-Si-O-Si-O- siloxo, poly(siloxo)
-Si-O-Al-O- sialate poly(sialate)
-Si-O-Al-O-Si-O- sialate-siloxo, poly(sialate-siloxo)
-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O- sialate-disiloxo, poly(sialate-disiloxo)
-P-O-P-O- phosphate, poly(phosphate)
-P-O-Si-O-P-O- phospho-siloxo, poly(phospho-siloxo)
-P-O-Si-O-Al-O-P-O- phospho-sialate, poly(phospho-sialate)
-(R)-Si-O-Si-O-(R) organo-siloxo, poly-silicone

Les géopolymères sont actuellement développés et appliqués dans 9 principales classes de matériaux :

• Géopolymère à base de silicate, poly(siloxonate), silicate soluble, Si:Al=1:0
• Géopolymère à base de kaolinite / Hydrosodalite, poly(sialate) Si:Al=1:1
• Géopolymère à base de métakaolin MK-750, poly(sialate-siloxo) Si:Al=2:1
• Géopolymère à base de calcium silico-aluminate, (Ca, K, Na)-sialate, Si:Al=1, 2, 3
• Géopolymère à base de roches, poly(sialate-multisiloxo) 1< Si:Al<5
• Géopolymère à base de silices, liaisons sialate et siloxo dans un poly(siloxonate) Si:Al>5
• Géopolymère à base de cendres volantes
• Géopolymère à base de phosphate
• Géopolymère à base d’organo-mineral

Joseph Davidovits, inventeur et développeur de la géopolymérisation, a créé le terme “géopolymère” en 1978 dans le but de mettre en évidence cette nouvelle application de la géosynthèse ainsi que les matériaux en polymère inorganique employés maintenant dans de nombreuses applications industrielles. Si vous recherchez les informations les plus récentes, procurez-vous la dernière édition du livre Geopolymer Chemistry & Applications. Allez à la Boutique Géopolymère. Vous pouvez aussi aller à la Bibliothèque Géopolymère et télécharger plusieurs articles plus anciens.

Le nombre des publications scientifiques traitant de la science des géopolymères et ses technologies suit également une croissance exponentielle. Le graphique ci-dessous montre l’évolution du nombre des publications traitant des géopolymères, depuis 1991 (date de la publication de l’article de référence de J. Davidovits dans J. Thermal Analysis), jusqu’au 31 dec. 2013, selon les références fournies par Science Direct + SpringerLink + Wiley + DOAJ + ACS, avec le mot clé « geopolymer ».Ces outils statistiques ne prenant pas en compte les publications dans les actes de congrès. La croissance exponentielle se confirme aussi pour 2014.

Non ionique (tétraèdre) mais covalent !

Dans la figure ci-dessous, six arrangements atomiques sont utilisés pour illustrer la structure silicate ionique (coordination avec les atomes d’oxygène) d’une part, et la construction covalente siloxonate/sialate d’autre part.

a) Distribution des électrons: dans les couches extérieures des atomes Si, O, Al et Na. Les règles d’électrovalence gouvernent la création de l’octet (8 électrons dans la coque extérieure) soit en donnant des électrons (donateur) ou en recevant des électrons (récepteur), comme suit:
– Si a 4 électrons. C’est un donateur ou un acceptateur (tetra-valence).
– O a 6 électrons. C’est un récepteur (di-valence).
– Al a 3 électrons. C’est un donateur en milieu acide (tri-valence) et un récepteur en solution alcaline (tetra-valence).
– Na a 1 électrons. C’est un donateur (mono-valence).

b) Concept ionique tétraèdre, coordination: Les ions (Si⁴⁺,4O^–) forment le simple tétraèdre. Si donne 4 électrons aux 4 oxygènes et se transforme en petit cation Si⁴⁺. Le cation Si devient tetracoordonné avec les 4 anions d’O. Pour parfaire la stabilité anionique, chaque oxygène a besoin d’un huitième électron fournit par un métal (Na, K, Ca, Mg, Fe, etc.) ou un autre Si, non montré par la figure.

