Geopolymer cement
જીઓપોલિમર સિમેન્ટ એક બંધનકર્તા પ્રણાલી છે જે ઓરડાના તાપમાને સખત બને છે. તે પરંપરાગત પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટનો વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ વિકલ્પ છે. તે સિમેન્ટના ઉત્પાદનમાં કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડવા માટે લઘુત્તમ પ્રક્રિયા કરાયેલ કુદરતી સામગ્રી અથવા ઔદ્યોગિક આડપેદાશો પર આધાર રાખે છે, જ્યારે તે કોંક્રિટના ઘણા સામાન્ય ટકાઉપણાના મુદ્દાઓ માટે પણ અત્યંત પ્રતિરોધક છે. જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ અસ્તિત્વ ધરાવે છે જે પોર્ટલેન્ડ સ્થિત સિમેન્ટ્સ કરતાં વધુ ઝડપથી મટાડી શકે છે. જીઓપોલિમર સિમેન્ટના ઉત્પાદન માટે મેટાકોલિન અથવા ફ્લાય એશ જેવી એલ્યુમિનોસિલિકેટ પૂર્વવર્તી સામગ્રીની જરૂર પડે છે, જે વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ આલ્કલાઇન રીએજન્ટ (ઉદાહરણ તરીકે, મોલર રેશિયો સાથે સોડિયમ અથવા પોટેશિયમ દ્રાવ્ય સિલિકેટ્સ SiO2: M2O ≤ 1.65, M એ Na અથવા K છે) અને પાણી (નીચે "વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ" રીએજન્ટની વ્યાખ્યા જુઓ). ઓરડાના તાપમાને સખ્તાઇ કેલ્શિયમ કેટાયનના સ્ત્રોત, ઘણીવાર બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગના ઉમેરા સાથે વધુ સરળતાથી પ્રાપ્ત થાય છે. પોર્ટલેન્ડ સ્થિત સિમેન્ટ્સ કરતાં વધુ ઝડપથી સાજા કરવા માટે જિયોપોલિમર સિમેન્ટ્સની રચના કરી શકાય છે; કેટલાક મિશ્રણ 24 કલાકની અંદર તેમની મોટાભાગની અંતિમ તાકાત મેળવે છે. જો કે, તેઓ ધીમે ધીમે પણ સેટ થવા જોઈએ જેથી તેઓ બેચ પ્લાન્ટમાં મિશ્રિત થઈ શકે, કાં તો પ્રીકાસ્ટિંગ માટે અથવા કોંક્રિટ મિશ્રણમાં વિતરણ માટે. જિયોપોલિમર સિમેન્ટમાં સિલિકેટ રોક-આધારિત એકત્રીકરણ સાથે મજબૂત રાસાયણિક બંધન બનાવવાની ક્ષમતા પણ છે. માર્ચ 2010માં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ ટ્રાન્સપોર્ટેશનના એક વિભાગ, ફેડરલ હાઇવે એડમિનિસ્ટ્રેશન (એફ. એચ. ડબલ્યુ. એ.) એ જીઓપોલિમર કોંક્રિટ શીર્ષક ધરાવતું ટેકબ્રીફ બહાર પાડ્યું હતું જે જણાવે છેઃ બહુમુખી, ખર્ચ-અસરકારક જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સનું ઉત્પાદન કે જે પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટની જેમ મિશ્રિત અને સખત થઈ શકે છે તે રમતને બદલતી પ્રગતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરશે, પરિવહન માળખાના નિર્માણ અને મકાન ઉદ્યોગમાં ક્રાંતિ લાવશે. જીઓપોલિમર કોંક્રિટ 'જીઓપોલિમર સિમેન્ટ' અને 'જીઓપોલિમર કોંક્રિટ' શબ્દોના અર્થો વચ્ચે ઘણીવાર મૂંઝવણ રહે છે. સિમેન્ટ એક બંધનકર્તા છે, જ્યારે કોંક્રિટ એ સંયુક્ત સામગ્રી છે જે સિમેન્ટને પાણી (અથવા જીઓપોલિમર સિમેન્ટના કિસ્સામાં આલ્કલાઇન સોલ્યુશન) અને પથ્થરના એકત્રીકરણ સાથે મિશ્રણ અને સખ્તાઇથી પરિણમે છે. બંને પ્રકારની સામગ્રી (જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ અને જીઓપોલિમર કોંક્રિટ) આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે વિવિધ બજારોમાં વ્યાવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ છે રસાયણશાસ્ત્રઃ પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ વિરુદ્ધ જીઓપોલિમર સિમેન્ટ ડાબેઃ કેલ્શિયમ સિલિકેટને કેલ્શિયમ સિલિકેટ હાઇડ્રેટ્સ (C-S-H) અને પોર્ટલેન્ડાઇટ, Ca (OH) 2 માં હાઇડ્રેશન દ્વારા પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટની સેટિંગ અને સખ્તાઇ. જમણેઃ પોટેશિયમ ઓલિગો-(સિયાલેટ-સિલોક્સો) ના પોલી-કન્ડેન્સેશન દ્વારા પોટેશિયમ પોલી (સિયાલેટ-સિલોક્સો) ક્રોસ લિંક્ડ નેટવર્કમાં જીઓપોલિમર સિમેન્ટનું સેટિંગ. જો જીઓપોલિમર સંયોજનને હીટ સેટિંગની જરૂર હોય તો તેને જીઓપોલિમર સિમેન્ટ નહીં પરંતુ જીઓપોલિમર બાઈન્ડર કહેવામાં આવે છે. આલ્કલી-એક્ટિવેટેડ મટિરિયલ્સ વિ. જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ જીઓપોલિમરાઇઝેશન રસાયણશાસ્ત્ર માટે યોગ્ય પરિભાષાઓ અને કલ્પનાઓની જરૂર છે જે પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ નિષ્ણાતો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી સ્પષ્ટ રીતે અલગ છે. મુખ્ય લેખ જીઓપોલિમર સારાંશ આપે છે કે કેવી રીતે જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ અકાર્બનિક પોલિમરની શ્રેણીમાં આવે છે. આ બાબત પર, ઓસ્ટ્રેલિયન જીઓપોલિમર એલાયન્સ તેની વેબ સાઇટ પર નીચેના નિવેદનની રૂપરેખા આપે છેઃ "જોસેફ ડેવિડોવિટ્સે આ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ અને પરિણામી ભૌતિક ગુણધર્મોને વધુ સારી રીતે સમજાવવા માટે જીઓપોલિમર (એક સી/અલ અકાર્બનિક પોલિમર) ની કલ્પના વિકસાવી. આવું કરવા માટે પરંપરાગત સિમેન્ટ રસાયણશાસ્ત્રના શાસ્ત્રીય સ્ફટિકીય હાઇડ્રેશન રસાયણશાસ્ત્રથી દૂર, પરિપ્રેક્ષ્યમાં મોટા પરિવર્તનની જરૂર હતી. આજની તારીખે આલ્કલી એક્ટિવેટેડ સિમેન્ટ્સના ક્ષેત્રમાં પ્રેક્ટિશનરો દ્વારા આ પરિવર્તનને સારી રીતે સ્વીકારવામાં આવ્યું નથી, જેઓ હજુ પણ પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ પરિભાષામાં આવા પ્રતિક્રિયા રસાયણશાસ્ત્રને સમજાવવાનું વલણ ધરાવે છે. ખરેખર, જિયોપોલિમર સિમેન્ટને કેટલીકવાર આલ્કલી-એક્ટિવેટેડ સિમેન્ટ અને કોંક્રિટ તરીકે ભૂલથી જોવામાં આવે છે, જે 50 વર્ષ પહેલાં વી. ડી. દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી. યુક્રેનમાં ગ્લુખોવ્સ્કી, ભૂતપૂર્વ સોવિયત યુનિયન. તેઓ મૂળરૂપે "માટી સિલિકેટ કોંક્રિટ" અને "માટી સિમેન્ટ્સ" નામથી જાણીતા હતા. કારણ કે પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ કોંક્રિટને હાનિકારક આલ્કલી-એકંદર પ્રતિક્રિયાથી અસર થઈ શકે છે, જેને એ. એ. આર. અથવા આલ્કલી-સિલિકા પ્રતિક્રિયા એ. એસ. આર. (ઉદાહરણ તરીકે આર. આઈ. એલ. ઇ. એમ. સમિતિ 219-એ. સી. એસ. કોંક્રિટ માળખામાં એકંદર પ્રતિક્રિયા જુઓ) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, શબ્દપ્રયોગ આલ્કલી-સક્રિયકરણ સિવિલ ઇજનેરો પર નકારાત્મક અસર કરે છે. જો કે, જિયોપોલિમર સિમેન્ટ્સ સામાન્ય રીતે આ હાનિકારક પ્રતિક્રિયાઓ દર્શાવતા નથી (ગુણધર્મોમાં નીચે જુઓ), જ્યારે યોગ્ય એકંદર પસંદ કરવામાં આવે છે-જિયોપોલિમર એસિડિક માધ્યમોમાં પણ કામ કરી શકે છે, જે તેમને એએએમથી વધુ અલગ કરે છે. વધુમાં, આલ્કલી-સક્રિયકૃત સામગ્રીઓ પોલિમર નથી, તેથી તેમને ભૂ-પોલિમર તરીકે ગણી શકાય નહીં અને ભૂલથી ગણી શકાય નહીં. ખરેખર, પોલિમર રસાયણશાસ્ત્ર કેલ્શિયમ હાઇડ્રેટ અથવા અવક્ષેપ રસાયણશાસ્ત્રની તુલનામાં ધરમૂળથી અલગ છે. તેમ છતાં, કેટલાક સિમેન્ટ વૈજ્ઞાનિકો ક્ષાર-સક્રિય સામગ્રી અથવા ક્ષાર-સક્રિય ભૂ-બહુપાદ સંબંધિત