辽宁省固废开发利用与建材工程研究中心以制约辽宁省钢铁、矿山安全与环境保护高质量发展的节能环保、新材料关键技术问题为出发点，结合固废资源综合利用，开展石粉、尾矿砂等在混凝土、建筑砂浆中的应用研究；探索石粉、尾矿取代细集料的最优比例，复掺石粉、尾矿砂、矿渣等固废的混凝土配合比设计方法，分析掺固废资源混凝土施工和易性、力学特性、耐久性、经济性等，确定掺固废资源混凝土强度形成机理和静动力学响应规律，水泥基特种建材应用技术研究，碱激发特种建材应用技术研究等，为辽宁省大宗固废资源在绿色建材中的应用提供解决方案。

一、工程中心建设意义

1.天然砂石资源的逐渐枯竭和开采限制，制约工程建设。辽宁具有大量的低品位剥离的铁矿石、石灰石等废石，制备得到级配碎石、级配砂为绿色建材提供了大量原料；目前本溪地区铁矿石资源丰富，截止到2022年已经形成了近10亿吨的冶金固废（主要铁尾矿）的存量，尾矿库中大型库容超过亿立方米。

2.普通混凝土材料的耐久性差，易引发工程问题。辽宁是我国重要的钢铁基地，生产中产生了大量的钢渣、高炉矿渣、脱硫石膏等工业固废，为混凝土高性能化提供优质矿物掺合料。大型火力发电站，产生了大量的粉煤灰，为混凝土高性能化提供优质矿物掺合料。

3.低碳背景下，传统建材材料的发展空间受到限制。普通硅酸盐水泥生产工艺“两磨一烧”过程中，产生了大量的二氧化碳；高炉矿渣、粉煤灰等工业固废材料具有潜在水硬活性，可作为新型胶凝材料；高炉矿渣、粉煤灰等工业固废材料低碳环保，符合绿色低碳方向。

图1 固废资源种类

二、建设内容

研究方向1：基于离散元颗粒流理论固废骨料的最优级配。基于颗粒流理论，固废碎石、尾矿砂、石粉紧密堆积的最优级配。离散元颗粒流理论是研究颗粒堆积的有效方法，可以模拟任意形状、任意粒径的颗粒材料在外部荷载、不同边界条件限制下颗粒的流动变化情况。土木工程材料中集料是按照不同的颗粒组合的，不同级配得到的空隙率大小不一致，通过离散元数值模拟技术获取最优级配具有重要的应用价值。

图2 研究方向一

  研究方向2：掺工业固废中低强度混凝土、砂浆的高性能化。中低强度工程材料一般在耐久性等性能会比较低，而大部分土木工程并不需要高强混凝土、砂浆，高强混凝土、砂浆往往经济性较差。中低强度混凝土的高性能化可以很好的解决性价比问题，掺固废资源能如矿渣等微细集料是有助于中低强度混凝土、砂浆高性能化的；掺固废资源混凝土、砂浆的强度形成机理研究。结合宏微观分析，获取强度形成机理，建立宏微观本构模型。国内外对固废综合利用方面实践较多而理论方面较欠缺，通过实验室开展固废综合利用的理论研究工作，基于离散元理论分析固废资源综合利用的微观力学机理、宏微观力学模型，为把尾矿资源应用到混凝土、建筑砂浆、陶瓷等材料中提供有力的理论支撑。

图3 研究方向二

  研究内容3：固废基无机聚合物胶凝体系研究。以铁尾矿砂、铁尾矿石粉等固废为骨料，开发碱激发特种建材，研发适用于碱激发的塑化剂、缓凝剂，发挥碱激发的早强、高强、耐久性优良特性。为碱激发大范围工程应用提供理论支撑。

图4 研究方向三

研发成果体系包括土木工程材料和矿山材料。

图5 研发成果体系

三、实验室条件

        1.人员及实验条件

依托辽辽宁科技学院校级“绿色建材科研团队”平台，围绕本溪地区矿山企业，开展了固废基特种建材的大量研发工作，开发出了一系列高性能特种建材，中心形成了固废资源综合利用稳定的科研方向。近5年承担省级科研项目10余项，横向课题50余项，年到款经费200余万元。发表相关三大检索类论文20余篇。获辽宁省科技进步一等奖1项、中国爆破行业协会科技进步二等奖1项、矿山企业行业协会科技进步一等奖1项。实验室共有专业技术人员23人，其中教授4人，博士11人；辽宁省“百千万人才工程”青年拔尖人才1人，辽宁省“百千万人才工程”千层次人才2人，本溪市自然科学学术带头人4人。近年来，获辽宁省科技进步一等奖1项；主持辽宁省应用基础研究计划项目1项，省自然科学基金计划重点项目1项，省自然科学基金计划面上项目2项，主持辽宁省科技厅其它项目2项、辽宁省教育厅自然科学研究项目10余项，参与国家自然科学基金项目10余项；发表学术论文50余篇，其中SCI、EI检索20余篇；授权发明专利10余项。

