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火星安家不是梦:科学家已研制出火星用混凝土
发布:kittyll   时间:2016/3/25 17:43:07   阅读:362 
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图片来源:网络

如果我们将来移民火星,我们就需要有用来居住和工作的房屋。所以科学家们研制了用火星土壤制作既便宜又结实的混凝土。
 

图片来源:网络
       
将人类运往火星的计划越来越引起人们的兴趣,大量的航空机构开始研究火星之旅中的难题,一旦人类登上了这个红色的星球,首要解决的应该就是住所问题。为了建成高质量的建筑,人类可以从地球带一些建筑用材料,但是这只能是一个临时的解决办法。第一批移民必须能够快速就地取材,用火星上的材料来建造住所。但是,该怎么解决这个问题呢?

多亏了西北大学的Lin Wan和他的同事,让我们找到了一个解决的好办法。
 
他们已经找到一种火星上普遍存在的材料来制造火星混凝土。并且非常重要的是,这种混凝土可以不用水就能制成,而水在这个红色星球上是非常宝贵的资源。
 
西北大学的研究团队称,让火星建筑成为可能的关键材料是硫。基本的思路是:将硫加热至约240℃,从而使硫转化为液态,将液态硫和火星土壤混合,火星土壤是作为一种骨料,然后冷却。硫会凝固,将骨料粘合在一起,从而生成混凝土——瞧,这就是火星混凝土!
 

当然,用硫来粘合骨料的想法并不新鲜。至少一个世纪以来,工程师们已经用这类材料在做实验,最终发现,硫基混凝土同样也有其限制。
 
最初,随着硫的冷却,它会凝固形成单斜晶体的硫,然后转化为正交晶的硫,是前者的同素异形体,和前者相比,它能在较低的温度下稳定存在。但是在这个过程中,它也会收缩产生气孔,并且会严重弱化材料的应力。
 
此外,在20世纪70年代,材料科学家研究了使用硫制作的混凝土在月球上建立月球基地的可能性。他们很快发现,在真空状态下,硫会升华,它们会从固态硫直接转化为气态硫。所以在月球上的硫基混凝土会快速消失在太空中。
 
所以一个关键的问题是,硫基混凝土是否可以制作的足够结实、足够持久,从而可以在火星上使用。为了验证这一点,Wan和他的同事做了一些实验,他们仿制的火星混凝土主要是由二氧化硅、氧化铝和其它像氧化铁、二氧化钛等的组分组成。他们还用骨料中各种不同规格的颗粒进行实验。
 
这些实验是直观的。将骨料和不同比例的融化硫混合,并将试样冷却成块,然后测试这些实验材料的物理性能,比如抗压强度及其破坏机理。他们还分析了这些混合物的化学成分,由此推断它们的性能。
 
实验结果表明,使用较小颗粒的骨料可以减少气孔的形成,这一点非常显著地提高了材料的强度;当硫和粒径为1 mm的火星土壤骨料以1:1混合是制作火星混凝土的最佳混合比例。
 
这种火星混凝土非常结实,抗压强度大于50 MPa,尤其是在固化过程中压缩会减少气孔的形成,硫和火星土壤的结合使得抗压强度显著增大。做个比较,地球居民建筑标准要求混凝土抗压强度约为20 MPa。
 
Wan和他的同事还研究了这种混凝土在火星的大气条件下的适应性。他们发现,无论是火星的大气压条件,还是温度条件,都可以使用这种硫基混凝土材料。
 
并且,还有一大优点就是这种火星混凝土可以通过加热循环使用,也就是将硫融化后,可以重新制作混凝土再重复使用。这与从地球上运送材料相比,既快速又简单,还极其便宜。
 

图片来源:网络
 
这是一项非常有趣的工作。它意味着,火星上第一批永久性的建筑材料是可以制造的。我们现在仅需要培养一批火星建筑师,他们可以用火星混凝土材料来设计适于人类生活和工作的建筑。移民火星的时间将由他们来决定。
 
人类第一次移民火星尚是数年后的事情。但是,只有地球上在这种建筑里居住的第一批人类诞生,并在这种相当特别的建筑里成长起来,移民火星才是可能的。

 
译自:technologyreview
来源:材料与测试
译者:边草

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