在我們日常生活中,沙子是最常見的一類物質了,而在建筑行業里,河砂是非常重要的建筑原料,人類所有的建筑幾乎都離不開河砂。不同于自然中存在的沙粒,工業用砂有著許多不同的工藝標準和要求。
你可能不知道的是,河砂雖然在生活中隨處可見,但隨著人類不斷地建設發展,大量修筑的公路、房屋使得河砂被大量消耗,河砂的價格也不斷上漲。如今河砂每立方的價格普遍在200元以上,相較于以前,河砂的價格可謂是很貴了。也許有人會想,既然黃河中存在大量的沙子,為什么不把黃河的沙利用起來呢?同時還能治理黃河泥沙堆積問題進行清淤,一舉兩得。
說到這里,我們來看看黃河。作為我國的第二長河,黃河源起青海,流經多地,經過9個省區。從中華文明的發展上來看,黃河河域文化衍生出了后來的華夏文明。而黃河母親河的名號也由此而來,可以看出黃河對中國有著十分重要的影響。
黃河從一開始來勢洶洶,從大禹時代一直到今天,黃河都在通過人為的不斷整治來進行河流治理。黃河在中游河段會經過黃土高原,也是在這里,黃河開始變得渾濁,同時攜帶著大量泥沙。
黃河的泥沙攜帶量可以說是世界第一,最大年輸沙量達到了39.1億噸。由于大量的泥沙堆積,使得下游河床不斷抬升,黃河也有著“天上之河”的稱謂,泥沙沖擊堆積出的河岸讓下游地帶經常面臨決堤風險。也正是由于黃河的洶涌變化,黃河問題一直以來都難以得到根治。
砂子一般我們對于細碎的巖石礦物顆粒稱為沙子,沙粒的形成和成分組成很大程度取決于當地的地理環境。在內陸地區,如沙漠地帶,這些地方的沙子主要成分為二氧化硅,通常以石英的形式為主。這些地帶的沙子經過長時間的風化作用,沙粒非常細小光滑。
另外一種也是較為常見的沙子,這類沙的主要成分是碳酸鈣。它們多是由珊瑚及貝類等各種生命經過億萬年變化形成細小沙粒,鈣化沙是海邊最主要的沙粒組成成分。
建筑用的砂子在本質上和一般沙子沒有什么區別,只是砂子更多的是人工制造或者通過打磨石塊來獲得。另外在自然界中,河砂主要是經由水的作用力,通過長時間的反復沖撞、摩擦產生,是一種成分復雜、雜質含量較多的非金屬礦石。
從人類的時間尺度來看,由于沙子的形成需要億萬年的時間,經過自然長期的打磨才能形成,沙子便成了一種不可再生資源。
建筑用砂在簡單的了解完沙子的形成過程后,我們來講講為什么不用黃河沙。在建筑行業中,對于所有建材的使用都會有一個工程標準要求,河砂也不例外。
建筑用砂一般分為細砂、中砂、中粗溶砂、粗砂。每個砂粒細度的區分都有一個標準值,細砂的標準粒徑在0.25mm-0.35mm之間。黃河河沙在水流的長期沖刷中,其粒徑大部分都小于0.15mm,完全不符合工程使用規定。
而河砂的使用最主要是用作混凝土,因為河砂不規則的顆粒面能夠很好地與水泥結合,經過攪拌后能夠達到混泥土所需要的粘性和強度。黃河河沙細小光滑,無法在混合后保證建筑物的整體質量,黃河河沙自然也就無法成為建筑原料。
而海沙則更不行了,海沙不僅顆粒細小,結構成分中一般還會有碳酸鈣和鹽分。如果將海沙作為混凝土原料,沙粒中的氯離子會腐蝕混泥土中的鋼筋,損壞建筑結構并嚴重縮短建筑的安全使用壽命。但在一些特殊情況下,這些細沙可以摻用在混凝土中作防滲處理,但一般來說不會有人使用黃河河沙這類極細的沙土。
其實低于建筑用砂規范的微粒沙子可以用來燒制一些空心磚,也可以將這些細小沙粒混合一定土壤配比為沙土用作部分植物養殖。另外,海沙在機械制造領域是一種較為常見的工業用料,海沙的特性可以用來進行模具制造,通過研磨材料還可以進行除銹、去氧化皮處理以及制造一些耐火材料。
另外,黃河中的沙質其實只是一種附帶物,黃河之所以這樣黃是由于在河流中段沖刷帶來的泥土造成。換句話說,黃河中攜帶更多的是泥土一類的物質,沙子只是其中的一部分。
而且河砂作為重要的建筑原材料,一直以來都是國家管控的重要物資,對于黃河來說,其中的泥沙對黃河治理也起著非常重要的作用,任何未經政府同意的河沙開采都是違法犯罪行為。
河沙與黃河治理自古以來黃河的治理問題都是一件棘手的事情,幾乎每個朝代都有對黃河的改道或者堤壩修筑。兩漢期間、隋代一直到明清兩代,都有不同程度的修繕。但黃河依然還是會不斷地淤高,修筑堤壩只能保證暫時的安穩。
