什么，隨處可見的河砂資源竟然還面臨著短缺的危機(jī)？是的，可能你并不知道，沙子是人類開采數(shù)量最多的一種材料，并且超過了化石燃料的開采量。著名期刊《Nature》在2019年報(bào)道了一篇關(guān)于全球河砂（專業(yè)領(lǐng)域一般使用“砂”字）資源的報(bào)道，報(bào)告中顯示，目前全球每年開采河砂的數(shù)量高達(dá)近500億噸，遠(yuǎn)超過了砂子自然更新的速度，如果按照這種狀況持續(xù)下去，那么河沙可開采的時間已經(jīng)不多了，未來可能會出現(xiàn)無砂可用的狀況。
建筑材料使用最多的當(dāng)屬水泥，而強(qiáng)度是衡量建筑物的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，在建筑施工過程中，通過利用水泥+砂子+水可以形成砂漿；水泥+砂子+石子+水則可以形成混凝土，砂漿的流動性好，但強(qiáng)度相對也會更低些。這些混合物在加水之后，水泥中硅酸鈣成分會與水反應(yīng)，形成水化硅酸鈣。砂子和石子并不參與反應(yīng)，但生成的水化硅酸鈣會將石子和砂子包裹住，并填充在骨料間的孔隙中，這時水化產(chǎn)物會將石子與砂子構(gòu)成的骨架粘結(jié)為一個整體。這些骨架可以使混凝土承受更大的強(qiáng)度，因此通過加入砂子，可以使材料強(qiáng)度增大。
過于圓潤的顆粒對強(qiáng)度不利
海砂與河砂最大的區(qū)別，就是一個是泡在鹽水里的，一個是泡在清水里的。而海水中的很多離子對混凝土結(jié)構(gòu)具有破壞作用，特別是其中的氯離子Cl-。海水中的鹽成分主要是NaCl、MgCl2以及K2SO4。這些氯鹽會逐漸破壞混凝土鋼筋表面的鈍化層，從而使鋼筋在后期遭遇腐蝕，鋼筋銹蝕產(chǎn)物的體積將比原來的體積大2.5倍以上，造成混凝土開裂、剝落，墻體裂縫，最終能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)破壞、失效，甚至樓房倒塌。因此海砂不像河砂，河砂長期在中性水的沖洗下，砂中所含的可溶性鹽已經(jīng)全部被沖洗干凈，不存在離子腐蝕的問題。
海砂如果要使用，必須提前經(jīng)過處理，國家對于海砂中氯離子的含量有著嚴(yán)格的規(guī)定。但海砂的處理同時也在一定程度上增加了使用成本，限制了海砂的推廣，另一方面，人們對于海砂的接受程度并不高，畢竟生產(chǎn)安全才是第一位。
《Nature》關(guān)于河砂的報(bào)道
沙子是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、房屋建筑、玻璃制造，甚至芯片和化妝品制造領(lǐng)域都不可或缺的材料。其中建筑領(lǐng)域砂子的使用量最大。根據(jù)CNBC的報(bào)道，該領(lǐng)域全球每年要消耗近41億噸水泥，而沙子的使用量大約是水泥的10倍，也就是近410億噸。
為啥建筑施工要用沙子？
沙粒是由大自然的力量經(jīng)過千百年打磨而成的，主要成分為二氧化硅，具有堅(jiān)硬耐磨的性質(zhì)。通過將砂子加入建筑材料當(dāng)中，可以起到骨架的作用。
建筑材料使用最多的當(dāng)屬水泥，而強(qiáng)度是衡量建筑物的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，在建筑施工過程中，通過利用水泥+砂子+水可以形成砂漿；水泥+砂子+石子+水則可以形成混凝土，砂漿的流動性好，但強(qiáng)度相對也會更低些。這些混合物在加水之后，水泥中硅酸鈣成分會與水反應(yīng)，形成水化硅酸鈣。砂子和石子并不參與反應(yīng)，但生成的水化硅酸鈣會將石子和砂子包裹住，并填充在骨料間的孔隙中，這時水化產(chǎn)物會將石子與砂子構(gòu)成的骨架粘結(jié)為一個整體。這些骨架可以使混凝土承受更大的強(qiáng)度，因此通過加入砂子，可以使材料強(qiáng)度增大。
