我們知道,混凝土的配方主要為水泥、水和沙子,沙子在凝結後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度,一般情況下,這些混凝土中所含的細砂集料約佔混凝土中質量的25%。目前全世界向混凝土中加入的沙子基本都是河沙,因此對於河沙的消耗量非常巨大,目前全世界的河沙已經出現了供不應求的現象。
如果人類大量開採河沙,會對生態環境造成嚴重的破壞。河床的沉積物是河流經過上萬年甚至上百萬年形成的穩定狀態,如果隨意開採這些沙石,將會對該平衡造成破壞,例如將會改變河流的原有運行規律,導致河流改道,衝刷堤壩,最終形成水土流失甚至造成地面垮塌,因此現在國家對於河沙的開採有著嚴格的管理。
那麼,沙子不只有河沙一種,其它沙子可以嗎?比如沙漠砂,海砂等,這些想法其實已經有很多科研人員正在進行研究,相比於河沙來說,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大約佔新疆總面積的26%,而世界上最大的撒哈拉沙漠就有近900萬平方公裡,僅比我國國土面積小几十萬平方公裡,如果能夠利用好沙漠砂,那麼我們將不需要愁沒有建築原材料了。
沙漠砂的形成主要是巖石風化形成的,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,一般建築所使用的沙子都為粗砂、中砂,粒徑大約在2mm到4mm,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,粒徑過於細小的沙粒吸水性較強,還會影響水泥的固化。
另外,沙漠砂中的雜質較多,河沙的主要成分為石英等矽酸鹽類無機化合物,而沙漠在以前,一般都是被綠植覆蓋的區域,因此,在沙中會存在著一定的黏土以及有機物雜質,這些物質強度較低,在摻入水泥中後無法經受住高強度的壓力,同時這些物質會導致沙石和混凝土的接觸界面處粘結不牢固,易脫落導致強度降低。
最後沙漠中的鹽鹼度高,與河砂不同,河砂由於常年被河水衝刷,基本上河沙中含有的可溶性鹽鹼都已經被溶解帶走,而沙漠中常年乾旱,砂石中含有大量的可能性鹽及鹼類物質,在使用這些砂石加入混凝土中將會溶解出部分離子,而這些離子會對混凝土本身以及內部的鋼筋造成腐蝕,並且這種行為是一個時間非常漫長的過程,因此對於科研人員來說,這些長期的影響還有待進一步觀察,在還沒有足夠充足的數據情況下,人們還不能直接使用。
總結針對目前這種河砂產量不足的情況下,人們正在考慮使用其它產品進行部分替代河砂,從而減少河砂的用量。例如人們開始考慮碎石、工業礦渣和廢料作為混凝土骨料。對於沙漠砂,由於各地區沙漠砂均具有粒徑極細、吸水率高、具有輕微腐蝕性的特性,導致純沙漠砂混凝土存在抗壓強度、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.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展》
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