图6 实验室设备

实验室主任罗旭东教授介绍。罗旭东，男，博士，教授，博士生导师，辽宁科技学院副院长，兼任辽宁省镁质材料工程研究中心主任、中国耐火材料行业协会常务理事、中国陶瓷工业协会工业陶瓷分会副会长、中国金属学会耐火分会委员、中国硅酸盐学会耐火材料分会委员，辽宁省非金属矿工业协会副会长。任《辽宁科技大学学报》、《沈阳化工大学学报》、《耐火材料》、《耐火与石灰》等期刊编委。先后在清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室、美国中佛罗里达大学和日本琦玉工业大学做博士后和访问学者工作。先后承担国家自然基金委重点联合基金、面上基金、青年基金以及省、市、企业各类项目50余项，发表论文150余篇，出版专著5部，授权专利50余项。先后获中国非金属矿行业协会科技进步二等奖2项、科技发明二等奖2项、江苏省科学技术三等奖1项，辽宁省科学技术三等奖1项，被评为全国非金属矿行业“青年领军人才”、辽宁省兴辽英才计划“青年拔尖人才”称号、辽宁省“青年岗位能手”等称号。

图7 实验室主任 罗旭东

罗旭东，男，博士，教授，博士生导师，辽宁科技学院副院长，兼任辽宁省镁质材料工程研究中心主任、中国耐火材料行业协会常务理事、中国陶瓷工业协会工业陶瓷分会副会长、中国金属学会耐火分会委员、中国硅酸盐学会耐火材料分会委员，辽宁省非金属矿工业协会副会长。任《辽宁科技大学学报》、《沈阳化工大学学报》、《耐火材料》、《耐火与石灰》等期刊编委。先后在清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室、美国中佛罗里达大学和日本琦玉工业大学做博士后和访问学者工作。先后承担国家自然基金委重点联合基金、面上基金、青年基金以及省、市、企业各类项目50余项，发表论文150余篇，出版专著5部，授权专利50余项。先后获中国非金属矿行业协会科技进步二等奖2项、科技发明二等奖2项、江苏省科学技术三等奖1项，辽宁省科学技术三等奖1项，被评为全国非金属矿行业“青年领军人才”、辽宁省兴辽英才计划“青年拔尖人才”称号、辽宁省“青年岗位能手”等称号。

图8 研究负责人

实验室共有专业技术人员23人，其中教授4人，博士11人；宝钢教学名师1人，辽宁省“百千万人才工程”百层次人才1人，辽宁省“百千万人才工程”千层次人才2人，本溪市自然科学学术带头人4人。近年来，获辽宁省科技进步一等奖1项；主持辽宁省应用基础研究计划项目1项，省自然科学基金计划重点项目1项，省自然科学基金计划面上项目2项，主持辽宁省科技厅其它项目2项、辽宁省教育厅自然科学研究项目10余项，参与国家自然科学基金项目10余项；发表学术论文50余篇，其中SCI、EI检索20余篇；发表发明专利10余项。

       2.工程中心场地面积

四、建设计划

第一年：（1）实验室规章制度，包括：实验室日常运营管理制度、实验室开放基金管理制度、科研团队管理制度等；（2）制定详细的实验室专项资金使用方案；（3）根据现有专业技术人员优化科研团队组成；科学合理分配科研设备，建立实验分室；（4）开展实验室3个科研方向的理论研究工作；（5）引进（包括柔性）高层次科研人员。

考核：（1）制定的各项制度文件；（2）组建的科研团队和实验室分室；（3）学术成果。

第二年：（1）积极申报国家级、省部级基金项目，争取获批国家级科研项目、省部级重大专项、省部级重点研发科研项目；积极主动对接辽宁省矿山企业，开展实验室对外服务工作；（2）实验室开放基金项目投入运行，开展基金申报、评审、管理等工作；（3）开展与国家级重点实验室、高等院校、科研院所联合科技攻关项目工作；（4）开展实验室服务地方重点企业工作；（5）引进（包括柔性）高层次科研人员。

考核：（1）省部级项目2项以上；（2）横向服务项目3项以上，到款200万元以上；（3）实验室开放基金5项；（4）确定重点合作单位2家，重点服务企业2家；（5）学术成果。

第三年：（1）积极申报国家级、省部级基金项目，争取获批国家级科研项目、省部级重大专项、省部级重点研发科研项目；积极主动对接辽宁省矿山企业，开展实验室对外服务工作；（2）实验室开放基金项目，开展基金申报、评审、管理等工作；（3）开展与国家级重点实验室、高等院校、科研院所联合科技攻关项目工作；（4）开展实验室服务地方重点企业工作；（5）引进（包括柔性）高层次科研人员。

考核：（1）省部级项目2项以上；（2）横向服务项目3项以上，到款200万元以上；（3）实验室开放基金5项；（4）学术成果。