c) Concept ionique: En se partageant un anion commun d’un oxygène O^2-, deux tétraèdres ou plus peuvent se lier pour former des groupes polyanioniques.

d) Concept de covalence: La molécule (SiO₄) résulte du partage d’électrons entre un atome Si et ses quatre oxygènes environnant formant des liaisons covalentes Si-O. La molécules d’ortho-siloxonate (SiO₄)^4- requiert des donateurs d’ions métalliques supplémentaires (Na, K, Ca, Mg, Fe) non montrés dans la figure.

e) Concept de covalence: La polycondensation en di-siloxonate et en siloxonates plus polymérisés intervient par le partage supplémentaire d’électrons entre Si et O. La molécule de di-siloxonate (Si₂O₇)^6- nécessite des ions métalliques donateurs additionnels (Na, K, Ca, Mg, Fe).

f) Concept de covalence: La formation de la molécule ortho-sialate avec la liaison covalente Si-O-Al- apparaît en milieu alcalin. L’atome d’Al prend l’électron unique appartenant à un métalloïde (par exemple Na) et devient tétra-valent, comme Si, avec une charge électrostatique négative supplémentaire. Le cation Na+ est fortement attaché à l’oxygène de la liaison sialate Si-O-Al et stabilise la charge négative.

Les différences entre le concept ionique de coordination et la liaison macromoléculaire covalente sont importantes. Le double tétraèdre dans la structure (c) partage un anion d’oxygène O^2-, alors que dans la molécule de di-siloxonate de la structure (e), la liaison covalente est réalisée grâce à Si et O partageant un électron, aboutissant à une liaison covalente plus solide que la simple liaison ionique.

La géopolymérisation démarre avec les oligomères

Les synthèses géochimiques sont réalisées par les oligomères (dimère, trimère, tetramère, pentamère) qui fournissent les vraies unités structurales de l’édifice macromoléculaire tri-dimensionnel. Voir le livre de J. Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications, aux chapitres 2, 5, 6, 7 et 8.

Exemple de géopolymérisation avec le métakaolin MK-750

Extrait du chapitre 8 du livre Geopolymer Chemistry & Applications:
Elle comporte 3 phases:
– dépolymérisation alcaline de la couche kaolinitique poly(siloxo) Si-O-Si-O-
– formation d’une molécule d’ortho-sialate (OH)₃-Si-O-Al-(OH)₃
– polymérisation (polycondensation) en oligomères ou polymères plus élevés.

Les cinétiques de géopolymérisation des Na-poly(sialate-siloxo) et K-poly(sialate-siloxo) sont quelques peu différentes. C’est probablement due aux différentes dimensions des cations Na⁺ et K⁺, K⁺ étant plus gros que Na⁺.

Mécanisme chimique sur l’Al(V) -Al=O alumoxyl (coordination Al V dans le métakaolin MK-750)

Le mécanisme chimique peut être interprété de la manière suivante, avec NaOH ou KOH (étapes 1 à 6-7):

Étape 1: alcalination et formation d’Al tétra-valent dans le groupement sialate latéral -Si-O-Al-(OH)₃-Na⁺,

Étape 2: la dissolution alcaline démarre avec ajout d’un groupement OH- basique sur l’atome de silice qui est alors capable d’étendre sa sphère de valence vers un état penta-covalent,

Étape 3: le parcours suivant de la réaction peut s’expliquer par le clivage de l’oxygène appartenant au groupe siloxane Si-O-Si et par le transfert d’électron de Si vers O, formation d’un silanol intermédiaire Si-OH d’une part, et du siloxo de base Si-O- d’autre part.

Étape 4: puis, formation des groupes silanol Si-OH et isolement de la molécule d’ortho-sialate, première unité réactive dans la géopolymèrisation.

Étape 5: réaction du siloxo Si-O- basique avec le cation sodium Na+ et formation de la liaison terminale Si-O-Na.

