O astronauta da Agência Espacial Europeia Alexander Gerst trabalha no experimento MICS a bordo da Estação Espacial Internacional. As observações de como o cimento reage no espaço durante o processo de endurecimento podem ajudar os engenheiros a entender melhor sua microestrutura e propriedades do material, que poderia melhorar as técnicas de processamento de cimento na Terra e levar ao projeto de habitats espaciais leves. Crédito:NASA
Quando os humanos vão para a Lua ou Marte para ficar, eles precisarão construir lugares seguros para morar e trabalhar. O material de construção mais usado na Terra, concreto, pode ser a resposta. É forte e durável o suficiente para fornecer proteção contra radiação cósmica e meteoritos e pode ser possível torná-lo usando materiais disponíveis nesses corpos celestes.
O concreto é uma mistura de areia, cascalho e pedras coladas com uma pasta feita de água e pó de cimento. Embora pareça simples, o processo é bastante complexo, e os cientistas ainda têm dúvidas sobre a química e as estruturas microscópicas envolvidas e como as mudanças na gravidade podem afetar o processo.
Uma investigação recente na Estação Espacial Internacional examinou a solidificação do cimento na microgravidade para ajudar a responder a essas perguntas. Para o projeto de Investigação de Microgravidade de Solidificação de Cimento (MICS), pesquisadores misturaram silicato tricálcico (Ca 3 SiO 5 ou C 3 S) e água fora da gravidade da Terra pela primeira vez. O principal componente mineral da maioria do cimento disponível comercialmente, C 3 S controla muitas de suas reações e propriedades químicas. MICS explorou se o cimento solidificado em microgravidade resultaria em microestruturas únicas e forneceu uma primeira comparação de amostras de cimento processadas no solo e em microgravidade.
Os investigadores relataram seus resultados em um artigo publicado na Frontiers in Materials, "Efeito da microgravidade no desenvolvimento microestrutural do silicato de tri-cálcio (C 3 S) Colar. "
Essas imagens comparam pastas de cimento misturadas no espaço (acima) e no solo (abaixo). A amostra do espaço mostra mais porosidade, ou espaços abertos no material, que afeta a resistência do concreto. Os cristais da amostra da Terra também são mais segregados. Crédito:Penn State Materials Characterization Lab
"Em missões à Lua e Marte, humanos e equipamentos precisarão ser protegidos de temperaturas extremas e radiação, e a única maneira de fazer isso é construindo infraestruturas nesses ambientes extraterrestres, "disse o investigador principal Aleksandra Radlinska, da Universidade Estadual da Pensilvânia." Uma ideia é construir com um material semelhante ao concreto no espaço. O concreto é muito resistente e oferece melhor proteção do que muitos materiais. "
Outra vantagem significativa do concreto é que os exploradores poderiam teoricamente torná-lo com recursos disponíveis nesses corpos extraterrestres, como poeira na Lua, também conhecido como regolito lunar. Isso eliminaria a necessidade de transportar materiais de construção para a Lua ou Marte, reduzindo significativamente o custo.
Os cientistas sabem como o concreto se comporta e endurece na Terra, mas ainda não sei se o processo é o mesmo no espaço. "Como vai endurecer? Qual será a microestrutura?" disse Radlinska. "Essas são as perguntas que estamos tentando responder."
Os pesquisadores criaram uma série de misturas que variavam o tipo de pó de cimento, número e tipo de aditivos, quantidade de água, e tempo permitido para hidratação. À medida que os grãos do pó de cimento se dissolvem na água, sua estrutura molecular muda. Os cristais se formam em toda a mistura e se interligam. Na primeira avaliação, as amostras processadas na estação espacial mostram mudanças consideráveis na microestrutura do cimento em comparação com as processadas na Terra. A principal diferença foi o aumento da porosidade, ou a presença de mais espaços abertos. "O aumento da porosidade tem influência direta na resistência do material, mas ainda temos que medir a resistência do material formado no espaço, "disse Radlinska.
"Mesmo que o concreto tenha sido usado por tanto tempo na Terra, ainda não entendemos necessariamente todos os aspectos do processo de hidratação. Agora sabemos que existem algumas diferenças entre os sistemas baseados na Terra e no espaço e podemos examinar essas diferenças para ver quais são benéficos e quais são prejudiciais ao uso deste material no espaço, "disse Radlinska." Além disso, as amostras estavam em bolsas seladas, então outra questão é se eles teriam complexidades adicionais em um ambiente de espaço aberto. "
O ambiente de microgravidade da estação é fundamental para essas primeiras análises de como o cimento pode hidratar na Lua e em Marte. Uma centrífuga a bordo pode simular os níveis de gravidade desses corpos extraterrestres, algo que não é possível na Terra. A avaliação de amostras de cimento contendo partículas lunares simuladas processadas a bordo do laboratório orbital em diferentes níveis de gravidade está atualmente em andamento.
Mostrar que o concreto pode endurecer e se desenvolver no espaço representa um passo importante em direção à primeira estrutura construída na Lua com materiais da Lua. “Confirmamos a hipótese de que isso pode ser feito, "Radlinska disse." Agora podemos dar os próximos passos para encontrar ligantes que são específicos para o espaço e para níveis variáveis de gravidade, de zero g a Marte ge entre. "
