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水泥生产质量对外加剂适应性的影响

1前言


随着社会经济的快速发展,混凝土的集中出现,使得混凝土的生产逐步趋向工业化、节能化和多功能化,对混凝土的使用性能要求也越来越高,如混凝土的可调凝、早强、高强、大流动性、高密实性、高耐久性,同时,还要求混凝土具有抗冻、抗碳化、抗渗等性能。混凝土要达到这些性能,如何解决水泥与外加剂相适应的问题就显得越来越重要,但外加剂适应性问题在混凝土生产过程中往往是水泥厂家、施工单位和外加剂厂家棘手的难题。本文根据实际工作中遇到的问题,通过相关的试验研究分析水泥生产工艺和质量控制对水泥和外加剂相适应的影响,为同行提供参考。


2混凝土与外加剂不相适应的主要影响因素


混凝土与外加剂相适应的问题,涉及水泥的化学、高分子材料学、表面物理学和电化学等方面的知识,是一个极复杂的问题,往往在施工现场出现时很难作出清晰的判断,即使通过分析也很难找到真正的原因。


从大量工程实践的情况看,有时同品种同掺量的外加剂,对应不同的水泥,效果的差异也很大,甚至是同一品种的水泥,存放时间不同效果也是不一样的,使用同一外加剂的水泥净浆流动度时大时小,混凝土的坍落度损失也忽大忽小,甚至有时出现泌水现象。有时刚刚搅拌的混凝土,坍落度很正常,和易性也很好,但是到了施工工地出现严重的泌水现象,影响混凝土的施工质量。这些问题都是水泥与外加剂的适应性差引起的,概括起来,主要与水泥中的碱含量、混合材的种类、水泥的细度、水泥的粉磨温度、石膏的种类等因素有关。


2.1水泥中碱含量的影响


水泥中的碱含量主要来源于水泥生产所使用的原材料,特别是石灰石和粘土。含碱量过高的水泥在外加剂使用上会引起水泥中石膏的溶解度变化,使水泥中的C3A水化速率加快,由于铝酸盐相在水化初期电位呈正值,对外加剂的吸附强(大多数的外加剂为阴离子表面活性剂),导致混凝土凝结时间缩短和塌损也变大。这时粉磨水泥时,加入的粉煤灰、矿粉能够与水泥的水化产物Ca(OH)2发生二次反应,降低混凝土的碱度,对水泥与外加剂的适应性有所改善。


2.2水泥中f-CaO的影响


通过生产过程的控制和水泥净浆流动度的试验,f-CaO的含量对水泥的外加剂适应性也会产生影响,主要原因是水泥中f-CaO对外加剂存在一定的吸附作用,当水泥中的f-CaO控制在小于1.5%时,水泥的净浆流动度很正常,超过1.5%时水泥的净浆流动度明显下降。


2.3混合材种类的影响


在水泥生产过程中,均掺有一定量的的掺合料,如矿粉、粉煤灰、火山灰等,由于混合材品种和掺量的不一样,对混凝土的外加剂作用效果也不一样。单掺一定量的粉煤灰时,由于粉煤灰富含的球状的玻璃体对浆体产生“滚珠轴承作用”,随着掺量的增加混凝土的流动性增加,外加剂适应性也会改善。单掺一定量的矿粉,对外加剂的适应性与粉煤灰相似,但没有粉煤灰效果明显。由于“微集料效应”,矿粉的粒径比水泥小,填充了水泥颗粒间的空隙,提高了混凝土的流动性。单掺加一定量的火山灰时,混凝土的流动性明显变差,主要是火山灰的需水量较大。


2.4水泥细度


水泥细度过细需水量过大,同样对外加剂的吸附也大,外加剂的损失量也大。为了验证水泥细度对外加剂的影响,对不同水泥的细度进行了相关性的试验,试验数据见表1。从表1中的数据可以看出细度的波动对外加剂适应性的影响。其中细度筛余量偏大且比表面积偏大的水泥,对外加剂的适应性变差。由此可见,水泥粉磨的细度不稳定,对水泥与外加剂适应性也存在较大的影响。



2.5水泥新鲜度、温度的影响


由于水泥粉磨时会产生电荷,刚出磨的水泥颗粒之间吸附力较强,正电性强吸附阴离子的表面活性剂多,因此表现出减水剂减水率低、混凝土坍落度损失快的特点,与外加剂的适应性较差。另一方面粉磨温度对水泥的外加剂影响也很大,通过表2的试验分析判断,由于水泥的粉磨温度过高,石膏出现部分的脱水现象,水泥的净浆流动度出现反增长现象,这使混凝土使用过程中出现的初始坍落度很小,但到了施工现场反而出现混凝土坍落度反增长的情况,严重时会出现泌水现象,这在工地的使用过程中也很常见。通过水泥储存时间的改变,水泥的使用性能会出现明显的变化,水泥粉磨温度及储存的时间与水泥外加剂的适应性息息相关。



2.6水泥中石膏及形态的影响


石膏在水泥生产中用来调节水泥凝结时间,常用的天然二水石膏(CaSO4·2H2O)或工业石膏,石膏的掺量控制在2.0%~2.5%之间,但如果石膏的掺入量不足或细度过高会使石膏的溶解度降低,当SO3的含量小于1.3%的时候,不能阻止水泥中C3A的快速溶解,很容易产生速凝现象,但如果当水泥SO3大于2.5%时,凝结时间的增长也会很少,甚至出现凝结时间缩短的现象,主要是由于生成的硫酸盐矿物较大,反而缩短了凝结时间,但对水泥的强度发挥有一定的帮助。在水泥生产中由于粉磨温度的影响,二水石膏往往会脱水成半水石膏再变成硬石膏,从而影响水泥的调凝作用。因此,石膏的成份、溶解度的含量直接影响混凝土的凝结时间,同时也影响混凝土中外加剂与水泥的适应性。