Étape 6a: condensation entre les molécules d’ortho-sialate, les groupes réactifs Si-ONa et hydroxyl d’aluminium OH-Al, avec production de NaOH, création de la structure cyclo-tri-sialate; l’alcali NaOH est libéré et réagit à nouveau. On aboutit à une polycondensation en réseau de type néphéline Na-poly(sialate).

Étape 6b: en présence de silicate (Na- polysiloxonate soluble) on obtient une condensation entre les molécules de di-siloxonate Q₁ et d’ortho-sialate, les groupes réactifs Si-ONa, Si-OH et hydroxyl aluminium OH-Al-, création d’une structure cyclique d’ortho-sialate-disiloxo, par où l’alcali NaOH est libéré et réagit une nouvelle fois.

Étape 7: la polycondensation en réseau de type albite Na-poly(sialate-disiloxo) avec sa structure feldspath caractéristique de la chaine macromoléculaire en forme de vilebrequin.

Pour plus d’informations à jour, voyez le livre de Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications. Vous pouvez aussi téléchargez les articles #12 J. Thermal Analysis, #3 NASTS award ou #8 Alkaline Cements and Concretes. D’autres moyens d’investigation scientifique, incluant DTA, XRF, ANOVA, NMR liquide, spectroscopie FTIR, SEM, TEM, résistances mécaniques, résistance à la fatigue et cycles sous contraintes, flèches sous contraintes, résistance thermique, comportement au lessivage, conductivités hydrauliques, stabilité microbienne, sont discutés dans de nombreux articles présentés au Congrès Mondial Geopolymer 2005 et publiés dans les Actes du Congrès Geopolymer 2005 ou dans les livre Geopolymer Chemistry & Applications.

Mise en évidence des oligomères par RMN

Les éléments moléculaires de base (monomère, dimère, trimère, tetramère, pentamère) sont appelés oligomères. L’oligo-sialate désigne le monomère ortho-sialate, le dimère est le disialate, etc.; de même pour l’oligo(sialate-siloxo) et l’oligo(sialate-disiloxo). Au début de la recherche sur les géopolymères en 1976 et pendant au moins 15 ans, Joseph davidovits supposa que la synthèse géochimique intervenait à travers d’hypothétiques oligomères (dimère, trimère) non détectables. La polycondensation qui applique cette hypothétique fabrication d’unités oligomériques aboutissait à la synthèse de structures réelles formant un réseau macromoléculaire tri-dimensionnel comme illustré par la figure ci-dessous. Les articles publiés lors du Premier Congrès Géopolymère en 1988 et au second 11 ans plus tard en 1999, ne pouvaient pas encore présenter les détails scientifiques décrivant le vrai mécanisme de réaction.

Mécanisme de réaction des sialate et sialate-siloxo décrit comme hypothétique par Davidovits en 1988.

Le mérite de T.W. Swaddle et de son équipe (North M.R. et Swaddle T.W., (2000), Kinetics of Silicate Exchange in Alkaline Aluminosilicate Solutions, Inorg. Chem., 39, 2661-2665) est d’avoir démontré l’existence de molécules aluminosilicate solubles en solution, à forte concentration et à pH élevé. Ils réussirent à améliorer les résultats de leur recherche en effectuant leur étude à très basse température, à savoir -9°C. En effet, il a été découvert que la polymérisation des oligo-sialates survenait à une vitesse d’environ 100 millisecondes, c’est-à-dire 100 à 1000 fois plus rapidement que la polymérisation d’unités ortho-silicate et oligo-siloxo. À température ambiante ou plus haut, la réaction est si rapide qu’elle ne peut pas être détectée avec les équipements RMN conventionnels.

Cinq solutés d’ortho-sialate isolés dans des solutions de KOH, d’après North et Swaddle (2000).

