journal article·2026-01-02

Modification of thermal-activated recycled cement with calcined coal gangue

Rong Huang, Junjie Wang, Kefei Li, Faguang Leng, Lei Xu, Jia-Qi Yang, Dongfang Wang, Qihang Zhang, Yilei Wang, Yanbo Wang, Shandi Cheng

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Abstract

Unmodified thermal-activated recycled cement (RC) has short setting time, low fluidity and high water demand. Substitution of 30 wt.% of RC with coal gangue (CG) thermally treated under 600, 700, 800, and 900 °C was explored, aiming to explore the modification of RC with CG through fluidity, setting time, compressive strength, X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TGA), micron indentation (MI), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and scanning electron microscopy (SEM) tests. The findings show that amorphous Al2O3 and SiO2 in calcined CG quickly reacted with CaO in RC and formed C(–A)–S–H. The inactive ingredients in CG could fill into the loose C–S–H gel, which was rapidly formed at the initial stage. RC paste modified with CG could reach a maximum 28-day compressive strength of 28.6 MPa anda 27% higher fluidity and 70% longer setting time than unmodified RC paste. In addition, more than 400% higher strength development from 3 d to 28 d was observed in CG modified RC compared to the unmodified RC. The study highlights a dual mechanism of chemical reactions and physical pore-filling, which significantly improved the performance of RC.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Recycled Aggregate Concrete Performance · Concrete and Cement Materials Research · Innovative concrete reinforcement materials

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Civil Engineering, Tsinghua University

Academy of Building Research, State Key Laboratory of Building Safety and Environment

Department of Civil Engineering, China University of Mining and Technology

China Railway Construction Corporation Transportation Operation Co., Ltd

Funding

National Key Research and Development Program of China · National Natural Science Foundation of China

References (98)

Show source-provided references
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4. 10.1016/j.cemconres.2011.03.01910.1016/j.cemconres.2011.03.019 ↗
5. 10.1016/j.jobe.2023.10792510.1016/j.jobe.2023.107925 ↗
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8. 10.1016/j.scp.2023.10101010.1016/j.scp.2023.101010 ↗
9. 10.1016/j.eti.2024.10396910.1016/j.eti.2024.103969 ↗
10. 10.5194/essd-11-1675-201910.5194/essd-11-1675-2019 ↗
11. IEA. Technology roadmap: low-carbon transition in the cement industry; 2018. Available from: https://www.iea.org/reports/technology-roadmap-low-carbon-transition-in-the-cement-industry [accessed Apr 2018].
12. 10.3390/ma1720502010.3390/ma17205020 ↗
13. 10.1016/j.jclepro.2021.12727710.1016/j.jclepro.2021.127277 ↗
14. 10.1016/j.cemconcomp.2025.10625910.1016/j.cemconcomp.2025.106259 ↗
15. 10.3389/fbuil.2025.157345010.3389/fbuil.2025.1573450 ↗
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43. 10.3390/ma1717417010.3390/ma17174170 ↗
44. 10.1016/S0008-8846(00)00236-210.1016/S0008-8846(00)00236-2 ↗
45. 10.1016/j.jmrt.2021.07.12910.1016/j.jmrt.2021.07.129 ↗
46. 10.1016/CNKI:SUN:JZCX.0.2011-03-01910.1016/CNKI:SUN:JZCX.0.2011-03-019 ↗
47. Standardization Administration of China. GB/T 1346-2011, test methods for water requirement of normal consistency, setting time and soundness of the Portland cements. Beijing: Standards Press of China; 2011.
48. Standardization Administration of China. GB/T 8077-2012, methods for testing uniformity of concrete admixture. Beijing: Standards Press of China; 2012.
49. Standardization Administration of China. GB/T 17671-2021, test method of cement mortar strength (ISO method). Beijing: Standards Press of China; 2021.
50. 10.1016/j.cemconcomp.2024.10577710.1016/j.cemconcomp.2024.105777 ↗
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69. 10.1007/s12205-022-2000-610.1007/s12205-022-2000-6 ↗
70. Gao SB. Full-component of waste cement and utilization of recycled concrete. Xuzhou: China University of Mining & Technology; 2019.
71. 10.27623/d.CNKI:SUN:CLDB.0.2011-22-03210.27623/d.CNKI:SUN:CLDB.0.2011-22-032 ↗
72. Wang R, Liu YL. Preliminary study on infrared spectroscopy analysis of several kinds of cement hydration. Yunnan Build Mater. 1911;4:1–6.
73. 10.27623/d.CNKI:SUN:ZNGD.0.2011-02-01010.27623/d.CNKI:SUN:ZNGD.0.2011-02-010 ↗
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98. 10.1016/j.jmrt.2021.08.10610.1016/j.jmrt.2021.08.106 ↗