机制砂是岩石通过破碎、筛分制成的，由于自身制备工艺的原因，机制砂通常较天然砂颗粒棱角性强、表面质地粗糙。在其他条件相同的情况下，与河砂相比，具有多棱角和表面粗糙的机制砂需要更多浆体包裹其表面，导致配制混凝土的需水量就高；同时，颗粒的棱角性适当增加可以提高混凝土的强度。虽然可以通过破碎设备改变机制砂的级配，但是最终产品中仍会有大量石粉。由于机制砂中的石粉通常由与母岩矿物相同的岩石细粉组成，而不是类似天然砂中泥粉或粘土。因此机制砂中石粉的允许含量通常要比天然砂的含泥量高得多。机制砂中石粉含量与混凝土的需水性之间的关系仍存在分歧，有人认为机制砂中石粉含量增加会增大达到相同流动度下的混凝土用水量或外加剂掺量，因为石粉颗粒比表面积高，润湿石粉表面需要更多的水。
也有学者认为存在一个限值，在达到该限值之前，石粉含量的增大不会增加需水量，石粉的润滑作用反而可以在一定程度上弥补机制砂的棱角性强对需水性的负面影响，同时石粉可填充机制砂颗粒之间那些不被水和水泥填充的空隙，从而减少需水量，超过该限值后才会对需水量产生负面效应。DilekU的研究发现，机制砂颗粒的棱角性对需水量的影响大于机制砂石粉含量的影响，而由级配产生的影响不是很显著。
机制砂的性能指标较多，其中需水性能是关键指标之一，直接影响混凝土的流动性能，间接影响到混凝土的强度和耐久性。影响机制砂需水性能的因素除上述机制砂粒形和石粉含量因素外，还与机制砂岩性、细度模数、级配、吸水率、石粉吸附性等因素有关。为了直观、高效评价机制砂需水性能，最近已有标准提出采用需水量比指标来表征机制砂的需水性能，通过测定机制砂与ISO连续级配标准砂在规定水泥胶砂流动度偏差下的需水量之比，来反映机制砂在影响混凝土流动性方面的综合性能。
为揭示机制砂需水量比与其主要特性的关系，本文通过试验，研究了母岩岩性、细度模数、石粉含量与MB值等机制砂主要特性指标对其需水量比的影响，需水量比指标可为机制砂生产中的含泥量与石粉含量等关键指标的控制，以及指导机制砂混凝土配合比设计及施工配合比调整提供技术依据。
1试验材料及方法
1.1原材料
（1）水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥，比表面积m2/kg，标准稠度27.5%，3d、28d抗压强度分别为27.7MPa，46.3MPa。
（2）机制砂：试验选用玄武岩（代号XWY）、花岗岩（代号HGY）、石灰岩（代号SHY）三种机制砂，并选用河砂（代号HS）作参比。机制砂的级配、细度模数、石粉含量和MB值等特征参数，根据试验需要进行调整。河砂的含泥量3.1%。
经X-射线衍射（XRD）分析，玄武岩机制砂主要物相为钠长石和辉石，并含少量绿泥石；花岗岩样机制砂组成矿物以石英和白云母为主，并伴有少量钠长石；石灰岩机制砂组成矿物主要是方解石，并伴有少量石英。表1是三种机制砂的化学成分。
四种砂的长宽比和圆度测试结果见表2。长宽比和圆度值越接近1，表明砂的粒形越好。三种机制砂的长宽比值远高于河砂，表明机制砂颗粒的针片状程度更高。花岗岩机制砂和河砂的圆度值较大，棱角较多，而石灰岩和玄武岩机制砂圆度值较小，棱角较少，颗粒和圆的相似程度更高。
（3）石粉：花岗岩石粉，来源有两种：原状石粉和粉磨石粉。经测定，原状石粉MB值3.5g/kg，比表面积.5m2/kg；粉磨石粉MB值1.2g/kg，比表面积m2/kg。原状石粉是将机制砂过0.mm筛孔干筛筛分所得，泥粉可和石粉混在一起，MB值较大，代表的是含泥石粉；粉磨石粉是由机制砂颗粒水洗、烘干后经实验室球磨机粉磨制得，代表的是纯石粉，因此MB值较低。
（4）粘土：本试验所用的粘土为膨润土，主要矿物组成为蒙脱石，并含少量石英和白云母。膨润土其主要化学成分见表1。
1.2试验方法
（1）砂的粒形分析：采用数字图像处理（DIP）的方法获取颗粒径在2.36～4.75mm范围的砂粒数码图像，利用Imageproplus6.0图像处理软件测试砂粒形貌参数。
（2）机制砂亚甲蓝（MB）值测试：依据GB/T-《建设用砂》规定测定。
（3）石粉MB值测试：石粉的MB值按《公路工程集料试验规程》（JTGE42-）中矿粉亚甲蓝试验方法进行测试，测试样品数量为50g过0.mm方孔筛的石粉。
（4）机制砂需水量比试验：按照DB36/T-附录B机制砂需水量比试验方法进行。
2试验结果与分析
2.1机制砂岩性对需水量比的影响