Les hypothétiques oligomères mis en avant dans la synthèse géopolymère ne sont plus des molécules virtuelles. Elles existent réellement sous formes solubles dans des solutions concentrées, à pH élevé. L’étude de Swaddle confirme les mécanismes de polymérisation provisoirement rapportés plus tôt par Davidovits (1976) mettant en jeu des oligo-sialate, oligo(sialate-disiloxo) linéaires, réticulés et cycliques, unités de départ de la construction géopolymèrique.

Plus de détails dans le livre de Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications, Parties III, Propriétés, chapitres 15 à 18, GEOCISTEM , GLOBAL WARMING , et d’autres articles dans la Bibliothèque Géopolymère.

Testé sur des éprouvettes standards de mortier au sable:

• Prise: 10 heures à -20°C, de 7 à 60 minutes à +20°C.
• Retrait pendant la prise: <0,05%, non mesurable.
• Résistance à la compression (uniaxiale): > 90 MPa à 28 jours (pour des formulations à prise rapide, 20 MPa après 4 heures).
• Résistance flexion: 10-15 MPa à 28 jours pour des formulations à prise rapide, 10 MPa après 24 heures).
• Module de Young: > 2 GPa.
• Gel-dégel: perte de poids < 0,1% (ASTM 4842), perte en résistance < 5% après 180 cycles.
• Humide-sec: perte de poids < 0,1% (ASTM 4843).
• pH: sur échantillon broyé, 11-11,5 après 5 minutes dans eau déionisée (comparé au ciment Portland: 12 à 12,5, et granite: 11).
• Lessivage dans l’eau, après 180 jours: K₂O < 0,015%.
• Absorption d’eau: < 3%, sans incidence sur la perméabilité.
• Perméabilité hydraulique: 10-10 m/s.
• Acide Sulfurique, 10%: perte de poids 0,1% par jour.
• Acide chlorhydrique 5%: perte de poids 1% par jour.
• KOH 50%: perte de poids 0,02% par jour.
• Solution ammoniaquée: pas de perte de poids.
• Solution sulfatée: retrait 0,02% à 28 jours.
• Réaction alcali-agrégat: aucune expansion après 250 jours, -0,01% (comparé au ciment Portland avec 1% Na₂O, +1,5%).
• Dilatation linéaire: < 5.10-6/K.
• Conductivité thermique: 0,2 à 0,4 W/Km.
• Chaleur spécifique: 0,7 à 1,0 kJ/kg.
• Conductivité électrique: fortement dépendante de l’humidité.
• Stabilité thermique:
  • perte de poids < 5% jusqu’à 1000°C.
  • perte de résistance < 20% à 600°C, < 60% à 1000°C

Autres valeurs:

• A.T.D.: endothermique à 250°C (eau zéolitique).
• Spectroscopie MAS-NMR :
  • 29Si: SiQ₄, résonance principale à -94,5 ± 3ppm.
  • 27Al: AlQ(4Si), resonnance principale étroite à 55 ± 3ppm.
• Consommation d’énergie: SEC pour le ciment 1230-1310 MJ/tonne (comparé au Portland clinker 3500 MJ/tonne).
• Émission de CO₂ pendant fabrication: 0,180 t/tonne de ciment (comparé au clinker Portland 1,0 t/tonne).

Pour les information sur les ciments géopolymère à base de cendre volantes, allez à European Research Project GEOASH. Pour une information très détaillée à jour, lisez les chapitres 12, 24, 25 de Geopolymer Chemistry & Applications; vous pouvez aussi télécharger des articles en anglais dans la Bibliothèque.

Les ciments géopolymèriques sont idéaux pour les applications environnementales comme l’encapsulation permanente des déchets radioactifs, dangereux et des métaux toxiques, par des gangues étanches, panneaux de recouvrement, barrière et autres structures nécessaires pour maintenir les sites de stockage de déchets toxiques (voir nos projets de recherche GEOCISTEM et le procédé GEOPOLYTECH® ). Voir aussi dans la Bibliothèque.