પરિભાષાને પ્રોત્સાહન આપવાનું ચાલુ રાખે છે. આ સિમેન્ટો, સંક્ષિપ્તમાં એએએમ, આલ્કલી-સક્રિય સ્લેગ્સ, આલ્કલી-સક્રિય કોલસા ફ્લાય એશ અને વિવિધ મિશ્રિત સિમેન્ટિંગ સિસ્ટમોના ચોક્કસ ક્ષેત્રોને આવરી લે છે (જુઓ આરઆઇએલઇએમ ટેકનિકલ કમિટી 247-ડીટીએ). વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ આલ્કલાઇન-રીએજન્ટ્સ જોકે જીઓપોલિમરાઇઝેશન ઝેરી કાર્બનિક દ્રાવકો પર નહીં પરંતુ માત્ર પાણી પર આધાર રાખે છે, તેને રાસાયણિક ઘટકોની જરૂર પડે છે જે જોખમી હોઈ શકે છે અને તેથી કેટલીક સલામતી પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે. સામગ્રી સલામતીના નિયમો આલ્કલાઇન ઉત્પાદનોને બે વર્ગોમાં વર્ગીકૃત કરે છેઃ સડો કરતા ઉત્પાદનો (અહીં નામ આપવામાં આવ્યું છેઃ પ્રતિકૂળ) અને બળતરા ઉત્પાદનો (અહીં નામ આપવામાં આવ્યું છેઃ મૈત્રીપૂર્ણ). બંને વર્ગો તેમના સંબંધિત લોગો દ્વારા ઓળખી શકાય છે. કોષ્ટકમાં કેટલાક આલ્કલાઇન રસાયણો અને તેમના અનુરૂપ સલામતી લેબલની યાદી છે. સડો કરતા ઉત્પાદનોને હાથમોજાં, ચશ્મા અને માસ્કથી નિયંત્રિત કરવા જોઈએ. તેઓ વપરાશકર્તા-પ્રતિકૂળ છે અને યોગ્ય સલામતી પ્રક્રિયાઓ વિના સામૂહિક કાર્યક્રમોમાં લાગુ કરી શકાતા નથી. બીજી શ્રેણીમાં પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ અથવા હાઇડ્રેટેડ ચૂનો જોવા મળે છે, જે લાક્ષણિક સામૂહિક ઉત્પાદનો છે. આ વર્ગના જિયોપોલિમરિક આલ્કલાઇન રીએજન્ટ્સને વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જો કે આલ્કલાઇન ઘટકની બળતરા પ્રકૃતિ અને પાવડરના સંભવિત ઇન્હેલેશન જોખમને હજુ પણ યોગ્ય વ્યક્તિગત રક્ષણાત્મક ઉપકરણોની પસંદગી અને ઉપયોગની જરૂર છે, જેમ કે કોઈપણ પરિસ્થિતિમાં જ્યાં રસાયણો અથવા પાઉડરનું સંચાલન કરવામાં આવે છે. કહેવાતા આલ્કલી-એક્ટિવેટેડ-સિમેન્ટ્સ અથવા આલ્કલી-એક્ટિવેટેડ જીઓપોલિમર્સ (બાદમાં કેટલાક લોકો દ્વારા ખોટી પરિભાષા માનવામાં આવે છે) નો વિકાસ, તેમજ સાહિત્યમાં અને ઇન્ટરનેટ પર જોવા મળતી ઘણી વાનગીઓ, ખાસ કરીને ફ્લાય એશ પર આધારિત વાનગીઓ, મોલર રેશિયો સાથે આલ્કલી સિલિકેટ્સનો ઉપયોગ કરે છે જેમાં SiO2: M2O 1.20 થી નીચે, અથવા શુદ્ધ NaOH (8M અથવા 12M) પર આધારિત સિસ્ટમોનો ઉપયોગ થાય છે. આ શરતો સામાન્ય શ્રમ દળ માટે વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ નથી, અને જો ક્ષેત્રમાં કાર્યરત હોય તો વ્યક્તિગત રક્ષણાત્મક ઉપકરણોની સાવચેતીપૂર્વક વિચારણા કરવાની જરૂર છે. ખરેખર, કાયદાઓ, નિયમો અને રાજ્યના નિર્દેશો કામદારોની સલામતી માટે વધુ આરોગ્ય સુરક્ષા અને સુરક્ષા પ્રોટોકોલ લાગુ કરવા દબાણ કરે છે. તેનાથી વિપરીત, આ ક્ષેત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતી જિયોપોલિમર સિમેન્ટની વાનગીઓમાં સામાન્ય રીતે આલ્કલાઇન દ્રાવ્ય સિલિકેટ્સનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં પ્રારંભિક દાઢ ગુણોત્તર 1.45 થી 1.95 સુધીનો હોય છે, ખાસ કરીને 1.6 થી 1.85, એટલે કે. વપરાશકર્તા મૈત્રીપૂર્ણ શરતો. એવું બની શકે છે કે સંશોધન માટે, કેટલીક પ્રયોગશાળાની વાનગીઓમાં 1.20 થી 1.45 ની શ્રેણીમાં દાઢ ગુણોત્તર હોય છે. જીઓપોલિમર સિમેન્ટની શ્રેણીઓ જીઓપોલિમર સિમેન્ટની શ્રેણીઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ સ્લેગ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ. રોક-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ. ફ્લાય