Αυτό που ακούγεται σαν κωμωδία με χαστούκια είναι στην πραγματικότητα σταθερή επιστήμη. Με τόσο μεγάλο μέρος του διαστημικού μέλλοντος της ανθρωπότητας που περιλαμβάνει ενδιαιτήματα, άλλες δομές και μόνιμη παρουσία στη Σελήνη και τον Άρη, η ανάμειξη σκυροδέματος στο διάστημα είναι σοβαρή υπόθεση. Η NASA έχει ένα πρόγραμμα μελέτης που ονομάζεται MICS, (Microgravity Investigation of Cement Solidification) το οποίο εξετάζει πώς θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε ενδιαιτήματα ή άλλες δομές στη μικροβαρύτητα.
Το σκυρόδεμα είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό στη Γη, χωρίς να υπολογίζουμε το νερό. Χρησιμοποιείται ευρύτερα από το ξύλο. Υπάρχει επίσης εδώ και ένα πολύς καιρός .
Εκτός από τη μονωτική του ποιότητα, το σκυρόδεμα μπορεί επίσης να παρέχει προστασία από την ακτινοβολία και η δομική του αντοχή παρέχει προστασία από τις κρούσεις μετεωριτών. Αν και δεν είναι η μόνη επιλογή για κτιριακές κατασκευές, πιθανότατα θα διαδραματίσει κάποιο ρόλο. Θα μπορούσε να καταλήξει να είναι ένα σημαντικό υλικό γιατί μόνο το ίδιο το τσιμέντο, όχι το αδρανή ή το νερό, χρειάζεται να μεταφερθεί.
Ως μέρος του MICS , και μια σχετική μελέτη που ονομάζεται MVP Cell-05 , η NASA και το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια συνεργάστηκαν με αστροναύτες στο ISS για να αναμίξουν σκυρόδεμα. Οι ιδιότητες του σκυροδέματος στη Γη είναι καλά κατανοητές, αλλά η μικροβαρύτητα παρουσιάζει μια άλλη σειρά περιστάσεων. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο Frontiers in Materials και τιτλοφορούνται, ' Επίδραση μικροβαρύτητας στη μικροδομική ανάπτυξη του πυριτικού τρι-ασβεστίου (C 3 Σ) Πάστα .
«Τα πειράματά μας επικεντρώνονται στην πάστα τσιμέντου που συγκρατεί το σκυρόδεμα ενωμένο».
Aleksandra Radlinska, Κύρια Ερευνήτρια για το MICS.
Το ίδιο το σκυρόδεμα είναι ένα μείγμα αδρανή, που αποτελείται από άμμο, χαλίκι και πέτρες, που συγκρατούνται μαζί με το τσιμέντο, το οποίο διατίθεται σε δύο τύπους: τσιμέντο Portland ή τσιμέντο γεωπολυμερούς. Συνδυάστε τα όλα με νερό, στις σωστές αναλογίες, ανακατέψτε το και διαμορφώστε το και όταν σκληρύνει ή σκληρύνει σωστά, είναι μια εξαιρετικά ισχυρή ουσία. Γι' αυτό ορισμένες αρχαίες κατασκευές όπως τα ρωμαϊκά υδραγωγεία, που κατασκευάστηκαν εν μέρει με σκυρόδεμα, στέκονται ακόμη.
Εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη των συστατικών που φτιάχνουν το τσιμέντο. Πίστωση εικόνας: NASA
Παρά το πόσο διαδεδομένο είναι στον σύγχρονο κόσμο μας, υπάρχουν ακόμα πολλά που οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν για το πώς λειτουργεί. Γνωρίζουν όμως ότι καθώς σκληραίνει, σχηματίζει κρυστάλλους που αλληλοσυνδέονται μεταξύ τους και με την άμμο και το χαλίκι, δίνοντας στο σκυρόδεμα τη δύναμή του. Οι επιστήμονες ήθελαν να μάθουν περισσότερα για το πώς συμβαίνει αυτό στη μικροβαρύτητα.
