Сейчас центром армоцементного яхтострое-ния по праву считается Киевский крейсерский яхт-клуб — экспериментальная база секции малотоннажного судостроения Киевского городского правления НТО им. академика А. Н. Крылова. Здесь проводится целенаправленная работа по конструированию и совершенствованию технологии постройки армоцемеитиых парусных и парусно-моторных судов. Более чем за 25 лет судострои-телями-любителями созданы разнообразные по конструкции, размерам и приемам постройки армоцемеитиые яхты длиной от 7 до 17 м, водоизмещением от 2 до 20 т. Каждое из этих судов является экспериментальным. Их созданию предшествовала разработка конструктивного и технологического проекта, который рассматривался экспертным советом яхт-клуба. Только после одобрения документации приступают к строительству яхты, которое ведется под наблюдением технической комиссии. Членами экспертного совета и технической комиссии являются опытные судостроители, инженеры и ученые.
К настоящему времени в Киевском крейсерском яхт-клубе накопился фундаментальный опыт и создана школа армоцементного яхтостроения. Здесь проведены две всесоюзные научно-технические конференции по применению армоцемента в малом судостроении. Членами яхт-клуба получены авторские свидетельства на технологические приемы изготовления армоцементных яхт и их элементов, подготовлен ряд статей, издана книга1, разработаны «Временные правила классификации и постройки армоцементных корпусов крейсерских яхт», которые представляют первый и пока единственный в стране нормативный документ по армоцементному яхтостроению.
Опыт яхт-клуба широко распространяется по Союзу, заимствуется нашими друзьями в социалистических странах: цементные яхты из Киева побывали в Болгарии, ведется консультативная переписка со строителями армоцементных яхт в Польше, Чехословакии, Югославии.
Корпуса киевских яхт значительно легче, чем у зарубежных судов. По весовым характеристикам они конкурентоспособны с яхтами таких же размерений, но построенными из традиционных стали и дерева Для оценки качества армоцементных яхт за рубежом используется формула Бейзера:
где D — расчетное водоизмещение в тоннах; L — длина яхты по ватерлинии в метрах.
Водоизмещение киевских армоцементных яхт на 30—40 % меньше D, определенного по данной формуле. Графики зависимости водоизмещения и веса яхты без балласта от длины по КВЛ свидетельствуют о том, что советские армоцемеитиые яхты по их весовым характеристикам сравнимы с современными судами из дерева, пластика и металлов. Этот эффект особенно ощутим у яхт с длиной по ватерлинии более 9 м.
За счет чего же достигаются такие весовые характеристики в конструкциях армоцементных яхт без снижения их прочности? Прежде всего за счет полного исключения из конструкции корпуса или сведения до минимума стержневой (прутковой) арматуры, которая увеличивает массу армоцементных судов на 15—20%, не повышая прочность корпуса. Сосредоточение стальных стержней в отдельных местах обшивки приводит к ее излишнему утолщению и понижает дисперсность армирования. Вследствие разной скорости роста температурных деформаций бетона и стали, сосредоточенной в отдельных местах обшивки, интенсивней растут разрушающие напряжения на контактах между ними. Снижается водонепроницаемость и трещиностойкость материала, его сопротивляемость ударным и осредоточенным нагрузкам (даже если нагрузка приходится в зону расположения стержней). Если стержни получают остаточную деформацию, то армоцемент разрушается вдоль арматуры. Это усложняет ремонт корпуса и понижает надежность конструкции в целом.
Второй резерв снижения массы корпуса — уменьшение толщины обшивки до 10—16 мм (вместо 20—30 мм) при обеспечении прочности за счет подкрепления ее ребрами жесткости и оптимальной дисперсности2 армирования.
Заметим, что увеличение толщины армоцемента лишь на 1 мм приводит к возрастанию его массы на 2,7—2,8 кг/м2. При этом прочность материала может не только не увеличиться, а даже снизится вследствие увеличения объема неармированного или слабоармированного бетона. Для корпусов судов рекомендуется применять высокие марки бетона — 400—500.
Для снижения водоизмещения яхт лучше применять современные обводы корпуса с плавниковыми килями. Надежность их конструкции подтверждена годами эксплуатации яхт как в открытом море, так и на водохранилищах в условиях мелководья, при подъеме и хранении судов непосредственно на киле, в процессе пребывания во льду и в других тяжелых условиях. Корпуса с плавниковыми килями оказываются также более технологичными в исполнении.
В армоцементных переборках, шпангоутах, стрингерах желательно устраивать облегчающие отверстия и мембранные диафрагмы, устанавливать дополнительные пиллерсы и ребра жесткости для уменьшения толщины палубы и полотнищ переборок.
