Im Projekt Concrete-Hardening soll Maurer erstmals untersuchen, wie verschiedene Betonmischungen in Schwerelosigkeit aushärten. Bisherige Untersuchungen an Bord der ISS haben sich nur auf die Erstarrung von reinem Zement beschränkt. Das Experiment ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Universität zu Köln, der Universität Duisburg-Essen und BIOTESC der Hochschule Luzern.

Darum soll Beton ins All

Prof. Martina Schnellenbach-Held vom Institut für Massivbau an der Universität Duisburg- Essen erläutert: „Wir erforschen einerseits die Möglichkeit, Beton als Baustoff für Habitate bei Mond und Mars-Missionen einzusetzen. Deswegen wird in einigen Versuchsproben die Gesteinskörnung Regolith EAC-1A eingesetzt, welches die Gesteinskörnung auf dem Mond simuliert. Denn wenn die Pläne zum Aufbau einer permanenten Präsenz auf dem Mond in naher Zukunft realisiert werden sollten, müssen die Stationen aus solidem Material gebaut sein und idealerweise mit Ressourcen, die vor Ort verfügbar sind." Eine wesentliche Grundlage zur Exploration stellt laut Prof. Schnellenbach-Held somit die Kenntnis des Materialverhaltens unter Schwerelosigkeit und den Bedingungen im Weltraum dar. Die im Rahmen von MASON gewonnenen Daten seien im wahrsten Wortsinn ein wichtiger Baustein.

Betonmischer für die Schwerelosigkeit

Gemeinsam mit den Kollegen der Universität zu Köln und der Hochschule Luzern entwickelten die Forscher eine Mischvorrichtung, mit der Betonproben in zylindrischer Form hergestellt werden können. Es wurden etwa 300 Mischer in einer Kleinserie im Kunststoff-Spritzguss hergestellt, wovon 64 Stück befüllt und auf die Internationale Raumstation gebracht wurden. Diese sind transparent, sodass Matthias Maurer den Versuchsvorgang genau beobachten kann.

Julian Müller, M.Sc., wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Massivbau der Universität Duisburg-Essen, führt aus: „Die trockenen Komponenten sind in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen in den Mischbehältern enthalten, auf der ISS setzte der Astronaut Matthias Maurer dann eine handelsübliche Spritze an, die bereits auf der Erde mit den flüssigen Komponenten befüllt wurde.“

Es wurden laut Müller für die Versuche Portlandzemente CEM I 42,5 N und 52,5 R verwendet, als Gesteinskörnung kommen CEN-Standard Sand (0/2) oder Quarzsand (0/0,5) zum Einsatz.

Untersuchungen an den Betonproben

Der Erstarrungs- und Trocknungsprozess des Betons kann Wochen und Monate dauern. Aus diesem Grund ist die Forschung auf der Internationalen Raumstation ISS so wichtig, denn nur hier herrschen dauerhaft die gleichen Bedingungen von Null-Gravitation.

„Der Prozess des Aushärtens entscheidet über die Anordnung der Bestandteile im Inneren des Betons sowie über die Verteilung von eingeschlossenen Luftblasen. Die Aushärtung wird auf der Erde stark von der Gravitation beeinflusst. Für die Materialforschung ist es daher von großem Interesse, zu untersuchen, wie sich diese Mischung ohne diesen Einfluss verhält. Dadurch lassen sich chemische und physikalische Prozesse besser verstehen.“ erläutert Prof. Sperl, Leiter der Gruppe zur Physik Granularer Materie am Institut für Theoretische Physik der Universität zu Köln und am DLR in Köln. Diese Erkenntnisse können für optimierte Mischverhältnisse verwendet werden, die schließlich wertvolle Ressourcen einsparen. Die Betonproben werden im Juli zur Untersuchung auf der Erde erwartet.

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