В 1825 г. Егор Герасимович Челиев, «начальник Московской Военно-рабочей бригады мастерских команд второго разряда, шестого класса и кавалер» издал «по опыту произведенных в натуре строений» труд, обобщивший опыт производства и применения цемента в связи с восстановительными работами в Москве.71 Труд этот (рис. 36) имеет название «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов, плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений». Прежние «мертели — растворы извести с песком, толченой черепицей или кирпичной мукой» Челиев предлагает заменить новым мертелем, или цементом, точнее цементным тестом. Для изготовления своего цемента он составлял искусственную сырьевую смесь из извести (или известняка) и глины в пропорции, зависящей от состава исходных компонентов и устанавливаемой предварительными испытаниями. Смесь подвергалась обжигу, продукт которого после измельчения и просеивания и являлся мертелем, или собственно цементом.72
В качестве сырьевых материалов Челиев рекомендует тощую (в том числе обыкновенную красную, кирпичную, «весьма к сему способную») глину и «известь мель, которая совершенно от воздуха и дождей распустилась, и для строений почитается не весьма выгодною; но для мертеля оная годна, и нет надобности употреблять известь круховую [кипелку], которая обыкновенно продается дороже».73 Вместо извести — мели в качестве известкового компонента сырьевой смеси Челиев называет также «мусор стенной и штукатурный», под которыми понимает «старую смазку [т.е. раствор] или штукатурку от разломанных каменных или деревянных строений», содержащую гашеную известь, в той или иной мере карбонизированную в процессе первоначальной службы.
Челиев разъясняет, почему во всех указанных случаях он использует ранее обожженную, гашеную и в той или иной степени карбонизированную известь, которую вторично обжигает с глиной, вместо непосредственного применения исходного известняка, как это общепринято в современном цементном производстве.

Сравнение карбонатно-глинистых смесей Челиева и известково-гли-нистых — Вика и Шарлевиля в данном случае вполне оправдано. Если весовое содержание окиси кальция в карбонате и составляет 56 % (а в пушонке 76%) от количества ее в исходной кипелке, то при объемном дозировании сырьевых компонентов это уменьшение количества СаО (в связи с карбонизацией) с избытком компенсируется большим объемным весом карбонизированной извести, чем кипелки. Поэтому приведенное Челие-вым отношение известкового компонента к глине в его смесях можно распространить и на сырьевую смесь из извести (кипелки) и глины.
В дальнейшем в сметных расчетах Челиев указывает, что для изготовления 1 саж.2 (9.712 м2) мертеля № 1 расходуется 0.5 саж.2 (4.856 м2) глины и 12 двадцатипудовых бочек (5.9 м2) извести. Исходя из характеристики свежевынутой лопатами из грунта тощей подмосковной кирпичной глины (об. вес 1600 кг/м2, содержание влаги и потерь при прокаливании 30%, количество балластного крупного песка 30%), 77 можно установить, что на 3931 кг извести приходится 3807 кг реакционно-способного вещества глины. Таким образом, весовое отношение извести к глинистой части вяжущего вещества мертеля № 1 также составляет 1 : 1, а основной модуль его равен 1.
Это уже характеризует вяжущую часть мертеля Челиева как гидравлический продукт, пе поддающийся гашению и по современной номенклатуре приближающийся по составу к романцементу.
Процесс производства («составление») мертеля или цемента Челиев описывает следующим образом.
«Избрав из сих пропорций по желанию, должно глину с известью или мусором смешать в твориле вместе, размоча водою до такой густоты, чтоб удобно было лопатами оную размешивать и соединять между собою, и дав ей несколько поокрепнуть, делать из оной кирпичи, набивая в формы, и поступать так точно в делании и высушивании оных, как с обыкновенными кирпичами.«Сии высохшие кирпичи вносятся в горн и настилаются елкою, как и обыкновенные. Наполня же ими горн, закладывается вход в него обыкновенным кирпичем и замазывается глиною, оставя небольшое для наблюдения отверстие, которое хотя закладывается кирпичем, но не замазывается для того, чтоб по надобности, удобно было его вынимать и в горн смотреть.
