沙子全球短缺,年消耗500亿吨!撒哈拉沙漠那么多沙,为何不用?
2016年5月6日,BBC在其官网上发文称据联合国数据,阿拉伯联合酋长国在2014年总共进口了4.56亿美元的沙子用于建筑业!这是一个让人非常好奇的数据,因为阿联酋几乎就是沙漠中的国家,为什么还要进口沙子?
沙漠的沙子为什么不能用?
沙子的成分通常都是二氧化硅,通常以石英的形式出现,形成原因则是风化或者河流和海浪冲刷导致,在河流的转弯的内侧或者平缓地区沉积形成泥沙,也可能在海岸边形成的沙滩等。
一般建筑工地上用的大都是河沙,偶尔也会听到有海砂,但似乎沙漠沙从来没听过。在建筑行业,沙子就是非常重要的骨料,不同粗细的沙子,用途是不一样的,比如太细了就成了“泥”,太粗了就变成“鹅卵石”,一般沙子的颗粒在0.0625毫米到2毫米之间,大了就叫做砾。
海砂不能直接用的理由很简单,因为海砂中含有硫化物以及硫酸盐和氯化钠等物质,会形成原电池,破坏钢筋的钝化膜,造成钢筋锈蚀,钢筋和水泥之间形成缝隙,一旦发展这个地步,那么接下来就会持续恶化,锈蚀,膨胀,水泥开裂脆化,最终建筑物失去了原有的功能轰然倒塌。
2021年6月24日,美国佛罗里达州迈阿密-戴德县瑟夫赛德镇发生一起住宅楼倒塌,造成至少97人遇难,多个媒体披露,早在2018年的一份报告中就指出建筑物存在极大的隐患,而这些隐患正是来自建筑物框架的混凝土碎裂、钢筋锈蚀等严重情况,最终导致了建筑物溃缩性坍塌,当地建筑是否用了海砂我们不知道,但建筑物钢筋锈蚀、混凝土开裂的后果有多严重,相信大家应该是搞明白了。
当然海砂也不是不能用,将氯离子清洗到标准后也可以用作建筑用砂,一类沙低于0.01%;二类沙低于0.02%,三类沙低于0.06%,当然清洗无疑会增加成本,并且增加时间成本,比如标准至少在淡水中浸泡24~48小时,而且可能会反复使用,海砂的质量难以控制。
沙漠沙除了细一点,没有海砂那么多问题,为什么也不用?
沙漠沙含氯比较少,但它们同样没有经过水的浸泡,含碱量比较高,直接结果就是这些含碱的成分会形成氢氧化物,体积膨胀,就像长了一层毛,很多工业建筑中经常看到类似的场景,就是建筑材料的含碱量过高导致的。当然除了长毛外同样会导致钢筋锈蚀,混凝土寿命降低。
全球沙子究竟有多紧缺?
2019年5月7日,联合国环境署在官网上公布,全球每年的沙子和砾石的需求高达40~500亿吨,沙子的用途主要就是建筑业,全球展开基建、高速发展中的国家无疑需要大量的建筑用砂,而人口的增加与城市化的需求则是最大的推动力。
从1950年代时全球城市人口大约就十几亿,到了现在居住在城市的人口已经超过42亿,而联合国预测,随着人口的增长以及城市化的需求,未来30年还将有25亿人涌入城市,使得建筑材料中的沙子需求非常旺盛。
印度每年建筑用砂量是2000年初的2倍还要多,中国在这段时间的用沙则几乎比美国整个二十世纪用沙量还要多,全球没有沙或者有沙却不能用的国家也需要大量进口,比如新加坡这个国家几乎就没有砂砾资源,所以在过去的20年里新加坡进口了5.17亿吨沙子,迪拜为了造人工岛进口了3.85亿吨沙子和1000万立方米岩石。
沙子的新用途:意想不到的用法
沙子除了建房铺路、过滤、制造玻璃以外,还有就是制造硅片集成电路,当然还有各种抛光用途等等,但除了前面几大用途外,后者用量还是非常有限的,但随着科技的发展却延伸出一个用量非常大的沙子用法!
水力压裂,沙子使用量极大
油田的二采(自喷井、抽油井属于一采)就会用到水力压裂的技术,将油田中难以通过重力汇集起来的油层压裂采油的方式,当然另一个个用途则是在页岩油开采领域,和普通油田不一样的是,页岩油本来就在石头缝中,通过垂直井和水平井钻入地下后用高压水压裂岩层。
但水力压裂的岩层会在重力或者形变弹性的驱动下闭合,而沙子就成了这些缝隙中支撑的骨料,因此页岩油采掘到哪里,压裂用沙的需求就在哪里。2011年至2014年,水力压裂沙的需求翻了一番,从2400万吨增长到5900万吨。
不过好消息是随着页岩油市场的崩溃,压裂用砂需求也有所降低,但全球能源价格上涨的必然趋势,因此在未来,这个需求仍将持续突破。
挖沙造成的生态灾难究竟有多严重?
沙子是可以再生的资源,但再生时间有些漫长,而现代全球用沙的速度正以数倍超过产生的速度,所以沙子被“耗尽”也只是一个时间问题。
河沙是沙子的最重要来源,因此在河道里疯狂挖沙导致河岸坍塌甚至桥梁倒塌的事故经常有耳闻,比如湄公河三角洲正在缓慢消失,因为采砂导致三角洲沉积物来源减少,而海洋冲刷又让三角洲日渐萎缩。
比如在2011年,湄公河就开采了5000万吨沙子,而湄公河流域大坝的建设更是减少了沙子的自然累积速度,未来湄公河三角洲消失可能将变成一个缓慢但必然发生的结果。
墨西哥的环保活动家何塞·路易斯·阿尔瓦雷斯·弗洛雷斯 (José Luis Álvarez Flores)因为反对采砂在2019年6月被枪杀,8月份印度拉贾斯坦邦的警察在试图阻止拖拉机车队运载非法开采的沙子时遭到枪击,随即发生枪战,最后导致2名工人死亡。
泥沙是河道淤积的罪魁祸首,但也是河道保护的重要屏障,河道下切侵蚀,比黄河的地上河危害还要大,本来河道的自然渗透会让两岸土地湿润肥沃,但下切的河道将会使大片平原处在干旱的边缘。
危害更大的是河道自然淤积的泥沙还是两岸大堤的保护屏障,一旦这些泥沙被盗采,那么堤坝失去基础保护,会向河道坍塌,洪水来临时一冲刷就可能形成决口,那事儿就大了,所以河道采掘砂石在科学指导下是可以良性发展的。
但在利益的驱使,砂石盗挖也难以禁止,我国多地已经严禁未经批准的情况下在河道上盗挖砂石,比如从2013年起,四川德阳河道砂石全面禁采,但盗挖情况时有发生,比如在前几年盗挖事件每年超过200起,经过多年整治,2020年时仍有62件。
替代方案:能解决问题吗?
科学家一直都在考虑沙子的替代方案,比如2018年3月,伦敦帝国学院的一个小组开发了一种叫做“Finite”的建材,它利用沙漠沙制成混凝土,能得到河沙一致的强度。
另外除了天然砂之外,还有机制砂,也就是直接有石块破碎制砂,代替天然砂石,避免对环境造成危害,但这仍然需要大量采石。
还有科学家则在研究如何利用粉煤灰以及塑料,甚至将混凝土回收来循环利用,不过到现在为止,只有机制砂形成了规模,而其他方式仍然只是杯水车薪或者仍在技术突破之中。