Silica fume nel calcestruzzo: applicazioni, prestazioni e prospettive nel settore delle costruzioni

Negli ultimi decenni l’impiego della silica fume (microsilice) ha contribuito in modo significativo allo sviluppo dei calcestruzzi ad alte prestazioni, migliorando resistenza meccanica, durabilità e compattezza della matrice cementizia.

Oggi viene utilizzata in numerosi ambiti applicativi, dalle infrastrutture ai calcestruzzi ad altissima resistenza, fino ad alcune applicazioni specialistiche nelle pavimentazioni e nelle opere esposte ad ambienti aggressivi.

Per comprendere meglio il ruolo che questa aggiunta minerale sta assumendo nel mix design contemporaneo, abbiamo raccolto alcune domande rivolte a produttori di materiali, tecnologi del calcestruzzo, progettisti e imprese che operano nella filiera del calcestruzzo e delle costruzioni.

A queste domande ha risposto Roberto Muselli, Consulente esperto nel settore calcestruzzi e pavimentazioni in calcestruzzo.

Durabilità del calcestruzzo: vantaggi della microsilice

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 particolare negli ambienti aggressivi?

Sono contento che il tema della durabilità sia tornato centrale nella progettazione. Il fumo di silice è particolarmente utile nei leganti in cui sia richiesto un incremento di silice amorfa finalizzato alla formazione di silicati idrati. La sua elevata concentrazione lo rende efficace anche a dosaggi molto bassi; per questo motivo, in generale, non è pensabile un impiego massiccio.

La sua funzionalità, in combinazione con un cemento Portland, dipende in buona parte dalla capacità del cemento di produrre idrossido di calcio. In presenza di acqua, nel tempo, la silica fume attiva la propria reazione pozzolanica, contribuendo alla formazione di ulteriori prodotti di idratazione e al miglioramento della microstruttura della matrice cementizia.

Effetti del fumo di silice nelle miscele cementizie

Dal punto di vista del mix design, quali sono gli effetti più rilevanti quando la silica fume viene introdotta nella miscela?

Occorre prestare particolare attenzione all’assorbimento d’acqua e al possibile innesco più rapido della presa, soprattutto in condizioni climatiche calde.

Un altro aspetto rilevante è l’aumento del volume della pasta nella miscela, che tende a promuovere comportamenti tixotropici. Questo fenomeno deve essere considerato soprattutto nei calcestruzzi con consistenza moderatamente fluida o fluida, poiché può influenzare la velocità di spandimento.

La silica fume può risultare molto utile anche per aumentare la tenacità dei calcestruzzi fibrorinforzati (FRC) quando utilizzata in combinazione con il cemento. È tuttavia necessario prestare attenzione anche agli effetti sul ritiro con particolare attenzione al ritiro autogeno.

Si faccia sempre attenzione alla necessità di vigorose attività di miscelazione in caso di microsilice addensata: starei attento alla miscelazione solo con betoniera.

Fumo di silice nei calcestruzzi HPC e UHPC

La silica fume è spesso associata allo sviluppo di calcestruzzi ad alte o altissime prestazioni (HPC e UHPC). In quali applicazioni il suo utilizzo risulta oggi realmente strategico?

Nella sua forma pura, la silica fume trova la propria collocazione principalmente in applicazioni ad altissime prestazioni, come HPC e UHPC.

All’interno di sistemi SCM (Supplementary Cementitious Materials) opportunamente formulati potrebbe tuttavia avere una diffusione più ampia.

Accorgimenti tecnici per una corretta gestione dell'aggiunta minerale 

L’elevata finezza della silica fume comporta alcune criticità legate alla lavorabilità e alla gestione della miscela. Quali accorgimenti tecnici ritiene fondamentali?

È fondamentale effettuare prove preliminari con additivi specifici, al fine di stabilizzare il comportamento della fase liquida del calcestruzzo.

Particolare attenzione va inoltre posta alla temperatura del calcestruzzo e alla sua evoluzione nel tempo.

Microsilice nel calcestruzzo: sostenibilità, normative e prospettive di sviluppo

In un contesto in cui il settore lavora per ridurre l’impronta ambientale del calcestruzzo, quale contributo può offrire la silica fume in termini di sostenibilità?

Il contributo diretto è probabilmente limitato, soprattutto a causa del costo e della relativa scarsa disponibilità del materiale.

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

Dal punto di vista della sostenibilità ambientale mantiene sicuramente un interesse tecnologico. Tuttavia rimane un materiale molto concentrato e sofisticato, che difficilmente può essere utilizzato su larga scala nei volumi tipici dell’industria del calcestruzzo.

Dal punto di vista delle normative e delle specifiche tecniche, il potenziale della silica fume è pienamente valorizzato?

Nelle malte il suo potenziale è già pienamente valorizzato.

Nel calcestruzzo ready-mix, invece, la gestione risulta più complessa, mentre nel settore del prefabbricato può influire anche su aspetti estetici, come il colore del prodotto.

Guardando al futuro della tecnologia del calcestruzzo, quali evoluzioni immaginate per l’impiego della silica fume?

Investimenti significativi in ricerca e sviluppo avrebbero senso solo in presenza di una disponibilità stabile del materiale e di una minore volatilità dei prezzi.

Al momento ritengo più strategico orientare ricerca e risorse verso lo sviluppo di materiali artificiali più disponibili, con costi più bassi e reperibili possibilmente entro pochi chilometri dal luogo di utilizzo.

Se volessimo usare una metafora: la silica fume è un po’ come una Bentley. È sempre stata e rimane una macchina straordinaria, ma la vera domanda è: quanti possono permettersela e in quali contesti puoi impiegarla?