2023 年 5 月，自然科研出版的《科學(xué)報(bào)告》刊載了一篇論文，日本北九州大學(xué)的西斯萬蒂·祖萊達(dá)（Siswanti Zuraida）等其他兩位研究人員，采用一種特殊材料建房子，這種材料就是紙尿褲。

(資料圖)

相關(guān)論文截圖

研究人員發(fā)現(xiàn)，在單層建筑使用的混凝土和砂漿中，可以加入廢棄后粉碎的一次性紙尿褲。粉碎后的一次性紙尿褲最多可以替代結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)梁使用的 10% 的砂子，但不改變房子原本的承載力。他們甚至還用這些材料在印度尼西亞建了一座小房子。

面對這么一條“有味兒”的新聞，你可能會陷入沉思，用廢棄紙尿褲取代砂子能減少垃圾，聽起來好像挺環(huán)保?？晒?jié)約出來的砂子能值幾個錢呢？再仔細(xì)一看這篇論文，作者西斯萬蒂·祖萊達(dá)來自印度尼西亞，進(jìn)行這項(xiàng)研究的目的也是為了緩解印度尼西亞因城市化和人口增長加劇而產(chǎn)生的建筑材料缺乏的問題。

不過，印度尼西亞可是一個由 17000 多個島嶼組成的國家，按理說，這樣的國家最不該缺乏的，就是砂子。這不禁讓人好奇，這群人真的是為了做研究嗎？

用紙尿褲建造的房屋原型的前立面，圖片來源：《科學(xué)報(bào)告》

先別著急嘲諷，這篇論文能讓《科學(xué)報(bào)告》雜志報(bào)道，那是有原因的。

細(xì)心的讀者可能已經(jīng)注意到了，前文我們用的是“砂子”并不是“沙子”。這兩者不是同一種東西。字典里，沙子指的是非常微小的巖石粉末，而砂子是微小的巖石粉末，相差“非常”兩個字，是因?yàn)閮烧叩拇笮∮胁町?。在工業(yè)領(lǐng)域， “砂子”是一類有一定質(zhì)量要求的土類，是現(xiàn)代社會重要的材料，比如建筑中要用砂子制作砂漿、制造玻璃要提取砂子中的二氧化硅、制造芯片也需要從砂子里提取硅。

因此，盡管這些島嶼國家沙灘廣闊，并不缺“沙子”，但他們真的缺“砂子”。因此看似取之不竭的“沙子”，其實(shí)并不能替代“砂子”作為建筑材料、制造材料。而“砂子”是真的已經(jīng)不夠用了。

砂子都從哪里來？

與細(xì)軟的沙子類似，砂子也是巖石經(jīng)歷風(fēng)化和侵蝕形成的，只不過砂子的顆粒尺寸比沙子大一些。砂子的主要成分是二氧化硅，但是也含有各種雜質(zhì)，因此會呈現(xiàn)出不同的顏色。

一般來說，砂子分為三類：

一種是沙漠里的砂子；

一種是海邊的海砂；

還有一種是河里的河砂。

這三類砂子最大的區(qū)別就是它們的顆粒大小和光滑程度。沙漠里的砂子和海砂經(jīng)過長時(shí)間摩擦，顆粒只有零點(diǎn)幾毫米，而且表面非常光滑。相比之下，河砂的直徑在 1 毫米左右，表面更粗糙。

這種區(qū)別，在建筑領(lǐng)域直接就是能用不能用的差異。現(xiàn)代建筑最常用的混凝土需要混合水泥、砂漿之類的原料，其中的砂漿不能太細(xì)，一般要選用河砂才行。沙漠里的砂子太小太滑，用它來蓋房，混凝土的強(qiáng)度就不達(dá)標(biāo)。阿聯(lián)酋首都迪拜就坐落在沙漠之中，但是還要進(jìn)口大量的河砂用于建筑。

此前新華社報(bào)道的迪拜進(jìn)口砂子的相關(guān)新聞。圖片截取自新華網(wǎng)文章《被忽略的“沙子危機(jī)”》

海砂含有大量鹽分，同樣不適合用于建筑。用海砂制作混凝土，一段時(shí)間之后，建筑就會出現(xiàn)墻壁或者天花板剝落，露出里面的鋼筋。在我國臺灣省，這種用海砂建筑的房子叫做海砂屋，容易形成危房。即便沒有到危險(xiǎn)的程度，這類房子的質(zhì)量也很差。有不法商人以次充好銷售海砂屋，經(jīng)常造成糾紛。