એશ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ પ્રકાર 1: આલ્કલી-સક્રિય ફ્લાય એશ જીઓપોલિમર. પ્રકાર 2: સ્લેગ/ફ્લાય એશ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ. ફેરો-સિયાલેટ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ. સ્લેગ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ ઘટકોઃ મેટાકોલિન (એમકે-750) + બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગ + આલ્કલી સિલિકેટ (વપરાશકર્તા મૈત્રીપૂર્ણ). જીઓપોલિમરીક મેકઅપઃ સીઃ અલ = 2 હકીકતમાં સીઃ અલ = 1, સીએ-પોલી (ડાય-સિયાલેટ) (એનોર્થાઇટ પ્રકાર) + સીઃ અલ = 3, કે-પોલી (સિયાલેટ-ડિસિલોક્સો) (ઓર્થોક્લેઝ પ્રકાર) અને સી-એસ-એચ સીએ-સિલિકેટ હાઇડ્રેટનું ઘન દ્રાવણ. 1980ના દાયકામાં વિકસાવવામાં આવેલી પ્રથમ જીઓપોલિમર સિમેન્ટ (કે, ના, સીએ)-પોલી (સિયાલેટ) (અથવા સ્લેગ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ) પ્રકારની હતી અને જોસેફ ડેવિડોવિટ્સ અને જે. એલ. દ્વારા હાથ ધરવામાં આવેલા સંશોધન વિકાસના પરિણામે હતી. લોન સ્ટાર ઇન્ડસ્ટ્રીઝ, યુ. એસ. એ. ખાતે સોયરએ પિરામિડ સિમેન્ટની શોધ કરી હતી. અમેરિકન પેટન્ટ અરજી 1984 માં દાખલ કરવામાં આવી હતી અને પેટન્ટ યુ. એસ. 4,509,985 ને 9 એપ્રિલ, 1985 ના રોજ 'અર્લી હાઇ-સ્ટ્રેન્થ ખનિજ પોલિમર' શીર્ષક સાથે આપવામાં આવી હતી. ખડકો આધારિત જિયોપોલિમર સિમેન્ટ પસંદ કરેલા જ્વાળામુખીના ટફ્સ સાથે MK-750 ની ચોક્કસ માત્રાને બદલવાથી સરળ સ્લેગ આધારિત જિયોપોલિમર સિમેન્ટ કરતાં વધુ સારા ગુણધર્મો અને ઓછા ઉત્સર્જન સાથે જિયોપોલિમર સિમેન્ટ મળે છે. ઉત્પાદન ઘટકોઃ મેટાકોલિન એમકે-750, બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગ, જ્વાળામુખીની ટફ્સ (કેલ્સીન અથવા કેલ્સીન નહીં), ખાણની પૂંછડીઓ અને આલ્કલી સિલિકેટ (વપરાશકર્તા મૈત્રીપૂર્ણ). જીઓપોલિમરીક મેકઅપઃ સીઃ અલ = 3, હકીકતમાં સીઃ અલ = 1 સીએ-પોલી (ડી-સિયાલેટ) (એનોર્થાઇટ પ્રકાર) + સીઃ અલ = 3-5 (ના, કે)-પોલી (સાયલેટ-મલ્ટીસિલોક્સો) અને સી-એસ-એચ સીએ-સિલિકેટ હાઇડ્રેટનું ઘન દ્રાવણ. ફ્લાય એશ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ પાછળથી, 1997 માં, સ્લેગ-આધારિત જીઓપોલિમરિક સિમેન્ટ્સ પર હાથ ધરવામાં આવેલા કાર્યો પર નિર્માણ, એક તરફ ફ્લાય એશમાંથી ઝિયોલાઇટ્સના સંશ્લેષણ પર, બીજી તરફ, સિલ્વરસ્ટ્રિમ એટ અલ. અને વેન જારસ્વેલ્ડ અને વેન ડેવેન્ટરએ જીઓપોલિમેરિક ફ્લાય એશ-આધારિત સિમેન્ટ્સ વિકસાવ્યા હતા. સિલ્વરસ્ટ્રીમ એટ અલ. યુ. એસ. પેટન્ટ 5,601,643 નું શીર્ષક 'ફ્લાય એશ સિમેન્ટીયસ મટિરિયલ એન્ડ મેથડ ઓફ મેકિંગ અ પ્રોડક્ટ' હતું. હાલમાં, સિલિસિયસ (EN 197) અથવા ક્લાસ F (ASTM C618) ફ્લાય એશ પર આધારિત બે પ્રકારો છેઃ પ્રકાર 1: આલ્કલી-એક્ટિવેટેડ ફ્લાય એશ જીઓપોલિમર (વપરાશકર્તા-પ્રતિકૂળ): ઘણા કિસ્સાઓમાં 60-80 °C પર હીટ ક્યુરિંગની જરૂર પડે છે; સિમેન્ટ તરીકે અલગથી ઉત્પાદિત નથી, પરંતુ સીધા ફ્લાય-એશ આધારિત કોંક્રિટ તરીકે ઉત્પાદિત થાય છે. NaOH (વપરાશકર્તા-પ્રતિકૂળ) + ફ્લાય એશઃ આંશિક રીતે પ્રતિક્રિયા પામેલા ફ્લાય એશના કણો એલ્યુમિનો-સિલિકેટ જેલમાં સીઃ અલ = 1 થી 2, ઝિયોલિટિક પ્રકાર (ચબાઝાઇટ-ના અને સોડાલાઇટ) માળખાઓ સાથે જડિત છે. પ્રકાર 2: સ્લેગ/ફ્લાય