지오폴리머 미세구조와 특성은 알루미노 규산염의 지오폴리머의 초기원료와 밀접한 연관성이 있다. 초기 재료의 비율이 지오폴리머의 미세구조 균일화에 영향을 주며, 압축강도에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 지오폴리머의 압축강도에 영향을 미치는 것은 겔상과 미용융의 Si-Al의 입자 및 입자분포, 지오폴리머의 비정질, 결정화 정도 등이 있고, CaO, K2O, Na2O 함량과 알칼리형태가 압축강도에 영향을 주는 것으로 보고되고 있다. 일부 연구자들은 지오폴리머가 비활성필러와 활성필러 및 activator로 구성된다고 하고 있다. 지오폴리머 monolith의 골격을 형성하는 비활성필러, 지오폴리머isation의 주체인 활성필러, 활성필러를 자극하여 반응을 활성화시키는 activation solution의 구성으로 geopolymer의 축중합체가 얻어질 수가 있다. 비활성필러는 전체의 60~90%의 비율로 activator와 접촉하여도 반응성이 낮아서 충진 및 유동성 부여 등이 역할로 작용하게 되고, 활성필러는 activator에 의해서 자극을 받게 되면 입자의 피막이 깨지면서 Si나 Al 이온이 용출되는 원료로, 본 연구의 대상소재인 fly ash나 slag, metakaolin 등과 같은 비정질 유리상을 다량 함유하고 있는 물질들이다. Activation solution은 강알칼리성용액으로 활성필러를 자극하여 용출시킬 수 있는 물질이다. 이상의 3성분계를 조합하여 최적의 배합조건으로 제조된 지오폴리머 monolith는 20~100℃로 양생하게 되면, 시멘트를 사용한 콘크리트보다 우수한 물성을 발휘하며, 시멘트 보다 우수한 내화학성과 내열성을 발휘하며, 시멘트 생산시 발생되는 CO2 가스를 80%정도 절감할 수 있게 된다. 지오폴리머 콘크리트는 비활성필러와 활성필러 및 활성화제로 구성된 바인더를 시멘트 대체 재료로 사용할 수가 있다. 특히 지오폴리머는 설계된 배합조건에 따라 굵은 골재와 잔골재 그리고 비반응성 물질과 혼합되고, 축중합반응에 의해 결합하여 지오폴리머 콘크리트를 형성한다.
여기서 굵은 골재와 잔골재가 빠진 상태를 페이스트라 하며, 잔골재만을 첨가할 때는 몰탈, 굵은 골재까지 첨가되는 조성을 콘크리트라고 한다. 지오폴리머 소재의 제조과정은 일반적인 시멘트 콘크리트 제조과정과 동일하다. 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트와 마찬가지로 골재(잔골재+굵은골재)가 가장 큰 부피를 차지하며 질량으로 환산하면 약 75~80%이다. Fly ash 내의 Si와 Al은 수산화나트륨(or 수산화칼륨)과 규산나트륨 용액의 화합물에 의해 활성화되어 결합재로 작용하게 된다. 일반적으로 알칼리성 활성화제로는 수산화나트륨(또는 수산화칼슘)과 규산나트륨(또는 규산칼륨)의 화합물이 사용되며, 열이 가해질 경우 geopolymerisation 반응이 가속화되기 때문에 일반적으로 지오폴리머 콘크리트는 100℃ 이하의 양생을 실시함으로써 초기 강도를 유도한다.
지오폴리머 제품에 사용하는 fly ash의 활용효과는 위 표와 같이 정리해 볼 수 있다. fly ash는 장기강도 증진, 작업성개선(유동성 향상), 수화열 감소(내부 급격한 Ca(OH)2 생성량 감소), 알칼리 골재반응 억제, 건조수축 감소, 수밀성 증가, 원가절감 등의 장점을 가진다.
특히 fly ash는 잠재수경성의 물질로서 20 wt%의 시멘트 대체효과가 있을 만큼 포졸란 효과도 우수한 자원이다.