Интересные факты о строительстве: минеральные строительные материалы для Марса

1. «Марсианский бетон» с использованием серы в качестве вяжущего вещества.

Лин Ван, Роман Венднер и Жанлука Кусатис из Северо-западного университета (Northwestern University) в Иллинойсе, США, изобрели строительный материал, сочетающий в себе марсианскую почву с расплавленной серой. По словам изобретателей, из такого материала на Марсе можно возводить целые поселения.

Главное отличие нового материала, который стали называть «марсианский бетон» - производство без воды, которой очень мало на Марсе, так как большая часть воды на планете представлена в виде льда. Еще одно преимущество данного материала - он полностью поддается переработке. Кроме того, он устойчив к коррозии, обладает химической стойкостью к кислотам и солям, может выдерживать очень низкие температуры и, в условиях марсианской гравитации, соизмерим по прочности с «земным» бетоном, который используется при строительстве небоскребов.

Куски марсианского бетона, в котором сера использовалась как вяжущее:

Фотография с сайта sciencefriday.com.

Ученые из Иллинойса создали свой «марсианский бетон» из имеющихся на Марсе материалов. Как и бетон на Земле, марсианская версия сделана из основной смеси и вяжущего вещества. Тем не менее, вместо гравия, цемента и воды, используемой на Земле, ученые использовали марсианскую почву (смесь диоксида титана, оксида железа, диоксида кремния и других элементов) как заполнитель, а расплавленную серу (которой достаточно на Марсе) в качестве вяжущего вещества. Их бетон имеет ряд преимуществ над привычным нам «земным»: он твердеет за 2-3 часа вместо 28-ми часов, что позволяет использовать его в строительных 3D-принтерах.

В 90-х годах уже использовали бетон с расплавленной серой в качестве вяжущего вещества, однако заполнителем был преимущественно песок. Использование «марсианской» почвы делает его значительно прочнее и практичнее. Единственным существенным недостатком «марсианского бетона» является то, что температура плавления серы составляет +115,2 °С, что делает бетон очень чувствительным к высоким температурам.

Исследователи экспериментировали с серой в качестве связующего на протяжении века. Но все еще остаются проблемы. В частности, сера может сворачиваться при низких температурах, ослабляя общую плотность материала. Кроме того, при помещении в вакуум она может переходить из твердого состояния в газообразное. Чтобы решить эти проблемы, команда произвела бетон с разным содержанием расплавленной серы, а затем подвергла его испытаниям. В результате был найден идеальный баланс - серы в материале должно быть 50%.

В разделе использованы материалы с сайтов gagadget.com и profidom.com.ua.

2. Материал AstroCrete.

Специалисты Манчестерского университета, Великобритания, и Университета Осло, Норвегия, разработали строительный материал AstroCrete, который можно делать из марсианского или лунного грунта и физиологических жидкостей человека - крови, мочи, слёз и пота. По расчётам учёных, это позволит строить на Марсе или Луне прочные сооружения без необходимости везти материалы с Земли. Исследователи опубликовали свою работу в рецензируемом журнале «Materials Today Bio».

Материал AstroCrete:

Фотография с сайта gazeta.ru.

За основу учёные взяли реголит - рассыпчатый грунт, который покрывает Луну, Марс, другие каменные планеты и астероиды. К реголиту добавили воду и сывороточный альбумин - белок, извлечённый из плазмы человеческой крови. Получился вязкий материал, прочность на сжатие которого составила 25 МПа, а это уровень бетона марки М350. После добавления мочевины прочность AstroCrete выросла ещё в три раза, опередив лучшие марки бетона. Мочевину можно извлекать из мочи, пота и слёз космонавтов.

По расчётам учёных, шесть космонавтов могут произвести более 500 килограммов AstroCrete в течение двух лет. Для строительства первоначальной базы эта технология плохо подходит, зато новый материал может оказаться очень эффективным при расширении уже существующей базы. Производство AstroCrete не предъявляет никаких особых требований к космонавтам, а сооружения из него можно печатать на больших 3D-принтерах.

Исследователи отмечают, что люди издавна использовали кровь как связующую жидкость для строительных растворов. «Забавно, что одну из главных проблем космической эры можно решить средневековой технологией, хотя от этой концепции стынет кровь в жилах», - сказал один из авторов работы из Манчестерского университета.

В разделе использованы материалы с сайта tjournal.ru.

3. «Кирпичи» из марсианского грунта, создаваемые методом уплотнения.

В научной статье, опубликованной в журнале «Scientific Reports», исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего показали, как соединение, очень похожее на почву, найденную на Марсе, можно использовать для создания чрезвычайно прочного, плотного материала. Они смогли сделать это, используя только сжатие, то есть, например, не было бы необходимости в энергоемких технологиях производства с использованием тепла или химикатов.

В исследовании команда использовала марсианский имитатор почвы, называемый «Марс-1а», химический состав которого очень похож на почву Марса, и использовался, уже, ранее, учеными для изготовления кирпичей. Однако, все предыдущие попытки включали сложную химию, требующую наличие полимеров, которые связывали почву вместе. Первоначально, ведущий автор Ю. Цяо и его коллеги пытались сократить количество полимеров, необходимых для создания кирпича из марсианской почвы. Эксперименты в конечном итоге показали, что они вообще не нужны.

Исследователи заключили «Марс-1а» в резиновую трубку, а затем уплотнили его под высоким давлением - для небольшого образца (менее миллиметра) сжатия, эквивалентного удару молотка, было достаточно, чтобы превратить его в плотную скалу. Полученный материал имел прочность, превышающую стандартный железобетон. Дальнейшие исследования показали, как именно сжатие превратило почву в камень - оксид железа в виде наночастиц, общий для марсианской почвы, действует как связующий агент. Сейчас ученые планируют использовать метод для создания более крупных кирпичей. Если дальнейшие эксперименты окажутся успешными, они говорят, что метод может быть использован для строительства сооружений на Марсе путем уплотнения слоев почвы, последовательно одного за другим, пока сооружение не будет завершено.

Один из первых микро-«кирпичей», изготовленных методом уплотнения марсианской почвы:

Фотография с сайта il-beton.ru.

В разделе использованы материалы с сайта il-beton.ru.