几个世纪以来，河砂被用作混凝土中的细骨料，但我国基础设施建设的日益发展和资源的不断消耗，不少地区的河砂资源已近枯竭，品质也日益下降。同时，在一些地区，河砂被过度开采，危及河岸的稳定性和桥梁的安全，造成环境问题。另一方面，由于需要跨地区运输，河砂的使用成本也很高。

因此，利用当地的岩石资源和工程开挖废石生产符合施工要求的机制砂，已经是大势所趋。在《建筑用砂》（GB/T14684-2011）中，机制砂被定义为“由机械破碎、筛分制成的，粒径＜4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒”。然而，机制砂粒形特殊，颗粒级配较差，细度模数偏大。目前的机制砂混凝土的应用往往只是对砂率进行优化设计，对整个集料的级配和粒形缺乏设计和优化。

英国、日本等国家由于受地域条件的限制，天然砂的来源十分困难，使用机制砂生产水泥混凝土已有数十年的历史。一些国家已经开始大规模应用机制砂用做细集料，特别是在一些大型基础设施工程中。

国外近年来对机制砂的研究主要针对机制砂粒形特性方面。Gon#231;alves从三维的试验角度，探究颗粒特性参数与筛孔尺寸之间的关系，在选用标准筛孔尺寸的情况下，等效椭圆长轴表征机制砂粒形的效果是最好的，在选用对角线筛孔尺寸的情况下，最大粒径表征机制砂粒形的效果最好。Barret等人研究了球形度、表观纹理和形状因子描述颗粒的形状，当机制砂粒在三个轴向的尺寸非常接近时，可被看做近似球体，用球形度表示，可以用来区分球形度相同时的颗粒的形状参数。Khatib采用圆度、分形维数和粗糙度作为表征参数，发现其能较好反映集料的形貌特征。Dilek报道，机制砂的颗粒角度和细度影响了砂浆的需水量。Cepuntis等在试验中发现，0.125mm-2.000mm粒级机制砂的形貌对拌和混凝土的工作性能和力学性能起主导作用。

在国内，机制砂的研究始于20世纪60年代。1978年，贵州省针对机制砂制定实施了《山砂混凝土技术规定》。自90年代以来，机制砂在我国得到了长足的发展，北京、上海等地相继建立了专业机制砂生产线，并相继出现了以机制砂代替河砂配制混凝土的情况。

国内的研究主要集中在机制砂混凝土的设计方面。沈卫国指出在微观尺度上，由于机制砂表面主要由非常光滑的新破碎晶体制成，其表面粗糙度低于河砂。李北星报道了混凝土的强度与细骨料颗粒的表面形态显著相关。王钰杰等人报道河砂颗粒形状接近球形，当混凝土用相同量的水泥制备时，机制砂混凝土需水量较高，空气含量较低，强度高于河砂混凝土。肖保怀利通过用20%、40%的机制砂代替部分河砂配制混凝土，发现其抗压强度、抗拉强度均比河砂混凝土的要高。

以上研究从不同角度，探究了机制砂粒型的分析方法以及机制砂粒形对于混凝土性能的影响。但在实际的工程应用中，相比与河砂完备的应用方案，机制砂的应用缺乏统一的使用标准，使用难度仍然较高。为了良好而合理地运用机制砂，制定机制砂的使用方案，本研究将针对机制砂的粒形对混凝土性能的影响进行了一系列研究，对不同母岩及破碎工艺得到的具有不同圆度、棱角性、长宽比机制砂的粒形特征进行定量分析，探究机制砂的不同粒形特征对砂浆流动性、粘度及其硬化后的性能影响，最终得到机制砂粒形特征与砂浆性能的关系，对机制砂的生产、工程应用和机制砂品质判断提供指导。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1. 文献调研，了解国内外对机制砂的研究现状与发展趋势，了解选题对社会、环境等的意义；
2. 使用不同机制砂粒形表征方法对机制砂粒形进行测试，获得机制砂粒形参数；
3. 不同机制砂粒形特征对细集料堆积密度和流动性的影响；
4. 不同机制砂粒形特征对砂浆流动性、粘度、强度的性能的影响；
5. 机制砂不同粒形特征对细集料及砂浆性能影响机理分析；
6. 通过不同机制砂粒形参数对细集料及砂浆性能影响的权重结合当前机制砂粒形特征表征手段，建立新的机制砂粒形表征方法。

2.2 目标

1. 全面了解当前机制砂粒形量化和表征手段，并探究机制砂不规则的粒形特征与细集料和砂浆性能的相关性。
2. 通过实验对比不同粒形参数对水泥基材料性能影响比重，对当前机制砂粒形量化和表征手段进行优化或尝试重新从一个新的角度对机制砂粒形特征进行表征。

2.3 技术方案