2.7水泥粉磨工艺的影响


水泥粉磨系统配置为长磨加高效选粉的闭路系统,水泥粉磨后需水量较大,水泥的外加剂适应性较差,相同的熟料,在其他的厂家使用开路磨机,粉磨的水泥需水量很低,外加剂的适用性也很好。通过水泥的颗粒分布发现,闭路磨磨制的水泥均匀性系数大,颗粒分布范围较窄,其堆积的空隙大,需要更多的水来填充这些空隙,自由水相对减少,外加剂掺量加大,水泥与外加剂适应性就变差。而开路磨磨制的水泥,颗粒分布较为合理,情况刚好与闭路磨相反。这从其它水泥厂的生产情况也能得到验证,从表3中也能得到明显的结果。



3结论


关于水泥与外加剂适应性的问题,涉及的科学领域比较广,如水泥化学、高分子材料学、表面物理学和电化学等方面的知识,生产过程中应尽可能控制原燃材料质量和生产工艺的相对稳定。


⑴严格控制熟料中可溶性碱含量;

⑵提高熟料中的硅酸率,适当的控制熟料中C3A的含量;

⑶合理选择石膏的种类和掺加量;

⑷利用水泥颗粒测定仪,控制水泥中的颗粒分布,减少过粉磨现象;

⑸严格控制水泥的出磨温度;

⑹控制熟料中的f-CaO的含量。

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水泥中水溶性六价铬现状及控制的探讨

水溶性六价铬(Cr)是对人类健康和环境危害较大的重金属,容易通过皮肤或胃肠道被人体吸收。皮肤长期接触铬化物可引起接触性皮炎或湿疹。长期接触铬盐粉尘或铬酸雾还会产生头疼、贫血、肺炎、肾脏损害等全身性影响。Cr有致癌作用,美国疾控中心毒害物质及疾病登记署(ASDTR,CDC)在2007年~2011年均将Cr列为前20 位优先监测的物质之一。国际癌症研究机构(IARC)及美国政府工业卫生学家协会(ACGIH)都已确认Cr化合物具有致癌性。目前世界公认某些铬化物可致肺癌,称之为“铬癌”。

水泥中水溶性六价铬危害的认识最早可追溯到上世纪中叶,欧洲国家水泥和建筑业的工人用手接触水泥或其拌合物而患上“水泥湿疹”。1950年,瑞士学者提出了该水泥湿疹与铬酸盐过敏的相关性。我国是水泥生产和应用大国,水泥产量多年居世界首位,应用涵盖工业、农业、交通、国防等国民经济建设诸多领域,与人体健康和生存环境息息相关。党的十八大以来,高质量发展已经成为我国水泥行业发展的主线,国家对环境安全的日益重视也将对水泥产品的质量安全和环保指标提出更高的要求。

一、水泥中六价铬的来源

一般认为,水泥中六价铬主要来自生产原料、混合材、破碎粉磨设备和耐火材料。水泥生产原料中,铁质校正原料等存在含量较高的铬元素,泥灰岩或石灰石、黏土、铁尾矿等常含有微量铬,使用这些原材料在熟料煅烧过程中会把铬元素带入熟料中。水泥工业大量利用工业废渣已成为行业可持续发展的重要途经,由于使用含铬较高的废弃物作为替代燃料、原料使用或作为水泥混合材,必然会把铬元素带入到水泥成品中。水泥生产过程中,破碎粉磨设备在原料破碎、生料及水泥粉磨中由于含铬研磨体的破碎、研磨介质的磨损而将铬引入到水泥产品中。部分水泥回转窑高温带大量使用含铬耐火砖,在回转窑的高温、出口处高风压及炉料高碱度等条件的影响下,使铬氧化掺入熟料中,致使水泥熟料含有水溶性六价铬。

二、水泥中水溶性六价铬控制标准及水平现状

早在1983年,丹麦在世界上首先通过立法规定水泥产品中的水溶性六价铬不得超过2mg/kg,瑞典和德国分别在1989年和1993年规定了水溶性六价铬的限值为2mg/kg,欧盟于2003年6月通过立法的形式明确规定了禁止使用和销售水溶性六价铬含量超过0.0002%的水泥及其拌合物。2006年欧洲颁布实施的EN196-10:2006《水泥试验方法第10分布:水泥中水溶性六价铬的测定》中规定水泥产品中水溶性六价铬限量为2mg/kg。美国等国家虽然没有限制Cr含量的规定,但在水泥生产过程中严格要求防护措施,保证水泥及混凝土制品不与人相关部位接触。日本和韩国未对水泥中水溶性Cr进行限定,但水泥企业的内控指标中将Cr含量限定在8 mg/kg。

2015年9月,我国发布了国家强制性标准GB 31893-2015《水泥中水溶性铬(VI)的限量及测定方法》,规定水泥中水溶性六价铬限量为不大于10mg/kg。与国外相比,我国水泥中六价铬限量标准相对偏宽。随着水泥窑协同处置技术的发展,对协同处置固废的入窑生料、熟料的重金属铬含量作出了规定。《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)规定,有钙焙烧工艺生产铬盐过程中产生的铬渣不应入窑进行协同处置,入窑生料中重金属铬的参考限值为98mg/kg,水泥熟料中重金属铬的含量限值为150mg/kg,熟料中可浸出重金属含量限值为0.2mg/L。《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》(HJ662-2013)明确,入窑物料中的总铬最大允许投加量不应大于320mg/kg-cem,六价铬(包括入窑物料和混合材)不应大于10mg/kg-cem。2018年12月实施的《水泥产品生产许可证实施细则》在水泥的检验项目中增加了对水溶性六价铬的要求。

2019年,国家水泥质检中心采集了全国28个省区市的水泥样本,对水泥中水溶性六价铬水平进行风险监测。监测结果显示,平均水溶性六价铬含量为4.99mg/kg。按照我国标准GB 31893-2015限定值合格率为90.74%,按照欧盟法规合格率仅为7.14%。从水泥品种统计来看,硅酸盐水泥合格率最低,为86.21%,普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的合格率为88.51%和96.67%,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥合格率均为100%。从地区统计结果来看,河南、上海等地由于当地原材料矿产和工业废渣铬含量较高,导致水泥产品中的六价铬含量平均值较高。从2015年-2019年六价铬的风险监测结果来看,合格率从80%提高至90.74%,说明我国水泥生产企业在六价铬控制方面取得了一定的进展,但仍有近10%的企业存在六价铬超标的问题,需要进一步引起重视。

