一级灰作为高活性、优质的水泥掺合料，能显著提升混凝土的耐久性，其作用机制主要体现在物理填充、化学活性激发及微观结构优化三方面。
从物理填充角度看，一级灰颗粒细度高，比表面积大于等于400m2/kg，细度通过325目筛的质量分数大于等于80%，可有效填充混凝土中的微孔隙。这种填充作用使混凝土密实度提升，孔隙率降低，从而减少硫酸盐、氯离子等有害介质的渗透通道。例如，在乌鲁木齐某严酷地质工程中，掺加一级灰的混凝土抗渗性能显著提升，硫酸盐渗透性降至低限度，同时可泵性改善，避免了混凝土因高落差导致的离析问题。
化学活性方面，一级灰的活性指数大于等于75%，其主要氧化物能与水泥水化初期产物氢氧化钙发生二次反应，生成强度更高、致密性更好的水化硅酸钙凝胶。这种反应不仅填充了孔隙，还降低了氢氧化钙的定向排列，减少了碱骨料反应的风险。实验表明，内掺10%一级灰的再生混凝土，其界面粘结性能提升，抗碳化深度减小，耐久性显著优于普通混凝土。
微观结构优化上，一级灰的掺入使混凝土内部形成更均匀的胶凝体系。其细颗粒分散在水泥颗粒之间，起到“滚珠轴承”作用，改善了混凝土的工作性能，同时减少了需水量。当一级灰需水量比不大于95%时，混凝土拌合物的流动性与粘聚性达到平衡，进一步降低了收缩裂缝的产生概率。