Людмила Данилова - Камень, глина и фантазия
В конце XVIII столетия другой англичанин, Джеймс Паркер обнаружил в устье Темзы скопления окатанных камней. Ими оказались известняки, содержащие более 25 % глинистых примесей. Джеймс Паркер обжег камни, но при гашении их водой они не рассыпались в белый порошок, как обычно при получении извести. У него оказались мелкие камешки, которые при помоле дали порошок серого цвета. После затворения, или смешения его с водой, раствор быстро твердел как на воздухе, так и в воде и набирал еще большую прочность, чем уже известная гидравлическая известь. Это вяжущее назвали романцементом, что в переводе означает «римский цемент». Так через много столетий было получено вяжущее, близкое к римскому. Романцемент на долгие годы займет ведущее место в строительном производстве.
Однако месторождений известняков с необходимым строго определенным содержанием глины не так уж много. Стояла задача составить искусственную смесь, пригодную для получения прочного гидравлического вяжущего. Но без знания точных соотношений известняка и глины сделать это не так просто. Без теоретических знаний поиски искусственного вяжущего велись медленно, вслепую.
Почти одновременно, независимо друг от друга английский каменщик Джозеф Аспдин и русский строитель Егор Челиев усовершенствовали романцемент, приблизив его по свойствам к современному цементу. Но судьба распределила роли двух изобретателей не поровну. Джозеф Аспдин уже при жизни пользовался всемирной известностью. Имя Егора Челиева более ста лет находилось в полном забвении.
21 октября 1824 года каменщик Джозеф Аспдин получает патент на усовершенствование способа производства искусственного камня — портландцемента. Этот день считается днем рождения современного искусственного вяжущего. В затвердевшем виде новый цемент напоминал известняк из каменоломен близ города Портланда, отсюда и название нового строительного материала— портландцемент.
Сорокапятилетний уроженец города Лидса Джозеф Аспдин основал неподалеку в Уэйкфилде заводское производство нового цемента. Дело его процветало, и очень скоро к нему пришло признание. В 1924 году в Англии праздновали столетие со дня изобретения портландцемента. На торжества прибыла американская делегация. Она от имени Американской портландце-ментной ассоциации преподнесла городу Лидсу мемориальную бронзовую доску в память Джозефа Аспдина. Надпись на доске гласила, что изобретение портландцемента сделало весь мир должником Дж. Аспдина. В 1938 году от имени цементной промышленности Англии в кладбищенской церкви, где погребен изобретатель, была установлена мемориальная доска Джозефу Аспдину с двумя барельефами. Так отмечены заслуги англичанина в изобретении отличного вяжущего.
А что же с русским изобретателем?
Исследования советских авторов позволяют поставить рядом с именем англичанина Джозефа Аспдина забытое имя Егора Челиева. Русский изобретатель Егор Герасимович Челиев (грузин по отцу, русский по матери) родился в 1771 году. Его дед с петровского времени, а затем и отец состояли на службе в России. Грузинская фамилия Челидзе со временем превратилась в Челиевых. Егору не удалось получить сколько-нибудь серьезного систематического образования. Учился он самостоятельно всю жизнь. Службу начал с 16 лет. Сначала он был уездным землемером, потом военным, чиновником и снова землемером. Ему приходилось составлять планы городов, сел, деревень. Позднее, в 1818 году Челиев участвовал в разработке «Прожек-тированного плана столичного города Москвы». Эта его деятельность позволила составителям Биографического словаря в 1905 году назвать Егора Герасимовича географом. В то время под этим словом понимали деятельность Челиева как землемера, землеустроителя, картографа и планировщика.
В том же словаре Челиев значится еще и писателем по домоводству. Здесь опять-таки следует пояснить, что словом «домоводство» означали домостроение, устройство усадеб, мостов, плотин, каналов, а также изготовление строительных материалов. Всеми этими делами Челиев занимался, работая в Комиссии для строений в Москве. Основной задачей Комиссии было восстановление города после пожара 1812 года. Вот тогда-то он и изобрел свой мертель, как он назвал цемент.
Под руководством Челиева в Москве сооружали водопроводы и водостоки, фонтаны и бассейны для водозабора, каналы и мостовые. На строительстве этих сооружений с 1813 по 1824 год изобретатель и испытал свой мертель. Для приготовления цемента он брал строительный мусор: штукатурку от разломанных строений и скопившуюся пылянку извести. Это было намного дешевле, чем приготовление цемента на извести, а по прочности строения на его «каменном клее» превосходили возведенные на традиционных вяжущих. Одиннадцать лет все каналы, бассейны и прочие сооружения служили исправно. И только тогда, в 1825 году, убедившись, что стены сооружений не пропускают воду и со временем становятся еще прочнее, он опубликовал книгу «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель, или цемент».