三、铬对水泥生产及水泥质量影响

铬对水泥的影响除环境安全性外,作为生料配料和混合材对水泥熟料烧成和水泥性能也有一定的影响。1989年到2008年的近20年间,我国很多学者提出了将生产铬盐产生的废渣铬渣用于水泥生产,铬渣对水泥生产的影响主要包括铬渣中的方镁石(MgO)和含铬的化合物。部分研究结果表明适量的铬化合物对熟料烧成有益,铬渣可以起到助熔矿化作用,铬渣中的镁和铬缩短熟料烧成时间,降低单位熟料煤耗和水泥粉磨电耗。国外较早开展了关于铬对水泥熟料烧成的影响研究。1990年,美国波特兰水泥协会在关于微量元素对水泥生产和应用的作用报告中指出,原料中的铬由于具有较高的离子电荷,能够降低熟料液相的粘度,改善熟料的易烧性。熟料中的铬以不同的氧化态存在,最稳定的是Cr和Cr,其存在状态与水泥窑中的氧含量密切相关。较高的氧含量趋向于形成Cr的化合物如铬酸盐,从而溶于水中,影响浆体的水化行为;还原气氛有助于形成Cr化合物,几乎不溶于水。氧化气氛下,铬也可能以Cr和Cr存在于硅酸二钙(CS)矿物中,然后在水化过程中,部分转化为更稳定的Cr和Cr。

20多年前,国内外均开展了关于含铬原料作为混合材对水泥性能影响的研究。国外研究表明,在水泥水化过程中,铬能够加速浆体的水化,提高早期强度,因此被用来开发高强水泥。以氯化铬或者硝酸铬的形式加入0.75%的铬盐,能够促进浆体的水化,呈现较高的早期水化峰。工作性和初凝时间降低,但3d强度显著增加,28d强度和90d强度则与未添加的接近。而添加不溶性的CrO,添加量达到1.3%对水化和强度也没有显著影响。铬可能对较高的硫酸盐膨胀有一定的作用,能够增加24h收缩,减少蒸压膨胀。我国研究发现,利用铬渣、矿渣作为混合材生产早强型的425R复合硅酸盐水泥,水泥对铬渣中的六价铬有很好的固化作用。利用铬渣作为混合材生产水泥,添加量为25%时可达到325水泥标准,28dCr的累计浸出率为0.012%。掺入CrO对水泥的凝结时间影响较大,出现明显的缓凝,且对水泥后期抗压强度的不利影响大于对早期强度的影响。CrO的掺入对水泥凝结时间和强度性能的不利影响较小。水泥可以有效固化Cr,但是掺量为2%时,其浸出液浓度已经超过了《危险废物鉴别标准》。利用铬渣作为水泥混合材的使用,其效果优于粉煤灰和火山灰,但比粒化高炉矿渣差,铬渣易磨性较差,对水泥安定性影响较小。

从上述国内外的研究看,铬对水泥熟料烧成可以起到矿化助熔作用,水泥熟料矿物对铬有一定的固化作用,但超过一定量后仍然有部分六价铬可以溶出。铬对水泥性能的影响与铬的化合态有显著的相关性。未解毒的铬渣不能用于水泥混合材,应严格控制水泥原料及混合材中的铬含量,从而保证满足国家标准限值的要求。

四、水泥中六价铬的控制措施

根据水泥中六价铬的来源,可采用源头削减措施控制水泥中六价铬的含量。在水泥生产源头,严格控制水泥生产过程中使用的原料、替代燃料及混合材中的铬含量。严禁使用未解毒的铬渣、铬含量较高的钢渣和废耐火材料等。在熟料烧成阶段,目前水泥窑用耐火材料主要是镁铬砖,具有高抗热震性、抗侵蚀性和高温强度、低导热系数和低成本的优点。2013年,工信部发布的《关于促进耐火材料产业健康可持续发展的若干建议》明确指出,要鼓励发展防止重金属污染的无铬耐火材料等高端产品。水泥窑用无铬耐火材料将减少烧成过程带入到水泥产品的水溶性六价铬。在粉磨阶段,采用低铬或者无铬的衬板及研磨体可避免粉磨环节由于衬板和研磨体损耗带入的铬离子,如氧化铝陶瓷衬板和陶瓷研磨体用于水泥磨机。

水泥中的六价铬可采用加入还原剂或者固化剂进行控制,在熟料和石膏粉磨时,将还原剂加入到磨机内充分磨细混合均匀。使熟料中的六价铬在粉磨时部分被还原为三价铬。目前研究较多的还原剂包括七水硫酸亚铁、Sn盐、Mn盐、醛类、高炉矿渣等。其中,硫酸亚铁是应用最广泛、价格最便宜的还原剂。早在1973年,瑞典Fregert等人研究利用硫酸亚铁将水泥中六价铬还原为三价铬,三价铬在碱性条件下能够沉淀形成不溶性的铬化合物,例如氢氧化铬。随后,近十年,丹麦、美国、德国、日本等国家相继开发了基于亚铁的减铬还原技术并申请了专利。Sn对水泥中六价铬的作用机理为Sn将六价铬还原为三价铬后,三价铬可继续与Sn、OH反应生成稳定的难溶物Cr[Sn(OH)]。Mn具有较强的还原性,且化学性质稳定,能够有效地将水溶性六价铬还原。二价锰盐的优点在于可粉磨成细粉或干粉状,有利于与水泥混合,具有良好的稳定性,在高温下可保持还原能力。其缺点在于硫酸锰溶于水或以液体形式应用时会丧失75%的还原能力,因此必须干燥储存,同时对人体有一定的刺激作用。甲醛、乙醛、多聚甲醛等有机物也可以作为六价铬的还原剂。1996年,意大利开塞尔发明了用醛类还原水泥中的六价铬,理论上只要操作条件容许,它们可以在水泥熟料和石膏粉磨前,粉磨期间和粉磨后的任何阶段将铬酸盐还原。但是甲醛等有机物的还原速度较慢,有机物对六价铬的还原大多发生在酸性条件下,且反应速度随pH值的升高而降低,因此实际生产很难满足要求,且醛类会从水泥中溢出对人体造成伤害,因此在水泥中应用是否能造成二次污染还有待进一步研究。高炉矿渣在强还原气氛中形成,具有一定的还原性能。部分研究证明,矿渣能够吸附水泥中的铬,增强水泥对铬的固化能力,减少六价铬的溶出,且细粉比表面积越大,还原能力越强。

