Che cos'è il fumo di silice?

Il fumo di silice è una sostanza utilizzata per migliorare la resistenza del calcestruzzo. Viene prodotto durante la sintesi di silicio metallico o leghe di ferrosilicio, quando la riduzione del quarzo di elevata purezza ad alta temperatura in un forno elettrico emette gas ossido di silicio. Il gas reagisce con l'ossigeno e si condensa in fumo di silice, una sottile polvere bianca composta principalmente da biossido di silicio. Questa sostanza non deve essere confusa con la silice fumata, nota anche come silice pirogena, che ha una composizione diversa e viene utilizzata per addensare frappè e vernici.

Come altri materiali pozzolanici, il fumo di silice reagisce con l'idrossido di calcio per creare forti legami all'interno della miscela di cemento. L'aggiunta di fumi di silice al calcestruzzo riduce il contenuto d'acqua del calcestruzzo e lo rende meno suscettibile alla corrosione causata da sali marini e ioni cloruro. Ciò lo rende particolarmente utile in strutture esposte all'acqua, come dighe o ponti.

È stato dimostrato che l'aggiunta di fumi di silice a una miscela di calcestruzzo riduce il livello di espansione e screpolature risultanti da reazioni alcalali-silice (ASR). L'ASR si verifica in genere quando gli ioni idrossido reagiscono con la silice in una miscela di cemento per formare un gel di silicato di calcio e alcali, che scorre negli spazi porosi nel calcestruzzo. Il gel provoca espansione e screpolature, con conseguente fallimento strutturale.

La trama estremamente fine del particolato del fumo di silice conferisce proprietà meccaniche vantaggiose. Il cemento di silice è meno permeabile del cemento non armato e può essere utilizzato per sostenere carichi pesanti. Grattacieli e altri grandi edifici che esercitano una grande pressione verticale sui loro elementi strutturali usano solitamente cemento ad alta resistenza.

Il calcestruzzo di silice viene miscelato aggiungendo una determinata percentuale di fumi al cemento in forma asciutta o bagnata. La percentuale di fumo di silice nella miscela di calcestruzzo finale è determinata dal livello di resistenza del materiale richiesto. Le miscele più forti di calcestruzzo di silice, che potrebbero contenere fino al 15 percento del fumo di silice in peso, sono più fragili delle miscele più comuni, che contengono il 7-10 percento.

Fino a circa la metà degli anni '70, il fumo di silice prodotto nelle reazioni al quarzo non era conservato per l'uso ma veniva invece rilasciato nell'atmosfera. Questa pratica ha creato preoccupazioni ambientali che hanno portato al conferimento in discarica della sostanza. Da allora sono state sviluppate linee guida per standardizzare la qualità fisica, l'imballaggio e altre qualità per uso industriale.