Изготовление железобетонного балластного киля

Источник : Buehler's Backyard Boatbuilding . International Marine , 1991
Автор : George Buehler
Перевод С.Б.

При постройке яхты вам непременно потребуется установка того или иного вида балласта . Теория гласит, что чем ниже он располагается, тем выше обеспечиваемый им восстанавливающий момент. Однако как и с прочими сторонами проекта , во внимание должны приниматься и иные аспекты. Балласт может быть наружным , внутренним или представлять собой комбинацию того и другого . Яхта , у которой весь имеющийся балласт сосредоточен снаружи корпуса , более остойчива к ветру , однако низко расположенный центр масс может оказаться причиной резкой качки и к тому же такого рода балласт намертво связан с корпусом . Если вам потребуется облегчить яхту в аварийной ситуации или при необходимости взять с собой дополнительный груз - с этим уже ничего будет не поделать .
В былые времена лодки самых разных обводов принято было строить , располагая весь балласт внутри корпуса , что в наши дни встречается достаточно редко (хотя это самый простой и , вероятно , самый дешевый способ). Минусы его состоят в том , что эффективность подобного балласта в сохранении лодкой вертикального положения на крутых курсах самая низкая. Положительной стороной является то , что высоко расположенный центр масс делает качку более мягкой и плавание на такой лодке гораздо более комфортное , чем с балластом , расположенным снаружи.
Хорошим компромиссным решением выглядит вариант , когда как минимум половина веса балласта сосредоточена внутри корпуса , а оставшаяся часть - снаружи. Этим достигается несколько более высокая начальная остойчивость по сравнению с внутренним вариантом , а подъем центра масс делает плавание на волнении более комфортным .
Еще одним достоинством такого компромисса является запас плавучести . Мне доводилось читать об одной яхте , севшей на мель у побережья Гренландии и экипажу которой удалось сняться с мели только благодаря изрядному весу внутреннего балласта . Он был выкинут за борт , осадка яхты уменьшилась , что и дало возможность сняться . Вес выброшенного балласта был компенсирован за счет подобранных на берегу камней , с которыми яхта благополучно вернулась домой в Англию. В аналогичной ситуации яхту с внешним балластом ожидала бы гибель .

Изготовление железобетонного балластного киля

Вероятно , самым наводящим ужас моментом при постройке яхты является литье чугунного или свинцового киля . Свинцовый киль можно изготовить и в домашних условиях , хотя с финансовой стороны это мероприятие не из легких. Помимо высокой стоимости самого свинца , во избежание электролиза необходимо применение бронзовых болтов и шурупов , которые как минимум втрое дороже оцинкованных. Литой киль из чугуна также не будет дешевым . Во-первых , его литье возможно только на промышленном оборудовании, а во-вторых , чугун довольно твердый материал и сверление отверстий в нем проблематично . Это означает , что все отверстия под болты должны точно соответствовать аналогичным отверстиями в деревянном киле . Лично меня требование таких объемов точной разметки совершенно отпугивает .
Но к счастью , существует и альтернативный способ изготовления киля - из бетона и железного лома . Материал простой , дешевый и как показывает пример многих старых мостов - устойчивый к воздействию морской воды . Мне приходилось неоднократно садиться с такими килями на камни без каких-либо повреждений , поэтому прочность их вселяет уверенность . Конечно , ликвидная стоимость яхты с подобным килем будет ниже , чем с традиционным балластом , однако в равной степени это относится и к стоимости постройки . Для большинства из нас последний факт имеет гораздо большее значение .

Залитый бетоном железный лом не обладает плотностью чистого металла и можно будет считать везением , если удастся добиться величины 4000 кг/м3. Для сравнения - плотность чугуна - порядка 7000, а свинца - 11000 кг/м3. Это означает , что скорее всего вам придется в дополнение к бетонному килю устанавливать и внутренний балласт .
Изготовление киля начинается с формы для заливки бетона - точно такой же , как и при заливке бетонной дорожки . Переверните деревянный киль (закладку) на бок и установите на подкладки. В отверстия для крепления балластного киля вставьте и зафиксируйте болты , которые в дальнейшем будут крепить балласт к корпусу. В качестве дна литьевой формы вам понадобится лист фанеры толщиной 12 мм (это будет боковая сторона киля). Затолкайте лист под лежащий на боку деревянный киль , чтобы нахлест составил порядка 5 см . Снизу листа поместите достаточное количество подкладок , чтобы лист фанеры не прогнулся под весом бетона .
Боковая стенка формы (которая является подошвой киля) приколачивается гвоздями вдоль внешней кромки фанерного листа . Точная ее форма берется с плаза . Очень часто на теоретическом чертеже передняя кромка киля представляет собой плавную кривую , но для вас будет гораздо проще , если вы ее спрямите . Поверх формы между деревянным килем и стенкой с шагом примерно 2 метра прибейте деревянные бруски , которые должны будут при заливке удерживать стенку под прямым углом к основанию . Если вам хочется , чтобы нижняя кромка киля имела красивое скругление , можете прибить по внешнему периметру формы рейку-галтель треугольного сечения , однако я сам никогда этим не заморачивался.

