作为典型的的大宗工业废弃物,钢渣、粉煤灰、脱硫石膏等大量的排放和堆存对环境带来严重的危害。利用钢渣、粉煤灰、脱硫石膏制备无机胶凝材料以替代部分水泥用于工业生产,不仅可以促进工业固废的大规模处置,同时可以实现水泥减产降耗、节约成本等目的。本文采用超音速蒸汽粉碎机对粉煤灰和钢渣进行超微粉磨,通过理论分析与实验研究,探讨了粉煤灰、钢渣的超微粉化作用机理和其对胶凝材料的增强作用机制。同时选用所制备的钢渣超微粉、粉煤灰超微粉为主要胶凝材料,脱硫石膏微粉作为辅助胶凝材料和活性激发剂,设计一种钢渣-粉煤灰-脱硫石膏（SS-FA-DG）全固废三元胶凝体系,对此胶凝体系的水化产物、反应机理、反应过程进行了重点研究。并通过养护条件优化、强化碳化实验,进一步提升了胶凝材料的力学性能。最后,在理论研究的基础上,初步探索了SS-FA-DG全固废三元胶凝体系在高性能免烧透水砖方面的工程应用。主要工作和结论如下:（1）对比研究了流化床粉煤灰（CFBFA）和煤粉炉粉煤灰（PCFA）在超微粉磨前后的特性变化。结果表明,粉煤灰的超微粉化不仅使得其比表面积的增加,而且导致了粉煤灰中硅铝酸盐矿物的结晶度和阴离子聚合度的降低。对粉煤灰-水泥胶凝试块的性能研究表明,粉煤灰超微粉比粉煤灰原灰更有利于水泥胶凝试块抗压强度的提升,尤其是早期抗压强度的发展。胶凝试块的吸水率和热失重的研究表明,粉煤灰超微粉提高了胶凝试块的密实度,且提高了试块中C-S-H的含量。与PCFA相比,CFBFA中硅铝酸盐矿物的阴离子聚合度较低,CFBFA更有利于提升水泥试块的前期抗压强度,而PCFA玻璃体中的活性SiO₂和Al₂O₃在反应过程中缓慢释放,更加有利于提升试块的后期抗压强度。（2）详细研究了超音速蒸汽粉碎机对钢渣的超微粉碎特性。结果表明,钢渣经过超微粉碎后,被分级收集可以获得不同粒度的钢渣超微粉,其中颗粒较小的钢渣超微粉,颗粒富集较多CaO和SiO₂,且其阴离子聚合度也较低,晶体尺寸较小,活性较高,更加适合用于胶凝材料的制备。研究了钢渣超微粉对粉煤灰-水泥胶凝试块性能的影响,结果发现,利用钢渣超微粉替代部分水泥使粉煤灰-水泥二元胶凝体系转变为粉煤灰-钢渣-水泥三元胶凝体系,胶凝试块的抗压强度、抗冻性和耐磨性都得到大幅提高。（3）以抗压强度为主要指标,考察了钢渣,粉煤灰和脱硫石膏三种固废的协同胶凝效应,结果表明,不同胶凝体系的协同效应大小为:三元体系>二元体系（钢渣-粉煤灰）>一元体系（钢渣）。采用钢渣超微粉:粉煤灰超微粉:脱硫石膏微粉为70:20:10的配比制备全固废胶凝试块,试块抗压强度较高（28天抗压强度为39.6MPa）,耐水性较好（软化系数为1.09）。对胶凝试块的SEM、XRD和TGA分析表明,粉煤灰-钢渣-脱硫石膏复合胶凝体系的协同效应为,钢渣自身具有自胶凝特性;粉煤灰促进了钢渣的二次水化反应,生成更多的C-S-H凝胶;脱硫石膏参与体系反应,生成钙矾石晶体,针杆状的钙矾石晶体与C-S-H凝胶交错生长,形成致密网络状结构,降低试块孔隙率,优化试块整体结构,并且脱硫石膏对粉煤灰起到活性激发作用,加深了反应程度,增加了试块中C-S-H含量,同时也促进水化产物中高钙硅比（c/s）水化硅酸钙向低c/s水化硅酸钙的转化,因此提高了胶凝试块的力学性能。（4）研究了SS-FA-DG复合胶凝体系的反应动力学,并考察温度对其反应动力学特点的影响。结果表明,SS-FA-DG复合胶凝体系的反应可以分为五个阶段进行。第一阶段,钢渣水解,体系液相中出现OH^-和Ca²⁺;第二阶段,粉煤灰的活性Al、Si在OH^-的刺激下开始溶出,在溶液中形成H₂SiO₄^2-与H₂AlO^3-;第三反应阶段,液相中H₂SiO₄^2-、H₂AlO₃^-与SO₄^2-、Ca²⁺发生反应生成C-S-H和钙矾石等产物,胶凝试块开始硬化,并产生一定的抗压强度。第四阶段,C-S-H大量生成,同时大量消耗Ca（OH）₂,C-S-H开始成核、结晶。第五阶段,C-S-H和钙矾石晶体在胶凝材料内部不断扩散、相互生长,形成网络状结构,使胶凝试块更加密实,抗压强度快速发展。养护温度的提升可以缩短SS-FA-DG复合胶凝体系各阶段的反应时间,加速水化反应速度。同时,温度的提升使水化产物的聚合度增加,提高水化程度,增加了C-S-H的生成量,使得胶凝试块的抗压强度更高。（5）对SS-FA-DG全固废三元胶凝体系的养护制度进行优化研究。实验发现,在湿热+蒸压复合养护条件下,SS-FA-DG三元胶凝试块的抗压强度在较短的养护时间（<4天）内达到了35.8MPa,符合国标MU35的强度要求。XRD,FT-IR和TGA分析表明,湿热养护有利于胶凝试块中C-S-H的快速生成,而蒸压养护则促进了C-S-H向托勃莫来石晶体的转化。SEM分析表明C-S-H胶凝与托勃莫来石晶体互相链接,紧密结合,形成一种更加致密的微观结构,从而使得胶凝试块的抗压强度较高。对养护完成后的胶凝试块进行强化碳化实验,结果表明,胶凝试块的抗压强度进一步增长约19.6%,这主要是因为微纳米级碳酸钙填充孔隙,使凝胶块更致密。强化碳化后,胶凝试块的质量增加了1.95%,说明其自身质量的1.95%的CO₂被吸收。（6）采用自主开发的“机械造孔-静压成型”新技术,以SS-FA-DG复合微粉为胶凝材料,以矿渣为骨料,骨胶比为6:4,水灰比为0.2,采用梯度蒸压养护制度,制备高性能免烧透水砖。结果显示,所制备透水砖各项性能均满足或超过相关国家标准要求。透水砖产品在山西太钢集团进行了中试生产,并对中试产品在山西襄垣进行实地铺设,经过一年的使用发现,本课题所研制免烧透水砖的长期稳定性良好,具有较好的市场、经济效益前景。