采用化学固化法将螯合剂与六价铬离子络合形成沉淀,将可溶性六价铬转化为不溶性铬固定在水泥中。高分子螯合剂可将重金属离子的强配位基引入高分子中,与重金属离子结合形成稳定的难溶于水的螯合物。可利用工业钡渣将CrO与二价阳离子Ba形成不溶于水的铬酸钡,从而减少可溶性六价铬的溶出。

北京金隅集团作为国内第三大水泥制造商,高度重视水泥质量,其所属北京建材总院固废资源化利用与节能建材国家重点实验室在水泥中六价铬的控制和削减方面开展了大量研究工作,系统研究了还原性材料对水泥中六价铬的还原效果和长期稳定性,对水泥物理化学性能的影响及钢渣作为熟料配料时六价铬的转化等方面,开发了水泥中六价铬控制的综合技术。

总之,水泥工业是国民经济建设重要的基础原材料工业,对推动国民经济发展作出了巨大贡献。党的十九大报告提出了建设美丽中国的总体要求,生态文明建设获得前所未有的重视,国家对环境保护的要求越来越高,对水泥工业绿色发展也提出了更高的要求。水泥工业正从高能耗、高污染、资源型向资源节约型、环境友好型迈进。我国作为水泥生产和应用第一大国,应严格控制水泥质量,减少污染物排放,推动水泥行业绿色发展,为建设美丽中国作出贡献。

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庄惟敏

庄惟敏

回到设计的全体论:庄惟敏

张利:您的履历是一份令人羡慕的荣誉清单,从上学时的全部优留作业到工作以后最年轻的清华大学教授、设计院院长,当然还有随后的更多荣誉。然而,所有接触过您的人,不论业内还是业外,都有一个共同印象,就是“谦逊”,您是如何做到这点的?您如何看待时下 “傲气”的建筑师?


庄惟敏:“谦逊”是留给人的印象,我想这可能更多是源于内心的自我认识。我的相对谨慎的自我认识一直伴随着自己的成长,这应该是家风的传承和影响。我的父母都是普通职员,在他们的价值观层面上,一直认为人应该对自己有一种恰如其分的解读,这种概念也灌输给了我。他们没有特别的说教,他们的作为就是这样。我父亲1953年同济大学毕业,是做钢结构的。我国第一个管型塔式起重机是他和苏联专家一起设计的,但是他从来没有跟我说过。我是在我爷爷去世的时候才在箱底发现一张报纸,上面有报道,而我父亲觉得这并不是一件值得炫耀的事。他的这种状态也深深地影响到我。当我自己走上建筑这条道路,成为建筑师,我更加意识到这种自我认知、这种状态对我来说是非常重要的。说它重要有这样两个方面的原因:一方面是能时刻认识到自己的缺陷在哪里;另一方面,是觉得自己真的有很多东西要学。我从小学、中学直到大学都可以说是一帆风顺,但是当我看到身边有很多优秀的人,我就觉得自己真的没有什么值得骄傲的,这是发自内心的想法。每次做完一件事,我都会习惯性地进行反思,而这种习惯使我真的张狂不起来。


张利:那您是不是认同这句话,“狂妄源于无知”?


庄惟敏:这样说可能有点绝对,我不会用这种说法去衡量自己或衡量别人。我后来也反思过,当真的认识到自己有不足才会有一点提高。就像你说的,不知道自己无知是很危险的。另外,除了刚刚提到的两个方面,还有一个方面,我觉得自己是挺缺乏“设计”的,这个“设计”是指做人的自我经营态度。有的人是很会设计的,比如对外的姿态,比如在讲演过程中表达出来的一种介乎“谦虚”和“张扬”之间的分寸感,好像是经过周密的演习之后表达出来的。但是,我会觉得这种“自我设计”很可怕,我会不自觉地排斥。伊东丰雄在UIA大会上演讲时,用自己的激情和对建筑的理解来讲他对建筑的认识、对环境的认识,70多岁了还在不断否定自己,这种发自内心的、真挚的、自然的表达,赢得了全体听众起立鼓掌。我觉得这种真实才是建筑师需要的。


张利:您现在同时担任清华大学建筑学院院长与清华建筑设计研究院的院长,您如何看待两份工作的异同,它们哪个更具有挑战性?


庄惟敏:做建筑学院的院长太有挑战性了。事实上,我这个人不是思想家,周榕曾在他的一篇文章中给建筑师归类,你也做过一个给建筑师归类的坐标系,我觉得做得很好,我也欣然接受你们的归类。我其实是个建筑师,准确地说是走比较正统的建筑师的道路,一毕业就进了体制内的大院,由一个师傅带入门开始,逐渐一点点做到现在,对规则的意识与对责任的看重远远超过思想上的批判,这是我们在体制内面对大量快速建造过程的需要时所形成的一种状态。我承认自己处于这样的状态,但是我并不后悔走这样一条道路。我觉得思想有很多种,并不是说仅仅在建筑创作的层面上的个性张扬或反叛就是有思想,其实让一座建筑真正地落地生根,从人的需要与建筑的本质出发,我觉得这也是思想,而且是脚踏实地的思想。


想清楚这一点之后,我对于自己作为设计院的院长还是很坦然的。这在我后来读书的过程中也有体会。比如,菲拉雷特(Filaret)的论文集,他的文章写一段工程的内容会加一小段诗歌,特别在意文辞的修饰,他甚至要求别人讲他的论文时要朗读。所以大家一直认为菲拉雷特是一位倾向艺术化的人,但他说,在自己的论文中更多地是在写“pattern”和“scale”,他要告诉大家一座伟大的建筑实际上是通过形制、模数、比例来实现的,这让我非常感动。这样的大师更关注建筑和人的亲近、和自然的对话,他加深了我对建筑细部、人的行为和功能等与人互动的层面的关注。后来在教学过程中,我的博士生张婷研究斯卡帕,斯卡帕也是一个典型的例子。我原来对斯卡帕不是特别关注,后来深入了解之后发现他那些非常感人的建筑细部处理,使他作为伟大的建筑师显得更加丰满。所以,回头来看那些让人眼前一亮的大手笔,可能更多的是很虚幻的,这也坚定了我作为职业建筑师在这些层面上要多投入精力的想法,所以在设计院这边,我很享受作为建筑师进行创作的过程。