એશ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ (વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ): ઓરડાના તાપમાને સિમેન્ટની સખ્તાઇ. વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ સિલિકેટ સોલ્યુશન + બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગ + ફ્લાય એશઃ સીઃ અલ = 2, (સીએ, કે)-પોલી (સિયાલેટ-સિલોક્સો) સાથે જીઓપોલિમેરિક મેટ્રિક્સમાં જડિત ફ્લાય એશ કણો. ફેરો-સિયાલેટ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ ગુણધર્મો ખડક-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ જેવા જ છે પરંતુ તેમાં ઉચ્ચ આયર્ન ઓક્સાઇડ સામગ્રીવાળા ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે. ભૌગોલિક રચના પોલી (ફેરો-સિયાલેટ) (Ca, K)-(-Fe-O)-(Si-O-Al-O-) પ્રકારની હોય છે. આ વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ જીઓપોલિમર સિમેન્ટ વિકાસ અને વ્યાપારીકરણના તબક્કામાં છે. ઓસ્ટ્રેલિયન કોંક્રિટ નિષ્ણાત બી. વી. રંગનના જણાવ્યા અનુસાર, કોંક્રિટની વિશ્વભરમાં વધતી માંગ એ તમામ પ્રકારના જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સના વિકાસ માટે એક મોટી તક છે, જેમાં ઉત્પાદન દરમિયાન કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું ઓછું પ્રકાશન થાય છે. ઉત્સર્જન વિરોધાભાસી પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ ક્લિંકરના ઉત્પાદનમાં કેલ્શિયમ કાર્બોનેટનું કેલ્સિનેશન અને સિમેન્ટ સેટિંગ અને સખ્તાઇ માટે જરૂરી બે મુખ્ય કેલ્શિયમ સિલિકેટ તબક્કાઓ (એલાઇટ અને બેલાઇટ) ની રચનાનો સમાવેશ થાય છેઃ 3 CaCO3 + SiO2 → Ca3SiO5 + 3 CO2 (એલાઇટનું ઉત્પાદન,) 2 CaCO3 + SiO2 → Ca2SiO4 + 2 CO2 (બેલાઇટનું ઉત્પાદન,) કેલ્શિયમ, એલ્યુમિનિયમ અને આયર્ન ઓક્સાઇડને લગતી અન્ય પ્રતિક્રિયાઓ પણ ટ્રિકલિયમ એલ્યુમિનેટ () અને કેલ્શિયમ એલ્યુમિનોફેરાઇટ (), ક્લિંકરના ગૌણ ઘટકોની રચના તરફ દોરી જાય છે. 1 ટન પોર્ટલેન્ડ ક્લિંકરનું ઉત્પાદન સીધા આ પ્રતિક્રિયાઓના ઉત્પાદન તરીકે આશરે 0.5 ટન રાસાયણિક પેદા કરે છે, અને લગભગ 0.40 ટન વધારાના કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું ઉત્પાદન કરવા માટે કાર્બોનેસિયસ ઇંધણના દહનની જરૂર પડે છે, જો કે આ પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં લાભ અને ઇંધણ તરીકે કચરાના ઉપયોગ દ્વારા ઘટાડવામાં આવી રહ્યું છે. જો કે, કુલ 1 ટન પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ 0.8-1.0 ટન કાર્બન ડાયોક્સાઇડના ઉત્સર્જન તરફ દોરી જાય છે. તુલનાત્મક રીતે, જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ મુખ્ય ઘટક તરીકે કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ પર આધાર રાખતા નથી, અને ઉત્પાદન દરમિયાન ઘણું ઓછું ઉત્પન્ન કરે છે, એટલે કે. 40 ટકાથી 80-90% ની શ્રેણીમાં ઘટાડો. જોસેફ ડેવિડોવિટ્સે માર્ચ 1993માં અમેરિકન પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ એસોસિએશન, શિકાગો, ઇલિનોઇસ દ્વારા આયોજિત એક પરિસંવાદમાં આ વિષય પર પ્રથમ પેપર આપ્યું હતું. પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ ઉદ્યોગે માત્ર દહન ઉત્સર્જન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીને કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ વિઘટન સંબંધિત ભાગનો સમાવેશ ન કરતી ઉત્સર્જન સંખ્યાઓ પહોંચાડવા માટે કાનૂની સંસ્થાઓનું લોબિંગ કરીને સખત પ્રતિક્રિયા આપી હતી. 