Silica fume: il “micro-ingrediente” che allunga la vita del calcestruzzo

Negli ultimi anni la durabilità delle infrastrutture è tornata al centro del dibattito nel settore delle costruzioni. Materiali e tecnologie capaci di migliorare le prestazioni del calcestruzzo nel lungo periodo stanno assumendo un ruolo sempre più strategico. Tra questi, la silica fume rappresenta una delle aggiunte minerali più efficaci per incrementare densità della matrice, resistenza agli agenti aggressivi e vita utile delle opere.

Con Ingenio abbiamo voluto approfondire  l'argomento con l'articolo "Che cosa sono le SILICA FUME" e il contributo di alcuni esperti del settore, tra cui Francesco Rotolo di Chryso Italia, che analizza il contributo di questo materiale nel mix design, nelle applicazioni ad alte prestazioni e nelle strategie di sostenibilità del settore.

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Il contributo della silica fume alla durabilità del calcestruzzo

Negli ultimi anni il tema della durabilità del calcestruzzo è tornato centrale nella progettazione delle opere. Quale ruolo può svolgere la silica fume nel migliorare la durabilità delle strutture in calcestruzzo, in particolare nei contesti più esposti ad ambienti aggressivi?

Francesco Rotolo:

La silica fume, a mio avviso, è uno degli SCM più efficaci nel miglioramento della durabilità del calcestruzzo grazie alla sua elevatissima finezza e alla marcata reattività pozzolanica.
La riduzione della porosità capillare, ottenuta grazie all’effetto fillerizzante e per la formazione aggiuntiva di C S H a seguito della reazione con l’idrossido di calcio, conduce a una significativa diminuzione della permeabilità agli agenti aggressivi.

La microstruttura più densa e la minore permeabilità migliorano inoltre anche la resistenza ai cicli gelo disgelo e all’azione dei sali disgelanti senza dimenticare come la silica fume sia anche particolarmente efficace nel controllo della reazione alcali silice (ASR).
Quindi di fatto stiamo parlando di un materiale strategico nelle opere soggette ad ambienti aggressivi e con richieste prestazionali elevate in grado di fornire un contributo sostanziale all’estensione della vita utile delle infrastrutture.

 

Gli effetti della silica fume nel mix design

Dal punto di vista del mix design, quali sono gli effetti più rilevanti che osservate quando la silica fume viene introdotta nella miscela? In che modo cambia l’equilibrio tra lavorabilità, resistenze meccaniche e prestazioni nel tempo?

Francesco Rotolo:

L’impiego dei fumi di silice condiziona in maniera sostanziale l’approccio alla progettazione del mix design di una miscela di calcestruzzo.
Il suo utilizzo richiede un bilanciamento attento ed accurato di acqua, superfluidificanti e curva granulometrica.
La lavorabilità, a causa della dimensione particellare dei fumi di silice e dell’elevata superfice specifica, tenderà a diminuire se non opportunamente compensata con l’aggiunta di quantità superiori di additivi superfluidificanti di ultima generazione a base di policarbossilati eteri e di una probabile regolazione anche della curva granulometrica.
Le resistenze meccaniche e la durabilità nel tempo invece subiranno dei miglioramenti significativi grazie all’azione pozzolanica e alla microstruttura molto più densa della matrice cementizia.

 

Applicazioni strategiche: HPC, UHPC e infrastrutture esposte

La silica fume è spesso associata allo sviluppo di calcestruzzi ad alte o altissime prestazioni (HPC e UHPC). Quali sono oggi le applicazioni in cui ritenete che il suo utilizzo risulti realmente strategico?

Francesco Rotolo:

Sicuramente i fumi di silice rimangono uno dei componenti principali nello studio degli HPC o UHPC, grazie alla loro capacità di aumenta la densità e l’omogeneità della matrice cementizia e di incrementare lo sviluppo delle prestazioni meccaniche.

La sua capacità di ridurre la permeabilità e migliorare la resistenza alla penetrazione agli agenti aggressivi rende comunque questo materiale estremamente interessante anche nella realizzazione di tutte quelle infrastrutture per le quali sia richiesta estrema resistenza all’usura o agli agenti aggressivi :

• Ponti, viadotti, impalcati esposti ai sali disgelanti;
• Strutture marine (porti, moli, barriere frangiflutti);
• Tunnel e infrastrutture sotterrane

 

Come gestire la silica fume in cantiere e in impianto

L’elevata finezza della silica fume comporta anche alcune criticità legate alla lavorabilità e alla gestione della miscela. Quali accorgimenti tecnici ritenete fondamentali per ottenere prestazioni ottimali in cantiere o in impianto?

