Il silicato di calcio è una sostanza inorganica che esiste in due forme: idrata e anidra. Le sue composizioni variano, essendo composte da calcio come ossido di calcio e silicio come biossido di silicio. Il termine “silicato di calcio” può quindi riferirsi a diverse formulazioni in cui le proporzioni di questi ossidi cambiano.
Caratteristiche fisiche e chimiche
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Questa sostanza si presenta in forma di una polvere bianca che ha una solubilità limitata in acqua e in etanolo, mostrando una propensione all’assorbimento dell’umidità. Quando è idrata, il silicato di calcio diventa il principale prodotto finale dell’idratazione del cemento, e contribuisce in modo significativo alla resistenza del calcestruzzo. Il silicato di calcio idrato ha un ruolo diretto nella resistenza, nel restringimento e nello scorrimento della pasta cementizia.
La formazione di silicato di calcio idrato avviene attraverso un processo complesso, che è influenzato da numerosi fattori, tra cui il rapporto acqua-cemento, la temperatura e la composizione chimica del cemento. La sua struttura è caratterizzata da strati di ossido di calcio interspersati con catene di silicato, formate da tetraedri di silicio-ossigeno, i quali possono essere disposti in configurazioni lineari o ramificate.
Tipologie di silicato di calcio
La formula generica del silicato di calcio è x CaO· y SiO2 · z H2O, dove nel caso anidro z è uguale a 0.
Larnite
Il silicato di calcio può assumere la forma della larnite, con la formula 2 CaO·SiO2 o, equivalentemente, Ca2SiO4. Questo minerale fu chiamato così in onore della città di Larne, nell’Irlanda del Nord. La larnite si cristallizza ad alte temperature e si trova in depositi calcari a contatto con rocce basaltiche fuse. Caratterizzata da una durezza di 6 nella scala di Mohs e una densità di 3.28 g/cm3, essa è considerata il silicato bicalcico, noto come belite, che è uno dei componenti principali del clinker di Portland, comunemente identificato come C2S.
La belite idrata lentamente, rendendola il principale responsabile della resistenza meccanica a lungo termine del cemento. La reazione di idratazione è esotermica, rilasciando 263.6 kJ/kg e producendo silicato di calcio idrato e idrossido di calcio.
Alite
Un’altra forma di silicato di calcio è l’alite, che ha la formula 3 CaO · SiO2, equivalenti a Ca3SiO5. Questo silicato tricalcico è il componente principale del clinker di Portland, conosciuto anche come C3S. A differenza della belite, l’alite ha una rapida idratazione, rendendola il principale responsabile della resistenza meccanica iniziale del cemento.
La reazione di idratazione è altamente esotermica, liberando 523 kJ/kg e generando silicato di calcio idrato e idrossido di calcio.
Rankinite
Il silicato di calcio può anche presentarsi sotto forma di rankinite, con la formula 3 CaO · 2 SiO2, equivalente a Ca3Si2O7. Questo minerale trasparente e incolore ha una durezza di 5.5 nella scala di Mohs e una densità varia tra 2.96 e 3.00 g/cm3.
Wollastonite
Infine, un altro silicato di calcio è la wollastonite, rappresentato dalla formula CaO·SiO2, o in modo equivalente CaSiO3. Questo minerale è stato denominato in onore di William Hyde Wollaston, un chimico e mineralogista britannico. Presenta una durezza di 4.5-5 nella scala di Mohs e una densità che varia tra 2.86 e 3.09 g/cm3. La wollastonite è utilizzata in vari settori, tra cui nella ceramica e nel trattamento dei metalli.
Il silicato di calcio è anche una valida alternativa all’amianto per la produzione di materiali isolanti ad alta temperatura, utilizzato in applicazioni di protezione passiva contro il fuoco, come mattoni e tegole.
Applicazioni pratiche
Grazie alle sue eccellenti proprietà, i materiali contenenti silicato di calcio sono molto apprezzati in chirurgia orale e nelle pratiche endodontiche. Il silicato di calcio idrato è spesso combinato con cellulosa nei pannelli di isolamento per gli edifici.
Attraverso un processo di lavorazione, si può ottenere una schiuma rigida a pori fini che, una volta trattata con additivi idrofobici, diventa ideale per migliorare la protezione dall’umidità nelle ristrutturazioni edilizie, specialmente in edifici vecchi. Inoltre, il silicato di calcio presenta un pH elevato che inibisce la crescita di funghi.
In forma di wollastonite, viene utilizzato per rinforzare polimeri e come agente antiagglomerante nell’industria alimentare, facilitando la lavorazione e la conservazione di diversi prodotti, come farina e cioccolato. Il silicato di calcio è anche impiegato per regolare il pH in vari alimenti e prolungarne la durata di conservazione. Infine, è utilizzato nell’industria farmaceutica come ingrediente nei farmaci.
