Quella che sembra una commedia schifosa è in realtà una solida scienza. Con così tanto del futuro spaziale dell'umanità che coinvolge habitat, altre strutture e una presenza permanente sulla Luna e su Marte, mescolare il cemento nello spazio è una faccenda seria. La NASA ha un programma di studio chiamato MICS, (Microgravity Investigation of Cement Solidification) che sta esaminando come potremmo costruire habitat o altre strutture in microgravità.
Il calcestruzzo è il materiale più utilizzato sulla Terra, senza contare l'acqua. È più diffuso del legno. È stato anche in giro per un a lungo .
Oltre alla sua qualità isolante, il calcestruzzo può anche fornire protezione dalle radiazioni e la sua resistenza strutturale fornisce protezione dagli impatti dei meteoriti. Sebbene non sia l'unica opzione per la costruzione di strutture, probabilmente avrà un ruolo da svolgere. Potrebbe finire per essere un materiale importante perché solo il cemento stesso, non l'aggregato o l'acqua, deve essere trasportato.
Nell'ambito di MIC , e uno studio correlato chiamato MVP Cell-05 , la NASA e la Pennsylvania State University hanno collaborato con gli astronauti sulla ISS per mescolare il cemento. Le proprietà del calcestruzzo sulla Terra sono ben comprese, ma la microgravità presenta un'altra serie di circostanze. I risultati sono pubblicati su Frontiers in Materials e sono intitolati ' Effetto della microgravità sullo sviluppo microstrutturale del silicato tricalcico (C 3 S) Incolla . '
'I nostri esperimenti si concentrano sulla pasta di cemento che tiene insieme il calcestruzzo'.
Aleksandra Radlinska, ricercatrice principale per MICS.
Il calcestruzzo stesso è una miscela un aggregato, costituito da sabbia, ghiaia e rocce, tenute insieme con cemento, che è disponibile in due tipi: cemento Portland o cemento geopolimerico. Unisci il tutto con acqua, nelle giuste proporzioni, mescola e modella, e quando si indurisce o si indurisce correttamente, è una sostanza estremamente forte. Ecco perché alcune strutture antiche come gli acquedotti romani, in parte realizzati in cemento, sono ancora in piedi.
Un'illustrazione artistica degli ingredienti che compongono il cemento. Credito immagine: NASA
Nonostante quanto sia onnipresente nel nostro mondo moderno, ci sono ancora molti scienziati che non sanno come funziona. Ma sanno che mentre si indurisce, forma dei cristalli che si incastrano tra loro, e con la sabbia e la ghiaia, dando al cemento la sua forza. Gli scienziati volevano saperne di più su come ciò accade in condizioni di microgravità.
Un'illustrazione artistica dei microcristalli che si formano nel cemento mentre si indurisce. Credito immagine: NASA.
“I nostri esperimenti si concentrano sulla pasta di cemento che tiene insieme il calcestruzzo. Vogliamo sapere cosa cresce all'interno del calcestruzzo a base di cemento quando non ci sono fenomeni guidati dalla gravità, come la sedimentazione', ha affermato Aleksandra Radlinska, Principal Investigator per MICS e MVP Cell-05.
Una scansione al microscopio elettronico della miscela di calcestruzzo. Credito immagine: NASA/J. Neve/P. Collins.
Per quanto riguarda la microgravità, Radlinska ha affermato: 'Potrebbe cambiare la distribuzione della microstruttura cristallina e, in definitiva, le proprietà del materiale'.
'Ciò che troviamo potrebbe portare a miglioramenti concreti sia nello spazio che sulla Terra', ha aggiunto Rudlinska. 'Dal momento che il cemento è ampiamente utilizzato in tutto il mondo, anche un piccolo miglioramento potrebbe avere un impatto enorme'.
I rapporti tra acqua, aggregato e calcestruzzo necessari per produrre calcestruzzo con proprietà specifiche sono ben compresi qui sulla Terra. Ma che dire sulla Luna? Ha solo 1/6 della gravità terrestre. O Marte, che ha poco più di 1/3 della gravità terrestre. Gli esperimenti sono stati progettati per far luce su questa domanda.
