粉煤灰在混凝土中的作用原理涉及多个方面，包括物理、化学和微观结构等层面。下面将详细介绍粉煤灰在混凝土中的作用原理：

填充效应：粉煤灰是一种细粉体，其颗粒尺寸比水泥颗粒要小。当粉煤灰掺入混凝土中时，其细小颗粒可以填充水泥颗粒之间的空隙，填充效应使得混凝土的细观结构更加紧密。由于填充效应，粉煤灰可以增加混凝土的密实性和致密性，提高混凝土的抗渗性和耐久性。

活性硅酸盐反应：粉煤灰中含有大量的硅酸盐，其中活性硅酸盐是粉煤灰中具有活性的成分。在混凝土水化过程中，活性硅酸盐与水泥中的水化产物反应，形成新的水化产物，包括水化硅酸盐凝胶和水化铝酸盐凝胶。这些凝胶可以填充混凝土的孔隙结构，提高混凝土的力学性能和耐久性。

化学反应：粉煤灰中的活性成分可以与水泥中的游离钙离子反应，形成稳定的凝胶。这些凝胶可以减少混凝土中的反应物质，降低混凝土的碱-骨料反应和碳化等问题，提高混凝土的耐久性。此外，粉煤灰中的活性成分还可以与水泥中的硫酸盐和氯离子等有害物质发生反应，降低它们对混凝土的侵蚀和腐蚀。

热量控制：粉煤灰的掺入可以减少水泥的使用量，降低水泥熟化时产生的热量。混凝土的热收缩和开裂问题主要与水泥的热量释放有关。适当的粉煤灰掺量可以减少混凝土的热收缩和开裂倾向，提高混凝土的耐久性。

微观结构改善：粉煤灰的掺入可以改变混凝土的微观结构。粉煤灰中的细小颗粒可以填充水泥颗粒之间的空隙，形成细观结构更为致密的混凝土。同时，粉煤灰中的活性成分和凝胶可以填充孔隙结构，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实性和强度。

水化反应：粉煤灰中的硅酸盐成分可以与水泥中的水化产物反应，形成新的水化产物。这些水化产物可以填充混凝土的孔隙结构，并且具有较高的强度和稳定性。通过水化反应，粉煤灰可以增加混凝土的水化产物量，提高混凝土的强度和耐久性。

水泥减水剂效应：粉煤灰中的细颗粒可以吸附和包裹水泥颗粒，形成一种类似减水剂的效果。这种作用可以减少混凝土中的水泥用量，改善混凝土的流动性，提高混凝土的工作性能和施工性能。

控制混凝土的热发展：粉煤灰的掺入可以减缓混凝土的水化反应速率，延缓热发展过程。这样可以降低混凝土的温度升高速率，减少热应力和温度应力，控制混凝土的热收缩和开裂倾向。

硬化时间延长：由于粉煤灰中的活性成分和水泥中的水化产物反应速率较慢，粉煤灰掺入混凝土中可以延长混凝土的硬化时间。这对于一些需要延缓硬化时间的工程很有益处，如大体积混凝土、混凝土路面等。

环境友好性：粉煤灰是一种工业废弃物的再利用，其使用可以减少水泥的用量，降低对原材料和能源的消耗。这对于资源循环利用和环境保护具有重要意义。

综上所述，粉煤灰在混凝土中的作用原理涉及填充效应、活性硅酸盐反应、化学反应、水化反应、水泥减水剂效应、控制混凝土的热发展、硬化时间延长和环境友好性等多个方面。通过这些作用机理，粉煤灰可以改善混凝土的力学性能、耐久性、工作性能和环境友好性。