砂石是土木工程领域的重要资源,然而随着我国基础设施的大规模建设和高速发展,作为不可再生资源的天然砂已濒临匮乏,急需寻找可代替天然砂的其他资源来补充。机制砂（Manufactured Sand）是由岩石、矿山尾矿或工业废渣经过加工制成的人工细骨料,从来源及材料方面来看是天然砂优良的替代品。近年来多地政府也出台了大力发展机制砂混凝土的相应政策。交通设施建设是我国基础设施建设的重要组成部分,机制砂混凝土也越来越多的应用于道路桥梁工程中。然而机制砂的外观及物理特性与天然砂有所不同,导致用其拌制的混凝土与传统混凝土的性能也有所差异,从而限制了其在实际工程中的应用。为了进一步了解机制砂的相关参数对混凝土性能的影响,本文依托莆炎高速公路三明境尤溪中仙至建宁里心段项目（YA11-HP-052,2017年-2021年）,进行了机制砂混凝土配合比优化设计及路用力学性能和耐久性能研究,为工程提供指导。主要研究内容及成果如下:1、机制砂混凝土配合比优化设计及试验。综合考虑机制砂物理特性,提出基于骨料用量修正的中高强度等级机制砂混凝土配合比优化设计理论,据此优化理论试拌得到了五组综合性能好、符合泵送要求的机制砂混凝土配合比。且采用此理论计算得到的配合比与采用黄氏致密级配设计理论计算的配合比基本一致。研究结果还表明,适当提高砂率有助于改善机制砂混凝土和易性,加入适量的纤维素醚也可以有效改善机制砂混凝土的保水性和粘聚性。2、机制砂混凝土基本力学性能研究。共设计了9组机制砂混凝土配合比,分别对不同机制砂掺率（0%、30%、50%、70%）、粉煤灰掺量（0%、20%、30%、40%）和石粉含量（0%、5.8%、11.6%）的机制砂混凝土进行抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度试验。结果表明:1)随着机制砂掺率增大,机制砂混凝土各项基本力学性能均先增大后减小,存在最佳机制砂掺率（约为30%～50%）;2)粉煤灰会造成机制砂混凝土早期抗压强度减小,但适量的粉煤灰有利于后期力学性能的提升。机制砂混凝土中最佳粉煤灰掺量为30%,超过30%的粉煤灰会造成显著的力学性能降低;3)适量石粉在机制砂混凝土中可以发挥填充效应和活性效应,有利于提升机制砂混凝土后期抗压强度。机制砂石粉含量不足或是过量,会造成机制砂混凝土的抗折强度、劈裂抗拉强度及早期抗压强度减小。3、机制砂混凝土抗氯离子渗透性能研究。保持上述变量一致,采用RCM法和氯盐溶液干湿循环法开展了机制砂混凝土抗氯离子渗透性能试验研究,并用COMSOL进行氯离子渗透数值模拟及寿命预测。结果表明:1)随着机制砂掺率的增加,机制砂混凝土的氯离子扩散系数先减小后增大,当机制砂掺率为50%时混凝土抗氯离子渗透性能最好;2)随着粉煤灰掺量的增大,机制砂混凝土抗氯离子渗透性能先增强后减弱,粉煤灰掺量过大会造成机制砂混凝土抗氯离子渗透性能显著降低。本文试验中30%的粉煤灰掺量可以最大程度的减小氯离子在混凝土中的渗透速率;3)适量的石粉有利于提高机制砂混凝土抗氯离子渗透性能。缺少石粉或者石粉过量均会导致机制砂混凝土抗氯离子渗透性能下降;4)采用COMSOL模拟得到的氯离子渗透结果与试验结果吻合较好,证明了试验结果的准确性和软件模拟的可靠性。并且根据寿命预测结果可知,适量机制砂掺率可以有效提高混凝土在氯盐环境中的使用寿命。4、机制砂混凝土抗碳化性能研究。同样保持变量一致,对机制砂混凝土碳化前后质量、抗压强度的变化情况以及碳化深度进行了试验研究,并采用Matlab构建了BP神经网络来进行机制砂混凝土碳化深度预测。结果表明:1)在标准碳化环境下,碳化反应会使机制砂混凝土质量及抗压强度均有所增大;2)机制砂混凝土抗碳化性能优于天然砂混凝土,但随着机制砂掺率的增大,混凝土抗碳化性能先增强后减弱,在机制砂掺率为50%时抗碳化性能最好;3)粉煤灰的掺入会降低机制砂混凝土抗碳化性能。随着粉煤灰掺量的增大,机制砂混凝土抗碳化性能先增强后减弱,但碳化深度均高于未掺粉煤灰的机制砂混凝土。4)石粉不足或者过量均会降低机制砂混凝土抗碳化性能,但机制砂混凝土中石粉过量对机制砂混凝土抗碳化性能更加不利;5)BP神经网络对机制砂混凝土28d碳化深度的预测结果拟合优度高,预测值和实测值吻合较好,证明此方法可直接应用于实际工程以节省试验工作量。本文设计的机制砂混凝土配合比已应用于莆炎高速公路三明境尤溪中仙至建宁里心段的部分桥梁工程,其他研究结果也为该项目提供了指导。