Η εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη των μικροκρυστάλλων που σχηματίζονται στο σκυρόδεμα καθώς σκληραίνει. Πίστωση εικόνας: NASA.
«Τα πειράματά μας επικεντρώνονται στον τσιμεντοπολτό που συγκρατεί το σκυρόδεμα ενωμένο. Θέλουμε να μάθουμε τι αναπτύσσεται μέσα στο σκυρόδεμα με βάση το τσιμέντο όταν δεν υπάρχουν φαινόμενα που προκαλούνται από τη βαρύτητα, όπως η καθίζηση», δήλωσε η Aleksandra Radlinska, κύρια ερευνήτρια για το MICS και το MVP Cell-05.
Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωση μίγματος σκυροδέματος. Πίστωση εικόνας: NASA/J. Neves/P. Κόλινς.
Όσον αφορά τη μικροβαρύτητα, η Radlinska είπε, «Θα μπορούσε να αλλάξει την κατανομή της κρυσταλλικής μικροδομής και τελικά τις ιδιότητες του υλικού».
«Αυτό που βρίσκουμε θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιώσεις στο σκυρόδεμα τόσο στο διάστημα όσο και στη Γη», πρόσθεσε η Rudlinska. «Δεδομένου ότι το τσιμέντο χρησιμοποιείται εκτενώς σε όλο τον κόσμο, ακόμη και μια μικρή βελτίωση θα μπορούσε να έχει τεράστιο αντίκτυπο».
Οι αναλογίες νερού, αδρανών και σκυροδέματος που απαιτούνται για την παραγωγή σκυροδέματος με συγκεκριμένες ιδιότητες είναι καλά κατανοητές εδώ στη Γη. Τι γίνεται όμως στη Σελήνη; Έχει μόνο το 1/6 της βαρύτητας της Γης. Ή τον Άρη, που έχει λίγο περισσότερο από το 1/3 της βαρύτητας της Γης. Τα πειράματα σχεδιάστηκαν για να ρίξουν φως σε αυτό το ερώτημα.
Στο πείραμα MICS, οι αστροναύτες είχαν μια σειρά από πακέτα σκόνης τσιμέντου, στα οποία πρόσθεσαν νερό. Στη συνέχεια πρόσθεσαν οινόπνευμα σε μερικά από τα πακέτα σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, για να σταματήσει η ενυδάτωση.
Ο αστροναύτης της ESA Alexander Gerst προσθέτει νερό σε πακέτα τσιμέντου στον ISS. Πίστωση εικόνας: NASA
Στο δεύτερο πείραμα, το MVP Cell-05, οι αστροναύτες πρόσθεσαν επίσης νερό σε πακέτα τσιμέντου, αλλά χρησιμοποίησαν μια φυγόκεντρο στο ISS για να προσομοιώσουν διαφορετικές βαρύτες, συμπεριλαμβανομένων των αρειανών και της σεληνιακής βαρύτητας. Τα δείγματα και από τα δύο πειράματα επιστράφηκαν στη Γη για να αναλυθούν.
Συν-κύριος ερευνητής για το MVP Cell-05 είναι ο Richard Grugel. Είπε, «Ήδη βλέπουμε και τεκμηριώνουμε απροσδόκητα αποτελέσματα».
Ο πειραματισμός έδειξε ότι το σκυρόδεμα αναμεμειγμένο σε μικροβαρύτητα είχε αυξημένο μικροπορώδες. Υπήρχαν φυσαλίδες αέρα στα δείγματα μικροβαρύτητας που δεν υπάρχουν σε δείγματα γήινης βαρύτητας. Αυτό οφείλεται στην άνωση. Στη Γη, οι φυσαλίδες αέρα θα ανέβαιναν στην κορυφή, και στην πραγματικότητα το σκυρόδεμα μερικές φορές δονείται μηχανικά πριν σκληρυνθεί για να βοηθήσει στην απομάκρυνση των φυσαλίδων αέρα, οι οποίες μπορούν να αποδυναμώσουν το σκυρόδεμα.