1997માં વૈજ્ઞાનિક સામયિક ન્યૂ સાયન્ટિસ્ટમાં લખાયેલા એક લેખમાં જણાવવામાં આવ્યું હતું કેઃ સિમેન્ટના ઉત્પાદનમાંથી ઉત્સર્જન માટેના અંદાજો માત્ર ભૂતપૂર્વ સ્રોત [બળતણ દહન] પર કેન્દ્રિત છે. આબોહવા પરિવર્તન પર યુએનની આંતરસરકારી પેનલ ઉત્સર્જનમાં ઉદ્યોગનું કુલ યોગદાન 2.4 ટકા રાખે છે; ટેનેસીમાં ઓક રિજ નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ માહિતી વિશ્લેષણ કેન્દ્ર 2.6 ટકા ટાંકે છે. હવે જિયોપોલિમર ઇન્સ્ટિટ્યૂટના જોસેફ ડેવિડોવિટ્સે પ્રથમ વખત બંને સ્રોતો પર ધ્યાન આપ્યું છે. તેમણે ગણતરી કરી છે કે દર વર્ષે 1.4 અબજ ટનનું વૈશ્વિક સિમેન્ટ ઉત્પાદન [વિશ્વના] વર્તમાન ઉત્સર્જનના 7 ટકા ઉત્પાદન કરે છે. પંદર વર્ષ પછી (2012), પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ ઉત્સર્જન દર વર્ષે 3 અબજ ટનની નજીક પહોંચતા પરિસ્થિતિ વધુ ખરાબ થઈ છે. તુલનાત્મક ઊર્જાનો ઉપયોગ નિયમિત પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ, રોક-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ અને ફ્લાય એશ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સ માટે ઊર્જાની જરૂરિયાતો અને ઉત્સર્જન. પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ અને સમાન તાકાત ધરાવતા જીઓપોલિમર સિમેન્ટ વચ્ચે સરખામણી આગળ વધે છે, એટલે કે. 28 દિવસમાં સરેરાશ 40 એમપીએ. આ વિષય પર ઘણા અભ્યાસો પ્રકાશિત થયા છે જેનો સારાંશ નીચેની રીતે આપી શકાય છેઃ રોક-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ ઉત્પાદનમાં સમાવેશ થાય છેઃ 70 ટકા વજનના ભૌગોલિક સંયોજનો (700 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર કેલ્સીન) બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગ આલ્કલી-સિલિકેટ સોલ્યુશન (ઔદ્યોગિક રાસાયણિક, વપરાશકર્તા મૈત્રીપૂર્ણ). બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગની હાજરી ઓરડાના તાપમાનને સખત બનાવે છે અને યાંત્રિક શક્તિમાં વધારો કરે છે. યુ. એસ. પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ એસોસિએશન (2006) અનુસાર, પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ માટે ઊર્જાની જરૂરિયાતો 4700 એમજે/ટન (સરેરાશ) ની રેન્જમાં છે. ખડક આધારિત જિયોપોલિમર સિમેન્ટની ગણતરી નીચેના પરિમાણો સાથે કરવામાં આવે છેઃ-બ્લાસ્ટ ફર્નેસ સ્લેગ સ્ટીલ ઉદ્યોગમાંથી ઉપ-ઉત્પાદન તરીકે ઉપલબ્ધ છે (કોઈ વધારાની ઊર્જાની જરૂર નથી);-અથવા તેનું ઉત્પાદન કરવું આવશ્યક છે (બિન દાણાદાર સ્લેગમાંથી અથવા ભૌગોલિક સંસાધનોમાંથી ફરીથી ઓગળવું). સૌથી અનુકૂળ કિસ્સામાં-પેટા-ઉત્પાદન તરીકે સ્લેગની ઉપલબ્ધતા-પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટની સરખામણીમાં રોક-આધારિત જીઓપોલિમર-સિમેન્ટના ઉત્પાદનમાં ઊર્જાની જરૂરિયાતમાં 59 ટકાનો ઘટાડો થયો છે. ઓછામાં ઓછા અનુકૂળ કિસ્સામાં-સ્લેગ ઉત્પાદન-ઘટાડો 43 ટકા સુધી પહોંચે છે. ઉત્પાદન દરમિયાન ઉત્સર્જન સૌથી અનુકૂળ કિસ્સામાં-પેટા-ઉત્પાદન તરીકે સ્લેગની ઉપલબ્ધતા-પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટની તુલનામાં રોક-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટના