Αυτό που ακούγεται σαν μια κωμωδία slap-stick είναι στην πραγματικότητα μια 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 ανάμιξη 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 οικοδομήσουμε ενδιαιτήματα ή άλλες δομές στη μικροβαρύτητα.
Το σκυρόδεμα είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό στη Γη, χωρίς να υπολογίζεται το νερό. Χρησιμοποιείται ευρύτερα από το ξύλο. Είναι επίσης εδώ και πολύ καιρό.
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 μετεωρίτες. Αν και δεν είναι η μόνη επιλογή για την κατασκευή κτιρίων, πιθανότατα θα έχει κάποιο ρόλο. Θα μπορούσε να καταλήξει να είναι ένα σημαντικό υλικό γιατί μόνο το ίδιο το τσιμέντο, όχι το αδρανή ή το νερό, πρέπει να μεταφερθεί.
Ως μέρος του MICS και μιας σχετικής μελέτης που ονομάζεται MVP Cell-05, η NASA και το State University της Πενσυλβανίας συνεργάστηκαν με αστροναύτες στο ISS για να αναμιχθούν σκυρόδεμα. Οι ιδιότητες του σκυροδέματος στη Γη είναι καλά κατανοητές, αλλά η μικροβαρύτητα παρουσιάζει ένα άλλο σύνολο περιστάσεων. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο Frontiers in Materials, με τίτλο «Μικροβαρύτητα Επίδραση στην Μικροδομική Ανάπτυξη του Τρι-ασβεστίου Πυριτικού (C3S) Επικόλληση. "
«Τα πειράματά μας επικεντρώνονται στην τσιμέντο που συγκρατεί το σκυρόδεμα μαζί».
Aleksandra Radlinska, κύριος ερευνητής του MICS.
Το ίδιο το σκυρόδεμα είναι ένα μείγμα αδρανοποίησης, το οποίο αποτελείται από άμμο, χαλίκι και βράχους, συγκρατημένα μαζί με τσιμέντο, το οποίο διατίθεται σε δύο τύπους: τσιμέντο Πόρτλαντ ή τσιμέντο γεωπολυμερούς. Συνδυάστε τα όλα με νερό, στις σωστές αναλογίες, ανακατέψτε το και διαμορφώστε το, και όταν σκληραίνει ή σκληραίνει σωστά, είναι μια εξαιρετικά ισχυρή ουσία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένες αρχαίες κατασκευές όπως τα ρωμαϊκά υδραγωγεία, που κατασκευάστηκαν εν μέρει με σκυρόδεμα, παραμένουν.
Παρά το πόσο πανταχού υπάρχει στον σύγχρονο κόσμο μας, υπάρχουν ακόμα πολλοί επιστήμονες που δεν γνωρίζουν πώς λειτουργεί. Αλλά ξέρουν ότι καθώς σκληραίνει, σχηματίζει κρύσταλλα 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.
«Τα πειράματά μας επικεντρώνονται στον τσιμέντο που συγκρατεί το σκυρόδεμα μαζί. Θέλουμε να μάθουμε τι αναπτύσσεται μέσα σε τσιμέντο με βάση το τσιμέντο όταν δεν υπάρχουν φαινόμενα που οφείλονται στη βαρύτητα, όπως η καθίζηση », δήλωσε ο Aleksandra Radlinska, κύριος ερευνητής για τα MICS και MVP Cell-05.
Όσον αφορά τη μικροβαρύτητα, ο 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 ο Rudlinska. "Επειδή το τσιμέντο χρησιμοποιείται εκτενώς σε όλο τον κόσμο, ακόμη και μια μικρή βελτίωση θα μπορούσε να έχει τεράστιο αντίκτυπο."
Οι αναλογίες νερού, αδρανούς 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 ο Άρης, που έχει λίγο περισσότερο από το 1/3 της βαρύτητας της Γης. Τα πειράματα σχεδιάστηκαν για να ρίξουν φως σε αυτό το ζήτημα.
Στο πείραμα MICS, οι αστροναύτες είχαν μια σειρά πακέτων τσιμέντου σε σκόνη, στα οποία πρόσθεσαν νερό. Στη συνέχεια πρόσθεσαν αλκοόλ σε μερικά από τα πακέτα σε διαφορετικούς χρόνους, για να σταματήσουν την ενυδάτωση.