但作建筑学院的院长对我来说确实是一个特别大的挑战。有两个主要原因:一个是人际关系的处理——我并不擅长——身为院长个性必须张扬,必须强势才能做好,这跟我的性格不大相符;另一个是,一定要有雄心勃勃的纲领,最好是惊天动地的“思想”,这好像也不是我的特长。怎么来做建筑学院?坦率地来说,我到现在还没有梳理清楚。因为清华建筑学院前辈的思想太强,梁先生的思想、吴先生的思想等等。我今天悟出来的一点是:我们作为建筑学院的老师能教授给学生的,是作为建筑师的职业精神和职业技能。我们教不出大师,大师不是教出来的,但要教出一个合格的职业建筑师,这是我们的职责。这一点,在上周和宾夕法尼亚大学做建筑教育论坛的时候,宾大设计学院的院长玛丽莲·泰勒(Marilyn Taylor)也讲到,我们建筑学的教授都应该是出色的建筑师,原因之一就是,教设计必须清楚作为建筑师在行业中最基本的要求和素质。但是这一点,却不能作为建筑学院发展的理论支撑,所以这是我作为建筑学院的院长很焦虑的地方,我觉得这也是中国建筑学院院长都需要思考的问题。在QS世界大学排名中我们学科已经排名第八,但这里缺少一个关于办学思想的衡量维度。所以说,挑战是非常大的。


张利:您属于文革之后中国本土走出来的一代人,您觉得这一代人的共性是什么?以及这一代人的责任又是什么?


庄惟敏:我觉得这一代人是很有社会责任感的,这种责任感是从父辈延续下来的。而且我们也经历过文革,经历过改革开放,应该说是受过一点苦,到今天才感受到对比。当然更重的是在意识形态层面,改革开放瞬间打开国门之后,国外现代思潮的涌入带来巨大的反差,这在精神层面上的刺激是非常强烈的,比现在人的体会要强得多,所以从这个层面上来说,社会责任感也油然而生。另外,我们这一代人的民族认同感也是比较强的,不会彻底把自己当成“世界公民”,而是立足本土的,我们对自己的认知使得我们会与后来的人有区别。后代的人可能会更国际化,视野更开阔,他们在学生时代就可以非常方便地通过互联网获得信息,非常便利地跨出国门。而在我们上学的时候,能拿到一本《世界建筑》知道什么是“post-modern”已经是相当前卫了。正是由于那个时候信息的封闭,造成了我们这代人先天的“本土”特征,也使我们成为了计划经济下大规模城市建设的中坚力量,价值观和觉悟都使这代人能在大型国有设计院中独当一面。但是随着将来“institutional”大院的逐渐消失,这代建筑师也会面临一些不适应和反思,面临现在的建筑市场的变化会迎来巨大的挑战。


张利:在您至今的创作历程中,有哪几个项目是比较重要的?如果要串接一个轨迹,哪几个项目是里程碑式的节点?当初接手这些项目时的情形是什么样的?


庄惟敏:回忆起来,大概会有几个明确的节点。第一个节点就是从学生到建筑师的转换,当时做的项目就是东方艺术大厦,现在已经拆掉了,但是我能坦然接受。因为现在看来,那个项目确实有很多自己不认同的地方。当时还是作为学生跟着李道增先生,和香港许李严事务所一起投标,我们清华的方案被规委看中了。但是当时心里没底,不知道方案该怎么深入,毫无头绪。我作为学生,做建筑师的第一课是跟许李严事务所的合作。当时发现许李严事务所的首席建筑师严迅奇先生很专业。他是1975年港大毕业的,在当时香港市场的情形下,他受到的训练相当不错,许李严给我们上了很好的一课。我1987年开始画施工图,1989年日本留学回来还在继续画,直到把剧场的部分画完,酒店的部分是跟许李严合作。当时就觉得,我学到的知识遇到现实工作会有很多问题。这是让自己认识职业建筑师状态的一个节点。


第二个关键点就是做中国美术馆的改造,让我了解了作为职业建筑师的人文情怀。我开始一直认为中国美术馆是十大工程中的一个,后来才知道它并不是,而是十大工程的剩余物资建成的。中国美术馆是在1950年代末开始规划设计的,是世界八大美术馆之一,它的规模不是很大,15,000m2,改造加建之后才20,000m2。在自然灾害时期非常困难的条件下建成的这座建筑,完成的品质却是非常高的。举一个简单的例子,接到改造任务之后我曾跑到美术馆的屋顶上去看檐口,三层有两个侧厅,侧厅上面是小披檐,披檐和墙体之间有一个缝,这个缝之间有一圈构筑物,是混凝土浇筑出来的圆环,每个固定的圆环直径1m多,这个混凝土的圆环很朴素,没有任何装饰。当光线透过披檐照下来,圆环会投下来光影,随着一天日光的变化而变化,特别契合敦煌莫高窟的檐口印象。从中可以看出,老一辈建筑师可以通过这样一种方式体现人文的特质,让我非常感动。改造的时候也遇到很多困难,比如要把墙体面砖的空鼓敲掉,而外挂石材至少需要15cm,这样做原来的琉璃瓦就会凹进去,所以琉璃也要全部敲掉,根据原来的图纸照着原来的样子放大重新烧。那时候北京已经没有琉璃厂,是到山东日照去烧的,不过是用机器刷的釉,跟原来人工刷的还是有差距。这让我感觉到,建筑的美与品质,绝对不是简单地跟技术成正比,人在设计过程中可以用最简易的材料达到很高的品质。这是让我印象非常深刻的。


