一、改善砂浆的工作性能（施工性）

增塑与保水作用

滚珠效应：粉煤灰的球形玻璃微珠（占70%以上）在砂浆中起“滚珠轴承”作用，减少颗粒间摩擦力，显著提高流动性。例如，掺入20%粉煤灰的砂浆，扩展度可增加15%~20%，满足泵送或喷射施工要求。

保水性提升：粉煤灰的细颗粒（比表面积300~500 m²/kg）填充砂浆孔隙，形成致密结构，减少水分蒸发。实验表明，粉煤灰掺量15%时，砂浆2小时泌水率降低40%。

延缓凝结时间

粉煤灰中的活性SiO₂和Al₂O₃需在碱性环境中缓慢水化，与水泥水化产物Ca(OH)₂反应生成C-S-H凝胶。这一过程比水泥直接水化慢，可延长砂浆凝结时间1~3小时，尤其适用于高温或长距离运输场景。

减少离析与分层

粉煤灰的微集料效应（粒径0.5~300μm）填充水泥颗粒间隙，优化颗粒级配，降低砂浆分层风险。例如，在自流平砂浆中，粉煤灰掺量25%时，离析率从8%降至2%。

二、增强砂浆的力学性能

火山灰反应（二次水化）

粉煤灰中的活性成分与水泥水化产生的Ca(OH)₂反应，生成低碱度C-S-H凝胶，填补砂浆孔隙，提高密实度。28天强度可能因火山灰反应滞后而略低于纯水泥砂浆，但90天强度可增长10%~20%。

典型数据：掺30%粉煤灰的M15砂浆，28天抗压强度18.5MPa，90天达22.3MPa。

微集料强化效应

粉煤灰的微细颗粒（平均粒径5~10μm）填充水泥颗粒间的空隙，形成更致密的骨架结构。例如，掺20%粉煤灰的砂浆，孔隙率从18%降至14%，抗压强度提高15%。

抑制碱-骨料反应（AAR）

粉煤灰中的活性Al₂O₃可消耗砂浆中的碱（Na₂O、K₂O），降低碱浓度，从而抑制碱-骨料反应导致的膨胀开裂。研究显示，掺30%粉煤灰可使碱-骨料反应膨胀率降低70%~90%。

三、提升砂浆的耐久性

抗渗性改善

火山灰反应生成的C-S-H凝胶填充毛细孔道，降低砂浆渗透性。掺25%粉煤灰的砂浆，28天氯离子渗透系数从2.5×10⁻¹² m²/s降至1.2×10⁻¹² m²/s，抗渗等级提高1~2级。

抗碳化能力增强

粉煤灰的二次水化消耗Ca(OH)₂，但生成的C-S-H凝胶结构更致密，可有效阻挡CO₂侵入。实验表明，掺30%粉煤灰的砂浆，碳化深度比纯水泥砂浆减少30%~40%。

抗硫酸盐侵蚀

粉煤灰降低砂浆中Ca(OH)₂含量，减少硫酸盐侵蚀产物（如钙矾石、石膏）的生成。在5% Na₂SO₄溶液中浸泡180天后，掺25%粉煤灰的砂浆膨胀率仅为纯水泥砂浆的40%。

耐热性提升

粉煤灰中的玻璃体在高温下熔融，填充裂缝并形成隔热层。例如，经800℃高温后，掺30%粉煤灰的砂浆残余强度比纯水泥砂浆高20%~30%。

四、经济与环保效益

降低成本

粉煤灰价格仅为水泥的1/3~1/2，掺入30%粉煤灰可降低砂浆材料成本15%~20%。例如，生产1m³ M10砂浆，纯水泥成本约300元，掺30%粉煤灰后成本降至240元。

节能减排

每使用1吨粉煤灰可减少CO₂排放约0.8吨，同时节约水泥生产能耗（每吨水泥熟料耗能约105kWh）。若全国砂浆中掺入20%粉煤灰，年可减少CO₂排放超1亿吨。

资源化利用

粉煤灰是燃煤电厂的固体废弃物，全球年排放量超10亿吨。将其用于砂浆生产，可解决堆存占地和环境污染问题，实现“以废治废”。

五、粉煤灰的适用场景与注意事项

适用场景

大体积混凝土工程：如大坝、基础，利用粉煤灰的低水化热特性减少开裂。

耐久性要求高的工程：如海洋结构、地下工程，利用其抗渗、抗腐蚀性能。

绿色建筑项目：符合LEED、中国绿色建筑评价标准等环保要求。

注意事项

品质控制：优先选用I级或II级粉煤灰（需水量比≤105%、烧失量≤8%），避免使用高钙粉煤灰（f-CaO＞1%）导致体积安定性不良。

掺量优化：一般掺量15%~30%，过高可能延缓早期强度发展，需通过试验确定最佳比例。

外加剂适配：粉煤灰与聚羧酸减水剂相容性良好，但需避免与高碱外加剂（如早强剂）混用，防止碱-集料反应。

施工调整：低温环境（＜5℃）需添加早强剂或延长养护时间，高温环境需加强保湿养护。

总结

粉煤灰在砂浆中通过物理填充、化学活性反应和微集料效应，显著改善工作性、力学性能和耐久性，同时实现成本降低、节能减排和资源化利用。其应用需结合工程需求、粉煤灰品质及施工条件进行优化设计，以充分发挥“绿色高性能材料”的优势。