(A) Балластный киль в процессе изготовления. При использовании массивных кусков металла прутья арматуры следует подвязать проволокой к килевым болтам, чтобы зазор между прутьями и дном формы составлял порядка 20 мм. После их заливки сверху кладется второй слой. Обратите внимание на поперечины между подошвой и деревянным килем. (Б) Если для балласта используется лом мелкой фракции , прикручивайте прутья арматуры проволокой непосредственно к болтам крепления киля. Обратите внимание на значительный размер шайб. (В) Для увеличения массы в киль идут детали от старого оборудования . Обратите внимание на проволоку, которой скручены болты с арматурой. (Г) Работы по залике балласта окончены. (Д) Ни разу не смог удержаться, чтобы не поставить свой "автограф" на мягком цементе. (Е) После отверждения балласта в течение двух недель он выставляется в вертикальное положение и на киль крепятся болтами шпангоуты.

Для армирования киля вам понадобится большое количество арматурной стали , однако ее укладка будет зависеть от того , какого рода железным ломом вы намереваетесь заполнить балласт. Если оглядеться , можно обнаружить вокруг себя самый разный металлолом - костыли от железной дороги , заклепки для мостов , отходы штамповки и т.п. Пожалуй, самым лучшим видом такого лома являются некондиционные отходы сталелитейного производства, если только вы сможете отыскать подобное в сегодняшней Америке . Тем не менее в любом крупном городе есть фирмы , занимающиеся скупкой металлолома и найти их можно в Желтых Страницах .

Вид применяемого лома зависит от объема , в который его требуется поместить и требуемого количества. Для лодки небольших размеров балласт должен иметь максимально сконцентрированный вес , для чего требуются массивные куски металла . При наихудшем раскладе может даже понадобиться и свинец , чего лучше избегать . Он недёшев и если вода до него доберется , у вас могут быть проблемы с электролизом . Последнего можно избежать только если перед заливкой покрыть весь используемый в балласте свинец изолирующим слоем эпоксидной смолы.
При больших размерах лодки есть возможность кидать в балласт всякую найденную всячину . Прекрасный балласт представляет собой арматурная сталь, однако она довольно дорогая . Если поблизости от вас есть крупный город , отправляйтесь туда на стройплощадку , где возводится высотное здание и ищите там бригадира . Бывает , что при реализации подобных проектов арматура закупается с большим запасом и на стройплощадке остаются горы лишнего металла , от которого можно избавиться , не ставя в известность инвесторов. Несколько бумажек в карман нужного человека - и эта арматура может стать вашей .

Если в вашем распоряжении лом мелкой фракции - ж/д костыли , мостовые заклепки и т.п , можно при укладке арматуры переплести ее с болтами крепления киля. Удобнее всего работать с арматурой диаметром 10-12 мм . Балластный киль высотой 450 мм может иметь по длине кусков восемь такого прутка арматуры.
Если в вашем распоряжении окажется источник , где можно достать толстую арматуру (скажем , 25 мм и более) , ее можно пустить в дело самым активным образом и увеличить вес балласта за ее счет. Заливаете несколько сантиметров бетона , укладываете а него связку арматуры , сверху также укрываете цементом , и так много раз . Я бы еще некоторые прутья примотал проволокой к килевым болтам - бетон сделает все монолитом. Если вы имеете дело с массивными кусками лома , первый слой прутьев арматуры необходимо подвесить на прочной проволоке к килевым болтам . Зазор между прутьями и дном формы должен составлять пару сантиметров. Заливаете достаточно бетона , чтобы закрыть арматуру , затем укладываете стальной лом , укрываете его бетоном , затем следующий слой прутьев арматуры и оставшееся место заливаете бетоном.
Как вариант - заливается пару сантиметров бетона , укладывается стальной лом до уровня балластных болтов , сверху на него арматура и привязывается проволокой к болтам . Все это дело заливается бетоном , затем укладывается еще слой лома почти до уровня верха формы и опять же заливается бетоном.
Соотношение компонентов заливочного раствора остается открытым вопросом. Я изготовил таким образом три киля, смешивая песок с цементом в соотношении 2:1 плюс немного воды . Все они заполнялись всякой железной мелочью типа болтов . Двум из них приходилось впоследствии садиться на камни и оставаться при этом невредимыми , поэтому мне они представляются достаточно крепкими .
Однако один владелец цементного завода сказал мне , что для получения качественного бетона необходимо к песку и цементу добавлять еще и гравий , поэтому при изготовлении последнего киля соотношение песка , цемента и мелкого гравия у меня было 4:1:1 . До сих пор столкновений не случалось , однако при транспортировке 9-тонного корпуса на трейлере на расстояние 50 миль в качестве опоры под киль были подложены всего в двух местах деревяшки шириной по 10 см . Поскольку ничего не сломалось , я считаю , что прочность у него достаточная и какое соотношение считать наилучшим - не знаю до сих пор.
Другой открытый вопрос - насколько "сухим" должен быть рабочий раствор . Если поспрашивать об этом специалистов , можно услышать как те , так и другие мнения . Я предпочитаю , чтобы раствор был слегка текучий и мог сам затекать под металл и арматуру .
Для облегчения работы вам, вероятно, потребуется арендовать где-нибудь бетономешалку , тачку и найти трех желающих вам помочь. Раствор я всегда готовлю только сам , чтобы быть в нем уверенным . Два человека занимаются непосредственно заливкой и разравниванием бетона , третий человек обеспечивает отсутствие воздушных пузырей , протыкая бетон палкой. Как и любая бетонная работа , заливка киля должна быть выполнена за одну операцию.
Когда укладка бетона будет закончена , закройте киль плотной тканью типа старого ковра и поддерживайте его влажность в течение нескольких дней . В течение нескольких недель не предпринимайте попыток перевернуть киль . Пока бетон схватывается , можете заняться изготовлением шпангоутов.

