Polvere di silice

Sostituzione del cemento con microsilice

Il calcestruzzo come materiale da costruzione ci accompagna da oltre 100 anni.
Purtroppo il suo ingrediente principale, il cemento, non è molto ecologico.
Per circa 30 anni, i ricercatori hanno cercato di trovare un materiale che potesse sostituire almeno in parte il cemento ecologico senza perdere i parametri di resistenza del calcestruzzo ottenuto.

Per caso, sono riusciti a utilizzare la microsilice, un sottoprodotto della produzione di ferroleghe, per sostituire il cemento nella produzione di calcestruzzo.

Come funziona la microsilice nel calcestruzzo?

Quando la polvere di silice viene aggiunta al calcestruzzo, inizialmente non succede nulla. Quando il cemento e l’acqua dell’impasto iniziano a interagire, le reazioni chimiche iniziali portano alla formazione di due composti chimici:

• Idrossido di calcio (CH) – calce libera, un sottoprodotto che riempie i pori disponibili,
• Gel di silicato di calcio idrato (CSH), responsabile della resistenza del calcestruzzo.

Secondo il Comitato Europeo per la Microsilice, l’aggiunta di polvere di silice al calcestruzzo ha un forte effetto pozzolanico grazie alla sua particolare idoneità e all’altissimo contenuto di silice amorfa. La microsilice nella miscela di cemento aumenta la resistenza alla compressione, alla flessione, all’adesione e riduce la permeabilità del calcestruzzo.

Effetto della microsilice sulle proprietà meccaniche del calcestruzzo

Maggiore durata

In termini di durabilità del calcestruzzo, l’aggiunta di microsilice ne aumenta la durata complessiva. Una scelta oculata degli ingredienti della miscela di calcestruzzo, compresa la percentuale di aggiunta di silice, permette di creare calcestruzzi con una resistenza elevata e molto elevata. L’aumento della resistenza del calcestruzzo è il risultato della riduzione della porosità da parte della microsilice, che riempie saldamente lo spazio tra i grani di cemento. La durata del calcestruzzo con microsilice aumenta nel tempo. I risultati migliori si ottengono circa 28 giorni dopo il getto del calcestruzzo.

Permeabilità all’acqua e resistenza al gelo

L’aggiunta di microsilice all’impasto del calcestruzzo provoca un cambiamento strutturale dei pori che aumenta la resistenza all’acqua del calcestruzzo. La riduzione del coefficiente di permeabilità del calcestruzzo al di sotto del limite di 10-14 m/s con l’aggiunta di microsilice fino al 20% in peso del legante, in assenza di agenti flussanti, conferma l’effetto benefico della polvere di silice nell’aumentare la durabilità del calcestruzzo. Poiché la microsilice protegge il calcestruzzo dagli effetti negativi dell’acqua, protegge anche dalle basse temperature. Con un basso fattore di presa dell’acqua nel calcestruzzo (0,25-0,30) e la sostituzione del 5-10% del cemento con polvere di silice, si osserva un aumento della resistenza al gelo.

Resistenza chimica

La polvere di silice aumenta notevolmente la resistenza del calcestruzzo alle acque aggressive e ricche di solfati.


La dottoressa Wiesława Nocuń-Wczelik, nel suo libro “Polvere di silice – proprietà e applicazione nel calcestruzzo”, facendo riferimento al lavoro di Whilea, Hicks, Yamato, Soeda ed Emoto, afferma che i calcestruzzi a cui è stato aggiunto fino al 30% di microsilice hannomigliorato in modo significativo la resistenza a molti acidi, tra cui l’acido cloridrico, formico, lattico, solforico, fosforico e acetico.

La ragione della loro durata è il contenuto relativamente basso di idrossido di calcio, combinato con una struttura compatta e compatta.

Resistenza

L’ACI (American Concrete Institute) nel suo articolo “Guide for the Use of Silica Fume in Concrete v. 2012 reapproved” afferma che “L’uso di polvere di silice aumenta la resistenza elettrica del calcestruzzo all’aumentare della quantità di polvere di silice utilizzata” (sottosezione 5.4.1).

Altri vantaggi dell’utilizzo della microsilice nella produzione di calcestruzzo

I principali vantaggi dell’uso della microsilice nell’edilizia sono elencati e descritti sopra. Altri vantaggi includono:

Protezione dell’armatura

La microsilice migliora la protezione anticorrosione dell’armatura, aumenta la resistenza del calcestruzzo finito alla penetrazione dell’acqua e favorisce l’aumento della resistenza attraverso una reazione pozzolanica secondaria. Migliora la reologia della miscela di calcestruzzo.

Riduzione dell’abrasione

La microsilice provoca una minore abrasione del calcestruzzo, aumentando la durezza della matrice compatta del giunto e l’adesione della malta all’aggregato. Il calcestruzzo con polvere di silice è anche più resistente all’erosione.

FONTI:

• Nocuń-Wczelik W., 2005: Polvere di silice – proprietà e applicazione nel calcestruzzo. Cracovia: Polski Cement Sp. z o.o.
• https://gharpedia.com/blog/silica-fume-pros-cons-and-effect-on-properties-of-concrete/
• http://www.microsilicafume.eu/web/properties%20of%20silica%20fume%20related%20to%20its%20applications/1011306087/list1187970075/f1.html
• American Cement Instutute, 2012: Una guida all’uso della polvere di silice nel calcestruzzo
• Foto e immagini:
  • PERMEABILITÀ ALL’ACQUA
  • 2.0 – https://ceramics.org/tag/weather-delays/
  • 2.1 – https://insideandoutpropertyinspectors.com/can-you-pour-concrete-in-the-rain/
  • 2.2 – https://www.vecteezy.com/
  • 2.3 – https://www.vecteezy.com/
  • RESISTENZA CHIMICA
  • 3.0 – https://www.canva.com
  • 3.1 – https://www.vecteezy.com/
  • PROTEZIONE ELETTRICA
  • 4.0 – https://www.canva.com
  • 4.1 – https://www.vecteezy.com/
  • PROTEZIONE DI RINFORZO
  • 5.0 – https://www.canva.com
  • 5.1 – https://www.vecteezy.com/
  • RIDURRE L’ABRASIONE
  • 6.1 – www.freepik.com