科學(xué)觀世界 2020-09-08
我們知道，混凝土的配方主要為水泥、水和沙子，沙子在凝結(jié)后的混凝土中起著骨架作用，適量沙子的加入能夠增加混凝土的強(qiáng)度，一般情況下，這些混凝土中所含的細(xì)砂集料約占混凝土中質(zhì)量的25%。目前全世界向混凝土中加入的沙子基本都是河砂，因此對于河砂的消耗量非常巨大，目前全世界的河砂已經(jīng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象。
如果人類大量開采河沙，會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。河床的沉積物是河流經(jīng)過上萬年甚至上百萬年形成的穩(wěn)定狀態(tài)，如果隨意開采這些沙石，將會對該平衡造成破壞，例如將會改變河流的原有運(yùn)行規(guī)律，導(dǎo)致河流改道，沖刷堤壩，導(dǎo)致水土流失造成地面垮塌，因此現(xiàn)在國家對于河砂的開采有著嚴(yán)格的管理。
那么，沙子不止有河沙一種，其它沙子可以嗎？比如沙漠砂，海砂等，這些問題其實(shí)已經(jīng)有很多科研人員正在進(jìn)行研究，相比于河沙來說，例如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就有近900萬平方公里，僅比我國國土面積小幾十萬平方公里，如果能夠利用好沙漠砂，那么我們將不需要愁沒有建筑原材料了。
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，因此在混凝土中，很難起作為骨架的作用，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。
另外，沙漠砂中的雜質(zhì)較多，河沙的主要成分為石英等硅酸鹽類無機(jī)化合物，而沙漠在以前，一般都是被綠植覆蓋的區(qū)域，因此，在沙中會存在著一定的黏土以及有機(jī)物雜質(zhì)，這些物質(zhì)強(qiáng)度較低，在摻入水泥中后無法經(jīng)受住高強(qiáng)度的壓力，同時這些物質(zhì)會導(dǎo)致沙石和混凝土的接觸界面處粘結(jié)不牢固，易脫落導(dǎo)致強(qiáng)度降低。
最后沙漠中的鹽堿度高，與河砂不同，河砂由于常年被河水沖刷，基本上河砂中含有的可溶性鹽堿都已經(jīng)被溶解帶走，而沙漠中常年干旱，砂石中含有大量的可能性鹽及堿類物質(zhì)，在使用這些砂石加入混凝土中將會溶解出部分離子，而這些離子很有可能會對混凝土本身以及內(nèi)部的鋼筋造成腐蝕，并且這種行為是一個時間非常漫長的過程，因此對于科研人員來說，這些長期的影響還有待進(jìn)一步觀察，在還沒有足夠充足的數(shù)據(jù)情況下，人們還不能直接使用。
針對目前這種河砂產(chǎn)量不足的情況下，人們正在考慮使用其它產(chǎn)品進(jìn)行部分替代河砂，從而減少河砂的用量。例如人們開始考慮碎石、工業(yè)礦渣和廢料作為混凝土骨料，對于沙漠砂，由于各地區(qū)沙漠砂均具有粒徑極細(xì)、吸水率高、具有輕微腐蝕性的特性，導(dǎo)致純沙漠砂混凝土存在抗壓強(qiáng)度、坍落度均偏低等問題。因此，希望在未來，人們在這方面的研究能夠有所突破，將沙漠砂變廢為寶。
參考資料
張國學(xué).沙漠砂對水泥砂漿和混凝土性能的影響
《Nature》Time is running out for sand
《沙漠砂混凝土資源化利用研究進(jìn)展》
