摘要：近年来，在十四五规划和海洋强国政策的推动下，需要进行大量海上和近海工程的建设，河砂需求量超百亿吨，导致河砂过度开采甚至枯竭，从而出现一系列的环境问题。利用海砂代替传统河砂是行业内的新方向，但是这种方法仍然存在不少缺点。本文阐述了河砂过度开采带来的危害，海砂代替河砂后出现的缺点，并结合土木工程专业以及学者的研究总结出相关解决方法。本文的最后是我自己对学习《环境保护与可持续发展》后的感悟体会，对大学生如何在土木工程专业中为环境保护与可持续发展付诸行动提出自己的意见。
关键词：土木工程；海砂；河砂；环境保护与可持续发展
一、背景
国家“一带一路”和“粤港澳大湾区”政策目标的实施需要建设大量的海上和近海工程，工程建设需要大量开掘内陆河砂、石资源和淡水资源用于生产混凝土，使得建筑用砂、石等资源短缺的问题日益严重，从而出现一系列的环境问题。
因此，部分工程技术人员与研究人员提出使用海砂甚至同时使用海水海砂制作混凝土。与河砂相比较，海砂具有资源储存量大、开采难度小、就地取材、运输成本低等优势。然而，海水、海砂携带的氯离子会破坏钢筋表面的“钝化膜”，造成钢筋腐蚀，从而导致混凝土结构劣化。同时，海水海砂中的硫酸盐成分可能与上述氯离子共同作用加重混凝土结构劣化和结构腐蚀
结构劣化和结构腐蚀是建筑设施最大的潜在性危害，特别是近海建筑，由此引发的建筑物垮塌是造成人员伤亡和经济损失的直接因素。据统计，全世界基础设施每年因劣化和腐蚀引起的直接损失达7千亿美元，我国基础设施劣化和腐蚀导致的损失每年约6千亿元人民币，其中华南地区严重钢筋锈蚀破坏的码头构件占总数的41%左右。
针对上述问题，行业内提出了采用海水海砂淡化、混凝土添加剂、钢筋防护等方法，但是这些方法仍然存在不少的缺点。
二、河砂过度开采带来的危害
（1）水土流失。过度开采河砂会导致水土流失。河砂是河流底部的重要支撑物，过度开采会导致河床稳定性降低，进而导致水土流失。水土流失会增加洪水和泥石流的风险，给周边地区的生态和经济带来巨大影响。甚至还会出现土地沉降的现象，对沿岸居民的生活和财产造成威胁，甚至会引起地面塌陷等灾害。
（2）河床破坏。河砂是河床的重要构成部分之一，过度开采河砂会破坏河床的稳定性，导致河床沉积物的流失和破坏。长期以来，过度开采河砂已经导致了许多河流河床的破坏和失稳，给生态环境和人类社会带来了巨大的损失和风险。
（3）生态失衡。河砂是河流的重要组成部分，它的存在对于维持河流的生态平衡至关重要。过度开采河砂会破坏河床和河岸的生态环境，影响河流的水质、水位和流速，进而影响河岸植被和水生动物的生存。会对生态系统的稳定性和复原能力产生负面影响，甚至会导致物种灭绝和生态失衡。
（4）水文效应和水资源问题。河砂的存在对水文循环和地下水补给起着重要作用。过度开采河砂可能改变河流的水文模式，导致河流水位下降和地下水位下降。这可能导致地下水资源减少，湖泊和湿地的干旱，甚至对周边农业和生态系统造成负面影响。
（5）河岸侵蚀和土地退化。河砂对于保持河岸的稳定性至关重要。过度开采河砂会破坏河岸的自然保护层，使河岸容易受到侵蚀的影响。这导致河岸线的变化和土地退化，给周边生态系统和人类社区带来威胁。河岸的侵蚀还会增加洪水的风险，因为河床变浅，水流容易溢出河岸。
（6）社会经济影响。河砂是建筑和基础设施建设的重要原材料。过度开采河砂可能导致供应短缺，造成建筑业和基础设施发展的困难。此外，非法的河砂开采活动可能会引发资源争夺和非法经济活动，破坏社会秩序，并有可能导致社会冲突的发生。
三、海砂代替河砂
3.1海砂代替河砂的可行性
（1）海砂与河砂的物理特性相似。海砂和河砂在物理和化学特性上具有相似性，颗粒大小通常在0.1毫米到2毫米之间，具有相似的颗粒分布；都具有较高的强度和稳定性；含水率都比较低，有助于减少建筑材料的收缩和变形。因此海砂和河砂可以在工程建筑中相互替代。
（2）海砂分布广泛。相对于河砂而言，海砂的分布范围较广，可以通过海上运输来满足建筑材料的需求。特别是对于海上工程和近海工程来说，利用海砂制备混凝土就相当于就地取材，可以节省大量的运输成本。
