（1）粉煤灰的化學(xué)組成

粉煤灰是由煤粉經(jīng)高溫燃燒后生成的火山灰質(zhì)材料，經(jīng)化學(xué)分析，除含有少量未燒盡的煤粉外，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SO3等氧化物，其中SiO2和Al2O3含量占總含量的60%以上。我國(guó)大多數(shù)粉煤灰的氧化物含量范圍是：SiO2（40%~60%），Al2O3（15%~40%），CaO（2%~8%），MgO（0.5%~5%），F(xiàn)e2O3（3%~10%）。

（2）粉煤灰的礦物成分

粉煤灰中的礦物與母煤的礦物組成有關(guān)。母煤中主要含有鋁硅酸鹽礦物、氧化硅、黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽及氯化物等，其中主要是鋁硅酸鹽類(lèi)的黏土質(zhì)礦物和氧化硅。在煤粉燃燒的過(guò)程中，這些原礦物會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，冷卻后形成各種粉煤灰中的礦物和玻璃體。粉煤灰通常含有60%~90%的玻璃體，而玻璃體的化學(xué)成分和活性主要取決于鈣的含量。有煙煤生產(chǎn)的低鈣粉煤灰含有鋁硅玻璃體，其活性通常低于高鈣粉煤灰中的鈣鋁硅酸鹽玻璃體。在低鈣粉煤灰中發(fā)現(xiàn)的晶體礦物主要是石英、莫來(lái)石（3Al2O3·2SiO2）、硅線石（Al2O3·SiO2）、赤鐵礦和磁鐵礦，這些礦物并不具備任何的火山灰活性。高鈣粉煤灰中的晶體礦物主要是石英、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、硫鋁酸鈣（4CaO·3Al2O3·SO3）、硬石膏（CaSO4）、游離氧化鈣、方鎂石和堿性硫酸鹽。除了石英和方鎂石外，高鈣粉煤灰中所有的晶體礦物均具有較高活性。高鈣粉煤灰不僅具有膠凝性，也具有火山灰活性，如果沒(méi)有石膏或其他外加劑的緩凝作用，還會(huì)加速水泥的凝結(jié)硬化。

（3）粉煤灰的顆粒特性

一般來(lái)講，在機(jī)理上礦物摻和料對(duì)新拌混凝土和硬化混凝土性能的影響主要取決于顆粒的粒徑、形狀和結(jié)構(gòu)。粉煤灰的火山灰活性通常與小于10μm的顆粒含量呈正比，而大于45μm的粉煤灰顆粒很小或不具備火山灰活性。相對(duì)于高爐礦渣等其他膠凝材料，粉煤灰為球形顆粒，這對(duì)于減少混凝土拌合物的需水量和提高混凝土拌合物的工作性具有積極意義。

（4）粉煤灰活性激發(fā)機(jī)理

粉煤灰的活性是指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示出來(lái)的凝結(jié)硬化性能。粉煤灰的活性是潛在的，需要激發(fā)劑的激發(fā)才能發(fā)揮出來(lái)。具體作用方式包括兩個(gè)方面，一是提供有效的氫氧根離子，以形成較強(qiáng)的堿性環(huán)境，促進(jìn)活性SiO2、Al2O3溶蝕，提高火山灰反應(yīng)的速度；二是提供堿性較強(qiáng)的堿，直接參與反應(yīng)，加快基本火山灰膠結(jié)產(chǎn)物的生成。常用的激發(fā)劑有石灰、石膏、水泥熟料等，例如石灰對(duì)粉煤灰的激發(fā)機(jī)理為：

mCaO+nH2O+SiO2→mCaO·SiO2·nH2O

mCaO+nH2O+Al2O3→mCaO·Al2O3·nH2O

粉煤灰中含有較多的活性氧化物SiO2、Al2O3，它們能與氫氧化鈣在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成較穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。因此粉煤灰和其他火山灰質(zhì)材料一樣，當(dāng)與石灰、水泥熟料等堿性物質(zhì)混合加水拌合成膠泥狀態(tài)后，能凝結(jié)、硬化并具有一定強(qiáng)度。

粉煤灰的活性不僅決定于它的化學(xué)組成，而且與它的物相組成和結(jié)構(gòu)特征有著密切的關(guān)系。高溫熔融并經(jīng)過(guò)驟冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃微珠，這些玻璃微珠含有較高的化學(xué)內(nèi)能，是粉煤灰具有活性的主要礦物相。