astronauten maken cement in de ruimte

[univers]

Astronaut Alexander Gerst van het Europees Ruimteagentschap werkt aan het MICS-experiment aan boord van het internationale ruimtestation. Waarnemingen van hoe cement in de ruimte reageert tijdens het hardingsproces, kunnen ingenieurs helpen de microstructuur en materiaaleigenschappen beter te begrijpen, wat de cementverwerkingstechnieken op aarde zou kunnen verbeteren en zou kunnen leiden tot het ontwerpen van veilige, lichtgewicht ruimtewoonplaatsen.
Credits: NASA

Wanneer mensen naar de maan of Mars gaan om te verblijven, moeten ze veilige plaatsen bouwen waar ze kunnen wonen en werken. Het meest gebruikte bouwmateriaal op aarde, beton, kan het antwoord zijn. Het is sterk en duurzaam genoeg om bescherming te bieden tegen kosmische straling en meteorieten en het kan mogelijk zijn om het beschikbaar te maken met materialen die op deze hemellichamen beschikbaar zijn.

Beton is een mengsel van zand, grind en rotsen aan elkaar gelijmd met een pasta gemaakt van water en cementpoeder. Hoewel dat eenvoudig klinkt, is het proces vrij complex en hebben wetenschappers nog steeds vragen over de chemie en de microscopische structuren en hoe veranderingen in zwaartekracht het proces kunnen beïnvloeden.

Een recent onderzoek naar het internationale ruimtestation ISS onderzocht cementverharding in microzwaartekracht om die vragen te helpen beantwoorden. Voor het Microgravity Investigation of Cement Solidification ( MICS ) -project hebben onderzoekers voor de eerste keer tricalciumsilicaat (C 3 S) en water gemengd buiten de zwaartekracht van de aarde. Het belangrijkste minerale bestanddeel van het meeste commercieel beschikbare cement, C 3 S, regelt veel van zijn chemische reacties en eigenschappen. MICS onderzocht of het stollen van cement in microzwaartekracht zou resulteren in unieke microstructuren en bood een eerste vergelijking van op de grond verwerkte cementmonsters en in microzwaartekracht.

De onderzoekers rapporteerden hun resultaten in een paper gepubliceerd in Frontiers in Materials , "Microgravity Effect on Microstructural Development of Tri-calcium Silicate (C 3 S) Paste."

"Tijdens missies naar de maan en Mars moeten mensen en apparatuur worden beschermd tegen extreme temperaturen en straling, en de enige manier om dat te doen is door infrastructuur te bouwen op deze buitenaardse omgevingen," zei hoofdonderzoeker Aleksandra Radlinska van Pennsylvania State University. “Een idee is bouwen met een betonachtig materiaal in de ruimte. Beton is zeer stevig en biedt betere bescherming dan veel materialen. ”

Een ander belangrijk voordeel van beton is dat ontdekkingsreizigers het theoretisch kunnen maken met middelen die beschikbaar zijn op die buitenaardse lichamen, zoals stof op de maan, ook bekend als maanregoliet. Dat zou de noodzaak elimineren om bouwmaterialen naar de maan of Mars te transporteren, wat de kosten aanzienlijk zou verlagen.

Wetenschappers weten hoe concreet zich op aarde gedraagt ​​en verhardt, maar weten nog niet of het proces in de ruimte hetzelfde is. “Hoe zal het verharden? Wat zal de microstructuur zijn? 'Zei Radlinska. "Dat zijn de vragen die we proberen te beantwoorden"

De onderzoekers creëerden een reeks mengsels die het type cementpoeder, het aantal en het type additieven, de hoeveelheid water en de toegestane tijd varieerde. Terwijl de korrels van cementpoeder in water oplossen, verandert hun moleculaire structuur. Kristallen vormen zich door het mengsel en grijpen in elkaar. Bij de eerste evaluatie vertonen de monsters die in het ruimtestation zijn verwerkt, aanzienlijke veranderingen in de cementmicrostructuur in vergelijking met die op aarde. Een primair verschil was verhoogde porositeit, of de aanwezigheid van meer open ruimtes. "Verhoogde porositeit heeft directe invloed op de sterkte van het materiaal, maar we moeten de sterkte van het ruimtevormige materiaal nog meten," zei Radlinska.

“Hoewel beton al zo lang op aarde wordt gebruikt, begrijpen we niet altijd alle aspecten van het hydratatieproces. Nu weten we dat er enkele verschillen zijn tussen systemen op aarde en in de ruimte en we kunnen die verschillen onderzoeken om te zien welke gunstig zijn en welke nadelig zijn voor het gebruik van dit materiaal in de ruimte, "zei Radlinska. "De monsters bevonden zich ook in verzegelde buidels, dus een andere vraag is of ze extra complexiteit zouden hebben in een open ruimte."

De microzwaartekrachtomgeving van het station is cruciaal voor deze eerste blik op hoe cement kan hydrateren op de maan en Mars. Een ingebouwde centrifuge kan zwaartekrachtniveaus van die buitenaardse lichamen simuleren, iets wat op aarde niet mogelijk is. De evaluatie van cementmonsters die gesimuleerde maandeeltjes bevatten die aan boord van het draaiende laboratorium op verschillende niveaus van zwaartekracht zijn verwerkt, is momenteel aan de gang.

Het aantonen dat beton kan harden en zich in de ruimte kan ontwikkelen, is een belangrijke stap in de richting van die eerste structuur die op de maan is gebouwd met materialen van de maan. "We bevestigden de hypothese dat dit kan worden gedaan," zei Radlinska. "Nu kunnen we de volgende stappen nemen om binders te vinden die specifiek zijn voor de ruimte en voor variabele zwaartekrachtniveaus, van nul g tot Mars g en daartussenin."


Deze afbeeldingen vergelijken cementpasta's gemengd in de ruimte (boven) en op de grond (onder). Het monster uit de ruimte vertoont meer porositeit of open ruimtes in het materiaal, wat de betonsterkte beïnvloedt. Kristallen in het aardemonster zijn ook meer gescheiden.
Credits: Penn State Materials Characterisation Lab



https://www.nasa.gov/mission_pages/stat ... s-mics-iss