То, что звучит как комедийный шлепок, на самом деле является твердой наукой. С таким большим количеством космического будущего человечества, включающего среды обитания, другие структуры и постоянное присутствие на Луне и Марсе, смешивание бетона в космосе является серьезным делом. У НАСА есть программа изучения, которая называется MICS (Микрогравитационное исследование затвердевания цемента), в которой изучается, как мы можем построить места обитания или другие структуры в условиях микрогравитации.
Бетон является наиболее широко используемым материалом на Земле, не считая воды. Это более широко используется, чем дерево. Это также было вокруг в течение долгого времени.
Помимо своего изоляционного качества, бетон также может обеспечивать защиту от радиации, а его структурная прочность обеспечивает защиту от воздействия метеоритов. Хотя это не единственный вариант для строительных конструкций, он, вероятно, будет играть определенную роль. Это может оказаться важным материалом, потому что транспортировать нужно только сам цемент, а не наполнитель или воду.
В рамках MICS и связанного с этим исследования под названием MVP Cell-05 НАСА и Университет штата Пенсильвания объединились с астронавтами на МКС для смешивания бетона. Свойства бетона на Земле хорошо понятны, но микрогравитация представляет собой другой набор обстоятельств. Результаты опубликованы в Frontiers in Materials и озаглавлены «Влияние микрогравитации на микроструктурное развитие трикальциата силиката (C»).3S) Вставить. »
«Наши эксперименты направлены на цементную пасту, которая скрепляет бетон».
Александра Радлинская, главный следователь МИКС.
Сам бетон представляет собой смесь, состоящую из песка, гравия и горных пород, скрепленных цементом, которые бывают двух типов: портландцемент или геополимерный цемент. Смешайте все это с водой, в правильных пропорциях, смешайте и придайте форму, а когда она правильно отвердевает или затвердевает, это чрезвычайно сильное вещество. Вот почему некоторые древние сооружения, такие как римские акведуки, которые были сделаны частично из бетона, все еще стоят.
Несмотря на то, как это широко распространено в нашем современном мире, многие ученые не знают, как это работает. Но они знают, что когда он затвердевает, он образует кристаллы, которые сцепляются друг с другом, а также с песком и гравием, придавая бетону свою прочность. Ученые хотели узнать больше о том, как это происходит в условиях микрогравитации.
«Наши эксперименты сосредоточены на цементной пасте, которая скрепляет бетон. Мы хотим знать, что растет внутри цементного бетона, когда нет гравитационных явлений, таких как осаждение », - сказала Александра Радлинская, главный исследователь MICS и MVP Cell-05.
Относительно микрогравитации Радлинска сказала: «Это может изменить распределение кристаллической микроструктуры и, в конечном счете, свойства материала».
«То, что мы находим, может привести к улучшению бетона как в космосе, так и на Земле», - добавил Рудлинска. «Поскольку цемент широко используется во всем мире, даже небольшое улучшение может оказать огромное влияние».
Соотношения воды, заполнителя и бетона, необходимые для производства бетона с определенными свойствами, хорошо известны здесь, на Земле. Но как насчет Луны? Он имеет только 1/6 земного притяжения. Или Марс, который имеет чуть более 1/3 земного притяжения. Эксперименты были призваны пролить свет на этот вопрос.
В эксперименте MICS у астронавтов было несколько пакетов цементного порошка, в которые они добавляли воду. Затем они добавили алкоголь в некоторые пакеты в разное время, чтобы остановить гидратацию.
Во втором эксперименте, MVP Cell-05, астронавты также добавляли воду в пакеты с цементом, но они использовали центрифугу на МКС для имитации разной плотности, в том числе марсианской и лунной. Образцы из обоих экспериментов были возвращены на Землю для анализа.
Со-главным исследователем для MVP Cell-05 является Ричард Гругель. Он сказал: «Мы уже видим и документируем неожиданные результаты».
Эксперименты показали, что бетон, смешанный в микрогравитации, обладает повышенной микропористостью. В образцах микрогравитации были пузырьки воздуха, которых нет в образцах гравитации Земли. Это из-за плавучести. На Земле пузырьки воздуха поднимаются наверх, и фактически бетон иногда механически вибрирует перед отверждением, чтобы помочь вытолкнуть пузырьки воздуха, которые могут ослабить бетон.
Образцы как MICS, так и MVP Cell-05 показали более высокую степень кристаллизации, чем измельченные образцы. Увеличение микропористости на 20% в образцах микрогравитации дало больше пространства для кристаллизации и более крупных кристаллов, которые должны создавать большую прочность. Но большая микропористость в образцах микрогравитации также создает менее плотный бетон, что может означать более слабый бетон. Размер микропор в образцах микрогравитации также был на один порядок больше, чем в измельченных образцах.
Микрогравитационный бетон обладал меньшей седиментацией, а это означает, что мелкие частицы заполнителя не оседали на дно во время твердения, а более равномерно распределялись по бетону. Это означает, что бетон является более однородным, что может повлиять на прочность.
Это начальное исследование бетона в условиях микрогравитации. На очень маленьких образцах не было проведено никаких испытаний на прочность, поэтому любые выводы о прочности являются преждевременными. Но он указывает на некоторые очень разные свойства между бетоном 1G и микрогравитационным бетоном, которые, без сомнения, будут исследованы в будущем.
«Повышенная пористость напрямую влияет на прочность материала, но нам еще предстоит измерить прочность материала, сформированного в пространстве», - сказала Радлинска в интервью Designboom.
Больше:
- Исследование: влияние микрогравитации на микроструктурное развитие трикальцийсиликата (C)3S) Вставить
- НАСА Sciencecast: цементирование нашего места в космосе
- Исследование: продукты гидратации С3А, С3S и портландцемент в присутствии CaCO3
- designboom: астронавты НАСА исследуют, что происходит с бетоном, когда он смешан в космосе
- Портлендская цементная ассоциация: цемент и бетон
- Национальное космическое общество: Бетон: потенциальный материал для космической станции
