Materialforskere lager Mars-betong

Det er økende interesse for målet om å sende mennesker til Mars. Ulike romorganisasjoner har begynt å studere de mange problemene et slikt oppdrag vil by på, ikke minst er det å beskytte mennesker under reisen.





Men når mennesker kommer til den røde planeten, vil de kreve bygninger av høy kvalitet å bo og arbeide i. De kan ta med seg visse strukturer, men dette kan bare være en midlertidig løsning. De første kolonisatorene må raskt finne en måte å bygge strukturer ved å bruke planetens egne ressurser. Men hvordan?

I dag får vi svar takket være arbeidet til Lin Wan og venner ved Northwestern University. Disse gutta har funnet ut hvordan de kan lage Mars-betong ved å bruke materialer som er allment tilgjengelige på Mars. Og det er avgjørende at denne betongen kan dannes uten å bruke vann, som vil være en verdifull ressurs på den røde planeten.

Nøkkelmaterialet i en byggeboom på Mars vil være svovel, sier Northwestern-teamet. Grunntanken er å varme svovel til ca 240 °C slik at det blir flytende, blande det med marsjord, som fungerer som tilslag, og så la det avkjøles. Svovelet stivner, binder tilslaget og skaper betong. Voila - Marsbetong.



Selvfølgelig er ideen om å bruke svovel for å binde tilslag langt fra ny. Ingeniører har eksperimentert med denne typen materiale i minst et århundre og fant først ut at svovelbasert betong hadde sin del av problemene.

Til å begynne med, når svovel avkjøles, stivner det til monoklinisk svovel og forvandles deretter til ortorhombisk svovel, den stabile allotropen ved lavere temperaturer. Men den krymper også under denne prosessen og denne krympingen skaper hulrom og setter opp spenninger som svekker materialet kraftig.

Dessuten studerte materialforskere på 1970-tallet muligheten for å bruke svovelbetong til å bygge månebaser på månen. De oppdaget raskt at i et vakuum sublimerer svovel - det blir fra et fast stoff direkte til en gass. Så all svovelbetong på månen ville raskt forsvinne inn i eteren.



Så et viktig spørsmål er om svovelbetong kan gjøres sterk nok og holdbar nok til å være nyttig på Mars.

For å finne ut laget Wan og co noen. De brukte simulert marsjord bestående hovedsakelig av silisiumdioksid og aluminiumoksid med andre komponenter som jernoksid, titandioksid og så videre. De testet også forskjellige størrelser av partikler i dette aggregatet.

Testene var greie. Etter å ha blandet tilslaget med forskjellige prosenter av smeltet svovel og latt prøvene avkjøles til blokker, målte de de fysiske egenskapene til de resulterende materialene, slik som deres trykkfasthet og bruddmekanismer. De analyserte også blandingen kjemisk og simulerte dens oppførsel.



Resultatene gir interessant lesning. Det viser seg at bruk av et aggregat av mindre partikler reduserer dannelsen av hulrom, noe som øker materialets styrke betydelig. Den beste blandingen for å produsere marsbetong er 50 prosent svovel og 50 prosent marsjord med maksimal tilslagsstørrelse på 1 mm, sier de.

Og det er sterkt stoff, som når en trykkstyrke på over 50 MPa, spesielt hvis det komprimeres under herding for å redusere dannelsen av hulrom. Denne styrken er også delvis et resultat av de kjemiske bindingene svovel danner med Mars-jorden. Til sammenligning krever boligbyggestandarder på jorden betong med en trykkfasthet på ca. 20 MPa.

Wan og co sier også at de atmosfæriske forholdene på Mars er egnet for dette. Både det atmosfæriske trykket og temperaturområdet på Mars er tilstrekkelig for svovelbetongstrukturer, sier de.



Og det er andre fordeler. Marsbetong kan resirkuleres ved å varme den opp, slik at svovelet smelter. Så den kan gjenbrukes flere ganger. Den er også hurtigherdende, relativt enkel å håndtere og ekstremt billig sammenlignet med materialer hentet fra jorden.

Det er interessant arbeid. Det betyr at de første permanente strukturene på Mars bør være enkle å lage. Alt vi trenger nå er en ny generasjon Mars-arkitekter for å designe bygninger laget av Mars-betong som vil være passende strukturer for mennesker å bo og arbeide i.

Tiden vil være på deres side. De første menneskelige oppdragene til Mars er noen gode år unna ennå. Men det er bare mulig at de første menneskene som lever i disse strukturene allerede er født og vokser opp i ganske forskjellige bygninger på jorden.

Ref:arxiv.org/abs/1512.05461: Et nytt materiale for in situ-konstruksjon på Mars: Eksperimenter og numeriske simuleringer

gjemme seg