2010年我国水泥产量已经超过了18亿吨，混凝土超过50亿立方米，占到世界混凝土总量的50%以上，砂作为混凝土的重要原材料消耗量也是巨大的。天然河砂作为传统的混凝土细骨料已经被人们广为熟知，但是河砂是一种不可再生资源，而且在我国分布不均匀，云贵和西南地区一直以来河砂资源都比较匮乏，再加上这种大宗原材料不便于长途运输，混凝土用砂的供需矛盾日益突出，严重影响当地工程进度。

砂石材料紧俏也引发了多地非法乱采河砂，河道受损严重，影堤岸安全、防汛排水以及水路交通等，严重影响力自然环境。因此，找到天然河砂的替代品就成了一项立足当下亟待解决的问题。我国从20实际60年代在一些水电、土木工程建设中就开始对河砂的替代品机制砂的生产工艺、产品技术性能和混凝土应用进行研究。大量的工程实例和应用研究把机制砂这种人工材料用来填补天然砂资源的不足。机制砂不仅能够解决天然砂质量无法控制的弊病，还解决了天然砂资源枯竭和无序开采对环境造成的影响。而且，在我国分布着大量的金属矿和非金属矿的开采尾矿，这些尾矿占用了大量土地，造成环境污染，如果将这些尾矿适当地利用起来，用来制成机制砂，这样既解决了环境问题，又能提高资源的综合利用率，实属双赢的举措。

机制砂是经破碎机、制砂机加工，筛分而成，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，不包括软质岩和风化岩的颗粒。天然砂是岩石在大气中经过自然风化、水流搬运和分选、堆积等自然条件形成的，包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。两种截然不同的成因决定着机制砂与河砂有很多不同之处。

机制砂是由制砂机破碎而成，粒型多呈三角体和方矩体，表面粗糙尖锐，粒型因母岩和生产工艺不同而呈现出多种形状。石灰岩制成的机制砂外观颜色是灰白色，花岗岩和砂岩机制砂为黄黑色。山砂粒型与机制砂类似，具有棱角，表面粗糙，但含泥量和有机杂质较多，与水泥的粘结较差，使用时应加以限制；河砂和湖砂因长期经受流水和波浪的冲刷，颗粒多呈圆形，比较千净，一般工程都采用这种砂；海砂因长期受到海流冲刷，颗粒圆滑，比较干净且粒度一般比较整齐，但常混有贝壳及盐类等有害杂质。砂的颗粒形状和表面特征会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。因此，机制砂这种颗粒形状和表面特征相比天然砂来说，对与水泥的粘结是有利的，但对混凝土的和易性是不利的，特别是对低强度等级的机制砂混凝土可引起较大的泌水率。
 河砂的形成过程决定在不同河道、相同河道的不同位置河砂的细度模数和级配往往不同，这是由自然作用决定的。机制砂的细度模数和级配可以通过生产工艺中的参数调整来控制，可以灵活的调整和改进。就目前机制砂的生产使用调查来看，机制砂多数为中粗砂，细度模数一般在3.0~3.7范围。从颗粒组成统计结果分析，机制砂大于2.36mm和小于0.15mm粒级的颗粒偏多，而中间颗粒偏少(尤其是0.3mm~1.18mm )有时某一粒级断档。

机制砂的细度模数和级配是有相关关系的，在某一特定的生产设备和工艺下，机制砂的细度模数和单筛的筛余量呈线性关系，可以先通过试验先确定这种关系，然后可以方便的测定一个单筛的筛余量来快速计算细度模数。机制砂的细度模数还和级配中微细粒级的石粉有很大的关系，一般机制砂的细度模数受石粉含量影响很大，石粉含量高细度模数小，石粉含量低时细度模数就大。

机制砂中的石粉是机制砂在生产过程中产生的，与母岩矿物成分相同，粒径小于0.075mm的岩石颗粒。石粉虽然与天然砂中泥粉的粒级界定相同，但是并不同于泥粉。泥粉与石粉的成分不同，粒级分布不同，在混凝土中起的作用更不同。泥粉中经常会有有机物、云母、轻物质等有害杂质，这些杂质会减弱浆体和骨料界面的粘结力，增大混凝土的用水量，在水泥石基体中引入空洞和缺陷，在很大程度上影响混凝土的强度。而洁净的石粉(完全与母岩矿物成分相同)构成了机制砂的微细级配，在混凝土中起到填充，甚至会促进水化和参与水化，对机制砂混凝土的一系列性能起改善作用。

研究发现，石灰岩质机制砂中的石粉70%颗粒分布集中在16μm以上，平均粒径为36.9μm。而天然砂中的泥粉70%颗粒分布集中在16μm以下，平均粒径为8.4μm。石粉的粒度分布不仅填充了混凝土骨料之间的空隙，还在一定程度上提高了混凝土的保水性和勃聚性，改善了混凝土工作性。蔡基伟对不同石灰岩质石粉过75μm筛后，测量其比表面积，其中高开石粉比表面积为204m2/kg，各种风选石粉比表面积为310~360m2/kg，与水泥接近，远小于粘土的比表面积。

机制砂中的石粉作为集料的填充部分，填充了大颗粒之间的空隙，改善了微细级配，提高混凝土密实性，进而提高了混凝土综合性能。石粉除了填充作用外，一些研究人员通过研究石灰石粉掺入混凝土中对混凝土的强度起到增强作用，是因为它参与了混凝土的水化反应。