ઉત્પાદન દરમિયાન ઉત્સર્જનમાં 80 ટકાનો ઘટાડો થાય છે. ઓછામાં ઓછા અનુકૂળ કિસ્સામાં-સ્લેગ ઉત્પાદન-ઘટાડો 70 ટકા સુધી પહોંચે છે. ફ્લાય એશ-આધારિત સિમેન્ટ્સ વર્ગ એફ ફ્લાય એશ તેમને કોઈ વધુ હીટ ટ્રીટમેન્ટની જરૂર નથી. તેથી ગણતરી સરળ છે. એક વ્યક્તિ 0.09 થી 0.25 ટન/1 ટન ફ્લાય એશ-આધારિત સિમેન્ટની રેન્જમાં ઉત્સર્જન હાંસલ કરે છે, એટલે કે. ઉત્સર્જન જે 75 થી 90 ટકાની રેન્જમાં ઘટાડવામાં આવે છે. કાર્યક્ષમતાના મુદ્દાઓ સામાન્ય રીતે, જીઓપોલિમર બાઈન્ડરની મુખ્ય સમસ્યાઓમાંની એક તેની નબળી કાર્યક્ષમતાની છેઃ આલ્કલી-સક્રિય ફ્લાય એશમાં સામાન્ય પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટની તુલનામાં ઘણી વધારે પ્લાસ્ટિકની સ્નિગ્ધતા હોય છે અને તે ઝડપી સેટિંગ માટે સંવેદનશીલ હોય છે. થોડી જ મિનિટોમાં, તે "અત્યંત ચીકણું, અનિયંત્રિત કોંક્રિટ મિશ્રણ" ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ સમસ્યાઓનો સામનો પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ સાથે પણ કરવામાં આવ્યો હતો, જે મિશ્ર ડિઝાઇન અને મિશ્રણના વિકાસ તરફ દોરી ગઈ હતી જે કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે; મર્યાદિત હદ સુધી, તે તકનીકોને જીઓપોલિમર બાઈન્ડર પર લાગુ કરી શકાય છે. પ્રાયોગિક પુરાવા સૂચવે છે કે જિયોપોલિમર કાર્યક્ષમતા વધારવાની સંખ્યાબંધ રીતો છેઃ પ્રીકર્સર અને એક્ટિવેટરના વિવિધ સંયોજનોનો ઉપયોગ એક્ટિવેટરની સાંદ્રતા અને એક્ટિવેટર અને પ્રીકર્સરના ગુણોત્તરને સમાયોજિત કરવું પાણી/બાઈન્ડર ગુણોત્તરમાં વધારો (પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટની જેમ, આ કાર્યક્ષમતા વધારશે અને કોંક્રિટની શક્તિમાં ઘટાડો કરશે, જેને પછી હીટ ક્યુરિંગ જેવા શક્તિ વધારતા પગલાં દ્વારા પ્રતિકાર કરી શકાય છે) ચોક્કસ પ્રીકર્સર/એક્ટિવેટર સંયોજનોમાં ચોક્કસ પરંપરાગત સુપરપ્લાસ્ટિસાઈઝર્સ ઉમેરવા જિયોપોલિમર બાઈન્ડર માટે નવા વિકસિત સુપરપ્લાસ્ટિસાઈઝર્સ ઉમેરવા (જેમ કે એલ્કોફીન, ગ્રાઉન્ડ ગ્રેન્યુલેટેડ બ્લાસ્ટ-ફર્નેસ સ્લેગ, ગ્લાસ પાવડર અને ચોખાના ભૂસું) આ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને, જિયોપોલિમર બાઈન્ડર માટે યોગ્ય હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ખડક આધારિત જિયોપોલિમર સિમેન્ટ (Ca, K)-પોલી (sialate-disiloxo) માટેના ગુણધર્મો સેટિંગ દરમિયાન સંકોચન જુઓઃ <0.05%, માપી શકાય તેવું નથી. કોમ્પ્રેસિવ સ્ટ્રેન્થ (યુનિએક્સિયલ): 28 દિવસમાં 90 એમપીએ (ઉચ્ચ પ્રારંભિક સ્ટ્રેન્થ ફોર્મ્યુલેશન માટે, 4 કલાક પછી 20 એમપીએ). ફ્લેક્સુરલ સ્ટ્રેન્થઃ 28 દિવસમાં 10-15 MPa (24 કલાક પછી 10 MPaની ઉચ્ચ પ્રારંભિક સ્ટ્રેન્થ માટે). યંગ મોડ્યુલસઃ> 2 જીપીએ. ફ્રીઝ-થોઃ માસ લોસ <0.1% (ASTM D4842), 180 ચક્ર પછી તાકાત લોસ <5%. ભીનું-સૂકુંઃ સામૂહિક નુકસાન <0.1% (ASTM D4843). 