（1）粉煤灰的化学组成

粉煤灰是由煤粉经高温燃烧后生成的火山灰质材料，经化学分析，除含有少量未烧尽的煤粉外，其主要化学成分为SiO2、Al2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SO3等氧化物，其中SiO2和Al2O3含量占总含量的60%以上。我国大多数粉煤灰的氧化物含量范围是：SiO2（40%~60%），Al2O3（15%~40%），CaO（2%~8%），MgO（0.5%~5%），Fe2O3（3%~10%）。

（2）粉煤灰的矿物成分

粉煤灰中的矿物与母煤的矿物组成有关。母煤中主要含有铝硅酸盐矿物、氧化硅、黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及氯化物等，其中主要是铝硅酸盐类的黏土质矿物和氧化硅。在煤粉燃烧的过程中，这些原矿物会发生化学反应，冷却后形成各种粉煤灰中的矿物和玻璃体。粉煤灰通常含有60%~90%的玻璃体，而玻璃体的化学成分和活性主要取决于钙的含量。有烟煤生产的低钙粉煤灰含有铝硅玻璃体，其活性通常低于高钙粉煤灰中的钙铝硅酸盐玻璃体。在低钙粉煤灰中发现的晶体矿物主要是石英、莫来石（3Al2O3·2SiO2）、硅线石（Al2O3·SiO2）、赤铁矿和磁铁矿，这些矿物并不具备任何的火山灰活性。高钙粉煤灰中的晶体矿物主要是石英、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）、硫铝酸钙（4CaO·3Al2O3·SO3）、硬石膏（CaSO4）、游离氧化钙、方镁石和碱性硫酸盐。除了石英和方镁石外，高钙粉煤灰中所有的晶体矿物均具有较高活性。高钙粉煤灰不仅具有胶凝性，也具有火山灰活性，如果没有石膏或其他外加剂的缓凝作用，还会加速水泥的凝结硬化。

（3）粉煤灰的颗粒特性

一般来讲，在机理上矿物掺和料对新拌混凝土和硬化混凝土性能的影响主要取决于颗粒的粒径、形状和结构。粉煤灰的火山灰活性通常与小于10μm的颗粒含量呈正比，而大于45μm的粉煤灰颗粒很小或不具备火山灰活性。相对于高炉矿渣等其他胶凝材料，粉煤灰为球形颗粒，这对于减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积极意义。

（4）粉煤灰活性激发机理

粉煤灰的活性是指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示出来的凝结硬化性能。粉煤灰的活性是潜在的，需要激发剂的激发才能发挥出来。具体作用方式包括两个方面，一是提供有效的氢氧根离子，以形成较强的碱性环境，促进活性SiO2、Al2O3溶蚀，提高火山灰反应的速度；二是提供碱性较强的碱，直接参与反应，加快基本火山灰胶结产物的生成。常用的激发剂有石灰、石膏、水泥熟料等，例如石灰对粉煤灰的激发机理为：

mCaO+nH2O+SiO2→mCaO·SiO2·nH2O

mCaO+nH2O+Al2O3→mCaO·Al2O3·nH2O

粉煤灰中含有较多的活性氧化物SiO2、Al2O3，它们能与氢氧化钙在常温下发生化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。因此粉煤灰和其他火山灰质材料一样，当与石灰、水泥熟料等碱性物质混合加水拌合成胶泥状态后，能凝结、硬化并具有一定强度。

粉煤灰的活性不仅决定于它的化学组成，而且与它的物相组成和结构特征有着密切的关系。高温熔融并经过骤冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃微珠，这些玻璃微珠含有较高的化学内能，是粉煤灰具有活性的主要矿物相。