«Обжигание мертеля продолжается, смотря по мере осушения его в сырце. Ежели он совершенно будет сух, тогда надобно сперва разложить огонь в самых челах печи, небольшим костром, и продолжать обжигание до 8 часов. Когда ж в челах нагорело достаточно угольев, то оные должно раздвинуть по всей печи и накидать по сторонам оной, а также и в средину несколько поленьев дров нарочно для сего сделанною кочергою, продолжая сие обжигание средним огнем, подкидывая кочергою дрова в те места, где нужно также до 8 часов времени; и когда весь цемент начнет прогорать, верхние ряды его покраснеют и сквозь их пройдет огонь, что удобно видеть чрез оставленное при закладке входа в горн небольшое отверстие, тогда надобно дров подкидывать более по всей печи, и поленья употреблять тонее прежних; к концу же обжигания употреблять мелко исколотые сухие дрова, дабы чрез то усилить до высшей степени огонь и мертель раскалить до бела; на сие также потребно времени до 8 часов.
«После сего заложить кирпичем поддувала и, замазав глиною, засыпать их землею, трубу также заложить [от дождя] железным листом; а чтоб иногда не сдуло его ветром, то наложить несколько кирпичей или довольно тяжелый камень. Для простывания же мертеля довольно 48 часов времени или до того, как удобно уже будет простыми руками его выбирать.
«По остыыутии, выбрав из горна мертель, должно перемять его жер-новным камнем, приводимым в движение лошадью, просеять сквозь проволочные решета или грохоты, складывать потом в бочки или лари, и хранить до времени, когда понадобится для употребления. Оставшиеся же от просеяния камешки, кои не размялись и, следовательно, нехорошо пережглися, отделять особо; ибо оные быв смочены водою, с пользою употребиться могут на заливку бута, и заменить употребляемые для сего известь и песок», т. е. обычный известково-песчаный раствор (стр. 9—12).
В «Общем примечании к составлению предложенных мертелей» Челиев останавливается на наиболее существенных деталях производственного процесса.
«Описанные мертели № 1, 2 и 3 для прочности своей требуют сих необходимых наблюдений, а) Раствор глины с известью или мусором приводить сколько возможно в теснейшее соединение, перемешивая материалы сии железными или деревянными лопатками весьма тщательно, чему доставить может лучшую удобность, жидкое разведение оных материалов водою. А чтоб из раствора сего удобно было делать мертельные кирпичи, для сего должно оставить его на некоторое время в творилах, чтоб излишняя влага выпарилась, и смесь сия получила потребную к деланию мер-тел ьных кирпичей густоту. Глину употреблять должно тощую, а не жирную; за неимением же первой, и по мере тучности последней, прибавлять в раствор мелкого песку.

Изготовление и воздушная сушка мертельного сырца производятся в обычных кирпичных сараях «для делания и осушения сих кирпичей». «Горн, в котором обжигают мертель [в], подобный тем, в коих обжигается обыкновенный кирпичь, строится также по мере надобности в количестве мертеля, и может быть более или менее обширен. Сей же длиною и шириною внутри стен по 4 аршина [ 2.8 м1, а в нижней части па выступ для топки прибавляется еще в длину 1 аршин [0.7 м], высота до свода 2х/2 аршина [1.8 м]; снабжается двумя топками А, поддувалами В, решетчатым подом, на котором горят дрова, С; отверстием, в которое вносят в горн мертель, Д; другим подом, в котором для прохождения огня сделаны продухи, Е». Кочерга (г) — железная, с короткой деревянной ручкой служит для подачи поленьев в любое место печи; она несколько длиннее горна и передвигается по железной полосе F, расположенной по ширине горна в нижней части топок (стр. 7, 21, 22).
