一年消耗500亿吨，河沙资源面临枯竭，为何不利用沙漠中的沙子

什么，随处可见的河砂资源竟然还面临着短缺的危机？是的，可能你并不知道，沙子是人类开采数量最多的一种材料，并且超过了化石燃料的开采量。著名期刊《Nature》在2019年报道了一篇关于全球河砂（专业领域一般使用“砂”字）资源的报道，报告中显示，目前全球每年开采河砂的数量高达近500亿吨，远超过了砂子自然更新的速度，如果按照这种状况持续下去，那么河沙可开采的时间已经不多了，未来可能会出现无砂可用的状况。

《Nature》关于河砂的报道

沙子是基础设施建设、房屋建筑、玻璃制造，甚至芯片和化妆品制造领域都不可或缺的材料。其中建筑领域砂子的使用量最大。根据CNBC的报道，该领域全球每年要消耗近41亿吨水泥，而沙子的使用量大约是水泥的10倍，也就是近410亿吨。

为啥建筑施工要用沙子？

沙粒是由大自然的力量经过千百年打磨而成的，主要成分为二氧化硅，具有坚硬耐磨的性质。通过将砂子加入建筑材料当中，可以起到骨架的作用。

建筑材料使用最多的当属水泥，而强度是衡量建筑物的一个重要标准，在建筑施工过程中，通过利用水泥+砂子+水可以形成砂浆；水泥+砂子+石子+水则可以形成混凝土，砂浆的流动性好，但强度相对也会更低些。这些混合物在加水之后，水泥中硅酸钙成分会与水反应，形成水化硅酸钙。砂子和石子并不参与反应，但生成的水化硅酸钙会将石子和砂子包裹住，并填充在骨料间的孔隙中，这时水化产物会将石子与砂子构成的骨架粘结为一个整体。这些骨架可以使混凝土承受更大的强度，因此通过加入砂子，可以使材料强度增大。

混凝土中的砂石分布

沙子起着骨架作用

沙子的大量需求，催生了众多河沙开采企业，河砂属于天然砂，存在于河床下面，为不可再生资源，近年来由于被大量开采，导致河砂数量大幅减少，而且河砂开采后会造成地面塌陷，对环境造成破坏，因此目前我国对于河砂开采也有着更为严格的管制。

河砂开采

孟加拉国北部乌姆吉河的卫星图像显示了采砂的巨大影响

河砂资源日益短缺，相信也有很多人有过这样的疑问，为什么人们不使用沙漠沙以及海沙作为建筑用砂呢？如果这些沙能够利用起来，那么河砂短缺的问题就不是问题了。

为何不大量开采沙漠沙、海沙作为建筑用砂？

• 沙漠砂

相比于河砂来说，沙漠砂我们甚至可以用取之不尽，用之不竭来形容，我国新疆沙漠的面积就大约占新疆总面积的26%，而世界上最大的撒哈拉沙漠有近900万平方公里，几乎与我国国土面积相当。如果能够利用好沙漠砂，不仅一方面能够改善沙漠环境，另一方面还能解决砂石危机，但实际上沙漠砂在使用过程中存在着一些难以解决的问题。

沙漠砂的形成主要是岩石风化形成的，砂石的颗粒半径都较小，同时沙漠的沙粒表面太光滑了，这都不利于沙漠砂在水泥中起强化作用，与沙粒棱角分明的河砂形成了鲜明的对比，因此在混凝土中，很难起作为骨架的作用。

过于圆润的颗粒对强度不利

一般建筑所使用的沙子都为粗砂、中砂，粒径大约在2mm到4mm左右，而我国部分沙漠的沙漠砂平均粒径约为0.2mm左右，这将严重限制了这些沙子的使用，粒径过于细小的沙粒吸水性较强，还会影响水泥的固化。要知道就连坐落于沙漠的迪拜，每年都至少花4亿美元进口大量沙子。

我国不同沙漠地区沙漠砂物理性质

• 海砂

去过海滩边的人应该都应该知道，海滩的沙子非常多，并且看上去与河沙很相似，那么海砂的使用又存在什么问题呢？

海砂与河砂最大的区别，就是一个是泡在盐水里的，一个是泡在清水里的。而海水中的很多离子对混凝土结构具有破坏作用，特别是其中的氯离子Cl-。海水中的盐成分主要是NaCl、MgCl2以及K2SO4。这些氯盐会逐渐破坏混凝土钢筋表面的钝化层，从而使钢筋在后期遭遇腐蚀，钢筋锈蚀产物的体积将比原来的体积大2.5倍以上，造成混凝土开裂、剥落，墙体裂缝，最终能导致建筑结构破坏、失效，甚至楼房倒塌。因此海砂不像河砂，河砂长期在中性水的冲洗下，砂中所含的可溶性盐已经全部被冲洗干净，不存在离子腐蚀的问题。

海砂如果要使用，必须提前经过处理，国家对于海砂中氯离子的含量有着严格的规定。但海砂的处理同时也在一定程度上增加了使用成本，限制了海砂的推广，另一方面，人们对于海砂的接受程度并不高，毕竟生产安全才是第一位。

我们该如何应对砂石危机

我国每年有近200亿吨的砂石需求量，需求量巨大，应对砂石短缺，目前我国也对此提出了很多应对措施，最直接的就是逐渐推广使用砂石的替代品，其中一项便是人工制砂，也就是我们所称的“机制砂”，顾名思义，就是人类利用机械加工手段将一些自然材料和废弃材料（包括山石、鹅卵石等，废弃材料包括工业矿渣，甚至装修的建筑垃圾等）按照科学标准加工成砂石。

目前已经有不少混凝土公司开始越来越多地使用将岩石打碎加工而成的机制砂来补充天然砂的不足，同时我国堆存着几百亿的尾矿尚未处理，通过将它们进行利用制成人工砂石使用，不仅能够解决堆存过程中造成的污染问题，还能有效解决危机，产生多重效益。