Les bétons géopolymèriques à base de matériaux rocheux sont aussi idéaux pour la construction et la réparation des infrastructures car ces bétons durcissent rapidement, leur temps de prise peut être entièrement contrôlé et ils restent intacts pendant une très longue période sans nécessité de réparation. Voir dans le livre de Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications, aux chapitres 9, 10, 24 et 25. De plus, la fabrication de ciment géopolymèrique émet 80 % moins de CO₂ (gaz à effet de serre) que le ciment portland. Voir nos recherches sur l’effet de serre, GLOBAL WARMING . La dureté du béton rocheux géopolymèrique est telle qu’un Airbus ou un Boeing gros-porteur peut se poser sur une piste d’atterrissage récemment rapiécée avec le béton rocheux géopolymèrique 4 heures seulement après que le rapiéçage ait été achevé. La découverte de ce nouveau ciment a été récompensée par l’attribution du Ruban d’Or de l’Association Nationale Américaine pour la Science, la Technologie et la Société (NASTS) en 1994 (voir l’article #3 NASTS award dans la bibliothèque).

Gauche: Durcissement d’un ciment Portland (P.C.) par simple hydratation du Calcium Silicate en Calcium Di-Silicate hydrate et chaux Ca(OH)₂.

Droite: Durcissement (prise) d’une résine géopolymère (GP) vers une polycondensation de Potassium Oligo-(sialate-siloxo) en réseau réticulé de Potassium Poly(sialate-siloxo).

La même géosynthèse qui produit les ciments rocheux géopolymèrique est utilisée dans l’industrie pour fabriquer des liants pour les matériaux composites avancés. Une mise à jour de la recherche est présentée dans le livre de Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications, chapitres 8, 20, 21 et 23. Cela est aussi reportée dans divers articles présentés à la Congrès Mondial Geopolymer 2005 publiés dans les actes du congrès Geopolymer 2005. Voir aussi la Bibliothèque.

Il y a plusieurs décennies, les céramistes essayèrent de fabriquer des carreaux céramiques à basse température, inférieure à 450°C, sans feu. La science des géopolymères maîtrise la transformation de la kaolinite, le principal composant des argiles céramiques, en des géopolymères de types poly(sialate) et poly(sialate-siloxo). L’application de cette chimie a permit plusieurs avancée technologiques appartenant au LTGS, Low-Temperature-Geopolymeric-Setting et les procédés modernes de céramiques géopolymérisées. Voir le chapitre 23 du livre de Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications.

Les composites géopolymères ont trois propriétés principales qui les rendent supérieures aux céramiques, aux plastiques et autres matériaux composites organiques.

Premièrement :
Les géopolymères sont très facile à utiliser, ils se manipulent facilement et n’exigent pas de chaleur élevée.
Deuxièmement :
Les composites géopolymères ont une tolérance à la chaleur plus élevée que les composites organiques. Les essais conduits sur des composés carbone/géopolymère ont montré qu’ils ne brûleront jamais peu importe le nombre de tentatives d’ ignitions.
Troisièmement :
Les propriétés mécaniques des composites géopolymères sont aussi bonnes que celles des composites organiques. De plus, les géopolymères résistent à tous les solvants organiques et sont seulement affectés par une forte concentration d’acide chlorhydrique.

Avant la découverte de la géopolymérisation, ces trois propriétés critiques n’ont jamais été incorporées en un seul matériau. Plus d’informations sont disponibles dans le chapitre projet en cours et recherche dédiés à GEO-COMPOSITE et GEO-STRUCTURE et aussi dans le livre de Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications, chapitre 21.

Prof. Joseph Davidovits presente le plan pour les prochaines années de la recherche et de l’innovation en science des géopolymères, au 2^nd International Congress on Ceramics, Vérone, Italie, 4 Juillet 2008.

Il y a une grande demande pour l’innovation et donc pour que de nouvelles recherches soient engagées. Nous avons établie une liste de sujets qui méritent de futurs développements en chimie, physique-chimie, science des matériaux et autres. Ces besoins sont expliqués dans le livre de Davidovits Geopolymer Chemistry & Applications, le plus souvent à la fin du chapitre relatif à ce sujet et sont donnés dans la liste ci-dessous.