Целесообразно изготавливать элементы набора отдельно на плоских стендах, а затем устанавливать их на место перед бетонированием корпуса. Закрепить набор можно путем связывания арматурных выпусков из переборок с арматурой обшивки. В этом случае удается избежать излишних утолщений на замоноличивание набора, которые составляют иногда более 10—15% массы корпуса.
Металлические оковки по форштевню, килю, ахтерштевню и привальные брусья ставить нецелесообразно. Как показала практика, лучше исправить повреждения в этих особо уязвимых местах чем утяжелять яхту. Защитить армоцемент можно, оклеив эти места стеклопластиком.
Можно также уменьшить массу корпуса применяя композитные конструкции, в которых наиболее эффективно используются свойства различных материалов. Например, из армоцемента выполняется только корпус, а рубка, переборки, палуба делаются из более легких материалов — фанеры, стеклопластика, стеклоцемента. Из более легкого материала можно изготовить фальшборты, комингсы, кокпит, различные выгородки и др.
Комплекс рассмотренных конструктивных приемов позволяет обеспечить необходимую прочность и жесткость корпусов армоцементных яхт при умеренном их весе. Кроме этого необходимо учитывать технологические особенности изготовления судов из армоцемента, которые существенно влияют на их качество и весовые показатели. Так, например, по мнению некоторых зарубежных авторитетов, главным недостатком армоцемента является сложность получения гладкой поверхности. Наши специалисты давно и успешно решили эту задачу при минимальных трудозатратах. По внешнему виду армоцементные яхты не отличаются от корпусов, построенных из традиционных материалов.
Для этого после бетонирования корпус выдерживается в течение 1—3 часов (в зависимости от температуры и влажности воздуха и качества бетонной смеси), а затем его поверхность тщательно заглаживается с помощью ручного или механического инструмента По высыхании армоцемента поверхности обрабатываются лакокрасочными материалами. Важно получить гладкую поверхность армоцементного корпуса снаружи и внутри без излишнего наложения бетона.
Мы не можем также согласиться с иностранными специалистами, утверждающими, что армоцемент «склонен к образованию трещин, истиранию и откалыванию при небрежной эксплуатации». Во-первых, небрежность в эксплуатации приводит к ускоренному разрушению судов из любых материалов, но к армоцементу это относится меньше всего, так как этот материал неприхотлив и не требует тщательного ухода за ним, как, например, дерево или пластик.
Армоцемент более устойчив к износу, в том числе к истиранию, чем древесина и стеклопластик, обладает стойкостью к образованию трещин. Трещины (обычно только поверхностные) можно обнаружить лишь на неграмотно изготовленных армоцементных судах при несоблюдении конструктивных или технологических правил постройки. Причинами образования трещин может быть недостаточная дисперсность армирования, использование стержневой арматуры (при этом трещиностойкость может снизиться в пять раз), слишком толстый (более 2—3 мм) защитный слой бетона поверх арматуры, образование значительных участков неармированного бетона, избыточное или недостаточное содержание в бетонной смеси отдельных компонентов (вода, цемент, песок, пластификаторы), несоблюдение режима твердения бетона.
Эти же нарушения технологии приводят и к утяжелению армоцементных судов.
В то же время армоцемент обладает таким замечательным свойством, как «самозалечивание» возникающих в нем микротрещин. Это явление происходит под действием непрерывно развивающихся физико-химических процессов, обеспечивающих рост прочности бетона во времени. Во влажных условиях за 10—12 лет прочность возрастает вдвое. Другие судостроительные материалы подобными свойствами не обладают.
В Киевском крейсерском яхт-клубе апробирован ряд новых технологических приемов изготовления армоцементных яхт, в частности, безопалубочное формование корпусов яхт и изготовление секций корпуса в формах-шаблонах с последующей сборкой в кильблоке. Секционный метод обеспечивает высокую производительность труда, качество работ и используется при изготовлении нескольких яхт по одному проекту. Применялся также метод постройки яхты в положении килем вверх путем последовательного изготовления сначала палубы и переборок, а затем и формования над ними всего корпуса. Этот метод позволяет упростить процесс кантования яхты, так как корпус обладает большой жесткостью за счет переборок и палубы. Кроме того корпус яхты является укрытием для производства последующих работ на открытом воздухе.
Наши яхтсмены применили монтаж балласта на болтах аналогично тому, как это делается в плавниковых килях деревянных яхт. Такая система облегчает производство работ при уменьшении массы корпуса.
С успехом использовался для переборок и палубы стеклоцемент, что также позволило заметно снизить массу корпуса.
Для упрочения и повышения трещиностойкости и водонепроницаемости армоцементной обшивки в защитные слои вводились стеклянные, базальтовые или асбестовые волокна. Для формообразования строящегося или реконструируемого корпуса использовались временные стальные стержни диаметром 14—16 мм, располагающиеся вдоль корпуса и заменяющие деревянную опалубку.
