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粉煤灰具有多種效應，每種效應在對混凝土性能的影響方面是不同的，但又互相關聯。隨時間變化每種效應的貢獻作用也有大有小，但填充效應作為單一的物理作用將不會隨時間改變而增強。
一、粉煤灰形態效應與填充效應
1、作用原理
粉煤灰形態效應主要表現為其中的球形玻璃體，表面光滑，粒度細且質地致密，對水吸附力較小，能減小混凝土內部的摩擦阻力，具有潤滑作用和減水作用。水泥在水化初期易產生凝聚或絮凝作用，形成一種極不均勻的水化物結構，粉煤灰借助其顆粒細小的形態特點能夠物理分散這些水泥絮凝體，使較多的絮凝吸附水游離出來，降低了砂漿需水量。粉煤灰填充作用表現在，較細顆粒填充在水泥漿體中，可以細化孔隙和毛細孔。
2、對混凝土性能的影響
優質粉煤灰能有效提高混凝土流動性及和易性，降低用水量，但劣質粉煤灰含有大量較粗的、多孔的、非球狀多渣狀的顆粒，反而會降低混凝土工作性，增大用水量。另外，摻入的粉煤灰越細，需水量越低，水化反應的界面也隨之增長，有利于混凝土強度提高。但摻入量必須得到控制，若摻入的細灰過多，其總表面積將大于漿體所能濕潤的面積，細灰反而會聚成一團，不能分散到水泥漿體中，導致強度降低。
粉煤灰的填充效應為單一的物理作用，不隨齡期增長而增長。粉煤灰在發揮其填充效應時的摻入量也應該控制，因為，粉煤灰填充過多時，混合料處于懸浮狀態，而太少時，混合料處于骨架孔隙結構，只有在摻量合適時，混合料能達到骨架密實的狀態，結構強度最優。
二、微集料效應
1、作用機理
粉煤灰的微集料效應是指，在水泥中，粉煤灰的微細顆粒均勻分布，填充細化孔隙，同時能阻止水泥顆粒相互粘聚，有利于混合物的水化反應。粉煤灰顆粒較水泥更細，水化產物與水泥相似，在混合物的硬化中可視為“微混凝土”。
水化反應時，水泥水化作用常局限于水泥顆粒表面，不能滲透到水泥顆粒核心或是水泥顆粒相互接觸面，水化作用不徹底。摻入粉煤灰后，顆粒級配得到改善，水泥擁有更大的表面積進行水化反應。
另外，微集料效應在時間上具有持續性，隨齡期增長，粉煤灰的水化反應逐漸發生，粉煤灰與水泥漿體之間的界面接觸越來越緊密，長時間內保持其效果。
2、對混凝土性能的影響
粉煤灰的微集料效應能有效增強結構強度，原因是粉煤灰的超細玻璃球成分在混合物中可發揮類似軸承的潤滑作用，提高混合物密實度并有效改善了流動性，其細微顆粒能有效阻斷漿體中泌水渠道，降低相同稠度下混凝土需水量，有效減少泌水和離析現象產生。
另外，微細顆粒可以顯著改善界面過渡區的微結構，而集料與水泥石的界面是結構的薄弱環節，微集料效應可以消除或減少界面區的原生微裂縫，消減應力集中，提高混凝土抗拉能力。但粉煤灰具有保水性，微集料效應發展緩慢使混凝土早期強度低，凝結時間較長，當凝結時間大于塑形收縮裂縫出現的時間，混凝土就會產生塑形收縮裂縫。為緩解這一現象，可使用早強劑縮短凝結時間或使用高效能的粉煤灰激發劑，并加強后期養護。
三、活性效應
1、化學機理
粉煤灰中有多種不同形狀的顆粒混合堆聚的粒群，但只有硅酸鹽或鋁硅酸鹽玻璃體的微細顆粒、微珠和海綿狀玻璃體是有活性的，其他結晶體或者富鐵微珠活性很低甚至是惰性的。玻璃體含量和玻璃體的比表面積決定了火山灰反應速率。玻璃體是煤的灰分在高溫熔融狀態下驟冷而成，蘊含較多化學內能而不穩定，在與Ca（OH）2反應中，極易被Ca（OH）2腐蝕而釋放出游離SiO2和Al2O3，再進行水化反應。若是硅鋁質結晶體則很難被腐蝕，也就不會有明顯的火山灰反應。若玻璃體比表面積大，與Ca（OH）2漿體接觸面積較大，火山灰反應速度增加。因此，粉煤灰越細，含玻璃體越多，那么作為摻合料就越好。
2、對混凝土強度的影響
粉煤灰發生水化反應，消耗掉大量Ca（OH）2，生成硅酸凝膠和穩定的纖維狀硫鋁酸鈣晶體，膠凝體比結晶體具有更大韌性，硫鋁酸鈣晶體可能較Ca（OH）2晶體具有良好的抗拉性能，且水化反應產物在粉煤灰玻璃微珠表層交叉連接，對促進混凝土強度增強起了重要作用。另外，水化硅酸鈣強度較高，堿性低，使水泥石中水化膠凝物質數量增加，質量大幅提高。粉煤灰可以使水化反應更充分，提高水泥漿密實度，從而提高混凝土中骨料與水泥漿的界面強度。但是，粉煤灰的活性效應依賴于混合物中Ca（OH）2含量，所以，必須保證Ca（OH）2的最低值，換而言之，粉煤灰取代量不能是無限量的。
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