沙漠里的砂子和海砂都不行，就只剩下河砂這一個選擇了。過去幾十年，你的家鄉(xiāng)附近如果有河流，或許經(jīng)常能看到來回作業(yè)的采砂船，采集的河砂就是用來建筑的。

河砂是一種重要的建材，許多國家都要進(jìn)口。過去，咱們中國經(jīng)濟(jì)剛剛起飛，建筑需要的砂子有限，河砂看似取之不竭，為了賺取外匯，中國每年還能出口一些河砂。后來，中國的城市化進(jìn)程不斷加快，就變成了河砂進(jìn)口國。河砂價(jià)格也翻了多倍。搜一下新聞就會發(fā)現(xiàn)，過去幾年，有些地區(qū)甚至限制河砂離開本地，背后的原因就是河砂太寶貴了。

還有，開采河砂其實(shí)對生態(tài)破壞嚴(yán)重，非法采砂船把河底挖得千瘡百孔，不僅影響當(dāng)?shù)氐纳?，還會改變河床地貌地形，影響下游的橋梁、堤岸和管道，影響所在地的水質(zhì)和水位，甚至危險(xiǎn)河流防汛。因此，2022 年中辦國辦印發(fā)了《關(guān)于全面推行河長制的意見》，其中就有清理整治非法采砂的內(nèi)容。砂子短缺造成了砂子暴利，不嚴(yán)格治理，采砂就可能造成大問題。

看到這里，你就明白了三位科學(xué)家的用意。

單論砂子的數(shù)量，許多地方都是足夠的。但是用來建造房屋的河砂，就不一定夠用了。用紙尿褲之類的垃圾取代一部分砂子，減少垃圾可能還在其次，首先是節(jié)約砂子本身。這篇論文也提到，這種垃圾利用的辦法可以用在貧困地區(qū)，用便宜的材料建造堅(jiān)固的建筑?？磥?，這個研究值得繼續(xù)深入，看看還有其他哪些便宜材料可能取代砂子。

砂子還有什么用？

聊完了建筑用的河砂，有人已經(jīng)想到了下一層。剛才提到，咱們國家的砂子也很緊張，現(xiàn)在需要依賴進(jìn)口，那會不會沒有砂子可用？或者有沒有可能進(jìn)口受阻，因?yàn)檫@種最常見的東西，遭遇卡脖子呢？

要回答這個問題，我們要再看看砂子的幾個常見用途。目前來看，除了混凝土里的砂子，其他建筑用啥還沒有遇到短缺的問題?；炷翆ι白右筇厥猓灿衅渌鉀Q辦法，比如把巖石用機(jī)器粉碎，做成人工砂。這個辦法造出來的砂子，自然沒有大自然準(zhǔn)備好的河砂便宜。但是，不采取這種辦法，一味在河流中索取，造成的破壞可能更昂貴。

砂子還有兩個用途，一個是去除雜質(zhì)，用二氧化硅制作玻璃。這個工藝不需要河砂，目前看還沒有砂子不夠的風(fēng)險(xiǎn)。另一個就很關(guān)鍵了，是用砂子提取硅，作為半導(dǎo)體材料，制作芯片。這種砂子是純度很高的高純石英砂，能用在光纖、光伏電池、光學(xué)設(shè)備還有半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

除了建筑行業(yè)，砂子在半導(dǎo)體制造等技術(shù)領(lǐng)域也很重要。

2010 年以前，我國需要從美國公司進(jìn)口高純石英砂，這家公司擁有巨大的礦山，能出產(chǎn)純度很高的石英砂。2010 年之后，我國擁有自己的高純石英砂生產(chǎn)能力，材料既有國產(chǎn)，也有進(jìn)口，不再依賴于同一家公司?？吹竭@里，你可以稍稍放心，高純石英礦這種資源，還不至于被少數(shù)外國公司手拿把攥。

總結(jié)一下，砂子不夠用，這是一個現(xiàn)實(shí)的危機(jī)，主要是用于建筑的優(yōu)質(zhì)砂子越來越少。我國一面治理非法采砂，一面解決砂子生產(chǎn)問題，但砂子確實(shí)越來越珍貴的問題不會消失，需要珍惜使用。最后，半導(dǎo)體和光伏行業(yè)需要的高純石英砂也是重要的資源，目前我國有生產(chǎn)能力，也有多個進(jìn)口渠道。小小的砂子，也有資源問題?！凹埬蜓澤w房”這種研究，未來可能越來越多。

策劃制作

作者丨陳朝北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)碩士

審核丨朱絢絢北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司高級工程師

策劃丨崔瀛昊

責(zé)編丨崔瀛昊

（科普中國）

關(guān)鍵詞：