再之后就是当下的设计,主要是处理环境的态度问题。我有一个说法被媒体放大了,就是“无为而治”。我对老子的“无为而治”认知不深,但是我有自己的解读。我说的“无为而治”更多的是对环境的态度,我一直认为人类历史发展到今天,自然的村落是最合理的,凡是人工规划出来的东西或多或少都是有问题的。建筑师最大的责任就是解决自然环境与人造环境之间的关系。我原来没有悟到这一点,可能很多人早就悟到了。建筑师对环境的态度就是不要把人工环境强加给自然,而是一种无为的状态,这就需要比较深厚的功底。这也是让我比较焦虑的地方,老是觉得自己的功力不够,总觉得放不开。我看到的很多好的建筑,让我感动的地方就是在这个层面上做的非常到位。最近做的华山游客中心,就有这种想法,但仍然觉得还是不够。这个项目当时就是想把建筑弱化,建筑相对自然场景应该是退后的感觉。


比较清晰的就是这三个节点,第一个是从学生向建筑师的转变,第二个是知道了建筑文化意味着什么,第三个就是对建筑和自然的关系的理解。


张利:接下来的问题就是关于中国美术馆的改造,由中国文革以后的建筑师主创,却尽量不留自己的痕迹。您当时有没有试图留下自己印记的念头?如果有,后来是怎么拒绝了这个念头的?


庄惟敏:这个方案应该是一个加建方案。加建方案在历史上有很多成功的例子,最成功的例子就是卢浮宫,成就了贝聿铭。我最初的方案在后面的院子里也做得比较夸张,但是后来放弃掉了。原因之一就是中国美术馆已经到了这样一种程度,在我看来多一笔可能都是败笔。研究了戴念慈先生的作品以后,才理解他是通过中国传统院落的形制、对称的构图,形成了这种饱满的占满整个地段的总图布局。这种布局在后院添加任何一部分都是多余的,即便是功能的完善,要扩充的部分也是应该服从整体的。所以最好的做法,最恰当的方式,就是“不做”,当时的定位就是这样。在向文化部汇报的时候,他们也非常认可。后来增加的那几千平方米全部都放在北侧的院落地下,而且纯粹从疏散角度做了两个疏散口,其他的什么都没做。唯独比较大的改动就是4个角厅,增加了自然采光的天窗。当时有人说如果要尊重原来的方案,屋顶都不能动。但是后来发现,屋顶不能动是因为展厅里的32根柱子(1个角厅8根柱子,4个角厅32根),这些柱子是非常影响展陈的。于是做了非常大的决定,去掉32根柱子,这样从展陈出发的改变就必须改屋顶,同时做玻璃天窗采光。但是玻璃天窗计算了折射角度,而且考虑到防水,会有一点高,为了从立面上看不到,天窗的比例尺度做了非常精细的调整。所有这些做法,最主要的目的就是保持原来的风格。有人会觉得,你这个项目不是白做了吗,而我个人觉得这是一次很好的向大师学习的机会,是让我非常受益的。当然还有些在原来的基础上材料的改变,比如木头换成铜,石膏的地方变成石材,但都是按照原来的造型和风格。


张利:清华科技园是您为数不多的高层建筑案例,在这个作品中,您如何面对高层建筑开发所不可避免的一些弱点,比如商业化、形象化、人性尺度缺乏等。


庄惟敏:清华科技园这个项目其实是个任务,是帮助投资者通过这个项目把投资赚回来,这也是建筑师的一个职责。就像UIA对建筑师的定义所说的,建筑师要为业主服务,满足业主要求,但同时也要关注社会的总体效益和社会的弱势群体,当社会总体效益与业主要求相冲突的时候,建筑师一定要站在社会一边。所以巨型的商业化的东西、非人性尺度等等都是问题,很多建筑师会自觉地不做商业建筑,但是作为职业,可能还需要去做。在清华科技园项目中,最大的问题是业主定位的建筑尺度巨大、容量超大、容积率太高,还有它的位置在学校门口,交通也是很大的问题。所以这个作为任务的项目,在一开始的方案设计中我们要研究和解决的就是高容积率下交通的问题。以问题为导向的设计往往是职业建筑师最常用的策略。我不希望赋予一个建筑太多的意义,对商业建筑而言,就事论事地解决问题应该是最高效的。针对项目场地狭小,车流、人流混杂,我们设计了一个架空二层平台,通过科技园里的中心广场和花园可以将步行人流引上去,把底层架空形成机动车交通空间。每个楼座下面都有落客空间,都有环路,由此形成全立体的交通系统。这里的地下车库应该说是中关村一带最好用的,流线非常清晰。第二就是人性化的问题,立体交通也构成了一个人行独有的空间——二层的平台,通过12根带有景观特征的钢柱实现了一种空间的限定。建成后人们在上面乘凉,孩子们嬉戏,老师们在上面交流沟通,利用得非常好。但也必须承认,在校园的区域内这样高强度的开发,是有先天的问题存在。而建筑师在这里的责任就是尽力去解决问题。


张利接下来的问题是关于南极科考站,这是很特殊的类型,您觉得在这个项目上,建筑学的价值应该怎么定义?是环境上的,美学上的,还是文化上的?


庄惟敏:我觉得肯定是在环境上的。在南极很多国家的科考站都非常有特色,而这些建筑毫无例外的最重要的特点都是采取最少干预环境的策略,就是与南极地面的接触点非常小,这与一般的建筑是不同的。《南极条约》的一个核心内容就是最低限度地干预南极大陆。所以从这个角度讲,南极科考站作为一个极地建筑,气候很重要,但我觉得土地足迹的问题更重要。也就是说南极的土地足迹问题是独一无二的。南极的这种气候在北极也可能有,但北极是冰,南极是大陆。打桩、挖土等等举动对南极大陆的影响都是永久性的,所以在这里轻触式的做法,其实也是对自然环境的敬畏,我觉得这是非常关键的。比如德国站,做了几条腿,可以随着雪的厚度的增加不断地往上长;还有的国家的科考站是可以行走的。科考站给人的感觉更像是临时建筑,我国第一批去南极科考的科学家秦大河去的时候的1号楼已经坏了,它当时是由集装箱改造装配成的。根据《南极条约》,如果要把它完全保留下来,就要修缮保护做成博物馆,但修缮改造过程中要做到对环境零污染,如果要拆除,那就要把所有的构件及垃圾用“雪龙号”运回来,以免对南极大陆的生态环境造成破坏。