Nous espérons que cette initiative minimisera le nombre d’articles scientifiques et de conférences qui sont simplement une réinvention de la roue, c’est-à-dire en répétant les études et recherches déjà réalisées par d’autres, parfois plusieurs dizaines d’années auparavant, comme expliqués dans le livre de référence Geopolymer Chemistry & Applications.

Le GeopolymerCamp est l’occasion de préparer la nouvelle édition du livre Geopolymer Chemistry and Applications. En effet, l’Institut Géopolymère souhaite publier tous les ans une édition revue et corrigée avec les toutes dernières informations. Pendant cette session, des participants proposeront des sujets ou problèmes devant être modifiés et ajoutés, et l’assemblée en débâtera. Préparez vos arguments si vous voulez voir vos dernières recherches, données, applications ajoutées à ce livre de référence.

Sujets de recherche (en anglais):

Chapter 2: Polymeric character of geopolymers: geopolymeric micelle
“Further research is needed to provide scientific tools for the determination of several physical parameters such as overall dimension and molecular weight.”

Let physicochemical research institutions confirm covalent bonding system. Determine the molecular weight of the geopolymer micelle, a nanosized particulate detected by W. Kriven in 2003.

Chapter 5: Poly(siloxonate), soluble silicate (waterglass)
“The standard industrial silicates are mixtures of several silicate species (…) Any changes in the industrial fabrication parameters will strongly affect the nominal mixture composition and the geopolymeric properties of the soluble silicates obtained with these glasses (…) Nevertheless, researchers in geopolymer science should always keep in mind these data when developing tailored industrial geopolymer applications (…) Further research on this important topic will probably provide additional 3-D structures connected with the solid rings and polygons disclosed in Figure 5.9. (…) Further research is needed on this crucial technology.”

Let modify and master the manufacture process in order to get uniformity and quality control on the molecular sizes of Na-poly(siloxonate), K-poly(siloxonate) (soluble silicate).

Chapter 8: Metakaolin MK-750-based geopolymer
“In general, (Na,K)–poly(sialate-siloxo) is not made of single polymeric macromolecules but consists of a mixture, a solid solution, of at least two well defined geopolymers with different Si:Al ratios. The standardized methods of investigation, like ²⁹Si and ²⁷Al NMR spectroscopy, are not sophisticated enough for the detection and separation of these different macromolecules. Future research is necessary. (…) The identification of Al-O-Al bonding in geopolymers has been confirmed by ¹⁷O MAS-NMR spectroscopy as the one displayed in Figure 8.24… The effect seems to diminish with the increase of the Si:Al ratio, when oligo-siloxonate molecules, Q₀ , Q₁ and Q₂ types are added to the geopolymeric reactant mixture. Further research is needed.”

Chapter 9: Calcium-based geopolymer
“There is production of two geopolymers: hydrated gehlenite and (Na,K)–poly(sialate-siloxo), and in addition calcium di-siloxonate hydrate (CSH cement type). Further research is needed on this very interesting topic of ancient Roman technology. (…) We could also assume that, in the hydrated state, our geopolymeric structures are more flexible than the rigid anhydrous chains. Their molecular arrangement might comply with the replacement of K⁺ with Ca⁺⁺. Further research is needed to clarify this important issue.”

Chapter 10: Rock-based geopolymer
“The extrapolation from the solid solution structures set forth in Chapter 9 would probably focus on the Ca-siloxonate-hydrate, and its resonance at -78 ppm for Q₁ structure in the ²⁹Si spectrum of Figure 10.5. However, in addition to the dimer Ca-di-siloxonate hydrate molecule, one could get higher oligomers: trimer, tetramer, pentamer, hexamer, with cyclic structures similar to those depicted for soluble silicates in Figure 5.13 of Chapter 5 as well as in Figure 2.8 of Chapter 2. Further research is needed.”

