Quello che sembra uno shtick da commedia schiaffo 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 un affare serio. La NASA ha un programma di studio chiamato MICS, (Microgravity Investigation of Cement Solidification) che sta esaminando come potremmo costruire habitat o altre strutture nella microgravità.
Il calcestruzzo è il materiale più utilizzato sulla Terra, senza contare l'acqua. È più ampiamente usato del legno. È anche in circolazione da molto tempo.
A parte la sua qualità isolante, il calcestruzzo può anche proteggere 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.
Come parte del MICS, 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 calcestruzzo. Le proprietà del calcestruzzo sulla Terra sono ben comprese, ma la microgravità presenta un'altra serie di circostanze. I risultati sono stati pubblicati su Frontiers in Materials ed è intitolato "Effetto di microgravità sullo sviluppo microstrutturale del silicato di tri-calcio (C3S) Incolla. "
"I nostri esperimenti si concentrano sulla pasta di cemento che tiene insieme il calcestruzzo".
Aleksandra Radlinska, investigatore principale per MICS.
Il calcestruzzo stesso è una miscela un aggregrato, che consiste di sabbia, ghiaia e rocce, tenute insieme al cemento, che si presenta in due tipi: cemento Portland o cemento geopolimero. Combina tutto con l'acqua, nelle giuste proporzioni, mescolalo e modellalo, e quando cura o indurisce correttamente, è una sostanza estremamente forte. Ecco perché alcune antiche strutture come gli acquedotti romani, che sono state in parte realizzate in cemento, sono ancora in piedi.
Nonostante sia onnipresente nel nostro mondo moderno, ci sono ancora molti scienziati che non sanno come funziona. Ma sanno che mentre si indurisce, forma cristalli che si intrecciano 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 nella microgravità.
“I nostri esperimenti si concentrano sulla pasta di cemento che tiene insieme il calcestruzzo. Vogliamo sapere cosa cresce nel calcestruzzo a base di cemento quando non vi sono fenomeni guidati dalla gravità, come la sedimentazione ”, ha dichiarato Aleksandra Radlinska, Principal Investigator for MICS e MVP Cell-05.
Per quanto riguarda la microgravità, Radlinska ha dichiarato: "Potrebbe cambiare la distribuzione della microstruttura cristallina e, in definitiva, le proprietà dei materiali".
"Ciò che troviamo potrebbe portare a miglioramenti nel calcestruzzo sia nello spazio che sulla Terra", ha aggiunto Rudlinska. "Poiché il cemento è ampiamente utilizzato in tutto il mondo, anche un piccolo miglioramento potrebbe avere un impatto straordinario."
I rapporti tra acqua, aggregato e calcestruzzo necessari per produrre calcestruzzo con proprietà specifiche sono ben compresi qui sulla Terra. Ma che dire della 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 un numero di pacchetti di polvere di cemento, a cui aggiungevano acqua. Quindi hanno aggiunto alcool ad alcuni pacchetti in momenti diversi, per fermare l'idratazione.
Nel secondo esperimento, MVP Cell-05, gli astronauti hanno anche aggiunto acqua a pacchetti di cemento, ma hanno usato una centrifuga sulla ISS per simulare diverse gravità, comprese le gravità marziana e lunare. I campioni di entrambi gli esperimenti furono restituiti sulla Terra per essere analizzati.
Co-Principal Investigator per MVP Cell-05 è Richard Grugel. Ha detto: "Stiamo già vedendo e documentando risultati imprevisti".
La sperimentazione ha mostrato che il calcestruzzo miscelato in micro-gravità aveva aumentato la microporosità. C'erano bolle d'aria nei campioni di micro-gravità che non sono presenti nei campioni di gravità terrestre. Questo è a causa della galleggiabilità. Sulla Terra, le bolle d'aria salivano verso l'alto, e infatti il calcestruzzo a volte viene vibrato meccanicamente prima di curarsi solo per aiutare a scacciare le bolle d'aria, che possono indebolire il calcestruzzo.
Entrambi i campioni MICS e MVP Cell-05 hanno mostrato una maggiore cristallizzazione rispetto ai campioni macinati. La microporosità maggiore del 20% nei campioni di microgravità ha permesso più spazio per la cristallizzazione e cristalli più grandi, che dovrebbero creare più forza. Ma la maggiore microporosità nei campioni di microgravità crea anche cemento meno denso, il che potrebbe significare cemento più debole. Anche la dimensione dei micropori nei campioni di microgravità era di un ordine di grandezza più grande dei campioni macinati.
Il calcestruzzo per microgravità ha avuto meno sedimentazione, il che significa che piccole particelle di aggregato non si sono depositate sul fondo durante l'indurimento, ma sono distribuite più uniformemente attraverso il calcestruzzo. Ciò significa che il calcestruzzo è più uniforme, il che potrebbe influire sulla resistenza.
Questo è uno studio iniziale sul calcestruzzo nella microgravità. Non sono stati condotti test di resistenza su campioni molto piccoli, quindi eventuali conclusioni sulla resistenza sono premature. Ma indica alcune proprietà molto diverse tra il calcestruzzo 1G e il calcestruzzo per microgravità, che senza dubbio saranno esplorate in futuro.
"L'aumentata porosità ha un impatto diretto sulla resistenza del materiale, ma non abbiamo ancora misurato la forza del materiale formato dallo spazio", ha dichiarato Radlinska in un'intervista con designboom.
Di Più:
- Studio: Effetto di microgravità sullo sviluppo microstrutturale del silicato di tri-calcio (C3S) Incolla
- NASA Sciencecast: cementare il nostro posto nello spazio
- Studio: prodotti di idratazione di C.3AC3S e cemento Portland in presenza di CaCO3
- designboom: gli astronauti della NASA esplorano ciò che accade al calcestruzzo quando viene mescolato nello spazio
- Portland Cement Association: cemento e calcestruzzo
- National Space Society: Concrete: Materiale potenziale per la Stazione spaziale
