背景介绍
混凝土用天然砂资源不断减少，质量也无法保证。开发探索新的材料迫在眉睫，本文重点介绍近几年开始出现的天然砂的替代品机制砂，介绍其与天然砂相比优缺点和制备工艺。
一、什么是机制砂?
机制砂是相对于河沙等天然砂而言。天然砂主要是自然力量冲击而成，如河沙、海沙、山沙等。但受限于环境保护等原因，天然砂成本越来越高，且无法满足与日俱增的市场需求。在这种情况下，机制砂应运而生。
机制砂，是指经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。目前，全国很多地区都在生产和使用机制砂，有些地区还将工业废渣、建筑垃圾和废石进行加工，制成再生骨料进行再利用。近年来，这一行业已经成为一个既传统而又崭新的创业领域。
二、机制砂与河沙等天然砂的区别
1.稳定供应问题，天然砂由于多年的开采，资源越来越少，供不应求，价格飞涨，且供应和质量没有保障;而机制砂原料充足，只要有石头的地方就可以生产机制砂，城市建筑废料(建筑垃圾)、碎石尾料、下脚料、石屑、石渣、矿山尾矿等都可以作为机制砂原料。
2.价格问题，机制砂在各地的价格不尽相同，但基本都比河沙便宜很多，与河沙相比，机制砂每吨便宜20元左右。此外，机制砂的利润也颇为可观，以2000吨/天的规模并按照现在市价来计算，每月预计毛利润100万元以上。
3.环保问题，传统机制砂生产确实会带来粉尘污染等环境问题，但随着制砂工艺的不断改进，现在生产基本采用全封闭结构，且每个机口都有喷水设置，粉尘不外溢，而环保的干法工艺，不需水洗，不产生污水、淤泥、扬尘等问题。
4.坚固性与耐久性试验。机制砂的坚固性能比河沙稍差，但仍然达到国家建筑用砂标准的优等品指标，在普通混凝土中使用不存在问题。但在经常遭受摩擦冲击的混凝土构件中使用，除必须掺用外加剂，还应控制混凝土的灰砂比和砂的压碎指标与石粉含量。
5.机制砂石粉含量对水泥拌合物性能的影响。通过水泥的试验、砂浆试验、混凝土试验，用机制砂配制混凝土与天然砂无大的区别，一般来讲，同坍落度的前提下，机制砂的用水量要稍大些，但要根据施工条件及结构物和运输等因素考虑。但对混凝土的强度基本不变，用机制砂配制泵送混凝土等特种混凝土时注意砂率不宜过高，防止降低混凝土强度和耐久性等工程质量。
6.机制砂的颗粒度更不规则，在使用水泥等结构粘合时，往往有更好的粘合度，更抗压，使用寿命也更长。
综上所述，在天然砂资源缺乏的地区，制造使用高品质机制砂来满足工程建设需求不仅是可行的，其综合效益也是非常可观的。
三、机制砂的生产工艺
虽然人工砂石料加工已有数十年历史，但如何正确选择生产工艺，以保证加工系统的运行可靠、技术先进、经济合理，仍是人工砂石加工系统设计所面临的重要问题。本文就为大家介绍当前应用较多的4种制砂工艺。
1.立轴冲击式破碎机制砂生产工艺
目前国内大多数工程均采用立轴冲击式破碎机作为制砂的主要生产设备，破碎腔形无论是“石打石”还是“石打铁”，其生产工艺均采用“进料—破碎—筛分—返回（或进仓）”，流程简图如下（下文以2.5mm、5mm等举例便于说明，具体筛分粒度以实际生产为准）：
采用立轴冲击式破碎机制砂具有生产效率高、砂粒粒形好、运行成本低、土建及安装工程量小，且能对中小石进行整形等优势，但同样也存在如下问题：
1) 成品砂产出率偏低；
2) 5~2.5mm的石料要经反复循环破碎，破碎效果差，能量损耗略偏大；
3) 成品砂级配不甚理想，为“两头多，中间少”的间断级配；
4) 成品砂的粒度模数控制难(人为因素控制)；
5) 对于常态混凝土而言，石粉含量可能会超标。
2. 棒磨机制砂工艺
棒磨机制砂是一种传统的制砂工艺，通过棒磨机的转动带动棒磨机中钢棒转动、跌落等运动，对进入棒磨机中的制砂母岩挤压、研磨、撞击而获得砂料，具有如下特点：
1）砂的细度模数容易调整，可人为控制(在实际生产中可做到FM=2.4-3.0的范围内来调节生产)；
2）砂级配好，粒度分布稳定；
3）生产效率低；
4）运行成本高，土建及安装工程量大。
3. 立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂工艺
为了解决立轴式冲击破碎机制砂工艺中，中径砂含量偏少以及提高产量等问题，采用了立轴式冲击破碎机与棒磨机联合的制砂工艺，其工艺流程如下：
石料经立轴冲击式破碎机破碎后，进入筛分机分级，＞5mm的石料全部返回转料仓，5~2.5mm的石料进入棒磨机破碎、经螺旋分级机后与＜2.5mm的石料混合进入成品仓。
此工艺有如下特点：
1) 集中了立轴式冲击破碎机、棒磨机制砂的优点，克服了立轴式冲击破碎机及棒磨机制砂的缺点，解决了中粒径砂含量少、石粉过多流失等问题；
2) 成品砂质量稳定、粒形好；
3) 耗水、耗电量高，钢棒耗量大；
4) 建安工程量大；
5) 工艺流程复杂、设备品种多。
4. 常速与高速立轴式冲击破碎机联合制砂工艺
2种速度组合的立轴式冲击破碎机制砂工艺流程见下图：
石料由转料仓经给料机、胶带机送入立轴式冲击破碎机破碎，经破碎后进入筛分机分级，然后大于5mm的石料返回转料仓，5~2.5mm的石料送入高速立轴式冲击破碎机再破碎，经再破碎的石料与小于2.5mm的石料混合后进人成品仓。
此生产工艺适用于干法、半干法生产，对于湿法生产需进一步研究。
该联合制砂工艺可提高成品砂产量与质量，实现“以破代磨”工艺，使完全抛弃棒磨机制砂成为现实。
1）常速立轴冲击破的破碎腔可以为“石打铁”，亦可以为“石打石”。两者没有质的变化，只有量的变化。前者产砂量比后者高，但砂的粒型稍差，石粉含量较多，铁砧磨损多。
2）高速立轴式破碎机的破碎腔体最好为“石打铁”，给料量要低些，原因是基于5~2.5mm石料粒径较小，质量较轻，要使其破碎必须获得较多的有效碰撞能力。
3）采用两种速度的立轴冲击破制砂，适当增大高速破碎机进石料的粒径，可进一步提高成品砂中的石粉含量，以及降低成品砂的粒度模数。
综上，以上4种制砂工艺各有优缺点，立轴冲击式破碎机制砂，以及与棒磨机联合制砂是目前国内采用较多的工艺。而在对成品砂质量要求高的工程项目，常采用后者，棒磨机主要起调节作用，生产中砂和细砂。两种设备生产的砂掺和在一起，从而使成品砂的级配组成趋于更合理，提高了成品砂的质量。
