Il fumo di silice è una sostanza che viene utilizzata per migliorare la resistenza del calcestruzzo. Viene prodotto durante la sintesi di leghe di silicio metallico o ferrosilicio, quando la riduzione del quarzo ad alta purezza ad alta temperatura in un forno elettrico emette gas di ossido di silicio. Il gas reagisce con l’ossigeno e si condensa in fumo di silice, una sostanza fine in polvere bianca composta principalmente da biossido di silicio. Questa sostanza non è da confondere con la silice pirogenica, nota anche come silice pirogenica, che ha una composizione diversa e viene utilizzata per addensare frullati e vernici.
Come altri materiali pozzolanici, i fumi di silice reagiscono con l’idrossido di calcio per creare forti legami all’interno della miscela cementizia. L’aggiunta di questa sostanza al calcestruzzo diminuisce 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 fessurazione risultante dalle reazioni alcali-silice (ASR). L’ASR si verifica tipicamente 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 fessurazione, portando a eventuali cedimenti strutturali.
La struttura particellare estremamente fine del fumo di silice gli conferisce proprietà meccaniche vantaggiose. Il calcestruzzo di silice è meno permeabile del calcestruzzo non armato e può essere utilizzato per sostenere carichi pesanti. I grattacieli e altri edifici di grandi dimensioni che esercitano una forte pressione verticale sui loro elementi strutturali di solito utilizzano calcestruzzo ad alta resistenza.
Il calcestruzzo di silice viene miscelato aggiungendo una determinata proporzione di fumi al cemento in forma umida o secca. La proporzione di fumi di silice nella miscela di calcestruzzo finale è determinata dal livello di resistenza del materiale richiesto. Miscele più forti di calcestruzzo di silice, che potrebbero contenere fino al 15% di fumo di silice in peso, sono più fragili delle miscele più comuni, che contengono il 7-10 percento.
Fino alla metà degli anni ‘1970 circa, la sostanza prodotta nelle reazioni al quarzo non veniva conservata per l’uso ma veniva invece rilasciata nell’atmosfera. Questa pratica ha creato preoccupazioni ambientali che hanno portato allo smaltimento in discarica della sostanza. Da allora sono state sviluppate linee guida per standardizzare la qualità fisica, l’imballaggio e altre qualità per l’uso industriale.