Francesco Rotolo:

Sappiamo bene come l’elevata finezza della silica fume rappresenti un enorme vantaggio in termini di resistenza meccanica, durabilità e impermeabilità del calcestruzzo, ma è necessario gestire alcune criticità e mettere in pratica alcune semplice accortezze operative.
È necessario garantire una ottimale dispersione del materiale in betoniera senza eccedere oltre modo nel dosaggio/mc (5-10 %spc), aumentando i tempi di miscelazione anche di circa il 20-30 % in più rispetto ad un calcestruzzo standard.
Impiegare additivi superfluidificanti a base di PCE per compensare l’aumento di richiesta d’acqua e in alcuni casi potrebbe essere necessario bilanciare la curva granulometrica per evitare miscele troppo coese e viscose.

 

Il ruolo della silica fume nella sostenibilità del calcestruzzo

In un contesto in cui il settore sta lavorando per ridurre l’impronta ambientale del calcestruzzo, quale contributo può offrire la silica fume in termini di durabilità, ottimizzazione dei materiali e sostenibilità complessiva delle opere?

Francesco Rotolo:

Il tema della sostenibilità è oggi un argomento cruciale per il settore delle costruzioni e credo che la silica fume rappresenti di fatto una importante soluzione in tal senso, grazie a tre contributi chiave:

i. Miglioramento della durabilità:
Maggiore resistenza all’attacco dei cloruri, solfati, attacchi chimici in generale e permeabilità ridotta.

ii. Ottimizzazione dei materiali:
Prestazioni meccaniche superiori con minori quantitativi di cemento.

iii. Sostenibilità complessiva:
Riduzione delle emissioni di CO₂, valorizzazione di un sottoprodotto industriale e minore impatto ambientale lungo il ciclo di vita dell’opera.

 

Il posizionamento della silica fume tra le aggiunte minerali

Negli ultimi anni il mercato ha visto crescere l’attenzione verso diverse aggiunte minerali (loppa, ceneri volanti, filler calcarei, ecc.). In che modo la silica fume si colloca oggi in questo panorama tecnologico?

Francesco Rotolo:

Credo che nel panorama odierno, la silica fume abbia un ruolo altamente specializzato e tecnologicamente avanzato, pur non essendo l’SCM più utilizzato in termini di volume.
Non è sicuramente un materiale “low cost” ma è indubbiamente percepito come materiale ad alto valore aggiunto: pochi kg per m³ possono trasformare radicalmente le prestazioni del calcestruzzo. La crescente attenzione verso soluzioni costruttive più resistenti e durevoli porterà, da un punto di vista tecnologico, ad un consolidamento sempre maggiore del ruolo della silica fume, garantendole una presenza stabile e strategica nel mercato dei materiali cementizi del futuro. Il vero problema sarà valutarne la reale disponibilità sul mercato e i relativi costi.

 

Normative e capitolati: un potenziale ancora da valorizzare

Dal punto di vista della progettazione strutturale e delle specifiche tecniche, ritenete che il potenziale della silica fume sia pienamente valorizzato oppure esistono ancora margini di sviluppo nelle normative e nei capitolati?

Francesco Rotolo:

A mio avviso, il potenziale della silica fume, come quello di altri materiali ad attività pozzolanica, non è ancora pienamente valorizzato nelle normative e nei capitolati. Le norme attuali continuano a indicare limiti e requisiti minimi, ma non promuovono un approccio performance-based, che sarebbe più adatto per materiali attivi come la silica fume.

 

Le prospettive future della silica fume nel calcestruzzo

Guardando al futuro della tecnologia del calcestruzzo, quali evoluzioni immaginate per l’impiego della silica fume nei prossimi anni, sia dal punto di vista dei materiali sia delle applicazioni nelle infrastrutture e nell’edilizia?

Nei prossimi anni credo che l’impiego della silica fume possa evolversi principalmente lungo tre canali:

• Innovazione dei materiali:

1. formulazioni di miscele di calcestruzzo low carbon;
2. produzione più sostenibile e controllata.

• Espansione delle applicazioni:

1. infrastrutture durevoli e resilienti;
2. prefabbricazione e edifici alti;
3. calcestruzzi per città smart e opere ad alta sostenibilità,

• Tecnologia e digitalizzazione:

1. AI per mix design ottimizzati;
2. prodotti più specifici per singoli settori ingegneristici.