Войти
| Прочность на сжатие | 39–75,7 Н / мм 2 ( МПа ) |
|---|---|
| Модуль для младших | 21,4 кН / м 2 |
| Плотность | 2,6 г / см 3 |
| Температурный коэффициент | 5,4 × 10 −6 К −1 |
Lunarcrete, также известный как « лунный бетон », идея, впервые предложенная Ларри А. Бейером из Университета Питтсбурга в 1985 году, представляет собой гипотетический строительный материал, похожий на бетон, образованный из лунного реголита, который снизит стоимость строительства. на Луне.
Лишь сравнительно небольшое количество лунного камня было доставлено на Землю, поэтому в 1988 году исследователи из Университета Северной Дакоты предложили смоделировать строительство такого материала с использованием золы бурого угля. Другие исследователи использовали материалы, имитирующие лунный реголит, такие как JSC-1 (разработанный в 1994 году и использованный Toutanji et al.). Однако некоторые мелкомасштабные испытания с реальным реголитом были выполнены в лабораториях.
Основные ингредиенты для лунного бетона будут такими же, как и для наземного бетона: заполнитель, вода и цемент. В случае лунного бетона совокупность будет лунным реголитом. Цемент будет производиться путем обогащения лунной породы с высоким содержанием кальция. Вода будет поступать либо с Луны, либо путем объединения кислорода с водородом, полученным из лунного грунта.
Lin et al. использовали 40 г образцов лунного реголита, полученных Apollo 16, для производства лунного бетона в 1986 году. Лунный бетон был отвержден с использованием пара на сухой смеси заполнитель / цемент. Лин предположил, что воду для такого пара можно получить путем смешивания водорода с лунным ильменитом при 800 ° C, чтобы получить оксид титана, железо и воду. Он был способен выдерживать сжимающее давление 75 МПа и потерял только 20% этой прочности после многократного воздействия вакуума.
В 2008 году Хусам Тутанджи из Университета Алабамы в Хантсвилле и Ричард Гругель из Центра космических полетов Маршалла использовали имитатор лунного грунта, чтобы определить, можно ли изготовить лунный бетон без воды, используя серу (получаемую из лунной пыли) в качестве связующий агент. Процесс создания этого серобетона потребовал нагревания серы до 130–140 ° C. После воздействия 50 циклов изменения температуры от -27 ° C до комнатной температуры имитирующий лунный бетон оказался способным выдерживать давление сжатия 17 МПа, которое, по мнению Тутанжи и Гругель, можно было бы повысить до 20 МПа, если бы материал был армирован кремнеземом. (также можно получить из лунной пыли).
Прежде чем станет возможным производство лунобетона в промышленных масштабах, потребуется значительная инфраструктура.
Для заливки лунного бетона потребуется среда под давлением, потому что попытка заливки в вакууме просто приведет к сублимации воды, а лунный бетон не сможет затвердеть. Было предложено два решения этой проблемы: предварительное смешивание заполнителя и цемента с последующим использованием процесса нагнетания пара для добавления воды или использование завода по производству бетона под давлением, который производит сборные бетонные блоки.
Lunarcrete имеет тот же недостаток прочности на разрыв, что и наземный бетон. Одним из предлагаемых натяжных материалов лунного эквивалента для создания предварительно напряженного бетона является лунное стекло, также сформированное из реголита, подобно тому, как стекловолокно уже иногда используется в качестве материала для армирования наземного бетона. Другой натяжной материал, предложенный Дэвидом Беннеттом, - это кевлар, импортированный с Земли (который по массе дешевле импортировать с Земли, чем обычная сталь).
Это предложение основано на наблюдении, что вода, вероятно, будет ценным товаром на Луне. Также сера набирает прочность за очень короткое время и не требует охлаждения, в отличие от гидравлического цемента. Это сократит время, в течение которого астронавтам придется находиться на поверхности Луны.
Сера присутствует на Луне в виде минерала троилита (FeS) и может быть восстановлена для получения серы. Он также не требует сверхвысоких температур, необходимых для извлечения вяжущих компонентов (например, анортозитов ).
Серный бетон - признанный строительный материал. Строго говоря, это не бетон, так как там мало химической реакции. Вместо этого сера действует как термопластичный материал, связывающийся с инертным субстратом. Цемент и вода не требуются. Бетон не нужно затвердевать, вместо этого он просто нагревается до температуры выше точки плавления серы, 140 ° C, и после охлаждения сразу достигает высокой прочности.
Лучшая смесь по прочности на разрыв и сжатие - 65% имитатора лунного реголита АО-1 и 35% серы, со средней прочностью на сжатие 33,8 МПа и пределом прочности на разрыв 3,7 МПа. Добавление 2% металлической фибры увеличивает прочность на сжатие до 43,0 МПа. Добавление кремнезема также увеличивает прочность бетона.
Этот серобетон может иметь особую ценность для минимизации пыли, например, для создания стартовой площадки для ракет, покидающих Луну.
Он обеспечивает меньшую защиту от космического излучения, поэтому стены должны быть толще бетонных (вода в бетоне является особенно хорошим поглотителем космического излучения).
Сера тает при 115,2 ° C, а лунные температуры в высоких широтах могут достигать 123 по Цельсию в полдень. Кроме того, изменения температуры могут изменить объем серобетона из-за полиморфных переходов в сере. (см. Аллотропы серы ).
Таким образом, незащищенный серный бетон на Луне, если он подвергается прямому воздействию температуры поверхности, необходимо будет ограничить более высокими широтами или затененными местами с максимальной температурой менее 96 ° C и месячными колебаниями, не превышающими 114 ° C.
Материал будет разлагаться из-за повторяющихся температурных циклов, но эффекты, вероятно, будут менее сильными на Луне из-за медленности месячного температурного цикла. Внешние несколько миллиметров могут быть повреждены из-за разбрызгивания от удара высокоэнергетических частиц солнечного ветра и солнечных вспышек. Однако это может быть легко отремонтировать путем повторного нагрева или повторного покрытия поверхностных слоев, чтобы спекать трещины и залечивать повреждения.
Дэвид Беннетт из Британской цементной ассоциации утверждает, что лунный бетон в качестве строительного материала для лунных баз имеет следующие преимущества:
Однако он отмечает, что лунобетон не является воздухонепроницаемым материалом, и чтобы сделать его воздухонепроницаемым, потребовалось бы нанесение эпоксидного покрытия на внутреннюю часть любой лунобетонной конструкции.
Беннет предполагает, что в гипотетических лунных зданиях из лунобетона, скорее всего, будет использоваться низкосортный бетонный блок для внутренних отсеков и комнат, а также высококачественный бетон на основе цемента с плотными частицами кремния для наружной обшивки.
