Se, mikä kuulostaa slap-stick -komedian shtickiltä, on todella vankka tiede. Betonin sekoittaminen avaruudessa on vakava asia, kun ihmisten avaruustutkimuksen tulevaisuus on niin suuri, että siihen liittyy elinympäristöjä, muita rakenteita ja pysyvä läsnäolo Kuussa ja Marsissa. NASA: lla on tutkimusohjelma nimeltään MICS (sementin jähmettymisen mikrogravitaatiotutkimus), joka tutkii, kuinka voimme rakentaa elinympäristöjä tai muita rakenteita mikropainovoimaan.
Betoni on maapallossa eniten käytetty materiaali, ilman vettä. Sitä käytetään laajemmin kuin puuta. Se on ollut olemassa jo pitkään.
Eristävän laadun lisäksi betoni voi myös suojata säteilyltä, ja sen rakenteellinen lujuus tarjoaa suojaa meteoriittivaikutuksilta. Vaikka se ei ole ainoa vaihtoehto rakennusten rakentamiseksi, sillä on todennäköisesti oma roolinsa. Se voi lopulta olla tärkeä materiaali, koska vain sementti, ei kiviaines tai vesi, on kuljetettava.
Osana MICS: ää ja siihen liittyvää tutkimusta nimeltään MVP Cell-05, NASA ja Pennsylvanian osavaltion yliopisto ryhtyivät ISS: n astronautien kanssa sekoittamaan betonia. Betonin ominaisuudet maan päällä ymmärretään hyvin, mutta mikropaino tuo esiin toisen joukon olosuhteita. Tulokset julkaistaan julkaisussa Frontiers in Materials, ja niiden otsikko on ”Mikrogravitaation vaikutus kolmikalsiumsilikaatin (C3S) Liitä. ”
"Kokeilumme ovat keskittyneet sementtipastaan, joka pitää betonin yhdessä."
Aleksandra Radlinska, MICS: n päätutkija.
Itse betoni on seos kiviaines, joka koostuu hiekasta, sorasta ja kivistä, joita pidetään yhdessä sementin kanssa ja jota on kahta tyyppiä: portlandsementti tai geopolymeerisementti. Yhdistä se kaikki veteen oikeissa suhteissa, sekoita ja muotoile se, ja kun se kovettuu tai kovettuu kunnolla, se on erittäin vahva aine. Siksi jotkut muinaiset rakenteet, kuten Rooman vesijohdot, jotka on valmistettu osittain betonista, seisovat edelleen.
Huolimatta siitä, kuinka kaikkialla maailmassa se on nykymaailmassa, tiedemiehet eivät vielä tiedä kuinka se toimii. Mutta he tietävät, että kovettuessaan se muodostaa kiteitä, jotka lukkiutuvat keskenään sekä hiekan ja soran kanssa antaen konkreettisille voimilleen. Tutkijat halusivat lisätietoja siitä, miten tämä tapahtuu mikropainossa.
”Kokeilumme ovat keskittyneet sementtipastaan, joka pitää betonin yhdessä. Haluamme tietää, mikä kasvaa sementtipohjaisen betonin sisällä, kun ei ole painovoimavetoisia ilmiöitä, kuten sedimentaatiota ”, kertoi MICS: n ja MVP Cell-05: n päätutkija Aleksandra Radlinska.
Mikropainosta Radlinska sanoi: "Se voisi muuttaa kiteisen mikrorakenteen jakautumista ja viime kädessä materiaalin ominaisuuksia."
"Se mitä löydämme, voi johtaa parannuksiin betonissa sekä avaruudessa että maan päällä", lisäsi Rudlinska. "Koska sementtiä käytetään laajasti ympäri maailmaa, pienelläkin parannuksella voi olla valtava vaikutus."
Erityisominaisuuksilla varustetun betonin valmistamiseksi tarvittavien veden, kiviaineksen ja betonin suhteet ymmärretään hyvin täällä maan päällä. Entä Kuu? Sillä on vain yksi kuudes maapallon painovoima. Tai Mars, jolla on hieman yli kolmasosa Maan painovoimasta. Kokeet on suunniteltu valaisemaan tätä kysymystä.
MICS-kokeessa astronauteilla oli useita paketteja sementtijauhetta, joihin he lisäsivät vettä. Sitten he lisäsivät alkoholia joihinkin paketteihin eri aikoina nesteytyksen lopettamiseksi.
Toisessa kokeessa, MVP Cell-05, astronautit lisäsivät vettä myös sementtipakkauksiin, mutta he käyttivät sentrifugia ISS: ssä erilaisten painovoimien, mukaan lukien Marsin ja Lunarin, simuloimiseksi. Näytteet molemmista kokeista palautettiin maan päälle analysoitavaksi.
MVP Cell-05: n päätutkija on Richard Grugel. Hän sanoi: "Näemme ja dokumentoimme jo odottamattomia tuloksia."
Kokeilu osoitti, että mikropainoon sekoitetulla betonilla oli lisääntynyt mikrohuokoisuus. Mikropaino näytteissä oli ilmakuplia, joita ei ole läsnä maan painovoimanäytteissä. Se johtuu kelluvuudesta. Maapallolla ilmakuplat nousisivat huipulle, ja itse asiassa betoni värähtelee joskus mekaanisesti ennen kovettamista vain auttaakseen ilmakuplien poistamisessa, jotka voivat heikentää betonia.
Sekä MICS- että MVP Cell-05 -näytteet osoittivat suurempaa kiteytymistä kuin jauhetut näytteet. 20% suurempi mikrohuokoisuus mikropaino näytteissä antoi enemmän tilaa kiteytymiselle ja suuremmille kiteille, joiden pitäisi luoda enemmän lujuutta. Mutta suurempi mikrohuokoisuus mikropainonäytteissä luo myös vähemmän tiheää betonia, mikä voi tarkoittaa heikompaa betonia. Mikrohuokoisten näytteiden mikrohuokojen koko oli myös yhtä suuruusluokkaa suurempi kuin jauhettujen näytteiden.
Mikrogravitaatiobetonissa oli vähemmän sedimentaatiota, mikä tarkoittaa, että pienet kiviainespartikkelit eivät asettuneet pohjaan kovettumisen aikana, vaan jakautuvat tasaisemmin betonin läpi. Tämä tarkoittaa, että betoni on tasaisempaa, mikä voi vaikuttaa lujuuteen.
Tämä on alustava tutkimus betonista mikropainossa. Hyvin pienille näytteille ei tehty lujuustestejä, joten lujuutta koskevat päätelmät ovat ennenaikaisia. Mutta siinä tuodaan esiin joitain hyvin erilaisia ominaisuuksia 1G-betonin ja mikropainobetonin välillä, joita tutkitaan epäilemättä tulevaisuudessa.
"Lisääntynyt huokoisuus vaikuttaa suoraan materiaalin lujuuteen, mutta avaruudessa muodostetun materiaalin lujuutta meidän on vielä mitattava", sanoi Radlinska haastattelussa designboomille.
Lisää:
- Tutkimus: Mikrogravitaation vaikutus triskalsiumsilikaatin (C3S) Liitä
- NASA Sciencecast: Paikannamme asemaamme avaruudessa
- Tutkimus: C: n hydratointituotteet3A, C3S ja portlandsementti CaCO: n läsnä ollessa3
- designboom: NASA-astronautit tutkivat mitä tapahtuu betonille, kun se sekoittuu avaruuteen
- Portland Cement Association: sementti ja betoni
- Kansallinen avaruusyhdistys: Betoni: Potentiaalinen materiaali avaruusasemalle
