To, co zní jako facka komedie, je ve skutečnosti solidní věda. S tolika budoucnosti vesmíru lidstva, která zahrnuje biotopy, jiné struktury a trvalou přítomnost na Měsíci a Marsu, je míchání betonu ve vesmíru vážnou věcí. NASA má studijní program s názvem MICS (Microgravity Investigation of Cement Solidification), který zkoumá, jak bychom mohli v mikrogravitaci stavět biotopy nebo jiné struktury.
Beton je nejrozšířenějším materiálem na Zemi, nepočítaje vodu. Používá se více než dřevo. Je to také dlouho.
Kromě izolační kvality může beton také poskytovat ochranu před zářením a jeho strukturální pevnost poskytuje ochranu před dopady meteoritu. Ačkoli to není jediná možnost pro budování struktur, bude pravděpodobně hrát roli. Mohlo by to skončit jako důležitý materiál, protože je třeba přepravovat pouze cement samotný, nikoli aggrgrád nebo vodu.
Jako součást MICS a související studie s názvem MVP Cell-05 se NASA a Pennsylvania State University spojily s astronauty na ISS, aby smíchaly beton. Vlastnosti betonu na Zemi jsou dobře známy, ale mikrogravitace představuje další řadu okolností. Výsledky jsou publikovány v Frontiers in Materials a jsou nazvány „Vliv mikrogravitace na vývoj mikrostruktury křemičitanu vápenatého (C)3S) Vložit. “
"Naše experimenty jsou zaměřeny na cementovou pastu, která drží beton pohromadě."
Aleksandra Radlinska, hlavní řešitelka pro MICS.
Samotný beton je směsí aglomerátu, který se skládá z písku, štěrku a hornin, držených společně s cementem, který je dodáván ve dvou typech: portlandský cement nebo geopolymerní cement. Kombinujte to vše s vodou, ve správných proporcích, promíchejte a tvarujte, a když správně vytvrzuje nebo ztvrdne, je to extrémně silná látka. Proto stále stojí některé starověké stavby jako římské akvadukty, které byly vyrobeny částečně z betonu.
Navzdory tomu, jak všudypřítomný je v našem moderním světě, stále existuje mnoho vědců, kteří nevědí, jak to funguje. Ale oni vědí, že když ztvrdne, tvoří krystaly, které se vzájemně propojují, s pískem a štěrkem a dávají konkrétní sílu. Vědci chtěli vědět více o tom, jak se to děje v mikrogravitaci.
„Naše experimenty jsou zaměřeny na cementovou pastu, která drží beton pohromadě. Chceme vědět, co roste uvnitř betonu na bázi cementu, když nedochází k gravitačním jevům, jako je sedimentace, “řekla Aleksandra Radlinska, hlavní řešitelka pro MICS a MVP Cell-05.
Pokud jde o mikrogravitaci, Radlinska uvedla: „Mohlo by to změnit distribuci krystalické mikrostruktury a nakonec i materiálové vlastnosti.“
"To, co najdeme, by mohlo vést ke zlepšení betonu jak ve vesmíru, tak na Zemi," dodal Rudlinska. "Protože se cement hojně používá po celém světě, mohlo by mít i malé zlepšení obrovský dopad."
Poměry vody, agregátu a betonu potřebné k výrobě betonu se specifickými vlastnostmi jsou zde na Zemi dobře známy. Ale co Měsíc? Má pouze 1/6 gravitace Země. Nebo Mars, který má něco přes 1/3 zemské gravitace. Experimenty byly navrženy tak, aby osvětlily tuto otázku.
V experimentu MICS měli astronauti řadu balíčků cementového prášku, do kterého přidali vodu. Poté přidali do některých balíčků alkohol v různých časech, aby zastavili hydrataci.
Ve druhém experimentu, MVP Cell-05, astronauti také přidali vodu do balíků cementu, ale použili odstředivku na ISS k simulaci různých gravitací, včetně gravitace na Marsu a Lunaru. Vzorky z obou experimentů byly vráceny na Zemi k analýze.
Spoluřešitelem pro MVP Cell-05 je Richard Grugel. Řekl: „Už vidíme a dokumentujeme neočekávané výsledky.“
Experimenty ukázaly, že beton smíchaný v mikrogravitaci měl zvýšenou mikroporozitu. Ve vzorcích mikrogravitace byly vzduchové bubliny, které nejsou přítomny ve vzorcích zemské gravitace. Je to kvůli vztlaku. Na Zemi by se vzduchové bubliny zvedly na vrchol a ve skutečnosti je beton mechanicky vibrován před vytvrzením, aby pomohl vytlačit vzduchové bubliny, které mohou beton oslabit.
Vzorky MICS i MVP Cell-05 vykazovaly větší krystalizaci než vzorky mleté. O 20% větší mikroporozita ve vzorcích mikrogravitace poskytla více prostoru pro krystalizaci a větší krystaly, které by měly vytvořit větší sílu. Ale větší mikroporozita ve vzorcích mikrogravitace také vytváří méně hustý beton, což by mohlo znamenat slabší beton. Velikost mikropórů ve vzorcích mikrogravitace byla také o jeden řád větší než u vzorků mletých.
Mikrogravitační beton měl menší sedimentaci, což znamená, že malé částice kameniva se během kalení neusazovaly na dno, ale jsou rovnoměrněji rozptýleny betonem. To znamená, že beton je jednotnější, což by mohlo ovlivnit pevnost.
Toto je počáteční studie o konkrétní mikrogravitaci. U velmi malých vzorků nebyly provedeny žádné testy pevnosti, takže jakékoli závěry o pevnosti jsou předčasné. Poukazuje však na některé velmi odlišné vlastnosti betonu 1G a betonu mikrogravitace, které budou v budoucnu bezpochyby prozkoumány.
"Zvýšená pórovitost má přímý vliv na pevnost materiálu, ale zatím musíme změřit sílu materiálu vytvořeného v prostoru," řekla Radlinska v rozhovoru s designboomem.
Více:
- Studie: Vliv mikrogravitace na vývoj mikrostruktury křemičitanu vápenatého (C3S) Vložit
- NASA Sciencecast: Cementing Our Place in Space
- Studie: Hydratační produkty C3A, C3S a portlandský cement v přítomnosti CaCO3
- designboom: Astronauti NASA prozkoumávají, co se stane s betonem, když je smícháno ve vesmíru
- Portland Cement Association: Cement and Concrete
- Národní vesmírná společnost: Beton: Potenciální materiál pro vesmírnou stanici
