Humo de sílice

El humo de sílice , también conocido como microsílice , (número CAS 69012-64-2, número EINECS 273-761-1) es un polimorfo amorfo (no cristalino) del dióxido de silicio , sílice . Es un polvo ultrafino recolectado como subproducto de la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio y consiste en partículas esféricas con un diámetro de partícula promedio de 150 nm. El principal campo de aplicación es como material puzolánico para hormigón de alto rendimiento.

A veces se confunde con la sílice pirogénica (también conocida como sílice pirogénica, número CAS 112945-52-5). Sin embargo, el proceso de producción, las características de las partículas y los campos de aplicación de la sílice pirogénica son todos diferentes a los del humo de sílice.

Las primeras pruebas de humo de sílice en hormigones a base de cemento Portland se llevaron a cabo en 1952. El mayor inconveniente para explorar las propiedades del humo de sílice era la falta de material con el que experimentar. Las primeras investigaciones utilizaban un aditivo caro llamado sílice pirogénica, una forma amorfa de sílice obtenida por combustión de tetracloruro de silicio en una llama de hidrógeno y oxígeno. El humo de sílice, por otro lado, es un material puzolánico amorfo muy fino, un subproducto de la producción de silicio elemental o aleaciones de ferrosilicio en hornos de arco eléctrico. Antes de finales de los años 1960 en Europa y mediados de los años 1970 en los Estados Unidos , los humos de sílice simplemente se expulsaban a la atmósfera.

Con la implementación de leyes ambientales más estrictas a mediados de la década de 1970, las fundiciones de silicio comenzaron a recolectar humo de sílice y a buscar sus aplicaciones. El trabajo inicial realizado en Noruega recibió la mayor parte de la atención, ya que había demostrado que los hormigones a base de cemento Portland que contenían humo de sílice tenían resistencias muy altas y porosidades bajas . Desde entonces, la investigación y el desarrollo del humo de sílice lo convirtieron en uno de los aditivos más valiosos y versátiles del mundo para el hormigón y los productos cementicios.

El humo de sílice es un material ultrafino con partículas esféricas de menos de 1 μm de diámetro, siendo el promedio de alrededor de 0,15 μm. Esto lo hace aproximadamente 100 veces más pequeño que la partícula promedio de cemento. ^[4] La densidad aparente del humo de sílice depende del grado de densificación en el silo y varía de 130 (sin densificar) a 600 kg/m ³ . La gravedad específica del humo de sílice está generalmente en el rango de 2,2 a 2,3. El área superficial específica del humo de sílice se puede medir con el método BET o el método de adsorción de nitrógeno. Por lo general, varía de 15 000 a 30 000 m ² /kg. ^[5]

El humo de sílice es un subproducto de la reducción carbotérmica de cuarzo de alta pureza con materiales carbonosos como carbón, coque y virutas de madera, en hornos de arco eléctrico en la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio.

Debido a su extrema finura y alto contenido de sílice, el humo de sílice es un material puzolánico muy eficaz. ^{[6] [7]} Las especificaciones estándar para el humo de sílice utilizado en mezclas cementosas son ASTM C1240, ^[8] EN 13263. ^[9]

El humo de sílice se añade al hormigón de cemento Portland para mejorar sus propiedades, en particular su resistencia a la compresión , su resistencia a la adherencia y su resistencia a la abrasión . Estas mejoras se deben tanto a las mejoras mecánicas resultantes de la adición de un polvo muy fino a la mezcla de pasta de cemento como a las reacciones puzolánicas entre el humo de sílice y el hidróxido de calcio libre en la pasta. ^[10]

La adición de humo de sílice también reduce la permeabilidad del hormigón a los iones de cloruro , lo que protege el acero de refuerzo del hormigón de la corrosión , especialmente en entornos ricos en cloruro, como las regiones costeras y las de carreteras y pistas continentales húmedas (debido al uso de sales antihielo ) y puentes de agua salada . ^[11] Además, el humo de sílice tiene usos importantes en las operaciones de petróleo y gas. El humo de sílice se puede utilizar para la colocación primaria de lechada como sello hidráulico en el pozo, o aplicaciones secundarias como operaciones de remediación que incluyen reparaciones de fugas, divisiones y cierre de zonas agotadas. ^[12]

Antes de mediados de la década de 1970, casi todo el humo de sílice se descargaba a la atmósfera. Después de que las preocupaciones ambientales hicieran necesaria la recolección y el enterramiento del humo de sílice, se volvió económicamente viable utilizar humo de sílice en diversas aplicaciones, en particular en el hormigón de alto rendimiento. ^[13] Los efectos del humo de sílice en diferentes propiedades del hormigón fresco y endurecido incluyen:

• Trabajabilidad: Con la adición de humo de sílice, la pérdida de asentamiento con el tiempo es directamente proporcional al aumento del contenido de humo de sílice debido a la introducción de una gran superficie en la mezcla de hormigón mediante su adición. Aunque el asentamiento disminuye, la mezcla sigue siendo muy cohesiva.
• Segregación y exudación : el humo de sílice reduce significativamente la exudación porque el agua libre se consume al humedecer la gran superficie del humo de sílice y, por lo tanto, el agua libre que queda en la mezcla para la exudación también disminuye. El humo de sílice también bloquea los poros del hormigón fresco, por lo que el agua que se encuentra dentro del hormigón no puede salir a la superficie.

Los humos de sílice, como subproducto, pueden utilizarse para producir carburo de silicio .

• Administración Federal de Carreteras de Estados Unidos . «Humo de sílice». Archivado desde el original el 22 de enero de 2007. Consultado el 24 de enero de 2007 .
• Asociación del Cemento Portland . "Capítulo 3 Cenizas volantes, escorias, humo de sílice y puzolanas naturales" (PDF) . Consultado el 7 de abril de 2012 .
• Asociación de Humo de Sílice. "Manual del usuario del humo de sílice" (PDF) . Consultado el 5 de mayo de 2012 .

• Asociación de Humo de Sílice