O que soa como um truque de comédia é realmente uma ciência sólida. Com tanto do futuro espacial da humanidade envolvendo habitats, outras estruturas e uma presença permanente na Lua e Marte, misturar concreto no espaço é um negócio sério. A NASA possui um programa de estudo chamado MICS (Investigação em Microgravidade de Solidificação de Cimento), que está examinando como podemos construir habitats ou outras estruturas em microgravidade.
O concreto é o material mais utilizado na Terra, sem contar a água. É mais usado que a madeira. Também existe há muito tempo.
Além de sua qualidade isolante, o concreto também pode fornecer proteção contra radiação e sua resistência estrutural fornece proteção contra impactos de meteoritos. Embora não seja a única opção para a construção de estruturas, provavelmente terá um papel a desempenhar. Pode acabar sendo um material importante, porque apenas o próprio cimento, não o agregado ou a água, precisa ser transportado.
Como parte do MICS, e um estudo relacionado chamado MVP Cell-05, a NASA e a Universidade Estadual da Pensilvânia se uniram aos astronautas da ISS para misturar concreto. As propriedades do concreto na Terra são bem compreendidas, mas a microgravidade apresenta outro conjunto de circunstâncias. Os resultados são publicados em Frontiers in Materials e têm o título "Efeito de microgravidade no desenvolvimento microestrutural do silicato tri-cálcio (C3S) Cole. ”
"Nossos experimentos estão focados na pasta de cimento que mantém o concreto unido."
Aleksandra Radlinska, Pesquisadora Principal do MICS.
O concreto em si é uma mistura agregada, composta por areia, cascalho e rochas, mantida em conjunto com cimento, que vem em dois tipos: cimento Portland ou cimento geopolimérico. Combine tudo isso com água, nas proporções certas, misture e modele. Quando cura ou endurece adequadamente, é uma substância extremamente forte. É por isso que algumas estruturas antigas, como os aquedutos romanos, feitos parcialmente com concreto, ainda permanecem.
Apesar de onipresente no mundo moderno, ainda há muitos cientistas que não sabem como funciona. Mas eles sabem que, à medida que endurece, forma cristais que se entrelaçam e com a areia e o cascalho, dando força ao concreto. Os cientistas queriam saber mais sobre como isso acontece na microgravidade.
“Nossos experimentos estão focados na pasta de cimento que mantém o concreto unido. Queremos saber o que cresce no concreto à base de cimento quando não há fenômenos de gravidade, como a sedimentação ”, disse Aleksandra Radlinska, pesquisadora principal do MICS e MVP Cell-05.
Em relação à microgravidade, Radlinska disse: "Isso pode alterar a distribuição da microestrutura cristalina e, finalmente, as propriedades do material".
"O que descobrimos pode levar a melhorias no concreto, tanto no espaço quanto na Terra", acrescentou Rudlinska. "Como o cimento é amplamente utilizado em todo o mundo, mesmo uma pequena melhoria pode ter um impacto tremendo."
As proporções de água, agregação e concreto necessários para produzir concreto com propriedades específicas são bem compreendidas aqui na Terra. Mas e na Lua? Tem apenas 1/6 da gravidade da Terra. Ou Marte, que tem pouco mais de 1/3 da gravidade da Terra. Os experimentos foram projetados para esclarecer essa questão.
No experimento MICS, os astronautas tinham vários pacotes de pó de cimento, aos quais acrescentavam água. Em seguida, adicionaram álcool a alguns pacotes em momentos diferentes, para interromper a hidratação.
No segundo experimento, o MVP Cell-05, os astronautas também adicionaram água a pacotes de cimento, mas usaram uma centrífuga na ISS para simular diferentes gravidades, incluindo gravidades marciana e lunar. As amostras de ambos os experimentos foram devolvidas à Terra para serem analisadas.
O investigador principal do MVP Cell-05 é Richard Grugel. Ele disse: "Já estamos vendo e documentando resultados inesperados".
A experimentação mostrou que o concreto misturado na microgravidade aumentou a microporosidade. Havia bolhas de ar nas amostras de microgravidade que não estão presentes nas amostras de gravidade da Terra. Isso é por causa da flutuabilidade. Na Terra, as bolhas de ar subiriam ao topo e, de fato, o concreto às vezes é vibrado mecanicamente antes de curar apenas para ajudar a expulsar as bolhas de ar, o que pode enfraquecer o concreto.
As amostras MICS e MVP Cell-05 mostraram maior cristalização do que as amostras moídas. A microporosidade 20% maior nas amostras de microgravidade permitiu mais espaço para cristalização e cristais maiores, que deveriam criar mais resistência. Mas a maior microporosidade nas amostras de microgravidade também cria concreto menos denso, o que pode significar concreto mais fraco. O tamanho dos microporos nas amostras de microgravidade também era uma ordem de grandeza maior que as amostras do solo.
O concreto da microgravidade teve menos sedimentação, o que significa que pequenas partículas de agregado não se depositaram no fundo durante o endurecimento, mas se espalharam mais uniformemente pelo concreto. Isso significa que o concreto é mais uniforme, o que poderia afetar a resistência.
Este é um estudo inicial sobre concreto em microgravidade. Nenhum teste de força foi realizado nas amostras muito pequenas, portanto, quaisquer conclusões sobre a força são prematuras. Mas aponta algumas propriedades muito diferentes entre o concreto 1G e o concreto de microgravidade, que sem dúvida serão explorados no futuro.
"O aumento da porosidade afeta diretamente a resistência do material, mas ainda precisamos medir a resistência do material formado no espaço", disse Radlinska em entrevista à designboom.
Mais:
- Estudo: Efeito da microgravidade no desenvolvimento microestrutural do silicato tri-cálcio (C3S) Colar
- NASA Sciencecast: Cimentando Nosso Lugar no Espaço
- Estudo: Produtos de hidratação de C3A, C3Cimento S e Portland na presença de CaCO3
- designboom: astronautas da NASA exploram o que acontece com o concreto quando misturado no espaço
- Associação de cimento de Portland: cimento e concreto
- Sociedade Espacial Nacional: Concreto: Material Potencial para Estação Espacial