«Жерновный камень для перемятая обозженного мертеля» (&) диаметром 1V4 арш. (0.9 м) соединен осью В с вколоченным в сваю в центре круга шкворнем Д и приводится лошадью в движение но круговой дорожке. «То место, по которому катится камень, набивается небольшими свайками с насадками, забучивается щебнем с заливкою раствором извести смешанной с песком, или оставшимся от просеивания крупным мертелем разведенным водою, и потом выстилается лещадью дикого камня или толстыми досками, прибитыми к поперечным насадам железными гвоздьями. Дорожка сия должна быть шире толщины камня одним аршином [0.7 м]; на оную кладутся обозженные мертельные кирпичи, по которым катится камень, и их раздавляет; а работник, идя позади камня, подправляет оные на средину дорожки деревянного или железною лопаткою».Для разъяснения химической сущности процессов производства и применения цемента Челиев приводит ряд теоретических представлений. Так как исходные сырьевые материалы «бывают в собственном их составе весьма различны, как-то известь содержит в себе кварцовые или песчаные части, и более или менее алкалична; красная глина также состоит из смешения квасцовой земли [глинозем], песку, железной окиси и других посторонних вещей; а потому надобно оные предварительно испытать в пропорции, сколько которой к составлению мертеля употребить должно».«По химическим исследованиям известно, что негашеная известь растворяет кремнистую землю [т. е. кремнезем, в данном случае песок] посредством жидкости, и из того составляется мертель [известковый раствор], доброта коего зависит от соразмерного смешения оной с песком и от степени угашепия ее прежде смешения; и всем известно, что круховая известь чем скорее по обозжении употребляется в дело, тем строение почитается прочнейшим: ибо оная имеет тогда более силы для распущения песка, и следовательно большую возможность с ним теснее соединяться.
«Известно такя№, что известь соединяется таким же образом и с глиною, либо искусством, либо в огнедышущих горах перезженною, и составляет с нею мертель [известково-пуццолановый раствор]. На сем основании утвердясь, делаем ныне для подводных строений мертель из извести, толченой черепицы, или хорошо обозжепного кирпича, зная совершенно, что все достоинство его [т. е. мертеля] зависит от извести: ибо чем менее она погашена до времени соединения ее с кремнистою землею, тем мертель бывает лучше.
«Когда растворим известь до совершенного ее распущения и так, что на одну ее часть нальем 680 частей воды, тогда получив так сказать известковую воду (Aqua calcis), можно уже быть уверену, что известь совершенно распустилась.
«При перегонке же известковой воды в закупоренных сосудах, негашеная известь остается в оных, и требует только большей степени огня, чтоб отделить от нее последние части воды, а с ними вместе и угольную кислоту.
«Основываясь на вышеписанных опытах, все что нужно к прочности предлагаемого мертеля само собою ясно доказывается. Ибо когда употребим известь, угашенную водою или воздухом, смешаем оную с глиною, которая соединена с кремнистою землею (песком) и металлическими окисями, и смесь сию подвергнем жжению, посредством коего известь лишаем поглощенной ею воды; тогда оная получает первую степень алкаличности, и всю возможность при новом погашении ее водою, к растворению кремнистой земли и к соединению с нею, то есть с песком и металлическими окислами в глине находящимися; ибо оные от жжения плавятся в стекло; а потому нет никакого сомнения, чтобы сей предлагаемый мертель не был лучшим, и не мог с большею пользою заменить ныне употребляемых мертелей и цементов как для подводных, так и для других строений».

