随着我国冶金、电力和建材等行业快速发展,工业固废和CO2的排放量日益增长,其造成的资源和环境问题已成为制约行业低碳绿色可持续发展的重要因素。固废资源化高效利用和发展低碳绿色水泥成为了两大亟待解决的问题。以加强生态文明建设、迈向碳达峰·碳中和为政策导向,利用固废高掺量制备胶凝材料以替代水泥的使用是固废资源化高效利用和发展低碳绿色水泥的有效途径。本文以拜耳法赤泥、脱硫石膏和粉煤灰三种固废作为典型的碱性固废、硫酸盐类固废和硅铝质固废制备新型低碳绿色的赤泥等固废胶凝材料,并围绕赤泥等固废胶凝材料水化过程中三种固废间复合协同效应及其性能变化与微结构演变的关系开展了系统研究。首先,研究了热活化作用下赤泥火山灰活性的提升机理,阐述了温度对赤泥物相、火山灰活性及聚合度的影响规律。随温度升高（100-1000℃）,赤泥物相由晶态物质→非晶态物质→晶态物质转变,其火山灰活性先升高后降低,聚合度先降低后升高,且火山灰活性与聚合度之间存在良好的线性关系;700℃时,赤泥火山灰活性最高、聚合度最低。微结构结果显示,RM700的晶体衍射峰强度明显降低,非晶相弥散峰面积增大,微观形貌呈现杂乱分散且疏松的结构,Si-O和Al-O键相对稳定的聚合结构被破坏,结构中形成了断裂键和活化点。其次,研究了赤泥等固废胶凝材料水化过程中赤泥、粉煤灰和脱硫石膏间复合协同效应,分析了复合协同效应对赤泥等固废胶凝材料性能及微结构的影响。在三种固废复合协同作用下,赤泥等固废胶凝材料力学性能被显著提高;当三种固废掺量为50%时,赤泥等固废胶凝材料28 d的抗压强度为50.60 MPa,且各龄期下力学性能均高于#42.5硅酸盐水泥标准。微结构结果显示,赤泥等固废胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C-S-H和C（N）-A-S-H凝胶等;在碱性和硫酸盐协同作用下,赤泥和粉煤灰中活性硅铝物质可快速参与反应,使赤泥等固废胶凝材料水化程度向聚合度更高的反应方向进行;大量的凝胶与钙矾石交错生长,降低了赤泥等固废胶凝材料基体的孔隙率,形成了致密的结构,从而提高了其力学性能;浸出结果显示,赤泥等固废胶凝材料对Na+有较好的固化效果。再次,研究了各固废掺量对赤泥等固废胶凝材料性能的影响规律,建立了赤泥等固废胶凝材料需水量、凝结时间及抗压强度的预测统计模型。在设定的范围内（赤泥=17.5-35.0%、脱硫石膏=2.5-12.5%、粉煤灰=10.0-25.0%）,粉煤灰明显降低了赤泥等固废胶凝材料的需水量,脱硫石膏显著增加了赤泥等固废胶凝材料的需水量;赤泥明显降低了赤泥等固废胶凝材料的凝结时间,脱硫石膏显著增加了赤泥等固废胶凝材料的凝结时间;优化设计得到赤泥最大掺量为32.1%时,赤泥等固废胶凝材料28 d抗压强度高达53.13 MPa。经过多个试验点的验证,需水量、凝结时间和抗压强度的方程预测值与实测值偏差均小于10%,展示出模型具有良好的显著性。接着,研究了 Ca/（Si+Al）摩尔比对赤泥等固废胶凝材料性能及微结构的影响,明晰了赤泥等固废胶凝材料的Ca/（Si+Al）比与其性能及微结构演变的关系。随Ca/（Si+Al）比增加（1.52-1.92）,赤泥等固废胶凝材料力学性能、水化产物凝胶的生成量、聚合度及Al（Ⅳ）结构含量均先增加后降低;赤泥等固废胶凝材料的孔隙率先降低后增加;水化后期会生成大量的凝胶和钙矾石,且凝胶对赤泥等固废胶凝材料力学性能的贡献大于钙矾石。随水化龄期增加,赤泥等固废胶凝材料中凝胶及其聚合度、Al（Ⅳ）结构含量显著增加。当Ca/（Si+Al）比为1.68时,赤泥等固废胶凝材料力学性能、凝胶的聚合度及[AlO4]-含量最高;体系中Na元素与凝胶中Al元素分布一致,表明Na+主要参与电荷平衡而被固化。最后,研究了赤泥和粉煤灰中硅铝溶出特性及赤泥等固废胶凝材料的水化过程,明确了赤泥等固废胶凝材料的水化机理。相比于碱溶液,赤泥和粉煤灰在碱和硫酸盐溶液中硅铝溶出浓度显著增加。赤泥和粉煤灰中颗粒的溶解和元素溶出过程受多个因素影响,温度对其影响最大,增加温度硅铝溶出浓度明显提高。溶出动力学结果表明,赤泥和粉煤灰中硅铝在碱和硫酸盐协同作用下溶出过程主要受内扩散控制。赤泥等固废胶凝材料的水化过程主要顺序为结晶成核与晶体生长→相边界反应→扩散;碱和硫酸盐协同作用可使赤泥和粉煤灰的火山灰反应由扩散过程控制转变为相边界反应过程控制,显著增加了火山灰反应的速率和程度;赤泥等固废胶凝材料的水化过程主要包括三个基本阶段:赤泥和粉煤灰中活性硅铝物质的解聚、C-S-H和C（N）-A-S-H凝胶的缩聚、钙矾石的形成、凝胶聚合至三维网络结构的形成。赤泥等固废协同利用制备路面基层材料工程应用结果表明:材料性能符合相关标准要求,经济、社会及环境效益显著。本研究结果为碱性固废、硫酸盐类固废和硅铝质固废建材化协同利用制备新型胶凝材料提供了科学依据和理论指导。