所以南极科考站作为一个极地建筑,除了大家熟知的要考虑严寒气候之外,还要考虑到它是建在南极大陆上的,建筑这种人工环境就是南极大陆的附属品,这个附属品要最少限度地影响南极大陆。当然这种罕见的建筑类型,现在也越来越多地被建筑界所揭示和理解并作为设计原则,比如底层架空、朝向以及专门在建筑群里留出风道,这些风道是为了让自然风把雪吹开,能够让企鹅通过。所以,这跟我们的有些习惯和概念是不一样的,比如一般建筑学的概念是建筑要坚实扎根大地,而在这里就不同了,它应该是可以活动的、可以走的。原本我们看极地建筑的资料,都是在研究气候,事实上在这个层面,我们已经疏忽了。在国外这方面已经开始有相关的研究,比如一种和大地衔接的技术,像浮柱式、移动式的技术。此外,还要考虑到更深层次的,就是极地建筑对人的人文关怀,要超越其他建筑,要削弱人与人之间的隔阂。在南极越冬是非常困难的,因为极夜情况下,大洋已经结冰,动物都没有了,人是非常寂寞的,所以要研究什么样的空间状态能让人适宜这种极地的生活。


张利:接下来是玉树的援建项目,您做的是其中规模最大的,您在玉树的项目上还是实现了很多想法。您当时是怎么接受这个政府办公项目的?另外,怎么把您的设计想法说服给当地政府并最终实现的?


庄惟敏:玉树的十大工程是中国建筑学会分配的任务,没有什么选择的余地。这个项目最初设想的规模曾经一度达到了240,000m2。面对在藏区,有神山圣水,还有结古寺的这个项目,我们做了好多方案,尝试过坛城、林卡式、还有宗山,但最后梳理出来的方案确定出一条思路:因为藏区的人有精神崇拜,既然是行政中心一定要有这种精神崇拜,所以宗山的概念一定要体现,一定要有高的体量,带有精神象征性。但是如何体现宗山,如何将“宗山”与城市结合,是我们需要考虑的问题。后来在若干次讨论中,崔愷提出可以尝试做一点儿藏式的院子,这一下子启发了我。我们开始也做了院子,但没有刻意地做出大小不同的、高低错落的院子。比如,中轴线主入口的院子带有礼仪性质,旁边的偏院是大厅、办公。这些院落之间,开放或半开放,内向或外向,以及高低的错落和围合,这组建筑就把亲民的这一面表达出来了,尺度上就跟城市融为一体。同时把藏民和老百姓的关系拉近了,不是单纯意义上的宗山,而是带有一种亲民的氛围。宗山的概念原本是建在山上,像布达拉宫那种,下面是不开窗的实体,颜色红白,再加上金顶,这是典型的宗山的意象。我们在这个项目里把下面根基部分融入到城市,而且层层叠叠的院落与结古寺的形制相呼应。另一个问题是关于立面,包括开窗、金顶和色彩。颜色上我们曾经尝试用一些红色,红色是宗山特有的色彩,但是讨论会的时候一位民俗专家提出,红色要慎用,原因之一就是宗教意味太浓。最终我们的策略就是“去宗山化”“去宗教化”,也没有用金顶,而是做了端部镶钛金纹样的金属构架。所以,最后的结果是不断地跟地方交流沟通呈现出来的。我其实一直心里没有底,担心体量会很大、又有点对称,但是后来看效果还可以。


此外,这个过程中有两个地方是让我们措手不及的:其一就是施工图出来之后,开始打基础放线的时候,突然通知我们说这块地有两个牧民的房子,地是归牧民的,就临时进行了红线的改动,红线的调整使得建筑的总体设计发生了巨大的改变,迫使我们对场地进行一而再再而三地考量,不仅仅是红线问题,场地中的每一棵树我们也都进行了反复的实测和标注。后来这里的每一棵树,包括非常小的树我们都保留下来了,因为在三江源这个地方绿化生态是特别宝贵的。其二就是施工图都做完了,突然接到命令“楼堂馆所”不能用石材。原本一开始我们要用干挂石材,后来告诉我们石材不能用,结果就非常麻烦。最大的问题就是,改成涂料之后窗户就没有深度了。其实现在的州政府还有这个问题,主体建筑上部有一道腰线,就是当时混凝土腰线打完了,没办法敲下来。本来那个腰线挂上石材以后就看不出来了,但干挂石材一取消,这道腰线就显得突兀了。上面一段是仿边玛草的墙顶。墙体要有厚度,又不能用石材,最终只能选择局部用混凝土砌块,混凝土砌块由于是现场人工砌筑,我们最后用在了入口院落的墙面上,厚重凸凹的质感和砌块本真的色彩也达到了我们最初的想法。


所以总体来说,这个项目是花费了很大的力气,算是完成了任务。


张利:在您正在进行的项目中,哪一项是最让您兴奋的?


庄惟敏:现在正在做的,是刚刚中标的丽江博物馆,但还没有最后确定。这个项目是一个很大的挑战,大家一直认为丽江是纳西族的,其实这里是多民族的,甚至有藏传佛教的影响。而且这里有大山大水,不是大家印象中小河流水的概念。所以我们希望在这个项目里重新定义丽江,而且我觉得现在丽江的问题除了商业泛滥,还有更大的问题是泛地域主义化,所有外来的建筑师在这里都用土坯墙、坡顶瓦。这种泛地域主义化也是一种灾难,它带来了一种对现代性或民族文化认知发展的否定,这种否定可能更可怕,会在某种程度上奴役我们建筑文化的发展。在这个项目里,我坚决反对复制一个院落,而是做了金属顶的3条简洁的体量组合,这是源于对大山大水和三江汇流的理解。水是流动的,它给丽江带来的感觉永远是动感的,丽江是一个动态的城。我们也不愿意再去重复纳西族的符号,而是希望把当地人真正引以为豪的雪山、三江汇流和椴木作为精神元素,建筑形态也是源于这个概念,而不是简单的院落。甚至于色彩我也没用任务书上要求的黑色屋顶,而是用亮的,我们从玉龙雪山看下去,它会闪闪发光。因为它是雪山的映射,也是一种溪流的倒映。在竖向构图上用的是不规则的木纹,正面是黑色,侧面是黄色和暗红色,藏式的颜色,丽江民族的服装很多都是这种色彩。


这个项目做起来是比较兴奋的,屋顶做完之后,那些楞可以掀开,光可以漫射下来进入展览空间。而且线性空间用作展览,流线也很清晰。最重要的是博物馆馆藏有一幅很长的金沙江图,可以在这里展现出来。


张利:每个中国建筑师都在讨论中国当代建筑创作的方向,当然这个解释不是唯一的。您认可的当代中国建筑创作的方向是什么?


