合成地聚物是循环流化床锅炉粉煤灰高值化利用的有效途径，力学性能是地聚物作为建筑材料使用的重要性能指标，受粉煤灰原料和合成工艺过程诸多因素影响。采用山西朔州王坪电厂循环流化床粉煤灰，利用高分辨率扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和固体核磁共振仪探究粉煤灰形成地聚物的演化历程和地聚反应机理，在此基础上考察主要工艺参数对地聚物力学性能的影响，并借助多层前馈神经网络对制备条件进行优化。结果表明，粉煤灰中无定形的硅铝化合物在激发剂的作用下形成硅、铝单体，单体再经水解、缩聚及凝胶化反应聚合为地聚物凝胶，凝胶间相互结合形成更大的凝胶体，此后向凝胶失水、硬化阶段转变，最终生成地聚物，构成地聚物的主要化学键为Si—O—Al。增加激发剂模数、减少液固比、提高激发剂中Na2O质量分数、降低养护温度等能够增加地聚物凝胶质量分数，从而提升力学性能；养护时间和搅拌时间过长，不利于产物力学性能的提升。基于脱模后常温养护7 d的地聚物实验数据，构建了结构为6-8-1的力学性能预测模型、进行神经网络优化，模型具有较好的训练精度和泛化能力，训练误差和测试误差分别为0.98%和3.85%。