Αριστερά είναι η πάστα C3S, ένα είδος τσιμέντου, αναμεμειγμένη στο 1G, και στα δεξιά η ίδια πάστα αναμεμειγμένη σε μικροβαρύτητα. Και οι δύο είναι 56 ημερών. Οι μεγάλες στρογγυλές κατασκευές στα δεξιά είναι παγιδευμένες φυσαλίδες αέρα. Το δείγμα μικροβαρύτητας στα δεξιά έχει επίσης μεγαλύτερο μικροπορώδες. Πίστωση εικόνας: Neves et. al., 2019.
Και τα δύο δείγματα MICS και MVP Cell-05 έδειξαν μεγαλύτερη κρυστάλλωση από τα αλεσμένα δείγματα. Το 20% μεγαλύτερο μικροπορώδες στα δείγματα μικροβαρύτητας επέτρεψε περισσότερο χώρο για κρυστάλλωση και μεγαλύτερους κρυστάλλους, που θα πρέπει να δημιουργήσουν μεγαλύτερη αντοχή. Αλλά το μεγαλύτερο μικροπορώδες στα δείγματα μικροβαρύτητας δημιουργεί επίσης λιγότερο πυκνό σκυρόδεμα, το οποίο θα μπορούσε να σημαίνει ασθενέστερο σκυρόδεμα. Το μέγεθος των μικροπόρων στα δείγματα μικροβαρύτητας ήταν επίσης κατά μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερο από τα αλεσμένα δείγματα.
Το σκυρόδεμα μικροβαρύτητας είχε λιγότερη καθίζηση, που σημαίνει ότι μικρά σωματίδια αδρανών δεν καθίζανε στον πυθμένα κατά τη σκλήρυνση, αλλά απλώνονται πιο ομοιόμορφα μέσα στο σκυρόδεμα. Αυτό σημαίνει ότι το σκυρόδεμα είναι πιο ομοιόμορφο, κάτι που θα μπορούσε να επηρεάσει την αντοχή.
Αυτή είναι μια αρχική μελέτη για το σκυρόδεμα στη μικροβαρύτητα. Δεν έγιναν δοκιμές αντοχής στα πολύ μικρά δείγματα, επομένως τυχόν συμπεράσματα για την αντοχή είναι πρόωρα. Ωστόσο, επισημαίνει ορισμένες πολύ διαφορετικές ιδιότητες μεταξύ σκυροδέματος 1G και σκυροδέματος μικροβαρύτητας, οι οποίες αναμφίβολα θα διερευνηθούν στο μέλλον.
«Το αυξημένο πορώδες έχει άμεση σχέση με την αντοχή του υλικού, αλλά δεν έχουμε ακόμη μετρήσει την αντοχή του υλικού που σχηματίζεται στο διάστημα», είπε η Radlinska σε συνέντευξη με το designboom .
Περισσότερο:
- Μελέτη: Επίδραση μικροβαρύτητας στη μικροδομική ανάπτυξη του πυριτικού τρι-ασβεστίου (C 3 Σ) Πάστα
- Sciencecast της NASA: Στερεώνοντας τη θέση μας στο διάστημα
- Μελέτη: Προϊόντα ενυδάτωσης του C 3 ΜΕΤΑ ΧΡΙΣΤΟΝ 3 S και τσιμέντο Portland παρουσία CaCO 3
- designboom: Οι αστροναύτες της NASA εξερευνούν τι συμβαίνει στο σκυρόδεμα όταν αναμιγνύεται στο διάστημα
- Ένωση Τσιμέντων Πόρτλαντ: Τσιμέντο και Σκυρόδεμα
- Εθνική Διαστημική Εταιρεία: Σκυρόδεμα: Πιθανό υλικό για Διαστημικό Σταθμό