Những gì nghe giống như một shtick hài kịch slap-stick thực sự là khoa học vững chắc. Với rất nhiều nhân loại, tương lai xa không gian liên quan đến môi trường sống, các cấu trúc khác và sự hiện diện vĩnh viễn trên Mặt trăng và Sao Hỏa, trộn bê tông trong không gian là một công việc nghiêm túc. NASA có một chương trình nghiên cứu có tên MICS, (Điều tra vi trọng lực của quá trình hóa rắn xi măng) đang xem xét cách chúng ta có thể xây dựng môi trường sống hoặc các cấu trúc khác trong vi trọng lực.
Bê tông là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trên Trái đất, không kể nước. Nó được sử dụng rộng rãi hơn gỗ. Nó cũng đã được một thời gian dài.
Ngoài chất lượng cách điện, bê tông cũng có thể bảo vệ khỏi bức xạ và cường độ cấu trúc của nó cung cấp bảo vệ khỏi các tác động của thiên thạch. Mặc dù nó không phải là lựa chọn duy nhất để xây dựng các cấu trúc, nhưng nó có thể sẽ có vai trò. Nó cuối cùng có thể là một vật liệu quan trọng bởi vì chỉ có xi măng, chứ không phải cốt liệu hoặc nước, cần phải được vận chuyển.
Là một phần của MICS, và một nghiên cứu liên quan có tên MVP Cell-05, NASA và Đại học bang Pennsylvania đã hợp tác với các phi hành gia trên ISS để trộn bê tông. Các đặc tính bê tông trên Trái đất được hiểu rõ, nhưng vi trọng lực trình bày một tập hợp hoàn cảnh khác. Các kết quả được công bố trên Frontiers in Vật liệu, và có tiêu đề, Hiệu ứng vi trọng lực của Hồi giáo đối với sự phát triển cấu trúc vi mô của Tri-canxi Silicate (C3S) Dán.
Các thí nghiệm của chúng tôi tập trung vào việc dán xi măng giữ bê tông lại với nhau.
Aleksandra Radlinska, Điều tra viên chính của MICS.
Bản thân bê tông là hỗn hợp tổng hợp, bao gồm cát, sỏi và đá, được tổ chức cùng với xi măng, có hai loại: xi măng Portland hoặc xi măng geopolyme. Kết hợp tất cả với nước, theo đúng tỷ lệ, trộn và định hình nó, và khi nó chữa hoặc đông cứng đúng cách, nó sẽ là một chất cực kỳ mạnh. Đó là lý do tại sao một số cấu trúc cổ xưa như các cống dẫn nước La Mã, được làm một phần bằng bê tông, vẫn đứng vững.
Mặc dù nó phổ biến như thế nào trong thế giới hiện đại của chúng ta, nhưng vẫn có rất nhiều nhà khoa học không biết về cách thức hoạt động của nó. Nhưng họ biết rằng khi nó cứng lại, nó tạo thành các tinh thể đan xen với nhau, và với cát và sỏi, tạo ra sức mạnh của nó. Các nhà khoa học muốn biết thêm về cách điều đó xảy ra trong vi trọng lực.
Các thí nghiệm của chúng tôi tập trung vào việc dán xi măng giữ bê tông lại với nhau. Chúng tôi muốn biết những gì phát triển bên trong bê tông gốc xi măng khi không có hiện tượng do trọng lực, chẳng hạn như trầm tích, theo ông Alexandra Radlinska, Điều tra viên chính của MICS và MVP Cell-05.
Về vi trọng lực, Radlinska cho biết, có thể thay đổi sự phân bố cấu trúc vi tinh thể, và cuối cùng là các tính chất vật liệu.
Những gì chúng ta tìm thấy có thể dẫn đến những cải tiến về bê tông cả trong không gian và trên Trái đất, đã thêm Rudlinska. Từ khi xi măng được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới, ngay cả một cải tiến nhỏ cũng có thể có tác động to lớn.