Е. Челиев, как и Дж. Аспдин, получил искусственный гидравлический цемент с превосходными свойствами. Результаты у Челиева были даже выше, чем у Аспдина. Одно и то же сырье, составленное из известняка или извести и глины в определенной пропорции, они обжигали при разных температурах. Дж. Аспдин обжигал смесь при температуре 900—1000 °C. Он старался не допускать спекания сырья, спекшиеся куски отбрасывал как брак. Е. Челиев, напротив, вел обжиг добела, до спекания, или оклинкерования. Температура обжига повышалась до 1100–1200°. При этом достигалось более полное взаимодействие извести с глиной. После обжига оба изобретателя смесь измельчали, просеивали и выдавали портландцемент. Но Челиев создал более прочный цемент, твердеющий в воде, и тем самым сделал шаг вперед на пути к современному цементу.
Секрет превращения цемента в камень состоит в том, что при смешивании его с водой начинается химическая реакция при которой минералы, входящие в состав цемента, присоединяя к себе воду, превращаются в новые химические соединения. Процесс идет до тех пор, пока все цементные зерна не соединятся с водой. В результате получается густая, как сметана, и клейкая масса. Постепенно она густеет, кристаллизуется и превращается в прочный камень.
Книга Е. Г. Челиева вскоре после выхода стала известна в инженерных кругах России и была высоко оценена специалистами. А дальше произошла странная вещь: занимая высокие посты в Комиссии, имея почетные награды, Челиев в 1829 году вдруг был бездоказательно, несправедливо признан профессионально несоответствующим занимаемой должности и отстранен °т работы. И это после такой характеристики, выданной всего лишь несколькими мясяцами ранее:
«5-го класса Егор Герасимов сын Челиев, 56 лет, из дворян Саратовской губернии, начальник 2-го раз-Ряда. В службе 39-й год, при Команде состоит в комплекте. В иностранной службе не был, в кампаниях не служил. Ведет себя по службе хорошо, способности ума имеет весьма хорошие, пьянству или игре не предан, в хозяйстве хорош. По российски читать, писать, арифметику, геометрию, артиллерию, фортификацию, опытную физику, химию, механику, живопись, скульптуру и гражданскую архитектуру знает; иностранных языков не знает. К повышению достоин».
Вот так — к повышению достоин, но от службы отстранен. После 1829 года следы Челиева теряются. Около 130 лет пролежали в архивах книги и документы талантливого изобретателя, и теперь, когда они стали доступны и широко известны, мы вправе гордиться нашим соотечественником, одним из создателей портландцемента.
В более поздние времена многие специалисты и ученые разрабатывали и усовершенствовали технологию производства цемента — основного компонента бетона.
Отцом русского цементного производства считают профессора Петербургской инженерной академии А. Р. Шуляченко. Во второй половине XIX столетия были построены свои цементные заводы и с тех пор отечественный цемент вытеснил иностранный портландцемент.
Сегодня цемент изготовляют путем обжига до спекания как природного сырья, так и искусственной сырьевой массы. Искусственная смесь должна содержать примерно 3 части известняка и 1 часть глины или других пород, близких по химическому составу к глине. После обжига смеси получают спекшийся клинкер в виде темно-серых комочков размером с орех. Клинкер измельчают в порошок. Чтобы улучшить качество цемента, при помоле вводят гидравлические добавки гипса, диатомита, опоки и др. Прочность цемента во многом влияет на прочность бетона, поскольку цемент обеспечивает силу сцепления между заполнителем и арматурой. Сегодня цементная промышленность выпускает около 50 видов цементов, которые позволяют получать бетоны с различными заданными свойствами. Но на свойства и качество бетона влияют также и другие составляющие: гравий или щебень, песок и вода. Крупные заполнители — гравий и щебень образуют скелет бетона, и от них зависит прочность искусственного камня. Гладко окатанные обломки горных пород — гравий — хуже сцепляются с цементом, чем щебень. Поэтому последний считается лучшим заполнителем. Его получают дроблением природных камней на куски размером от 5 до 70 миллиметров. Щебень имеет неправильную форму и шероховатую поверхность, в результате сцепление с цементом крепче и бетон получается прочнее. Если применяется щебень из гранита, базальта, диорита, прочность искусственного камня будет достаточно высокой. Если взять щебень из туфа, пемзы, вулканических шлаков, прочность заметно снизится, но зато бетон станет много легче. А это очень важно, особенно там, где требуются легкие конструкции.