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河北工业大学臧旭阳、张磊，加拿大圭尔夫大学Moncef L. Nehdi等在Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials期刊发表最新研究（Effects of CO₂ curing on hydration behavior, strength development, and microstructural evolution of coal gangue-based cementitious materials），系统探讨了CO₂养护对煤矸石基胶凝材料水化特性、强度发展及微观结构的影响规律。

研究团队聚焦石灰石-煅烧煤矸石水泥（LCC）体系，采用X射线衍射、压汞法等实验方法并结合分子动力学模拟，分析了Ca(OH)₂掺量与孔隙结构对体系性能的调控机制。结果表明，CO₂养护条件下适量掺入Ca(OH)₂（占煤矸的10%~20wt%）可诱导CaCO₃沉淀填充微孔，降低孔隙率，使28 d抗压强度提升至14.9%，且体系力学性能与普通硅酸盐水泥相当；但过量Ca(OH)₂会导致局部膨胀与微孔形成。压汞分析和模拟研究进一步表明，孔径分布显著影响CO₂传输与矿化效率：24 Å左右孔隙利于气体扩散吸附，加速碳化反应；而8~16 Å超细孔因水分子限域结构阻碍CO₂迁移。

该研究证实煅烧煤矸石作为可持续熟料替代材料的可行性，通过CO₂养护可实现材料性能提升与稳定固碳的双重效益，为降低水泥体系碳足迹提供了新思路。研究同时指出，工程化应用仍需关注大尺寸构件中CO₂渗透梯度与碳化均匀性、密封养护装置与安全控制要求等问题，后续需开展规模化验证与全生命周期评估，以推动该低碳技术的实际应用。

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Fig. 1 Experimental procedure for preparing limestone–calcined coal gangue cement.

Fig. 2 Three-dimensional view of the three models: (a–c) Portlandite with varied pore sizes, (d) Molecular and ionic building blocks of porous portlandite, (e) Crystal structure of portlandite.

Fig. 3 Compressive strength of limestone–calcined coal gangue cement at 3, 7, and 28 d.

Fig. 4 Pore structure analysis of limestone–calcined coal gangue cement mixtures with different Ca(OH)₂ contents: (a) different pore size distributions; (b) porosity distributions; and (c) pore size classification of LCC-70 and LCC-70-P20 at 28 d.

Fig. 5 (a) CO₂ molecule and portlandite wet cavity models; (b) CO₂ adsorption and transfer rates between hydrotalcite layers; (c–h) relative CO₂ and H₂O concentrations in three models with pore sizes of 8, 16, and 24 Å, respectively.

Fig. 6 Snapshot of the high permeability process in (a) 16 Å pore and (b) 24 Å pore.

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2026年第2卷

引用格式

X. Zang, L. Zhang, D. Zhu, et al. Effects of CO₂ curing on hydration behavior, strength development, and microstructural evolution of coal gangue-based cementitious materials. Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials, 2026, 2: 9520024. https://doi.org/10.26599/MRSE.2026.9520024

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https://www.sciopen.com/article/10.26599/MRSE.2026.9520024

作者简介

臧旭阳，河北工业大学土木与交通学院硕士研究生，研究方向为混凝土相变材料及固废高效碳捕集。

张磊，博士毕业于加拿大西安大略大学（The University of Western Ontario）土木工程专业，现为河北工业大学元光学者（启航B岗）、硕士生导师，兼任中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究院外聘副研究员，小红书学术小UP主（粉丝3万）。研究领域包括固废高效碳捕集、高性能固碳建材、AI驱动硅铝质胶凝材料基因组设计以及矿山膏体充填等。在Renewable and Sustainable Energy Reviews、Cement and Concrete Research、Composites Part B: Engineering 等国内外著名期刊发表高水平SCI论文60余篇，其中第一/通讯作者论文40余篇，H-index 23，被引1700+次。担任Green and Smart Mining Engineering、Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials期刊青年编委，Frontiers in Materials、Frontiers in Built Environment 及Buildings期刊客座编委，Construction and Building Materials、 Journal of Materials in Civil Engineering、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等多个期刊审稿人，加拿大土木工程协会（CSCE）、美国混凝土协会（ACI）、美国土木工程师协会（ASCE）会员。授权专利9项，主持河北省自然科学基金1项，教育部重点实验室开放基金1项，联合主持企业横向3项。

Moncef L. Nehdi，现任加拿大圭尔夫大学工程学院院长。加拿大工程院院士，加拿大工程研究院、美国混凝土学会、加拿大土木工程学会、亚太人工智能协会及国际人工智能产业联盟会士。曾获加拿大工程研究院K.Y. Lo奖章、美国混凝土学会可持续奖、安大略专业工程师协会研发工程奖章、美国混凝土学会专业成就奖、加拿大土木工程学会Horst Leipholz奖及Whitman Wright奖、英国土木工程师学会Bill Curtin奖等多项荣誉。曾任加拿大土木工程学会材料与力学分部主席、国际材料与结构研究实验联合会（RILEM）混凝土数据科学委员会副主席、加拿大土木工程学会水泥与混凝土委员会主席、美国混凝土学会再生材料委员会主席等。发表学术论文700余篇，入选爱思唯尔及上海软科世界一流学科排名全球最具影响力土木工程学者榜单，斯坦福大学全球前0.15%顶尖科学家。研究领域包括可持续、生态高效和净零排放建设、基础设施韧性、人工智能及机器学习在土木工程中的应用、建筑与储能新型材料。其研究成果已被广泛应用于Kingdom Tower、Abraj AI-Bait、Jamarat Bridge等多项国内外重大工程。

关于MRSE

Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials（《材料导报：固废与生态材料》，简称MRSE），2025年正式创刊，是《材料导报》期刊社创办的第二本英文姊妹刊，聚焦于固体废弃物处理与资源化利用及生态材料。由中国矿业大学（北京）王栋民教授担任创刊主编，香港理工大学Chi Sun Poon教授、深圳大学崔宏志教授、同济大学张祖华教授担任共同主编；由清华大学出版社SciOpen平台提供出版服务，采用开放获取出版模式。

报道范围 Scope

MRSE致力于报道各种固体废弃物的原创性研究和前沿应用，传播创新理念，助力建设绿色生态社会。期刊报道范围主要涉及（但不限于）： 

◆ Construction and demolition wastes（建筑及拆卸废物）

◆ Mining solid wastes（矿山固体废弃物）

◆ Coal combustion wastes（燃煤废物）

◆ Solid wastes from metallurgical industries（冶金工业产生的固体废物）

◆ Industrial hazardous solid wastes（工业危险固体废物）

◆ Solid wastes from biomass and renewable energy（生物质及新能源固废）

◆ Agriculture solid wastes（农业固体废弃物）

◆ Ecomaterials （生态材料）

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