Humo de sílice

humo de sílice, también conocido como microsílice, (número CAS 69012-64-2, número EINECS 273-761-1) es un compuesto amorfo (no cristalino) polimorfo de dióxido de silicio, sílice. Es un polvo ultrafino recogido como subproducto de la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio y está formado por partículas esféricas con un diámetro medio de partícula de 150 nm. El principal campo de aplicación es como material puzolánico para hormigones de altas prestaciones.

A veces se confunde con la sílice pirógena (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 pirógena son diferentes de los del humo de sílice.

Historia

La primera prueba de fume de sílice en hormigón de Portland se realizó en 1952. El mayor inconveniente para explorar las propiedades del humo de sílice fue la falta de material con el que experimentar. La investigación temprana utilizó un aditivo caro llamado sílice fumida, una forma amorfa de sílice hecha por combustión de tetracloruro de silicio en una llama de hidrógeno-oxigeno. Silica fume por otro lado, es un material pozzolanico muy fino, amorfo, un subproducto de la producción de silicio elemental o aleaciones ferrosílicas en hornos de arco eléctrico. Antes de finales de la década de 1960 en Europa y mediados de los 70 en los Estados Unidos, los vapores de sílice fueron simplemente ventilados en la atmósfera.

Con la implementación de leyes ambientales más estrictas a mediados de la década de 1970, las fundiciones de silicio comenzaron a recolectar el humo de sílice y a buscar sus aplicaciones. Los primeros trabajos realizados en Noruega recibieron la mayor atención, ya que habían demostrado que los hormigones a base de cemento Portland que contenían humos 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 concreto y productos cementantes.

Propiedades

El humo de sílice es un material ultrafino con partículas esféricas de menos de 1 μm de diámetro, siendo el promedio de aproximadamente 0,15 μm. Esto lo hace aproximadamente 100 veces más pequeño que la partícula de cemento promedio. La densidad aparente del humo de sílice depende del grado de densificación del silo y varía de 130 (sin densificar) a 600 kg/m³. La gravedad específica del humo de sílice generalmente está en el rango de 2,2 a 2,3. La superficie específica del humo de sílice se puede medir con el método BET o el método de adsorción de nitrógeno. Normalmente oscila entre 15.000 y 30.000 m²/kg.

Producción

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

Aplicaciones

Concreto

Debido a su extrema finura y alto contenido de sílice, el humo de sílice es un material puzolánico muy eficaz. Las especificaciones estándar para el humo de sílice utilizado en mezclas cementosas son ASTM C1240, EN 13263.

Se agrega humo de sílice al concreto de cemento Portland para mejorar sus propiedades, en particular su resistencia a la compresión, fuerza de unión y resistencia a la abrasión. Estas mejoras surgen tanto de las mejoras mecánicas resultantes de la adición de un polvo muy fino a la mezcla de pasta de cemento como de las reacciones puzolánicas entre el humo de sílice y el hidróxido de calcio libre en la pasta.

La adición de humo de sílice también reduce la permeabilidad del hormigón a los iones 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 deshielo) y puentes de agua salada. Además, los humos de sílice tienen 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 reparación de fugas, divisiones y cierre de zonas agotadas.

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 requirieran la recolección y el vertido del humo de sílice, se volvió económicamente viable utilizar el humo de sílice en diversas aplicaciones, en particular en concreto de alto rendimiento. Los efectos del humo de sílice sobre las diferentes propiedades del hormigón fresco y endurecido incluyen:

• Workability: Con la adición de fume de silica, la pérdida de desplome con el tiempo es directamente proporcional para aumentar el contenido de fume de silica debido a la introducción de gran superficie en la mezcla de hormigón por su adición. Aunque la caída disminuye, la mezcla sigue siendo muy cohesiva.
• Segregación y sangrado: El humo de sílice reduce significativamente el sangrado porque el agua libre se consume en el humedecimiento de la gran superficie del humo de sílice y por lo tanto el agua libre que queda en la mezcla para el sangrado también disminuye. El humo de sílice también bloquea los poros en el hormigón fresco para que el agua dentro del hormigón no se permita llegar a la superficie.

Carburo de silicio

Los vapores de sílice, como subproducto, se pueden utilizar para producir carburo de silicio.