Nell'esperimento MICS, gli astronauti avevano una serie di pacchetti di polvere di cemento, a cui aggiungevano acqua. Quindi hanno aggiunto alcol ad alcuni dei pacchetti in momenti diversi, per interrompere l'idratazione.
L'astronauta dell'ESA Alexander Gerst aggiunge acqua ai pacchetti di cemento sulla ISS. Credito immagine: NASA
Nel secondo esperimento, MVP Cell-05, gli astronauti hanno anche aggiunto acqua ai pacchetti di cemento, ma hanno usato una centrifuga sulla ISS per simulare diverse gravità, comprese quelle marziane e lunari. I campioni di entrambi gli esperimenti sono stati riportati sulla Terra per essere analizzati.
Il co-investigatore principale per MVP Cell-05 è Richard Grugel. Ha detto: 'Stiamo già vedendo e documentando risultati inaspettati'.
La sperimentazione ha mostrato che il calcestruzzo miscelato in microgravità aveva aumentato la microporosità. C'erano bolle d'aria nei campioni di microgravità che non sono presenti nei campioni di gravità terrestre. Questo è a causa della galleggiabilità. Sulla Terra, le bolle d'aria salirebbero verso l'alto, e infatti il calcestruzzo a volte viene fatto vibrare meccanicamente prima dell'indurimento solo per aiutare a espellere le bolle d'aria, che possono indebolire il calcestruzzo.
A sinistra c'è la pasta C3S, un tipo di cemento, miscelato a 1G, e a destra è la stessa pasta miscelata in microgravità. Entrambi hanno 56 giorni. Le grandi strutture rotonde sulla destra sono bolle d'aria intrappolate. Il campione di microgravità a destra ha anche una maggiore microporosità. Credito immagine: Neves et. al., 2019.
Entrambi i campioni MICS e MVP Cell-05 hanno mostrato una cristallizzazione maggiore rispetto ai campioni macinati. La microporosità maggiore del 20% nei campioni di microgravità ha consentito più spazio per la cristallizzazione e cristalli più grandi, che dovrebbero creare più forza. Ma la maggiore microporosità nei campioni di microgravità crea anche calcestruzzo meno denso, il che potrebbe significare calcestruzzo più debole. La dimensione dei micropori nei campioni di microgravità era anche un ordine di grandezza più grande dei campioni di terra.
Il calcestruzzo a microgravità ha avuto una minore sedimentazione, il che significa che piccole particelle di aggregato non si sono depositate sul fondo durante l'indurimento, ma si sono diffuse in modo più uniforme attraverso il calcestruzzo. Ciò significa che il calcestruzzo è più uniforme, il che potrebbe influire sulla resistenza.
Questo è uno studio iniziale sul calcestruzzo in microgravità. Non sono stati effettuati test di resistenza su campioni molto piccoli, quindi qualsiasi conclusione sulla resistenza è prematura. Ma evidenzia alcune proprietà molto diverse tra il calcestruzzo 1G e il calcestruzzo a microgravità, che senza dubbio verranno esplorate in futuro.
'L'aumento della porosità ha un impatto diretto sulla resistenza del materiale, ma dobbiamo ancora misurare la resistenza del materiale formato dallo spazio', ha affermato Radlinska in un intervista a designboom .
Di più:
- Studio: Effetto della microgravità sullo sviluppo microstrutturale del silicato tricalcico (C 3 S) Incolla
- Sciencecast della NASA: Consolidare il nostro posto nello spazio
- Studio: Prodotti per l'idratazione di C 3 AC 3 S e cemento Portland in presenza di CaCO 3
- design boom: Gli astronauti della NASA esplorano cosa succede al cemento quando è mescolato nello spazio
- Associazione del cemento di Portland: Cemento e Calcestruzzo
- Società spaziale nazionale: Calcestruzzo: materiale potenziale per la stazione spaziale