3.2海砂代替河砂制备混凝土的缺点
（1）氯离子侵蚀：氯离子可以渗透到混凝土中，进入钢筋表面的保护层，与钢筋表面的氧化铁化合成氯化铁，使得钢筋表面的保护层被破坏，从而促进钢筋的腐蚀和锈蚀。当钢筋发生腐蚀和锈蚀时，它的体积会增大，从而导致混凝土表面出现龟裂和剥落。此外，腐蚀和锈蚀还会使得钢筋的截面积减小，从而降低混凝土结构的承载能力和耐久性。
（2）其它物质：海砂中的硫酸盐会与水泥中的水化物发生化学反应，使混凝土产生龟裂。海砂中的贝壳自身强度较低，易沿节理错裂；另外其多呈薄片状，表面光滑，与水泥砂浆的粘结能力差。
3.3现行解决方法
（1）淡化海砂：对海砂进行清洗和处理可以减少海砂中的有害物质和盐分含量，从而提高混凝土的性能。海砂处理的方法包括洗涤、筛分、脱盐等。
（2）混凝土添加剂：添加剂可以改善混凝土的性能，例如减少海水中的盐分对混凝土的影响、提高混凝土的耐久性等。常用的混凝土添加剂包括防盐膜剂、氯化物减少剂、硅酸盐补偿剂等。
（3）钢筋防护：钢筋的腐蚀是海水混凝土中常见的问题之一。为了减少钢筋的腐蚀，可以采用钢筋防护措施，例如涂覆防腐剂、采用不锈钢钢筋等。
3.4现行解决方法的缺点
（1）成本较高：淡化海水、添加剂、海砂处理和钢筋防护等方法都需要耗费一定的成本，增加了混凝土制备的成本。
（2）处理过程复杂：对海水、海砂和钢筋进行处理需要采用专业的设备和技术，处理过程较为复杂（图7），需要投入一定的人力和物力。
（3）可行性受限：这些方法虽然可以解决海水海砂制备混凝土的问题，但在一些地区可能难以实现，例如缺乏淡水资源或者没有成熟的淡化技术。
（4）对环境仍有影响：尽管采用了这些方法，但对周围的海洋生态环境仍可能会产生一定的影响，例如淡化海水时产生的副产品对环境的污染。
四、行业前沿的解决措施
4.1采用FRP筋材制备海水海砂混凝土
（1）耐腐蚀性能好。由于海水的化学成分，常常会对传统钢筋进行腐蚀，进而导致混凝土结构的损坏。而FRP筋材具有良好的耐腐蚀性能，不会因海水、海砂和其他化学物质的腐蚀而损坏，能够有效地延长混凝土结构的使用寿命。
（2）高强度、重量轻。相比于传统钢筋，FRP筋材的强度重量比更高。虽然它的强度与钢筋相比略有下降，但是它的轻质化可以减小结构自重，从而降低了结构的荷载，提高了抗震性能。此外，轻质化还能降低运输、安装和加工成本，提高施工效率。
（3）优异的机械性能。FRP筋材的弹性模量和拉伸强度比传统钢筋高，同时具有良好的疲劳性能和耐久性能，能够有效地提高混凝土结构的稳定性和耐久性。
由于FRP筋材在高温环境下性能较差、与混凝土结构的粘结性能较弱、抗弯性能相对传统钢筋较差，使得FRP筋材还不能广泛应用在海上工程和近海工程的建设当中。因此仍然需要对FRP筋材进行深一步的研究。
4.2采用FRP-钢复合筋制备海水海砂混凝土
目前已经有部分学者提出采用FRP-钢复合筋代替传统钢筋和FRP筋材制备海水海砂混凝土。
FRP-钢复合筋，是由纤维复合材料（FRP）外包内芯钢筋的一种新型复合筋材，它结合了FRP筋材和传统钢筋的优点。相对于单一材料的筋材，FRP-钢复合筋具有更高的强度、更好的耐久性和更好的疲劳性能，解决了传统钢筋易受腐蚀、FRP筋材刚度不足和脆性破坏的问题。
FRP-钢复合筋有望成为一种更加适合用于海水海砂混凝土结构的筋材。
五、结论
在十四五规划和海洋强国政策的推动下，需要进行大量海上和近海工程的建设，因此河砂需求量超百亿吨。从河砂需求量增大、河砂被过度开采直至出现一系列环境问题，到使用淡化技术处理海砂后代替河砂的方案，再到采用FRP筋材代替传统钢筋制备制备海水海砂混凝土。现在，已经有部分学者提出了新型的FRP-钢复合筋材。这个过程不仅体现出我们国内学者的优秀科研能力，更体现出我们国家对保护环境、节约资源不变的决心！
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