«Употребление мертеля» Челиев описывает так: «Сделав под навесом творило, из досок плотно сколоченных, надобно насыпать в оное смятого и просеянного мертеля несколько поменьше половины, и налив водою, размешивать так, как обыкновенно растворяют известь, и оставить на сутки или и более в покойном состоянии, дабы мертель совершенно распустился, и потом несколько затвердел. А когда должно будет употреблять его в дело, то вынув часть мертеля из творила в верстак,79 разбивать его лопатками и толкушками как можно более, чтоб пришел от сего, без подливания воды, в жидкое состояние, и тогда уже смазывать им камни для производимых подводных и других строений» (стр. 12—13).
Для употребления Челиев обрабатывает свой мертель непосредственно' водой без добавления в тесто песка, который вводится в известковое тесто при составлении обычного известкового раствора. В данном случае песок заменяется содержащимися в мертеле твердыми мелкими зернами спекшейся ошлакованной массы («камешками»)80 и крупными зернами балластного песка, вносимого тощей глиной. Описанная Челиевым обработка мертеля водой — предварительная его гидратация — приводит к гашению остаточной свободной извести и к подготовке теста для последующего использования в деле. Придание заготовленному, схватившемуся тесту текучести и удобообрабатываемости посредством механического' «разбивания без подливания воды» основано на явлении тиксотропии — прием, известный и в современной практике.
Идея предварительной гидратации вяжущего возрождена в нашей стране проф. С. А. Мироновым, разработавшим технологию строительных растворов и бетонов с применением предварительно выдержанного -цементного теста. Происходящая при предварительной обработке портландцемента водой гидратация части его зерен в сочетании с тщательным перемешиванием теста обнажает глубинные слои цементных зерен. Это ускоряет последующее взаимодействие их с водой после приготовления раствора или бетона и обусловливает высокую прочность растворов в начальной стадии твердения.81
Челиев хорошо представляет себе различие в свойствах извести и своего цемента и вполне учитывает это при использовании цемента. В «общем примечании» он снова подчеркивает: «d) Остынувший мертель немедленно перемять, просеять и растворить водою в густоту сметаны или кашицы хотя бы он и не так скоро потребовался к употреблению. Если же несколько и затвердеет, то перебивание лопатками или пестами доставляет ему большую прочность и твердость; а хотя бы он и очень затвердел, то воды подливать в него не должно, а продолжать разбивание и перемешивание его дотоле, как придет он в соразмерную для употребления густоту» (стр. 25—26).
Для активизации лежалого цемента и для увеличения прочности и ат-мосферостойкости растворов из свежеизготовленного цемента Челиев рекомендует добавление гипса — средство, применяемое для улучшения твердения и активизации цемента и в современном цементном производстве.
«е) Если обозженый мертель, по вынутии его из горна, в кирпичах, или перемятый и просеянный, пробудет без растворения несколько времени, а паче в сырости, тогда он много потеряет своей прочности. В таком случае должно в воду, при растворении мертеля всыпать крепко перез-женого гипса, но не более как столько чтоб вода получила белый цвет. Тогда мертель приобретает вновь надлея^ащую твердость, делается весьма прочным и с пользою употребляться может.Заметить должно и то, что мертели № 1 и 2 способны только для строений, которые состоят во всегдашней сырости; ибо в сем случае они крепчают, и по времени в твердости своей не уступают известковым камням. Если же сии мертели употреблять для строений поверхностных, или на оштукатурку оных; в таком случае растворять их должно всегда, как выше сказано, на гипсовой воде; тогда уже они постоянно выдерживают и перемены атмосферного воздуха.
«g) Вообще же можно заметить, что растворение мертеля № 1 и 2-го гипсового водою,82 оставление его на некоторое время в сем состоянии, рачительное по затвердении его перебивание, доставляет такую им твердость, что из самых сих мертелей можно делать бассейны, каналы, разные постройки, черепицы, выдавливать в формы карнизы, лепные фигуры и проч. Но для чистоты и прочности последних должно глину, известь или мусор разводить всегда на гипсовой воде и потом перемолоть раствор сей ручным жерновом; равно как и при распущении обозженого мертеля употреблять гипсовую же воду».