什么，隨處可見的河砂資源竟然還面臨著短缺的危機？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）資源的報道，報告中顯示，目前全球每年開采河砂的數(shù)量高達近500億噸，遠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屬水泥，而強度是衡量建筑物的一個重要標準，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度，因此通過加入砂子，可以使材料強度增大。
過于圓潤的顆粒對強度不利
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，具有堅硬耐磨的性質(zhì)。通過將砂子加入建筑材料當中，可以起到骨架的作用。
建筑材料使用最多的當屬水泥，而強度是衡量建筑物的一個重要標準，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度，因此通過加入砂子，可以使材料強度增大。
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。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，但實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，這將嚴重限制了這些沙子的使用，粒徑過于細小的沙粒吸水性較強，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
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，其中一項便是人工制砂，也就是我們所稱的“機制砂”，顧名思義，就是人類利用機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)標準加工成砂石。
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制砂來補充天然砂的不足，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，產(chǎn)生多重效益。