庄惟敏:我认为,当代中国建筑创作的方向是一个思想性的问题,事实上我特别认同的就是习总提出的“文化自觉性”,当代中国文化的创新性就体现了中国建筑创作的创新性。“文化自觉”不是形式的创新,也不仅仅是技术的创新,而是文化的创新。所谓东方的形制、东方的味道,就体现在这方面。你能讲出一个东方的故事,并把它展现出来,我觉得文化就是中国建筑创作的一个方向。所以我们建筑师特别需要提高东方文化的修养,但确实有点难度,我们现在都被建筑中看似技术化的东西所控制。所以在某种程度上,我还是很同意一种说法,就是把建筑分成三个层次,或者说同心圆:最外圈的圆是“技术”,我们是很容易解决的,比如直接借助当代的技术解决构造问题、采光问题等等;第二层同心圆是研究“人和社会”,即考虑人的行为,这里有一部分人是可以做到的;第三层最里面的同心圆,就是最重要的核心 “中国文化”。我觉得自己充其量是在第二个层次,研究人的行为和心理,所谓的“以人为本”,但我觉得“以人为本”还不够,还需要往核心的地方走。


张利:下面的问题是关于学术和教育的问题,首先是关于建筑策划。您在这个领域的研究始于您的博士论文,您能否用最简单的语言,向我们的读者解释一下什么是“建筑策划”,为什么当代中国亟需更好的建筑策划?


庄惟敏回答这个问题要从一个例子开始说。仇保兴副部长说我们中国的住宅平均寿命只有30年,为什么只有30年?其实很多不到30年的房子被拆掉,不是质量问题。比如,不到20年的沈阳五里河体育场、北京的凯莱大酒店,被拆掉的原因之一就是题出错了。建筑的题就是任务书,这个题是谁出?都是开发商或领导,他们出的题要么没有顾及环境、要么没有顾及发展、要么没有顾及文化,总有各种各样的缺陷,那么建筑师按照这个题去做,就会出毛病,所以短时间之内就被拆除。其实这个问题,国外早就认识到。如果简单地用一句话概括什么是“建筑策划”,就是为建筑设计出一个合情合理、而且具有前瞻性的题。其实现在很多建筑师都在做这件事,当你接到任务书的时候会去研究前期,会对甲方提出对设计任务书的修改意见,这是建筑师的职责。但是还会有些建筑师囿于自己要拿人家的设计费,就要满足人家的要求,甘于当人家的鼠标,对任务书的问题不闻不问,就会出现这样的结果。


建筑策划在美国,尤其是政府投资的、公益性的项目中是非常明确的,项目不经过建筑策划、任务书不经过审查是不能盖的。


张利:您担任国际建协职业实践委员会主席已经有相当长的时间。您如何看待当代国际建筑师的职业精神问题?以及您担任主席以来,建筑师的地位和执业模式发生了哪些变化?


庄惟敏:我担任国际建协职业实践委员会主席是被授命的。职业实践委员会(PPC,Professional Practice Commission)是张钦楠先生和美国的詹姆斯·谢勒(James Scheeler)在1984年共同创办的,原本在UIA下面没有这个委员会,成立PPC的原因,就是当时开始出现跨国执业。跨国执业最大的问题就是,外国建筑师如何执行当地的规则和法规,为了解决这些问题就创办了这个委员会。张钦楠先生之后是许安之教授接任PPC的联席主席,之后就是我。这个委员会是UIA下面最大的三个委员会之一,主要是研究全球职业建筑师执业规则的,至今为止PPC已经制定17条政策和13条导则,导则是对政策的解释。共有将近40个成员国一起参与讨论:什么是建筑师?什么是职业实践?怎么收费?如何仲裁?如何到第三国执业?执业的时候遵守什么?等等问题都涉及到。讨论会每年都要举行,大家会争相参与制定政策,而后在委员会(PPC)里讨论,通过后上报UIA理事会成为UIA宪章的一部分,因为这些政策关系到各成员国的职业实践的利益,因此会有很大的争议,主席就要来主持,通过投票的方式做出取舍。这些政策作为中国建筑师走向世界都是非常重要的。


张利:您觉得中国建筑学科的发展方向是什么?您作为建筑学院的院长,要如何推动这个发展方向?


庄惟敏:这个问题很难回答,我可以说说我们的困境在哪里,建筑学在工科院校当中意味着什么。它的定位不属于工科、理科或艺术,是带有创意特征的工科。就这个层面而言,就要把学科的定位梳理清晰并建立自己的体系向理工科大学宣传,以获得在理工科大学背景下的价值认同,或者自己独立成为一个大学,像罗德岛设计学院,这样的理念是非常清晰的。但是在理工科大学背景下就是两难的局面,一方面依托理工科大学雄厚的科研和师资力量,但同时又被这种工科的意识形态湮没,这就是我们最大的困境——办学意识形态上的冲突,这也是我当院长以来感受最深的。我要花费特别大的努力跟学校里其他学科的人解释建筑,解释什么样的人是建筑学科中的精英,这不能靠你写过多少本书、设计了多少房子来衡量。


张利:您作为建筑学院的院长,您要求建筑学院教师的基本素质是什么?


庄惟敏:就建筑学教师而言,我觉得要有四点:一,首先要热爱建筑;二,要热爱教育,这头两点我认为是最为基础的;三,还要有建筑文化的觉悟;四,要有建筑实践的能力。这四个方面都具备,我觉得才是合格的建筑教师。


作者单位: 清华大学建筑学院/《世界建筑》

全文刊载于《世界建筑》201510期P27-P30。转载请注明出处


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