Científicos de materiales fabrican hormigón marciano

Hay un interés creciente en el objetivo de enviar humanos a Marte. Varias agencias espaciales han comenzado a estudiar los numerosos problemas que presentaría una misión de este tipo, uno de los cuales es la protección de los humanos durante el viaje.

Pero una vez que los humanos lleguen al planeta rojo, necesitarán edificios de alta calidad para vivir y trabajar. Pueden llevarse ciertas estructuras con ellos, pero esto solo puede ser una solución temporal. Los primeros colonizadores tendrán que encontrar rápidamente una manera de construir estructuras utilizando los propios recursos del planeta. ¿Pero cómo?

Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Lin Wan y sus amigos en la Universidad Northwestern. Estos muchachos han descubierto cómo hacer concreto marciano utilizando materiales que están ampliamente disponibles en Marte. Y, de manera crucial, este concreto se puede formar sin usar agua, que será un recurso precioso en el planeta rojo.

El material clave en el auge de la construcción marciana será el azufre, dice el equipo de Northwestern. La idea básica es calentar el azufre a unos 240 °C para que se vuelva líquido, mezclarlo con suelo marciano, que actúa como un agregado, y luego dejarlo enfriar. El azufre se solidifica, uniendo el agregado y creando concreto. Voila: hormigón marciano.

Por supuesto, la idea de usar azufre para unir agregados no es nueva. Los ingenieros han estado experimentando con este tipo de material durante al menos un siglo e inicialmente descubrieron que el concreto a base de azufre tenía una buena cantidad de problemas.

Para empezar, a medida que el azufre se enfría, se solidifica para formar azufre monoclínico y luego se transforma en azufre ortorrómbico, el alótropo estable a temperaturas más bajas. Pero también se encoge durante este proceso y esta contracción crea cavidades y genera tensiones que debilitan gravemente el material.

Además, en la década de 1970, los científicos de materiales estudiaron la posibilidad de utilizar hormigón de azufre para construir bases lunares en la luna. Rápidamente descubrieron que en el vacío, el azufre se sublima: pasa de un sólido directamente a un gas. Entonces, cualquier concreto de azufre en la luna desaparecería rápidamente en el éter.

Entonces, una pregunta importante es si el concreto de azufre se puede hacer lo suficientemente fuerte y duradero para ser útil en Marte.

Para averiguarlo, Wan y compañía hicieron algunos. Utilizaron suelo marciano simulado que consiste principalmente en dióxido de silicio y óxido de aluminio con otros componentes como óxido de hierro, dióxido de titanio, etc. También probaron varios tamaños diferentes de partículas en este agregado.

Las pruebas fueron sencillas. Luego de mezclar el agregado con diferentes porcentajes de azufre fundido y permitir que las muestras se enfriaran en bloques, midieron las propiedades físicas de los materiales resultantes, como su resistencia a la compresión y los mecanismos de falla. También analizaron químicamente la mezcla y simularon su comportamiento.

Los resultados hacen una lectura interesante. Resulta que el uso de un agregado de partículas más pequeñas reduce la formación de vacíos, lo que aumenta significativamente la resistencia del material. La mejor mezcla para producir concreto marciano es 50 por ciento de azufre y 50 por ciento de suelo marciano con un tamaño máximo de agregado de 1 mm, dicen.

Y es un material resistente, que alcanza una resistencia a la compresión de más de 50 MPa, especialmente si se comprime durante el curado para reducir la formación de vacíos. Esta fuerza también es en parte el resultado de los enlaces químicos que el azufre forma con el suelo marciano. En comparación, los estándares de construcción residencial en la Tierra requieren concreto con una resistencia a la compresión de alrededor de 20 MPa.

Wan y compañía también dicen que las condiciones atmosféricas en Marte son adecuadas para este material. Tanto la presión atmosférica como el rango de temperatura en Marte son adecuados para albergar estructuras de hormigón de azufre, dicen.

Y hay otras ventajas. El hormigón marciano se puede reciclar calentándolo, de modo que el azufre se derrita. Por lo tanto, se puede reutilizar repetidamente. También es de fraguado rápido, relativamente fácil de manejar y extremadamente barato en comparación con los materiales traídos de la Tierra.

Es un trabajo interesante. Significa que las primeras estructuras permanentes en Marte deberían ser sencillas de hacer. Todo lo que necesitamos ahora es una nueva generación de arquitectos marcianos para diseñar edificios hechos de hormigón marciano que serán estructuras adecuadas para que los humanos vivan y trabajen en ellas.

El tiempo estará de su lado. Las primeras misiones humanas a Marte aún están a unos cuantos años de distancia. Pero es posible que los primeros humanos que vivieron en estas estructuras ya hayan nacido y actualmente estén creciendo en edificios bastante diferentes en la Tierra.

Ref:arxiv.org/abs/1512.05461: Un material novedoso para la construcción in situ en Marte: experimentos y simulaciones numéricas

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