1. 活性效应与强度发展

火山灰活性增强：高铝粉煤灰（Al₂O₃>40%）中的活性玻璃体Al₂O₃在碱性环境下（如水泥水化产生的Ca(OH)₂）迅速反应，生成水化铝酸钙凝胶。这种凝胶与水化硅酸钙（C-S-H）共同填充混凝土孔隙，提升密实度，从而显著提高后期强度。例如，内蒙古准格尔煤田高铝粉煤灰（Al₂O₃含量达52.72%）掺入混凝土后，28天抗压强度较普通粉煤灰提升15%-20%。

早期强度延迟：由于粉煤灰替代部分水泥，水泥水化产物减少，混凝土早期强度发展较慢。但后期二次水化反应（粉煤灰活性成分与Ca(OH)₂反应）使强度持续增长，90天强度可超过基准混凝土。

2. 耐久性优化

抗渗性提升：高铝粉煤灰的微细颗粒（粒径0.1-10μm）填充水泥浆体空隙，降低孔隙率至10%以下（普通混凝土为15%-20%）。同时，活性Al₂O₃与Ca(OH)₂反应生成低碱水化硅酸钙凝胶，减少大尺寸Ca(OH)₂晶体（尺寸约1-3μm）的富集，从而阻断水分和侵蚀性介质（如Cl⁻、SO₄²⁻）的渗透通道。例如，掺30%高铝粉煤灰的混凝土抗渗等级可达P12（普通混凝土为P8）。

抗碳化能力增强：高铝粉煤灰通过细化孔结构（平均孔径从50nm降至30nm）和降低Ca(OH)₂含量，减缓CO₂扩散速率。研究表明，掺25%高铝粉煤灰的混凝土碳化深度较基准混凝土减少30%-40%，满足50年设计寿命要求。

抗钢筋锈蚀：高铝粉煤灰降低混凝土孔隙率并细化孔结构，使Cl⁻扩散系数从2×10⁻¹² m²/s降至5×10⁻¹³ m²/s，有效抑制钢筋锈蚀。同时，碱性环境（pH>12.5）维持钢筋表面钝化膜稳定，延长结构寿命。

3. 碱-骨料反应抑制

有效碱含量降低：高铝粉煤灰取代部分水泥后，混凝土中可溶性碱（Na₂O+K₂O）含量减少20%-30%。例如，掺40%高铝粉煤灰的混凝土有效碱含量从3.5kg/m³降至2.5kg/m³，低于碱-骨料反应临界值（3.0kg/m³）。

物理化学双重抑制：粉煤灰颗粒吸附碱离子，同时反应生成的水化产物包裹骨料表面，阻断碱-硅酸反应（ASR）的膨胀应力传递。试验表明，掺高铝粉煤灰的混凝土在80℃、1mol/L NaOH溶液中浸泡14天后，膨胀率<0.02%（未掺时为0.15%），满足ASTM C1260标准要求。

4. 潜在风险与控制

需水量比波动：高铝粉煤灰中玻璃微珠含量影响需水量比。若玻璃微珠占比<70%，需水量比可能升至105%-110%（优质粉煤灰为95%-100%），导致混凝土流动性下降。需通过调整减水剂掺量（如聚羧酸系减水剂从1.0%增至1.2%）或优化配合比控制。

烧失量限制：高铝粉煤灰中未燃碳（烧失量）若>8%，会吸附外加剂（如引气剂、减水剂），降低混凝土工作性能。需严格控制烧失量<5%，或通过增加外加剂掺量补偿。

与铝模板的相容性：铝模板与混凝土接触时，若粉煤灰中Al₂O₃含量过高，可能加速铝与混凝土碱液的反应（2Al + Ca(OH)₂ + 2H₂O → CaO·Al₂O₃ + 3H₂↑），导致表面气泡增多。需通过模板抛光预氧化处理或使用油性脱模剂（前3层）减少反应。