混凝土是目前工程建设中应用量最大、应用范围最广泛的人造建筑材料，集料是混凝土主要的组成成分之一，占混凝土体积的70%左右，其中细集料占混凝土体积的30%左右,其主要作用是填充、密实并和粗集料一起形成骨架。细集料按照产源分为天然砂和人工砂。天然砂是在自然条件作用下（风化、水流搬运和分选、堆积）而形成的岩石颗粒，包括河砂、海砂和山砂；人工砂是经除土处理的机制砂和混合砂的统称。机制砂是岩石（不包括软质岩、风化岩）经出土开采、机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒[1,2]。由天然砂和机制砂混合制成的砂被称为混合砂。
天然砂颗粒近似球形、较干净，长期以来是我国大部分地区的主要建设用砂，但是天然砂是一种地方性资源，分布不均匀且短时间内不可再生，长距离运输给工程建设带来沉重负担。在巨大需求的推动下，天然砂资源日益匮乏，我国不少地区已经出现天然砂逐渐减少、甚至无资源的情况[3]，尤其是我国西南、南部等地区，以河砂为主的天然砂难以满足混凝土的生产需求，砂石供需矛盾十分突出。
为了满足建设用砂的刚性需求，机制砂成为首选。与天然砂相比，机制砂的原材料来源广泛，既能利用废弃资源如尾矿、废石弃料，又能使用以鹅卵石和矿山为主的自然原料，能保证原材料质量，不受地域和季节限制；机制砂的生产可就地取材，降低运输成本，具有一定的经济效益；机械化生产，质量稳定、可控可调，可以根据用户的需求进行生产；比表面积较大，用机制砂配制的混凝土强度较高。用机制砂作混凝土细集料，既可以解决天然砂资源短缺的问题，又可以建设成本、保护环境。机制砂部分或全部替代天然砂已成为当前混凝土行业的趋势[4,5]。
本文介绍机制砂的特征及机制砂对混凝土性能的影响，希望对混凝土行业提供参考。
2 机制砂的特征
由于机制砂是岩石经过机械破碎而成，全国各地机制砂的矿源、设备和工艺存在差异，导致机制砂在外观、化学成分、颗粒形状、颗粒级配以及特细颗粒含量等性能方面与天然砂不尽相同。机制砂对混凝土性能的影响与其颗粒形状、表面结构、颗粒级配和石粉含量密切相关。因此，对机制砂的特征进行系统的研究很有必要。
2.1 形貌特征
机制砂的颗粒形貌特征包括粒形和表面粗糙度，由于母岩和生产工艺的不同，机制砂呈现出多种形状，富有棱角、表面粗糙，界面新鲜。机制砂颗粒形状不规则，难以定义和度量。国内外标准推荐了一些测量方法，《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005中规定采用细集料棱角性试验（间隙率法和流动时间法）；美国ASTMC1252标准中通过测试未压实细集料的空隙率来评估棱角度、内摩擦大小和表面粗糙程度；法国AFNOR NFP 18-564/1981标准中规定了砂的流值试验方法，用来评价细集料的表面特性及棱角性。
随着技术的发展，采用数字图像处理（DIP）技术测试集料的棱角性成为主流方法，给集料颗粒形貌的研究带来了便利。蔡基伟[6]用棱角性指数、长宽比、丰满比三个指标表征了57种机制砂的粒形；Goncalves[7]选用球形度和长宽比作为颗粒形状的衡量，发现冲击式破碎生产的机制砂颗粒形状明显由于圆锥式破碎。重庆大学叶建雄[8]等人用间隙率法、流动时间法和数字图像处理法测试了7种不同机制砂的颗粒形状，得出数字图像处理法不能客观反应机制砂的颗粒形状特征的结论。
间隙率法和流动时间法的试验误差大、重复性差。二维数字图像处理方法是对颗粒图像的正面投影轮廓进行分析，不能完全反映颗粒形状，也不利于现场检测。对于机制砂的形貌特征的表征依然存在探索的空间，采用适当的方法评价机制砂的颗粒形貌，对机制砂的质量控制具有重要意义。
2.2 级配特征
砂的颗粒级配指的是不同粒径的砂粒互相搭配的比例。砂的粗细程度用细度模数来表征。颗粒级配是机制砂品质好坏的内在决定因素，细度模数不能完全反应颗粒级配的真实情况。表1是各国机制砂级配规定，从表1可以看出，各国对于机制砂的级配规定各不相同。