Une Approche Pratique et Scientifique au Développement Durable
uniquement en langue anglaise
5e édition

ISBN: 9782954453118

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Que faire face aux inquiétudes importantes de notre Économie mondiale sur l’énergie, le réchauffement de la planète, le développement durable, une inocuité des procédés et la chimie verte ? Voici une contribution importante à la maîtrise de ces phénomènes aujourd’hui. Écrit par Joseph Davidovits, l’inventeur et le fondateur de la science des géopolymères, Geopolymer Chemistry and Applications est une présentation de cette thématique aux novices, étudiants, ingénieurs et professionnels. Vous trouverez de la science, de la chimie, des formules et des informations très pratiques (incluant des extraits de brevets) couvrant:

• The mineral polymer concept: silicones and geopolymers
• Macromolecular structure of natural silicates and aluminosilicates
• Scientific Tools, X-rays, FTIR, NMR
• The synthesis of mineral geopolymers
  • Poly(siloxonate) and polysilicate, soluble silicate, Si:Al=1:0
  • Chemistry of (Na,K)–oligo-sialates: hydrous alumino-silicate gels and zeolites
  • Kaolinite / Hydrosodalite-based geopolymer, poly(sialate) Si:Al=1:1
  • Metakaolin MK-750-based geopolymer, poly(sialate- siloxo) Si:Al=2:1
  • Calcium-based geopolymer, (Ca, K, Na)-sialate, Si:Al=1, 2, 3
  • Rock-based geopolymer, poly(sialate-multisiloxo) 1>5
  • Ferro-sialate geopolymers
  • Silica-based geopolymer, sialate link and siloxo link in poly(siloxonate) Si:Al>5
  • Fly ash-based geopolymer
  • Phosphate-based geopolymer
  • Organic-mineral geopolymer
• Properties: physical, chemical and long-term durability
• Applications:
  • Quality controls
  • Development of user-friendly systems
  • How to quantify and develop geopolymer formulas
  • Castable geopolymer, industrial and decorative applications
  • Geopolymer – fiber composites
  • Foamed geopolymer
  • Geopolymers in ceramic processing
  • Manufacture of geopolymer cement
  • Geopolymer concrete
  • Geopolymers in toxic and radioactive waste management

C’est un vrai manuel, un livre de référence au lieu d’être une collection d’articles scientifiques. Chaque chapitre est suivi par une bibliographie pertinente de la littérature scientifique en incluant brevets, tableaux, figures, références, représentant les dernières contributions les plus à jour de la communauté scientifique. Les applications industrielles des géopolymères avec les les réalisations des ingénieurs et mise en forme des procédés sont aussi développés dans ce livre.

La découverte d’une nouvelle classe de matériau inorganique, les résines géopoymères, les liants, ciments et bétons, a produit un large intérêt scientifique et un développement kaléidoscopique d’applications. Des premiers efforts de recherche industriels en 1972 au laboratoire de recherche privé Cordi-Géopolymère, à Saint-Quentin en France, jusqu’à la fin 2007, des centaines d’articles et de brevets ont été publiées à propos de la science et la technologie des géopolymères.

Bien que les articles des actes de congrès et de conférences couvrent des aspects différents de la science et de l’application des géopolymères, un chercheur ou un ingénieur doit toujours chercher à grand peine des renseignements spécifiques sur les géopolymères et leurs utilisations. C’est ce vide que nous espérons remplir avec ce livre.

Il y a deux principaux objectifs dans le plan de ce livre : c’est une introduction sur le sujet des géopolymères pour le nouveau venu et pour les étudiants, et une référence pour des renseignements approfondis. Les détails de base sur la structure, les propriétés, la caractérisation, la synthèse, les applications de chimie sont inclus.

On y trouvera beaucoup d’exemples dans la science du géopolymère quand un brevet est la principale référence ou la seule source de renseignements techniques essentiels. Les extraits des plus importants brevets sont inclus dans quelques chapitres.

Les applications industrielles des géopolymères avec les procédés d’ingénieries et le design des procédés sont aussi couverts dans ce livre.

Le livre contient:
680 pages
119 tableaux
343 figures et images
75 brevets
740 références
905 auteurs cité en références
Uniquement en langue anglaise
Livré relié à couverture rigide, haute qualité d’impression, papier de couleur crême.

TELECHARGEMENT GRATUIT du chapitre 1 de “Geopolymer Chemistry and Applications”
(1 Mo en PDF format).

