See, mis kõlab nagu lamav komöödia šikk, on tegelikult kindel teadus. Kuna inimkonna kosmoses on nii palju tulevikku, mis hõlmab elupaiku ja muid struktuure ning on püsivalt kohal Kuul ja Marsil, on betooni segamine kosmoses tõsine asi. NASA-l on uuringuprogramm nimega MICS (tsemendi tahkumise mikrogravitatsiooni uurimine), mis uurib, kuidas me saaksime mikrogravitatsioonis elupaiku või muid struktuure rajada.
Betoon on Maal kõige laialdasemalt kasutatav materjal, arvestamata vett. Seda kasutatakse laiemalt kui puitu. Samuti on see olnud pikka aega olemas.
Lisaks oma isolatsioonikvaliteedile võib betoon kaitsta ka kiirguse eest ja selle konstruktsioonitugevus kaitseb ka meteoriidimõjude eest. Ehkki see pole ainus võimalus ehitiste ehitamiseks, on sellel tõenäoliselt oma roll. See võib osutuda oluliseks materjaliks, kuna transportida tuleb ainult tsementi ise, mitte täitematerjali ega vett.
MICS-i osana ja sellega seotud uuringu nimega MVP Cell-05 moodustasid NASA ja Pennsylvania osariigi ülikool ISS-i astronautidega betooni segamiseks. Betooni omadused Maal on hästi mõistetavad, kuid mikrogravitatsioon kujutab endast veel ühte asjaolude kogumit. Tulemused on avaldatud ajakirjas Frontiers in Materials ja pealkirjaga „Mikrogravitatsiooni mõju tri-kaltsiumsilikaadi (C3S) Kleebi. ”
"Meie katsed on keskendunud tsemendipastale, mis hoiab betooni koos."
Aleksandra Radlinska, MICSi uurija.
Betoon ise on segu, täitematerjal, mis koosneb liivast, kruusast ja kivimitest, mida hoitakse koos tsemendiga ja mida on kahte tüüpi: portlandtsement või geopolümeertsement. Kombineerige see veega õiges vahekorras, segage ja vormige seda ning kui see kõveneb või korralikult kõveneb, on see äärmiselt tugev aine. Sellepärast seisavad endiselt mõned iidsed ehitised, näiteks Rooma akveduktid, mis on osaliselt valmistatud betoonist.
Hoolimata sellest, kui laialt levinud on see meie kaasaegses maailmas, ei tea veel paljud teadlased selle toimimisest. Kuid nad teavad, et selle kõvenemisel moodustuvad kristallid, mis põimuvad üksteisega ning liiva ja kruusaga, andes betoonile selle tugevuse. Teadlased soovisid rohkem teada saada, kuidas see mikrogravitatsioonis toimub.
„Meie katsed on keskendunud tsemendipastale, mis hoiab betooni koos. Tahame teada, mis kasvab tsemendipõhise betooni sees, kui puuduvad gravitatsioonil põhinevad nähtused, näiteks sedimentatsioon, ”ütles MICS-i ja MVP Cell-05 juhtivteadur Aleksandra Radlinska.
Mikrogravitatsiooni kohta ütles Radlinska: "See võib muuta kristalse mikrostruktuuri jaotust ja lõppkokkuvõttes materjali omadusi."
"See, mida leiame, võib viia betooni parendamiseni nii kosmoses kui ka Maa peal," lisas Rudlinska. "Kuna tsementi kasutatakse laialdaselt kogu maailmas, võib isegi väikesel parendusel olla tohutu mõju."
Spetsiifiliste omadustega betooni tootmiseks vajalik vee, täitematerjali ja betooni suhe on siin Maa peal hästi mõistetav. Aga kuidas on Kuul? Sellel on ainult 1/6 Maa raskusjõust. Või Mars, millel on veidi üle kolmandiku Maa gravitatsioonist. Katsete eesmärk oli valgustada seda küsimust.
MICS-i katses olid astronautidel mitu pakki tsemendipulbrit, millele nad lisasid vett. Seejärel lisasid nad mõnel pakil alkoholi hüdratsiooni peatamiseks erinevatel aegadel alkoholi.
Teises katses, MVP Cell-05, lisasid astronaudid vett ka tsemendipakkidesse, kuid nad kasutasid ISS-il tsentrifuugi, et simuleerida erinevaid gravitatsioone, sealhulgas Marsi ja Lunari gravitatsioone. Mõlema katse proovid viidi Maale tagasi analüüsimiseks.
MVP Cell-05 kaasuurija on Richard Grugel. Ta ütles: "Me näeme ja dokumenteerime juba ootamatuid tulemusi."
Katse näitas, et mikrogravitatsioonis segatud betoonil oli suurenenud mikro-poorsus. Mikrogravitatsiooniproovides olid õhumullid, mida Maa gravitatsiooniproovides ei esine. Selle põhjuseks on ujuvus. Maal tõusevad õhumullid tippu ja tegelikult vibreeritakse betooni enne kõvenemist mõnikord mehaaniliselt, et aidata õhumulle välja ajada, mis võib betooni nõrgestada.
Nii MICS kui ka MVP Cell-05 proovid kristalliseerusid paremini kui jahvatatud proovid. Mikrogravitatsiooniproovide 20% suurem mikropoorsus võimaldas kristalliseerumiseks rohkem ruumi ja suuremad kristallid, mis peaksid looma rohkem tugevust. Kuid mikrogravitatsiooniproovide suurem mikropoorsus loob ka vähem tiheda betooni, mis võib tähendada nõrgemat betooni. Mikrogravitatsiooniproovides sisalduvate mikropooride suurus oli samuti ühe suurusjärgu võrra suurem kui jahvatatud proovidel.
Mikrogravitatsioonilisel betoonil oli vähem setteid, mis tähendab, et killustiku väikesed osakesed ei settinud kõvenemise ajal põhja, vaid jaotuvad ühtlasemalt läbi betooni. See tähendab, et betoon on ühtlasem, mis võib tugevust mõjutada.
See on esialgne uuring mikrogravitatsiooni betooni kohta. Väga väikeste proovidega tugevusteste ei tehtud, seega on järeldused tugevuse kohta ennatlikud. Kuid selles tuuakse välja mõned 1G betooni ja mikrogravitatsiooni betooni väga erinevad omadused, mida tulevikus kahtlemata uuritakse.
"Suurenenud poorsus mõjutab otseselt materjali tugevust, kuid ruumi moodustatud materjali tugevust peame veel mõõtma," ütles Radlinska intervjuus disainboomile.
Veel:
- Uuring: Mikrogravitatsiooni mõju tri-kaltsiumsilikaadi (C3S) Kleebi
- NASA Sciencecast: meie koha tsementeerimine kosmoses
- Uuring: C - hüdraatumisproduktid3A, C3S ja portlandtsement CaCO juuresolekul3
- disainibuum: NASA astronaudid uurivad, mis juhtub betooniga, kui see on segunenud ruumis
- Portlandtsemendi ühing: tsement ja betoon
- Riiklik kosmoseselts: betoon: potentsiaalne materjal kosmosejaama jaoks
