastnosti betónu 1G a betónu mikrogravitácie, ktoré sa v budúcnosti nepochybne preskúmajú.
"Zvýšená pórovitosť má priamy vplyv na pevnosť materiálu, ale ešte musíme zmerať pevnosť materiálu tvoreného priestorom," uviedla Radlinska v rozhovore pre návrhárov.
Viac:
- Štúdia: Vplyv mikrogravitácie na mikroštruktúrny vývoj kremičitanu vápenatého (C3S) Prilepiť
- NASA Sciencecast: Cementing Our Place in Space
- Štúdia: Hydratačné produkty C3A, C3S a portlandský cement v prítomnosti CaCO3
- Dizajn: astronauti NASA skúmajú, čo sa stane, keď sa premieša vo vesmíre
- Združenie Portland Cement: Cement a betón
- Národná vesmírna spoločnosť: Betón: Potenciálny materiál pre vesmírnu stanicu