Еще один способ повышения веса балластного киля . Массивные стальные листы крепятся к килю на шурупы с головой "под ключ" . Сначала под киль между его деревянными подпорками проталкиваются листы металла , затем , меняя подпорки местами , листы плотно прижимаются снизу балласта . После их сварки прикладываются боковины и варятся к подошве. Обратите внимание , что ширина подошвы должна быть больше ширины балласта , чтобы в нее упирались боковины.

Сварной балластный киль

Описанный выше способ представляет собой наиболее простой и дешевый вариант отливки балластного киля , который все же не позволяет добиться максимального веса при заданных размерах . Главное его достоинство - простота и даже такой киль гораздо лучше нежели его полное отсутствие . Однако куда лучше было бы изготовить киль стальной коробчатой конструкции , изображенной на рисунке выше.
Как и в предыдущем случае , работа начинается с укладки набок внутреннего деревянного киля , однако прежде чем вставить в отверстия в нем болты крепления балласта , закрепите на его нижней поверхности полосу плотного картона или фанеры и отметьте на ней местоположение болтов . Проложите этот шаблон на полосу металла шириной с киль и вырежьте в ней отверстия . Форма очертаний киля берется , опять же , с плаза.
Вероятно , потребуется определенная подрезка этой полосы до точного соответствия нужной ширине. Меня бы привлек вариант купить полосу металла на дюйм шире нужного размера и в будущем замаскировать этот перехлест рейкой треугольного сечения на клее и гвоздях , которая образует плавный переход от балластного киля к деревянному . Вероятно , это будет дешевле нежели подрезать лист в точный размер.
Подтащите нижнюю стенку киля на ее место и сваркой сделайте прихватки вдоль всей длины киля . Вварите с шагом около метра несколько вставок размерами с внутреннее сечение киля в этом месте . Они будут служить усилению киля и также играть роль индикаторов уровня , чтобы не положить внутрь лишнего металла или бетона . После этого поставьте в вертикальное положение подошву киля и приварите ее к нижней стенке и перегородкам . Поверхность контакта деревянного киля со стальным верхом балластного не должна быть обработана дегтем , т.к. он горюч и при сварке может воспламениться . Однако место контакта дерева с металлом может доставить в будущем много хлопот и чтобы их избежать , стоит потратить немного дополнительных усилий . В отверстия в деревянном киле вставляются балластные болты , которые внутри стального короба проходят в стальных трубках , приваренных к верхней и нижней плоскости киля. Болты должны входить в трубки с приличным зазором и иметь по длине запас 50-75 мм Отодвиньте получившийся короб на несколько сантиметров от деревянного киля и обработайте внутреннюю поверхность железа каким-либо фосфатирующим составом (продаются в автомагазинах) , после чего для защиты покройте эпоксидной смолой.
После того как смола встанет , можно приступать к максимальному заполнению внутренностей стальным ломом , переливая его жидким цементным раствором для омоноличивания . На короб киля кладется стальной лист - крышка и приваривается к верху и подошве . После того как он остынет , обильно намажьте верхнюю металлическую поверхность дегтем и , пользуясь рычагами , задвиньте киль на место . Обтяните болты гайками , срежьте снизу лишнее и обварите по месту.