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Structural performance of cement paste cylinders cured in microgravity on the ISS: effects of air-entraining agent and simulated microgravity conditions

Müller, Julian und Welsch, Torsten und Rattenbacher, Bernd und Walls, William und Tell, Karsten und Schnellenbach-Held, Martina und Sperl, Matthias (2026) Structural performance of cement paste cylinders cured in microgravity on the ISS: effects of air-entraining agent and simulated microgravity conditions. Materials and Structures/Materiaux et Constructions, 59 (8), Seiten 394-421. Springer Nature. doi: 10.1617/s11527-026-03265-4. ISSN 1359-5997.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1617/s11527-026-03265-4

Kurzfassung

As humanity looks to the stars for future colonies, mastering the science of construction in space begins with a deep understanding of how materials perform in extraterrestrial environment. This study pioneers investigations of microgravity effects on cement paste bulk properties. Samples, produced in defined cylindrical shapes on the International Space Station (ISS), allowed for the first-time determination of macroscopic compressive strengths of microgravity samples. A thorough analysis revealed significant impacts on composition, density, and porosity, with compressive strength (-19%) and Young's modulus (-5.5%) lowered due to increased overall porosity (+12.3%). Unexpectedly, the addition of an air-entraining agent resulted in lower overall porosity (-8.7%) and higher compressive strength (+18.6%) in microgravity samples as compared to normal gravity (g) on earth. While this effect was consistent across the tests, the underlying cause remains unresolved. Ground-based microgravity simulators like the clinostat and the random positioning machine partially replicated microgravity effects, revealing the challenges of simulating actual microgravity. Achieving homogeneity and preventing large air voids require optimization of the manufacturing-concrete mixing processes, but nevertheless the findings underscore the feasibility of high-quality concrete production in microgravity.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228174/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Structural performance of cement paste cylinders cured in microgravity on the ISS: effects of air-entraining agent and simulated microgravity conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller, JulianUni Duisburg-EssenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Welsch, TorstenUni Duisburg-EssenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rattenbacher, BerndBIOTESC, Hochschule Luzern Technik und Architektur, Hergiswil, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walls, WilliamDLR-FMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tell, KarstenKarsten.Tell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schnellenbach-Held, MartinaUni Duisburg-EssenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sperl, MatthiasMatthias.Sperl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9525-0368232186992
Datum:18 September 2026
Erschienen in:Materials and Structures/Materiaux et Constructions
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:59
DOI:10.1617/s11527-026-03265-4
Seitenbereich:Seiten 394-421
Verlag:Springer Nature
ISSN:1359-5997
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Compressive strength; Curing; Microgravity; Pore size distribution; Porosity; Microgravity simulation; Air-entraining agent
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Granulare Materie, R - Modellsysteme
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Funktionale Granulate und Komposite
Hinterlegt von: Tell, Karsten
Hinterlegt am:04 Nov 2026 10:14
Letzte Änderung:12 Nov 2026 10:30

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