利用矿渣、脱硫石膏和粉煤灰作为固化剂来固化市政污泥使其成为一种垃圾填埋场建设材料是一种固体废物可持续处置的手段。本文主要针对污泥的固化机理采用室内试验和理论分析的方式探究了污泥、粉煤灰、矿渣改性污泥形成固化材料的宏观力学强度、矿物成分的演变、分子基团变化、晶体分解相变等过程的研究。在宏观力学方面测试固化试块的无侧限抗压强度、直接剪切强度以及渗透特性;微观机理的研究方面,采用了X射线衍射、傅里叶红外光谱分析、热重差热分析实验、氮气吸附脱附实验和扫描电镜+能谱分析对试块孔隙结构进行微观机理研究。从宏观和微观两方面研究对工业固废改性市政污泥的改性机理进行了解释,并在此基础上建立宏观力学参数与微观结构参数之间的相关性。基于以上试验,得到如下研究成果:(1)水分的含量在污泥固化前期起到关键性的作用,抗压强度随着污泥含量的降低均出现不同程度的增长。碱性能明显增强抗压强度,但超过一定量,强度出现衰减。固化后的强度和渗透特性可以达到填埋场覆盖材料的要求。(2)从矿物成分的分析来看,固化污泥的XRD分析发现了大量的水合硅铝酸盐,沸石和长石类晶体,其中胶凝物质主要以水合硅铝酸钙的形式存在,随着碱性增强,胶凝物质逐渐向水合硅铝酸钠的形式转化。(3)根据微观结构参数检测分析其可知,固化污泥试块的比表面积分布在112.288～198.415m~2/g范围内,总孔体积在0.1522～0.4838cm~3/g的范围内,平均孔径集中在5.194～14.635nm,孔隙以介孔为主。(4)扫描电镜可以看到随着养护时间延长,大量的颗粒物质逐渐变得杂乱无序,粉煤灰球状颗粒逐渐减少,在反应后期逐渐紧密地连接在一起,形成了一个具有更高互连性的凝胶状网络。钙矾石粒径明显增大,棒状的钙矾石呈团簇状分布。根据能谱(EDS)点的元素分析结果,可以分析凝胶产物主要是氧化硅铝酸钙和氧化硅铝酸钠。(5)利用SPSS统计软件得出两个可以综合表达污泥固化体微观结构特性参数的指标ξ的表达式。进一步对这种宏观力学指标与微观的结构参数之间的联系进行分析,建立结构综合参数与宏观力学强度参数之间的相关关系式。