Lo que suena como un shtick de comedia es en realidad una ciencia sólida. Dado que gran parte del futuro espacial de la humanidad involucra hábitats, otras estructuras y una presencia permanente en la Luna y Marte, mezclar concreto en el espacio es un asunto serio. La NASA tiene un programa de estudio llamado MICS, (Microgravity Investigation of Cement Solidification) que está examinando cómo podríamos construir hábitats u otras estructuras en microgravedad.
El hormigón es el material más utilizado en la Tierra, sin contar el agua. Es más utilizado que la madera. También ha existido por mucho tiempo.
Además de su calidad aislante, el hormigón también puede proporcionar protección contra la radiación, y su resistencia estructural brinda protección contra los impactos de meteoritos. Aunque no es la única opción para construir estructuras, es probable que tenga un papel que desempeñar. Podría terminar siendo un material importante porque solo el cemento en sí, no el agregado o el agua, necesita ser transportado.
Como parte de MICS, y un estudio relacionado llamado MVP Cell-05, la NASA y la Universidad Estatal de Pensilvania se unieron con astronautas en la ISS para mezclar concreto. Las propiedades del concreto en la Tierra son bien entendidas, pero la microgravedad presenta otro conjunto de circunstancias. Los resultados se publican en Frontiers in Materials y se titula "Efecto de microgravedad en el desarrollo microestructural del silicato tricálcico (C3S) Pasta ".
"Nuestros experimentos se centran en la pasta de cemento que mantiene unido el concreto".
Aleksandra Radlinska, investigadora principal de MICS.
El concreto en sí es una mezcla de un agregado, que consiste en arena, grava y rocas, unidas con cemento, que viene en dos tipos: cemento Portland o cemento de geopolímero. Combínalo todo con agua, en las proporciones correctas, mézclalo y dale forma, y cuando se cure o endurezca adecuadamente, es una sustancia extremadamente fuerte. Es por eso que algunas estructuras antiguas como los acueductos romanos, que se hicieron en parte con concreto, aún se mantienen.
A pesar de lo ubicuo que es en nuestro mundo moderno, todavía hay muchos científicos que no saben cómo funciona. Pero sí saben que a medida que se endurece, forma cristales que se entrelazan entre sí y con la arena y la grava, lo que le da resistencia al concreto. Los científicos querían saber más sobre cómo sucede eso en la microgravedad.
“Nuestros experimentos se centran en la pasta de cemento que mantiene unido el concreto. Queremos saber qué crece dentro del concreto a base de cemento cuando no hay fenómenos impulsados por la gravedad, como la sedimentación ”, dijo Aleksandra Radlinska, investigadora principal de MICS y MVP Cell-05.
Con respecto a la microgravedad, Radlinska dijo: "Podría cambiar la distribución de la microestructura cristalina y, en última instancia, las propiedades del material".
"Lo que encontramos podría conducir a mejoras en el concreto tanto en el espacio como en la Tierra", agregó Rudlinska. "Dado que el cemento se usa ampliamente en todo el mundo, incluso una pequeña mejora podría tener un impacto tremendo".
Las proporciones de agua, agregados y concreto necesarios para producir concreto con propiedades específicas se comprenden bien aquí en la Tierra. ¿Pero qué hay de la luna? Tiene solo 1/6 de la gravedad de la Tierra. O Marte, que tiene poco más de 1/3 de la gravedad de la Tierra. Los experimentos fueron diseñados para arrojar luz sobre esta cuestión.
En el experimento MICS, los astronautas tenían una serie de paquetes de cemento en polvo, a los que agregaron agua. Luego agregaron alcohol a algunos de los paquetes en diferentes momentos, para detener la hidratación.
En el segundo experimento, MVP Cell-05, los astronautas también agregaron agua a los paquetes de cemento, pero usaron una centrífuga en la EEI para simular diferentes gravedades, incluidas las marcianas y las lunares. Las muestras de ambos experimentos fueron devueltas a la Tierra para ser analizadas.
El co-investigador principal de MVP Cell-05 es Richard Grugel. Él dijo: "Ya estamos viendo y documentando resultados inesperados".
La experimentación mostró que el concreto mezclado en microgravedad había aumentado la microporosidad. Había burbujas de aire en las muestras de microgravedad que no están presentes en las muestras de gravedad de la Tierra. Eso se debe a la flotabilidad. En la Tierra, las burbujas de aire se elevarían hasta la parte superior, y de hecho, el concreto a veces vibra mecánicamente antes de curarse solo para ayudar a expulsar las burbujas de aire, que pueden debilitar el concreto.
Las muestras MICS y MVP Cell-05 mostraron una mayor cristalización que las muestras molidas. La microporosidad un 20% mayor en las muestras de microgravedad permitió más espacio para la cristalización y cristales más grandes, lo que debería crear más resistencia. Pero la mayor microporosidad en las muestras de microgravedad también crea concreto menos denso, lo que podría significar concreto más débil. El tamaño de los microporos en las muestras de microgravedad también fue un orden de magnitud mayor que las muestras molidas.
El hormigón de microgravedad tuvo menos sedimentación, lo que significa que pequeñas partículas de agregado no se asentaron en el fondo durante el endurecimiento, sino que se extendieron de manera más uniforme a través del hormigón. Eso significa que el concreto es más uniforme, lo que podría afectar la resistencia.
Este es un estudio inicial en concreto en microgravedad. No se realizaron pruebas de resistencia en las muestras muy pequeñas, por lo que cualquier conclusión sobre la resistencia es prematura. Pero sí señala algunas propiedades muy diferentes entre el hormigón 1G y el hormigón de microgravedad, que sin duda serán exploradas en el futuro.
"El aumento de la porosidad tiene una relación directa con la resistencia del material, pero aún tenemos que medir la resistencia del material formado en el espacio", dijo Radlinska en una entrevista con designboom.
Más:
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- Asociación de cemento de Portland: cemento y hormigón
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