180 દિવસ પછી પાણીમાં લીચિંગઃ K2O <0.015%. પાણીનું અવશોષણઃ <3 ટકા, પારગમ્યતા સાથે સંબંધિત નથી. હાઇડ્રોલિક પારગમ્યતાઃ 10−10 મીટર/સેકન્ડ. સલ્ફ્યુરિક એસિડ, 10 ટકાઃ દરરોજ 0.1 ટકા સામૂહિક નુકસાન. હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ, 5 ટકાઃ દરરોજ 1 ટકા સામૂહિક નુકસાન. KOH 50 ટકાઃ દરરોજ સામૂહિક નુકસાન 0.02%. એમોનિયા સોલ્યુશનઃ કોઈ અવલોકન કરાયેલ સામૂહિક નુકસાન નથી. સલ્ફેટ દ્રાવણઃ 28 દિવસમાં સંકોચન 0.02%. આલ્કલી-એકંદર પ્રતિક્રિયાઃ 250 દિવસ (− 0.01%) પછી કોઈ વિસ્તરણ નહીં, જેમ કે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ (ASTM C227) ની સરખામણીમાં. આ પરિણામો 1993માં પ્રકાશિત થયા હતા. જિયોપોલિમર બાઈન્ડર અને સિમેન્ટ્સ 10 ટકા જેટલા ઊંચા આલ્કલી સમાવિષ્ટો સાથે પણ, સામાન્ય પ્રતિક્રિયાત્મકતાના એકંદર સાથે ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે કોઈ જોખમી આલ્કલી-એકંદર પ્રતિક્રિયા પેદા કરતા નથી. ધોરણોની જરૂરિયાત જૂન 2012 માં, સંસ્થા એએસટીએમ ઇન્ટરનેશનલ (ભૂતપૂર્વ અમેરિકન સોસાયટી ફોર ટેસ્ટિંગ એન્ડ મટિરિયલ્સ, એએસટીએમ) એ જીઓપોલિમર બાઈન્ડર સિસ્ટમ્સ પર એક પરિસંવાદનું આયોજન કર્યું હતું. પરિસંવાદની રજૂઆત જણાવે છેઃ જ્યારે પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ માટે કામગીરીની વિશિષ્ટતાઓ લખવામાં આવી હતી, ત્યારે બિન-પોર્ટલેન્ડ બાઈન્ડર uncommon.New બાઈન્ડર હતા જેમ કે જીઓપોલિમરનું વધુને વધુ સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે, વિશેષ ઉત્પાદનો તરીકે માર્કેટિંગ કરવામાં આવી રહ્યું છે અને માળખાકીય કોંક્રિટમાં ઉપયોગ માટે સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે. આ પરિસંવાદનો ઉદ્દેશ એ. એસ. ટી. એમ. ને એ વિચારણા કરવાની તક પૂરી પાડવાનો છે કે શું વર્તમાન સિમેન્ટ ધોરણો, એક તરફ, જીઓપોલિમર બાઈન્ડરના વધુ સંશોધન માટે અસરકારક માળખું પૂરું પાડે છે અને બીજી તરફ, આ સામગ્રીના વપરાશકર્તાઓ માટે વિશ્વસનીય રક્ષણ પૂરું પાડે છે કે કેમ. હાલના પોર્ટલેન્ડ સિમેન્ટ ધોરણો જીઓપોલિમર સિમેન્ટ માટે અનુકૂળ નથી. તેઓ એક કામચલાઉ સમિતિ દ્વારા બનાવવામાં આવવી જોઈએ. તેમ છતાં, આવું કરવા માટે, પ્રમાણભૂત જીઓપોલિમર સિમેન્ટ્સની હાજરી પણ જરૂરી છે. હાલમાં, દરેક નિષ્ણાત સ્થાનિક કાચા માલ (કચરો, પેટા-ઉત્પાદનો અથવા કાઢવામાં આવેલ) ના આધારે પોતાની વાનગી રજૂ કરી રહ્યા છે. યોગ્ય જીઓપોલિમર સિમેન્ટ શ્રેણીની પસંદગી કરવાની જરૂર છે. 2012 સ્ટેટ ઓફ ધ જીઓપોલિમર આરએન્ડડીએ બે શ્રેણીઓ પસંદ કરવાનું સૂચન કર્યું હતું, એટલે કેઃ ટાઇપ 2 સ્લેગ/ફ્લાય એશ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટઃ ફ્લાય એશ મુખ્ય ઉભરતા દેશોમાં ઉપલબ્ધ છે; ફેરો-સિયાલેટ-આધારિત જીઓપોલિમર સિમેન્ટઃ આ ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય આયર્નથી સમૃદ્ધ કાચો માલ સમગ્ર વિશ્વના તમામ દેશોમાં હાજર છે, અને; યોગ્ય વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ જીઓપોલિમરિક રીએજન્ટ. સંદર્ભ ગ્રંથસૂચિ જોસેફ ડેવિડોવિટ્સ (2008). જીઓપોલિમર રસાયણશાસ્ત્ર અને ઉપયોગો. ઇન્સ્ટિટ્યુટ જીઓપોલિમેરે, સેન્ટ-ક્વીન્ટીન, ફ્રાન્સ, (ચોથી આવૃત્તિ, 2015). ચાઇનીઝમાંઃ નેશનલ ડિફેન્સ ઇન્ડસ્ટ્રી પ્રેસ, બેઇજિંગ, (2012). જ્હોન એલ. પ્રોવિસ અને જેની એસ. જે. વાન ડેવેન્ટર (2009). જીઓપોલિમર માળખું, પ્રક્રિયા, ગુણધર્મો અને ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમો. વુડહેડ પબ્લિશિંગ, બાહ્ય કડીઓ જીઓપોલિમર ઇન્સ્ટિટ્યુટઃ https://www.geopolymer.org જીઓપોલિમર એલાયન્સઃ https://web.archive.org/web/20130409024601/http:// જીઓપોલિમર અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્ર જીઓકેમિસ્ટ્રી પોલિમર અકાર્બનિક પોલિમર સિમેન્ટ નિર્માણ સામગ્રી