我国工业化进程的快速发展过程中产生了大量工业固废,但因工业固废利用率低造成其大量堆存,大量堆积的工业固废会污染大气、水体甚至危害人类健康。工业固废制备建筑材料是一种大规模利用工业固废的途径,但该利用过程中固废综合利用率和产品附加值的矛盾阻碍了这一途径的进一步发展。本文以解决工业固废的大量堆积为目的,结合固废协同互补和价值跃迁这两个理念,创新性的提出“全工业固废制备硫铝酸盐基3D打印胶凝材料”这一研究思路。本文将按照“工业固废高效预处理-工业固废协同互补制备高性能硫铝酸盐胶凝材料-胶凝材料制备建筑3D打印材料”的研究思路,实现工业固废的分质、再生、价值重构,形成固废整体资源化、绿色高值化的技术体系,从而解决固废资源化利用过程存在的产品性能与成本的矛盾,实现固废真正意义上的变废为宝及大规模的资源化利用。全文开展的主要工作如下:(1)选择垃圾焚烧飞灰作为制备硫铝酸盐胶凝材料的主要原料,对飞灰的预处理除氯工艺展开研究。选择水洗作为飞灰的预处理手段,研究了水洗条件对飞灰除氯效率的影响、对飞灰矿物成分和形貌的影响,分析了水洗飞灰除氯的机理、飞灰水洗前后矿物成分和形貌改变的机理,得到最佳的水洗工艺。并对飞灰水洗液的成分进行初步探究,研究了水洗条件对飞灰水洗液pH值的影响、对水洗液提取物的质量和矿物成分的影响,并简单分析其机理。得到最佳的飞灰水洗工艺为:水灰比为3进行两次水洗,第一次水洗60 min,第二次水洗30 min,控制水洗温度为25℃。经过预处理后,飞灰中氯化物含量能够降至1%,残留氯化物主要是水洗难以去除的FeOCl。水洗条件会对飞灰水洗液的pH值、水洗液提取物的质量和成分产生一定影响。(2)利用飞灰、脱硫石膏、铝灰三种固废为原料,开展了固废基硫铝酸盐胶凝材料的制备研究。采用三率值法和物料平衡相结合的方法进行配料计算,研究了煅烧温度对胶凝材料的化学成分、矿物成分和强度性能的影响,并以此为依据得到了最佳胶凝材料制备工艺:原材料试饼在煅烧温度为1270℃下保温30 min,制备得胶凝材料具有最佳的水硬性矿物成分含量和最佳的强度特性,材料的1、3、28天强度分别为44.1 MPa、69.8 MPa和93.4 MPa,与同类型的飞灰基硫铝酸盐胶凝材料相比,该材料在相同水化龄期具有更优异的强度特性。针对性能最佳的胶凝材料,研究了其对八种重金属的固化能力,该材料对重金属具有较好的固化作用,所测材料各水化龄期样品的八种重金属的浸出浓度远低于国家标准浓度限值;并对该材料进行了生命周期评价,相比于传统的硫铝酸盐水泥,该固废源硫铝酸盐胶凝材料对环境的影响更小。(3)以固废源硫铝酸盐胶凝材料为基础材料,开展了制备建筑3D打印材料的试验研究。研究内容包括:单一外加剂对胶凝材料性能的影响规律及其机理分析;骨料添加量和纤维添加类型对混合材料的强度影响规律探究;建筑3D打印材料的配料及其性能测试;优选3D打印材料配料并使用该材料打印建筑构件;固废到建筑3D打印材料的全过程成本分析。研究发现,外加剂对胶凝材料的性能影响符合一定的规律,适量添加外加剂可以改善胶凝材料的流动性和凝结时间。以硫铝酸盐胶凝材料为基础材料,可以制备高性能的建筑3D打印材料,以此材料打印的构件具有良好的外观和强度。从固废到建筑3D打印材料的整个生产过程具有较高的经济效益。“全工业固废制备硫铝酸盐基3D打印胶凝材料”极具现实意义,可突破单一固废成分、特性和价值限值,解决固废制备建筑材料路线中产品性能与成本的矛盾,为绿色建材的产业开发开辟新途径,为工业固废的大规模利用提供理论指导。