Các tỷ lệ nước, cốt liệu và bê tông cần thiết để sản xuất bê tông với các tính chất cụ thể được hiểu rõ ở đây trên Trái đất. Nhưng còn trên Mặt trăng thì sao? Nó chỉ có 1/6 trọng lực Trái đất. Hay sao Hỏa, chỉ chiếm hơn 1/3 trọng lực Trái đất. Các thí nghiệm được thiết kế để làm sáng tỏ câu hỏi này.
Trong thí nghiệm MICS, các phi hành gia có một số gói bột xi măng, họ đã thêm nước vào. Sau đó, họ thêm rượu vào một số gói vào các thời điểm khác nhau, để ngăn chặn quá trình hydrat hóa.
Trong thí nghiệm thứ hai, MVP Cell-05, các phi hành gia cũng đã thêm nước vào các gói xi măng, nhưng họ đã sử dụng máy ly tâm trên ISS để mô phỏng các trọng lực khác nhau, bao gồm cả trọng lực của sao Hỏa và Mặt trăng. Các mẫu từ cả hai thí nghiệm đã được đưa trở lại Trái đất để phân tích.
Đồng điều tra viên chính cho MVP Cell-05 là Richard Grugel. Anh ấy nói, chúng tôi đã thấy và ghi lại những kết quả bất ngờ.
Thí nghiệm cho thấy bê tông trộn trong trọng lực vi mô đã tăng độ xốp vi mô. Có các bọt khí trong các mẫu trọng lực vi mô không có trong các mẫu trọng lực Trái đất. Đó là vì nổi. Trên trái đất, các bong bóng khí sẽ nổi lên trên đỉnh, và trên thực tế, bê tông đôi khi bị rung động cơ học trước khi xử lý chỉ để giúp loại bỏ bọt khí, có thể làm suy yếu bê tông.
Cả hai mẫu MICS và MVP Cell-05 cho thấy sự kết tinh lớn hơn các mẫu đất. Độ vi mô lớn hơn 20% trong các mẫu vi trọng lực cho phép nhiều chỗ hơn cho quá trình kết tinh và các tinh thể lớn hơn, sẽ tạo ra nhiều sức mạnh hơn. Nhưng microporosity lớn hơn trong các mẫu vi trọng lực cũng tạo ra bê tông ít đậm đặc hơn, có nghĩa là bê tông yếu hơn. Kích thước của micropores trong các mẫu vi trọng lực cũng lớn hơn một bậc so với mẫu mặt đất.
Bê tông siêu trọng lực có ít sự lắng đọng hơn, có nghĩa là các hạt cốt liệu nhỏ đã không lắng xuống đáy trong quá trình đông cứng, nhưng được lan truyền đồng đều hơn qua bê tông. Điều đó có nghĩa là bê tông đồng đều hơn, có thể ảnh hưởng đến cường độ.
Đây là một nghiên cứu ban đầu vào bê tông trong vi trọng lực. Không có thử nghiệm độ bền nào được thực hiện trên các mẫu rất nhỏ, vì vậy mọi kết luận về độ bền đều sớm. Nhưng nó chỉ ra một số tính chất rất khác nhau giữa bê tông 1G và bê tông trọng lực, điều này chắc chắn sẽ được khám phá trong tương lai.
Độ xốp tăng lên có liên quan trực tiếp đến sức mạnh của vật liệu, nhưng chúng tôi vẫn chưa đo được sức mạnh của vật liệu hình thành không gian, ông Radlinska nói trong một cuộc phỏng vấn với designboom.
Hơn:
- Nghiên cứu: Hiệu ứng vi trọng lực đối với sự phát triển cấu trúc vi mô của Tri-canxi Silicate (C3S) Dán
- NASA Sciencecast: Xi măng vị trí của chúng ta trong không gian
- Nghiên cứu: Sản phẩm hydrat hóa của C3AC3Xi măng S và Portland với sự có mặt của CaCO3
- designboom: Các phi hành gia của NASA khám phá những gì xảy ra với bê tông khi nó bị trộn lẫn trong không gian
- Hiệp hội Xi măng Portland: Xi măng và Bê tông
- Hiệp hội vũ trụ quốc gia: Bê tông: Vật liệu tiềm năng cho Trạm vũ trụ