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 βαρύτητες, συμπεριλαμβανομένων των βαρυτήτων του Άρη και της Σελήνης. Τα δείγματα και από τα δύο πειράματα επέστρεψαν στη Γη για ανάλυση.
Ο συν-κύριος ερευνητής για το MVP Cell-05 είναι ο Richard Grugel. Είπε, "Βλέπουμε ήδη και τεκμηριώνουμε απροσδόκητα αποτελέσματα."
Ο πειραματισμός έδειξε ότι το σκυρόδεμα αναμεμιγμένο σε μικρο-βαρύτητα είχε αυξημένο μικρο-πορώδες. Υπήρχαν φυσαλίδες αέρα στα δείγματα μικρο-βαρύτητας που δεν υπάρχουν στα δείγματα βαρύτητας της Γης. Αυτό οφείλεται στην πλευστότητα. Στη Γη, οι φυσαλίδες αέρα θα ανέβαιναν στην κορυφή, και στην πραγματικότητα το σκυρόδεμα μερικές φορές δονείται μηχανικά πριν από τη σκλήρυνση μόνο για να βοηθήσει στην απομάκρυνση των φυσαλίδων αέρα, οι οποίες μπορούν να αποδυναμώσουν το σκυρόδεμα.
Τόσο τα δείγματα MICS όσο και τα MVP Cell-05 παρουσίασαν μεγαλύτερη κρυστάλλωση από τα δείγματα γείωσης. Το 20% μεγαλύτερο μικροπορώδες στα δείγματα μικροβαρύτητας επέτρεψε περισσότερο χώρο για κρυστάλλωση και μεγαλύτερους κρυστάλλους, που θα έπρεπε να δημιουργήσουν περισσότερη αντοχή. Όμως, η μεγαλύτερη μικροποστικότητα στα δείγματα μικροβαρύτητας δημιουργεί επίσης λιγότερο πυκνό σκυρόδεμα, το οποίο θα μπορούσε να σημαίνει ασθενέστερο σκυρόδεμα. Το μέγεθος των μικροπόρων στα δείγματα μικροβαρύνης ήταν επίσης μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από τα δείγματα εδάφους.
Το σκυρόδεμα μικροβαρύτητας είχε λιγότερη καθίζηση, που σημαίνει ότι μικρά σωματίδια αδρανούς δεν κατακάθισαν στον πυθμένα κατά τη σκλήρυνση, αλλά απλώθηκαν πιο ομοιόμορφα μέσω του σκυροδέματος. Αυτό σημαίνει ότι το σκυρόδεμα είναι πιο ομοιόμορφο, το οποίο 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 σχετικά με την αντοχή είναι πρόωρα. Ωστόσο, επισημαίνει μερικές πολύ διαφορετικές ιδιότητες μεταξύ σκυροδέματος 1G και σκυροδέματος μικροβαρύνης, οι οποίες αναμφίβολα θα διερευνηθούν στο μέλλον.
«Το αυξημένο πορώδες έχει άμεση επίδραση στην αντοχή του υλικού, αλλά δεν έχουμε ακόμη μετρήσει την αντοχή του διαμορφωμένου χώρου», δήλωσε ο Radlinska σε συνέντευξή του στο designboom.
Περισσότερο:
- Μελέτη: Επίδραση μικροβαρύτητας στη μικροδομική ανάπτυξη του τρι-ασβεστίου πυριτικού (C3S) Επικόλληση
- NASA Sciencecast: Τσιμεντοποιώντας τη θέση μας στο διάστημα
- Μελέτη: Προϊόντα ενυδάτωσης του C3ΜΕΤΑ ΧΡΙΣΤΟΝ3S και Portland τσιμέντο παρουσία CaCO3
- designboom: Οι αστροναύτες της NASA διερευνούν τι συμβαίνει στο σκυρόδεμα όταν αναμιγνύεται στο διάστημα
- Σύνδεση τσιμέντου Portland: Τσιμέντο και σκυρόδεμα
- Εθνική Διαστημική Εταιρεία: Σκυρόδεμα: Δυνητικό Υλικό για Διαστημικό Σταθμό