混凝土中的砂石分布
沙子起著骨架作用
沙子的大量需求，催生了眾多河沙開采企業(yè)，河砂屬于天然砂，存在于河床下面，為不可再生資源，近年來由于被大量開采，導(dǎo)致河砂數(shù)量大幅減少，而且河砂開采后會造成地面塌陷，對環(huán)境造成破壞，因此目前我國對于河砂開采也有著更為嚴(yán)格的管制。
河砂開采
孟加拉國北部烏姆吉河的衛(wèi)星圖像顯示了采砂的巨大影響
河砂資源日益短缺，相信也有很多人有過這樣的疑問，為什么人們不使用沙漠沙以及海沙作為建筑用砂呢？如果這些沙能夠利用起來，那么河砂短缺的問題就不是問題了。
為何不大量開采沙漠沙、海沙作為建筑用砂？
沙漠砂
相比于河砂來說，沙漠砂我們甚至可以用取之不盡，用之不竭來形容，我國新疆沙漠的面積就大約占新疆總面積的26%，而世界上最大的撒哈拉沙漠有近900萬平方公里，幾乎與我國國土面積相當(dāng)。如果能夠利用好沙漠砂，不僅一方面能夠改善沙漠環(huán)境，另一方面還能解決砂石危機(jī)，但實(shí)際上沙漠砂在使用過程中存在著一些難以解決的問題。
沙漠砂的形成主要是巖石風(fēng)化形成的，砂石的顆粒半徑都較小，同時沙漠的沙粒表面太光滑了，這都不利于沙漠砂在水泥中起強(qiáng)化作用，與沙粒棱角分明的河砂形成了鮮明的對比，因此在混凝土中，很難起作為骨架的作用。
過于圓潤的顆粒對強(qiáng)度不利
一般建筑所使用的沙子都為粗砂、中砂，粒徑大約在2mm到4mm左右，而我國部分沙漠的沙漠砂平均粒徑約為0.2mm左右，這將嚴(yán)重限制了這些沙子的使用，粒徑過于細(xì)小的沙粒吸水性較強(qiáng)，還會影響水泥的固化。要知道就連坐落于沙漠的迪拜，每年都至少花4億美元進(jìn)口大量沙子。
我國不同沙漠地區(qū)沙漠砂物理性質(zhì)
海砂
去過海灘邊的人應(yīng)該都應(yīng)該知道，海灘的沙子非常多，并且看上去與河沙很相似，那么海砂的使用又存在什么問題呢？
海砂與河砂最大的區(qū)別，就是一個是泡在鹽水里的，一個是泡在清水里的。而海水中的很多離子對混凝土結(jié)構(gòu)具有破壞作用，特別是其中的氯離子Cl-。海水中的鹽成分主要是NaCl、MgCl2以及K2SO4。這些氯鹽會逐漸破壞混凝土鋼筋表面的鈍化層，從而使鋼筋在后期遭遇腐蝕，鋼筋銹蝕產(chǎn)物的體積將比原來的體積大2.5倍以上，造成混凝土開裂、剝落，墻體裂縫，最終能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)破壞、失效，甚至樓房倒塌。因此海砂不像河砂，河砂長期在中性水的沖洗下，砂中所含的可溶性鹽已經(jīng)全部被沖洗干凈，不存在離子腐蝕的問題。
海砂如果要使用，必須提前經(jīng)過處理，國家對于海砂中氯離子的含量有著嚴(yán)格的規(guī)定。但海砂的處理同時也在一定程度上增加了使用成本，限制了海砂的推廣，另一方面，人們對于海砂的接受程度并不高，畢竟生產(chǎn)安全才是第一位。
我們該如何應(yīng)對砂石危機(jī)
我國每年有近200億噸的砂石需求量，需求量巨大，應(yīng)對砂石短缺，目前我國也對此提出了很多應(yīng)對措施，最直接的就是逐漸推廣使用砂石的替代品，其中一項(xiàng)便是人工制砂，也就是我們所稱的“機(jī)制砂”，顧名思義，就是人類利用機(jī)械加工手段將一些自然材料和廢棄材料（包括山石、鵝卵石等，廢棄材料包括工業(yè)礦渣，甚至裝修的建筑垃圾等）按照科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)加工成砂石。
目前已經(jīng)有不少混凝土公司開始越來越多地使用將巖石打碎加工而成的機(jī)制砂來補(bǔ)充天然砂的不足，同時我國堆存著幾百億的尾礦尚未處理，通過將它們進(jìn)行利用制成人工砂石使用，不僅能夠解決堆存過程中造成的污染問題，還能有效解決危機(jī)，產(chǎn)生多重效益。