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Premiers commentaires

“…Félicitations pour la publication de votre livre. Je suis sûr que le livre sera ‘la Bible’ de la science du géopolymère et qu’il aidera les chercheurs et lecteurs immensément…” (un professeur d’université)

“…Je voudrais partager les commentaires de l’une de mes jeunes collègues, elle m’a dit: “Directeur, c’est vraiment la Bible des Géopolymères—la meilleure collection de la littérature scientifique à ce jour…” (un directeur d’un institut national de recherche)

“…Ce livre sera d’une grande aide à l’enseignement de mes cours sur la chimie des matériaux dans lesquels je traite des géopolymères, et je vais le recommander dans la liste de lecture de la classe. Je demanderai à la bibliothèque universitaire d’en acheter plusieurs copies pour les étudiants, car il est un recueil complètement à jour sur ce qui se fait dans ce domaine…” (un professeur d’université)

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.

Tous les cours seront enseignés par le Professeur Joseph Davidovits, l’inventeur et fondateur de la science des géopolymères. Ils sont destinés aux professionnels ayant déjà une solide connaissance en sciences chimiques et physico-chimiques (niveau ingénieur, maitrise) ou ayant une pratique équivalente. La langue est l’Anglais avec possibilité de cours spéciaux en langue Française sur demande pour 2 participants ou plus. La participation est limitée à 5 étudiants par cours ceci afin de permettre le maximum d’interaction entre le Prof. Joseph Davidovits et les étudiants.

Droits d’inscription pour un participant: comprend les déjeuners, les pauses, le livre et les notes techniques; + TVA

Cours de 3 jours: 1650 Euros; pour groupe et par étudiant 1500 Euros
Cours de 2 jours: 1150 Euros; pour groupe et par étudiant 1050 Euros

Pour plus d’information, consultez cette page.

Résumé
Un géopolymère a été préparé en dissolvant une solution de K2SiO3 et KOH et durcit à 80°C pendant 24 h. Il a été chauffé progressivement de la température ambiante à 1400°C à l’air et les phases de changement ont été étudiées par analyse par diffraction aux rayons X, microscope électronique à balayage et spectroscopie aux rayons X. Seule une phase amorphe de géopolymère a été observée en chauffant jusqu’à 800°C. La Kalsilite a été la phase majeure à 1000°C et 1250-1400°C. À 1200°C, la leucite a été la phase majeure formée. À 1400°C, il n’y avait aucun signe de fusion significative. La porosité ouverte du matériau était ~ 38% à 1000°C, ce qui est suffisamment poreux pour être utilisé comme matériau d’isolation thermique pour une utilisation continue à cette température.

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.”

Other interesting publications on the same topic of aluminosilicate polymers

We recommand following recent papers published in 1996-1997 by a research group at Free University of Brussels (V.U.B.), Belgium. These papers confirm the presence of a polymeric structure for aluminosilicates of the geopolymeric type. These papers are excellent for there scientific content but do not deserve any further consideration for there lack of any reference to the scientific papers nor to the numerous issued patents published by Joseph Davidovits and listed in the CHEMICAL ABSTRACTS databank. One of the authors of these papers, Prof. J. WASTIELS, worked with geopolymeric binders supplied by the company Géopolymère (Pont-Ste Maxence, France) and also presented a paper at the First European Conference on Geopolymer, GEOPOLYMER ‘88, 1998, Université de Technologie, Compiègne, France, paper titled: “Composites with Mineral Matrix in Low Energy Construction”, by G. Patfoort and J. Wastiels, in GEOPOLYMER ‘88, J. Davidovits and J. Orlinski Eds.., Volume 2, Paper nr 16, pp. 215-221, 1988. The presentation abstract of this paper, Session D Nr27 (see in GEOPOLYMER ‘88, page 11) reads as follows: “On March 31, 1987, French President Francois Mitterand laid the foundation stone of the new University of Technology at Sevenans, France. This foundation stone was man-made, more precisely had been geopolymerised at 55°C, in our laboratories [at V.U.B.]. Our involvement with geopolymeric reactions goes back to 1982 when we started a collaboration with Prof. J. Davidovits and the Geopolymer Institute. A series of low cost composites for low energy construction are being developed at Vrije Universitet Brussels, starting from aluminosilicates. Geopolymerisation reaction can take place at atmospheric pressure and at low temperatures (between room temperature and 100°C), so that a low amount of energy is used for production. Applications are expected to be found in low cost housing, using locally available raw materials, and more generally in composite materials with geopolymeric matrix”.

• Rahier H., Van Mele B., Biesemans.M., Wastiels J. and Wu X., Low-temperature synthesized aluminosilicate glasses Part I, J. Material Sciences, 31 (1996) 71-79.
• Rahier H., Van Mele B., Wastiels J., Low-temperature synthesized aluminosilicate glasses Part II, J. Material Sciences, 31 (1996) 80-85.
• Rahier H., Simons W., Van Mele B., Biesemans.M., Low-temperature synthesized aluminosilicate glasses Part III, J. Material Sciences, 32 (1997) 2237-2247.