Chapter 11: Silica-based geopolymer
“The geopolymer composite has a high potential for fire-heat resistant coatings as well as corrosion resistant paint for steel. With tailored ceramic fillers one obtains heat stable materials with remarkable heat resistance. Further research is needed. (…) These results highlight the need for caution during the use and disposal of these manufactured nanomaterials to prevent unintended environmental impacts, as well as the importance of further research on tailored formulations aimed at preventing any risk.”

Chapter 12: Fly ash-based geopolymer
“Overall, the geopolymer matrix gives a Si:Al molar ratio ranging from 1.56–2.14 corresponding to a poly(sialate-siloxo) with inclusions of siloxonate-hydrate molecules consisting of higher oligomers: trimer, tetramer, pentamer, hexamer, with cyclic structures similar to those depicted for soluble silicates in Figure 5.13 of Chapter 5 as well as in Figure 2.8 of Chapter 2. Further research is needed. (…) Gasifier slag consists of four main components: silica, alumina, iron oxide and calcium oxide, mainly added as a flux in the gasification process. The gasifier slag composition is similar to that of iron blast-furnace slag (Sullivan and Hill, 2001). In other words, a possible shortage of iron blast-furnace slag would be easily compensated by the production of gasifier slag, opening new perspectives for the industrial implementation of geopolymers issuing from coal combustion in electrical power plants. Further research is needed.”

Chapter 13: Phosphate-based geopolymer
“Several laboratories are working on the inclusion of PO₄ units into sialate and sialate-siloxo sequences. Data have not been published, so far. Further research is needed on these materials that show promising potential applications.”

Chapter 14: Organic-mineral geopolymer
“Further research is needed in order to take advantage of the chemical compatibility of poly-organo-siloxane and mineral geopolymers. (…) Further research is needed on the geopolymerization mechanism in acid medium. (…) The previous examples show the potentiality of organo-mineral geopolymer compounds. Further research is needed.”

Chapter 17: Long-term durability
“As for technological applications of geopolymeric materials in waste management, any risk assessment must contain input from geological and geochemical analogues. The problem is the very low amount of available data on this topic. Further research is needed.

Chapter 21: Geopolymer-fiber composites
“In this Chapter, the best results involved the use of carbon or SiC fibers that are more expensive than E-glass. Future research will therefore take advantage of the geopolymeric systems outlined in Chapter 13 with phosphate based acidic matrix. This chemistry is not as aggressive to E-glass as the alkali driven poly(sialate) medium.”

The introduction of composites on a large scale in aircraft manufacture by Boeing and Airbus highlights the demand for fire- as well as heat-resistant geopolymer matrices.

Chapter 23: Geopolymer in ceramic processing
Introduce and develop LTGS for the production of low-cost building materials in developing countries with user-friendly geopolymeric ingredients.

Chapter 24: The manufacture of geopolymer cements
“We have learned in Chapter 19 that these dry mixes based on dry NaOH/KOH are corrosive in nature and may not be used (see in section 19.2, The need for user-friendly systems ). Research and development should therefore focus on innovative solutions involving the manufacture of ready to use, user-friendly, geopolymeric precursors. (…) Further research and development is needed on this very important technology.”

The major obstacle to the mass application of geopolymer cements comes from the chemical industry that is unable to manufacture the estimated 250-300 millions tonnes / year of alkali-silicates poly(siloxonates) needed for mass production of geopolymer cements, world-wide (presently ca. 15 millions tonnes / year). One must invent new methods of manufacture for poly(siloxonate) glasses, from geological raw-materials rich in K₂O and Na₂O, as in the European Research project GEOCISTEM (Brite-Euram 1994-1997).

Chapter 25: Geopolymer concrete
“When one adds together the properties described in this Chapter 25, and the chemical and physical parameters of geopolymer cements outlined in previous chapters, it becomes evident that geopolymer concrete is better than Portland cement concrete. Yet, further research is needed to apply and generalize to all geopolymer concrete types the results obtained by B.V. Rangan and his team.”