沙漠里也會缺“沙子”？

地處茫茫沙漠之中的沙特阿拉伯除了缺水，居然還缺沙子？但事實上還真是如此。因為并不是所有的沙子，都是合格的建筑材料。沙特每年都要從大洋洲進口數百萬噸的河砂，而且只要河砂。不僅是沙特，就連咱們中國，如今也正在面臨“沙子”短缺的問題。

能用于建筑的沙子

一般來說，建筑用的混凝土由水、水泥、沙子和礫石四樣組成。其中水和水泥會產生水化反應，形成黏合劑并逐漸硬化，而被黏住的沙子和礫石才是混凝土的主體部分，也就是“骨料”。現代的建筑對混凝土的強度提出了很高的要求，而骨料在混凝土當中占據了75%左右，所以沙子本身的質量至關重要。最常見的沙子分四種：山砂、海砂 、河砂和沙漠砂。從外表上來看區別很小，但是如果我們把它們放到顯微鏡下，一切就變得不同了。

山砂比較兩極分化，顆粒之間，大小差距太大，巖石和淤泥混合在一起。對于混凝土而言，理想沙子的顆粒大小和級配要恰當適中，骨料當中最好包含不同大小的顆粒，以便填充空隙，提高混凝土的密實度。較好的級配可以減少混凝土中的孔隙率，提高其抗壓強度。而反過來，則會導致混凝土內部空隙增多，降低其密實度，從而影響混凝土的強度和耐久性。以我國《建設用砂》中的規定來說，直徑過大或者過小的顆粒都是要被篩除的，而山砂各方面都很難達到建材標準。

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沙漠砂和山砂的差異，用手指就能很清晰地感覺出來。一個粗糙，另一個則明顯細膩光滑。在顯微鏡下，沙漠砂的直徑一般都在0.25mm以下，屬于超細砂。由于常年風吹日曬，沙漠砂的造型明顯圓潤、細小，和山砂有著明顯的區別，這也是沙漠砂的特點。但對混凝土來說，它顯然不合適。因為骨料砂石的表面需要盡可能的粗糙、有棱角，棱角多的砂石骨料能提供較高的摩擦力和機械咬合力，從而使得混凝土更具強度和穩定性。若是拿這種超細砂去拌水泥，就需要更多的水泥漿來填充沙子之間的縫隙，水泥漿的比例就會上升，帶來的結果就是因為水太多，混凝土成型之后水化反應還會繼續放熱，造成結構內部熱量不均勻，最終導致開裂、破損。

海砂，在顯微鏡下，它甚至稱得上是瑰麗。相比于其他砂礫，海砂中擁有大量的雜質，甚至從里面還能找到貝殼、珊瑚的碎片。作為建筑材料，海砂無疑是不合格的。因為砂石中，需要盡量不含或少含有機物、泥土、淤泥等雜質。這些雜質會影響水泥與骨料之間的黏結力，可能導致混凝土中的空隙增多，最終降低強度。另一方面，海水含鹽量太高，鹽分會帶來過多的氯離子，用作混凝土時，會腐蝕鋼筋。除非經過淡化和過濾處理將雜質都洗掉，把氯離子含量降低至0.06%以下，才能符合標準。但從成本上考慮，這顯然相當不劃算。

最后我們再來看河砂。相較于其他砂石，河砂無論造型還是形狀都相對規整，大小適中，只要經過簡單的篩選，就能符合我國國家標準要求的1.6—4.5毫米的標準，而且表面有棱有角。因此河砂堪稱工程師的“夢中情砂”。

河砂資源日漸枯竭

河砂源于巖石風化后被水流反復沖刷、侵蝕，這個過程相當緩慢。因此，河砂實際上是一個不可再生資源。而且，河砂的最終歸宿是被沖入大海，變成海砂。放眼全世界，每年新增的河砂量都是微乎其微的。現在我們挖掘的河砂，都是過去百萬年積累下來的河砂沉積層，挖一點就少一點。

我們不是還有黃河嗎？黃河被稱為“世界上含沙量最高的河流”，每年水土流失就有十幾億噸，但黃河的沙子也不適合作為建筑材料。因為黃河沙屬于泥沙，來自上游的黃土高原，而非風化的巖石。這種沙子往往顆粒較細，形狀較圓滑，而且含泥量也太大。在過去的幾十年里中國基建蓬勃發展，但基建發展的背后帶來的是河砂資源的日漸枯竭。中國砂石協會的數據顯示，20世紀90年代的河砂一噸也就幾塊錢，但現在直接漲到了上百元。同時，在國際貿易上也出現了大規模購買河砂的現象，比如文章開頭提到的沙特。

據估計，如今全球每年消耗約400—500億噸砂石骨料，其中大部分是河砂，但已經探明的河砂儲量，大概只有6000億噸。保守估計，這些河砂儲量也就夠再用十幾年。然而城市化是大勢所趨，加上采砂帶來的環境污染等問題，近些年來我國對砂石開采行業采取了嚴厲的限制措施，我國已經從一個砂石出口國，變成了砂石進口國。如果砂石還是不夠用該怎么辦？那就只能使用機制砂了。

所謂機制砂，是指通過制砂機和其他附屬設備加工而成的人工砂石，其主要材料是山上的石頭或者建筑垃圾。19世紀末到20世紀初，在天然河砂資源有限的背景下，人們開始探索通過機械手段破碎巖石，制造出粒徑合適的砂石骨料，以替代天然河砂，這就是最早的機制砂。

早期的機制砂制造主要是通過簡單的破碎機，如顎式破碎機和錘式破碎機，將較大塊的巖石破碎成較小的顆粒，并在建筑項目中使用。20世紀中期，隨著破碎和篩分設備的進步，機制砂的生產逐漸標準化。特別是在二戰后，全球重建時期，機制砂技術在歐美得到了進一步的發展，并逐漸形成了一套比較成熟的生產和質量控制標準。例如，德國的建筑垃圾回收制砂技術就很成熟，世界上最早的大型移動破碎站就誕生于二戰后的德國。

20世紀70年代起，日本等國家在本土天然砂石資源匱乏的情況下，大力發展機制砂生產技術，并在工程項目中廣泛使用。此時，機制砂的質量和形狀都得到了顯著改善。相關研究表明，發達國家的建筑垃圾回收率達到了百分之八九十，但中國內地卻只有50%左右。如今建筑垃圾回收，顯然大有可為。

但建筑垃圾回收也只能解決存量問題，而無法解決增量問題，河砂資源日益枯竭的難題依然存在。往后也許可以開山取石，也許可以大規模利用淡化的海砂。雖說世界上的沙子數不勝數，但對人類來說真正有價值的，只有那一小部分。除了我們提到的建筑行業，還有像是半導體行業制備晶圓，需要的就是高純度的石英砂，而不能隨便從沙漠中找來一把沙子。往往“普遍”并不意味著“可用”。這種稀缺性，或許正是人與自然的關系中，一種微妙的體現。

（責編：南名俊岳）