调整所有砂的级配相同，级配如表3所示。其中，三种机制砂0.mm以下颗粒含量为7%（即石粉含量），而河砂0.mm以下颗粒含量为3.1%（即含泥量)。测得上述级配和石粉含量的玄武岩、石灰岩、花岗岩三种机制砂MB值分别为0.60g/kg、0.32g/kg、0.82g/kg。图1是不同岩性机制砂需水量比试验结果。
由图1可以看出，四种砂需水量比大小次序为花岗岩＞河砂＞石灰岩＞玄武岩。河砂需水量较大主要原因可能是由于其含泥量较高（3.1%）。花岗岩机制砂需水量比最大，达到了%，较同级配和同石粉含量的玄武岩和石灰岩机制砂分别高出31%、22%。一方面是由于花岗岩机制砂中的长石、云母类矿物吸水性高于石灰岩中碳酸盐矿物；另一方面是该花岗岩机制砂的长宽比和圆度在四种砂中最大，意味着该机制砂针片状颗粒居多、棱角性大，粒形较差，砂粒总表面积大，砂粒之间摩阻力大，降低了胶砂的流动度。石灰岩机制砂的圆度值接近1，粒形较为圆润，棱角少，颗粒间的摩阻力阻力小，有利于胶砂的流动。
2.2机制砂细度模数对需水量比的影响
采用花岗岩机制砂进行试验，按表4颗粒级配进行调整，配置细度模数分别为2.0、2.3、2.6、2.9、3.2的五种机制砂。
测得该五种不同细度模数的机制砂其MB值在0.98～1.04g/kg范围，差别不甚明显。图2是不同细度模数的机制砂需水量比试验结果。
由图2可知，机制砂的需水量比随着细度模数的增加而线性减小。当细度模数从2.0增大到3.2时，机制砂需水量比由%降至%。这是由于机制砂的细度模数增大，其中的粗颗粒含量增加，譬如细度模数2.0的机制砂中粒径超过0.3mm含量为60%，而细度模数3.2的机制砂中粒径超过0.3mm含量增至82%。粗颗粒的含量越高，相同质量机制砂的比表面积越小，包裹机制砂所需用水量就越少，用于润滑作用的自由水增多，对提高胶砂流动度有利。
2.3机制砂石粉含量对需水量比的影响
花岗岩机制砂用于本试验，所用机制砂的颗粒级配除0.mm孔的累计筛余外，其他筛孔的累计筛余与表3所示相同。为研究石粉含量和石粉吸附性对机制砂需水量比的影响，分别通过加入原状石粉或粉磨石粉替代机制砂中0.～0.15mm的细粒部分，调整机制砂石粉含量达到3%、5%、7%、10%、14%。不同石粉含量的机制砂需水量比试验结果见图3。
由图3可以看出：（1）机制砂石粉含量相同时，掺有原状石粉机制砂的需水量比要远大于掺入粉磨石粉机制砂，石粉含量越高，二者的需水量比的差距呈增大趋势;（2）掺入粉磨石粉时，机制砂需水量比随石粉含量的增加近似呈线性增加趋势，石粉含量14%时需水量比为%，相比石粉含量3%时的需水量比%增加了7%。掺入原状石粉时，机制砂需水量比随石粉含量的增加呈指数增加趋势，石粉含量14%时的需水量比为%，相比石粉含量3%时的需水量比%增加了14%，增加幅度大。这是由于原状石粉的MB值为3.5g/kg，远大于粉磨石粉的MB值1.2g/kg（见1.1节），因此原状石粉对水的吸附性更强，达到相同流动度所需的用水量自然就高。基于石粉来源，原状石粉代表的是混杂有泥的石粉，粉磨石粉代表的是纯石粉，由此表明，含泥石粉含量增加对机制砂需水量比的增大影响显著高于纯石粉的影响。
2.4机制砂MB值对需水量比的影响
本试验采用玄武岩机制砂。按表5要求调整机制砂的级配，其细度模数为2.9，石粉含量10%。在该级配和石粉含量的基础上，膨润土以不同比例替代机制砂中的石粉时，机制砂的MB值变化结果如图4所示。由图4可知，随着膨润土对石粉替代量的增大，机制砂的MB值呈近似线性增加，该规律与文献中石灰岩机制砂MB值与泥粉掺量呈二次关系有所不同。膨润土主要由复网层的蒙脱石组成，具有较强的阳离子交换能力，能够吸附较多亚甲蓝而增大MB值。
图5是不同MB值的机制砂需水量比试验结果。随着MB值的增加，机制砂胶砂达到固定流动度所需的用水量随之线性增加。机制砂MB值为1.0g/kg时，其需水量比为%；当MB值增加至3.75g/kg时，需水量比达到%，提高了24%。膨润土对新拌混凝土中拌合水具有较强的吸附能力，MB值越大，膨润土含量越高，被吸附的拌合水愈多，因此需要加入更多的水来达到相同的流动度。
3结论
（1）机制砂的岩性对需水量比影响较大。花岗岩由于所含长石、云母矿物的吸水性和吸附性较高，其需水量比远高于石灰岩机制砂和玄武岩机制砂。
（2）机制砂的需水量比随细度模数的增加而线性减小，随石粉含量的增加而增大，且含泥石粉数量增加对机制砂需水量比的增大作用显著大于纯石粉增加对需水量比的增大作用。
（3）机制砂MB值随膨润土对石粉的替代量的增加而呈线性增大，机制砂的需水量比随MB值增大而线性增加。