Zementverhalten in der Schwerelosigkeit
Auf dem Mond könnten bald Behausungen aus Beton entstehen, um Astronauten als Zwischenstation auf dem Weg zum Mars zu dienen. Doch wie wachsen die Kristalle beim Aushärten des Zements in der Schwerelosigkeit? Forscher suchen nach Antworten auf diese Fragen.
Mit 4,1 Milliarden Tonnen pro Jahr ist Zement das Industrieprodukt mit der weltweit größten Produktionsmenge. Hauptanwendung findet er als Bindemittel in Beton.
Verhalten variiert stark
Bereits vor mehr als 2000 Jahren wurde Zement entdeckt. Als Bindemittel sorgt er im Beton für die Festigkeit des Baustoffs und härtet durch die chemische Reaktion mit Wasser, die Hydratation. Nach der Wasserzugabe bildet sich ein starres Gefüge aus Hydraten oder Kristallen, die den Raum zwischen den Feststoffpartikeln des Zements füllen und den Aushärtungsprozess starten. Die Kristalle sind dabei nicht größer als wenige Nanometer. Noch heute ist dieser Vorgang Gegenstand der Forschung, denn das Verhalten einzelner Zementbestandteile variiert stark.
Einfluss auf Hydratation
Das Team von der Fakultät für Chemie der TU München untersucht, wie Schwerelosigkeit Größe, Menge und Gestalt der Hydratationsprodukte beeinflusst. Während eines Tests im Flugzeug erreichten sie eine Schwerelosigkeitsphase von 22 Sekunden, in denen sie die Zementbestandteile zusammenmischten. In dieser Mikrogravitationsphase bildet der Zement durchschnittlich kleinere, dafür aber mehr Kristalle mit ungewöhnlichen Formen als unter normaler Schwerkraft. Im Gegensatz dazu kristallisieren Spezialzemente wie Tiefbohrzement während der Schwerelosigkeit nicht anders als auf der Erde. Dies liegt an ihrer chemischen Zusammensetzung.
Anderes Zementgefüge
Für aussagekräftigere Ergebnisse müsste der Beton länger in der Schwerelosigkeit untersucht werden als die 22 Sekunden in der Mikrogravitation. Diese Versuche lassen jedoch erwarten, dass unter länger andauernder Schwerelosigkeit andere Zementgefüge entstehen als auf der Erde. Die kleineren Kristalle könnten im Zement stärker miteinander verwachsen und ihn fester machen. Wie die Chemiker Johann Plank und Markus R. Meier in ihren Experimenten zeigen, eignet sich Beton potenziell als Baustoff auf dem Mond. Die PDF-Datei des Beitrags gibt es bei der Redaktion der „Nachrichten aus der Chemie„.