從黃河的相關數據來看,黃河平均每年有16億噸的輸沙量,其中有75%會流入海中,剩下的則會堆積在河道中。如果將河道進行分道引流,將河沙分開引入,每年只需要達到總輸沙量的5%就能夠保證黃河長期的安全。
要說對黃河進行挖沙處理,其實也不是沒有,黃河治理還有一種手段便是靠吸沙船來抽沙填坑。吸沙船的高壓水泵會抽取黃河水到河道的泥沙層上,再將抽取上來的泥沙漿通過管道運輸至岸上。抽取出來的泥沙用來填坑造堤或者造田綠化。
但總體來說,這些都是暫時的保治手段,無論是挖沙運輸還是引流河道,黃河的泥沙淤積始終會存在。黃河的根本問題還是在于源頭上,黃土高原的特殊地理結構使其在黃河的不斷沖刷下,黃河會帶走河岸的大量泥沙。黃土高原上的綠化在未來是黃河治理的一個重要方案。
另外對于黃河河沙來說,河沙細膩雖然不能直接用作建筑,但可以燒制成多孔磚來作為建筑材料。山東淄博政府經過近20年的努力,終于將黃河河沙有效的利用起來,解決了河沙燒結困難,制磚困難的問題。這些燒制的多孔磚頭在未來黃河治理問題上將會做出重要貢獻,同時也能帶來經濟效益。
如今在針對黃河治理的問題上,各種辦法也都有了初步成效,由此可見黃河治理是一個長期的過程,并不是通過簡單的挖沙就能夠解決。
挖沙有風險回到挖沙這個問題上來,國家之所以不允許私人進行挖沙行動,其中一個非常重要的原因,無節制的胡亂挖沙會破壞河流環境。
對于河流來說,河床沉積物一直都是處于一種動態的平衡中。不合理的挖沙活動會使得河床發生改變,影響水流作用。河床開采后的坑道占據了原有的河道,使河水改變了原有的流向。在水流的沖刷作用下,新的河道會逐漸形成,但這個過程會改變原有的河流樣貌,對周圍的生態和地理環境造成難以挽回的局面。
如果河岸邊有橋梁、港口或者一些水電站,那么失去原有河岸根基的河道會受水流沖刷直接將力作用于建筑根基上。這會使得建筑物的原有的支撐失效,抗側向荷載的能力被大幅度削減,極有可能造成建筑坍塌。
新河道的形成使得原有的河流流向發生改變,一些重要的航道因此可能會受到影響,甚至無法通行。而挖沙留下的坑洞會在水流作用下形成漩渦和暗流,非法挖沙不經合理的管控,會讓河流徹底失控。
對于河流周圍的生態來說,河道底層生物和河岸棲息為生的生物都有可能遭受毀滅性破壞。歐美地區曾經狂熱的淘金活動就在加拿大有過驗證,加拿大的河流就曾因淘金熱而被人們非法挖砂石致使河道改變流向,生態遭受破壞。而這些河道經歷半個世紀才勉強恢復了一點生機。
從2019年起開始,聯合國將砂石作為未來的短缺資源,全球正在面臨用砂危機。過去的幾十年里,全球的用砂量是以往的兩倍。人類每生產一噸水泥就需要10噸砂石,全球每年就會消耗500億噸砂。
中國作為人口大國,同樣也是發展中國家,我國每年會消耗200億噸砂石。不僅是中國,未來全世界在工業化、城市化的過程里還將繼續增長對砂石的需求。供砂危機的出現也正是因為全球城市化的發展太快,自然界來不及生產更多的砂子。
砂石的巨量使用需要我們有一個行之有效的可持續采砂策略,同時還必須保護河道。河砂的不合理開采已經開始讓越南湄公河三角洲在緩慢消失,同時加上氣候變化的因素。湄公河三角洲現在每天都會流失出相當于一個半足球場面積的土地。
目前河砂的替代品為機制砂,這是一種通過機械力制成的砂石。制砂機將鵝卵石、花崗巖、大理石,甚至部分廢棄建筑垃圾,通過機械力粉碎原料制成砂石骨料。這種機制砂成本低廉,在建筑使用上也能夠替代天然砂,機制砂在未來會是一種重要的發展趨勢。
結語對于黃河泥沙而言,河沙開采從來不是那么簡單,河砂的使用也有著嚴格的規定要求。小小砂石對人類的生存起著重要的作用,沙子聚少成多,砂石修筑出來的高樓大廈為人類提供了住所。除了普通砂石外,人類對高純度硅砂的需求也在不斷上漲,硅晶作為半導體工業重要的材料,其原始物質正是這些高純度的硅砂。
如今的砂子進入了資源緊張的地步,我們應該反思其中的原因。人類在未來的開發利用中必須關注每種資源對人類的影響,一味索取只會遭受自然界的懲罰。
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