Армоцемент нашел применение и в конструкциях деревянных яхт для заполнения верхней половины киля-плавника между днищем и балластом, образуя надежную конструктивную связь плавника с корпусом.
Положительный двадцатипятилетний опыт строительства и эксплуатации армоцементных яхт свидетельствует о целесообразности организации их серийного производства, в том числе и для продажи населению. Это даст существенный экономический эффект и значительное снижение трудозатрат, особенно ручного труда, по сравнению с производством яхт из традиционных материалов.
При наличии заинтересованной организации секция малотоннажного судостроения Киевского городского правления НТО им. академика А. Н. Крылова и ее экспериментальная база — Киевский крейсерский яхт-клуб могут оказать необходимую научно-техническую помощь в разработке проектов армоцементных яхт и технологии их изготовления.
Некоторые армоцементные яхты
изготовленные по методике Киевского крейсерского яхт-клуба
«Цементал» — первая в республике армоцементная крейсерская яхта, построенная более 25 лет назад, постоянно находится в спортивном строю. На яхте установлен вспомогательный двигатель— дизель мощностью 10 л. с. Основные данные — см. таблицу.
В конструкции этой яхты применены стеклоцементные переборки, фибрированная стекловолокном армоцементная палуба и узкий армоцементный киль-плавник, к которому закреплен на стальных болтах свинцовый фальшкиль.
С целью снижения массы и совершенствования обводов корпуса яхта трижды реконструировалась. Корпус облегчен за счет уменьшения толщины палубы и замены армоцементных переборок толщиной 15—16 мм (масса 40—42 кг/м2) равнопрочными стеклоцементными толщиной 7—8 мм (масса 11 —13 кг/м2). Толщину палубы и надстройки удалось уменьшить благодаря фибрированию стекловолокном, что дало снижение массы на 16—20 кг на каждый квадратный метр их поверхности.
По сравнению с «эталонным» водоизмещением по Бейзеру (8,4 т), «Цементал» легче почти на 2,2 тонны или на 23%.
Яхта успешно эксплуатируется на Днепре, водохранилищах и Черном море, на ней пройдено более 20 тыс. миль.
Как и большинство других армоцементных яхт, «Цементал» позволяет продлить навигационный период, так как эксплуатируется до образования льда, а с его уходом яхта сразу же снимается с якоря и открывает навигацию.
«Атака» (сейчас «Истр-2», передана из Киева яхтсменам Измаила). Это судно имеет пустотелый узкий и глубокий армоцементный киль-плавник, заполненный балластом изнутри корпуса. Такое решение имеет существенное достоинство в том, что величину балласта при необходимости можно легко изменять. Недостатком конструкции является то, что нижняя плоскость киля может подвергаться повреждениям при посадке на мель, особенно на камни. Устранять повреждения довольно сложно, даже при подъеме яхты на сушу. Целесообразно киль выполнить сборно-разборным с изменяемой массой балласта или же замоноличивать балласт в киль в процессе строительства.
«Белый клык» — кеч композитной конструкции. Корпус, палуба и переборки выполнены из армоцемента, фибрированного асбестовым волокном, а рубка фанерная. По сравнению с эталонным водоизмещением по Бейзеру (25,9 т) яхта оказалась вдвое легче. Эта крейсерско-гоночная яхта — участник и призер многих регат, в том числе первых соревнований на «Кубок Черного моря» и «Кубок Большого Днепра».
За тринадцать лет эксплуатации в самых жестких условиях, включая ледовые, яхта показала высокую эксплуатационную надежность облегченной армоцементной конструкции.
«Кохана» — яхта со вспомогательным дизелем мощностью 24 л. с. Корпус яхты изготовлен из двух армоцементных секций, стыкуемых по диаметральной плоскости судна. Технология постройки рассчитана на серийное производство3.
По сравнению с эталонным водоизмещением по Бейзеру «Кохана» легче на 18,2 т или на 53%.
На этой яхте установлена безвантовая мачта в виде пространственной трубчатой конструкции (трехгранной фермы), шарнирно опирающейся на два степса и раскрепленной только фор- и ахтер-штагом.
«Фемида» — судейское моторно-парусное судно — гафельный кеч с дизелем мощностью 24 л. с. Гафельное вооружение принято с целью облегчения прохода под низкими мостами и шлюзами при обслуживании регат. В конструкции яхты не предусматривались специальные меры по снижению массы, но ее водоизмещение на 10 % меньше, чем определенное по Бейзеру.
«Белый лотос» — самая малая армоцементная яхта-компромисс композитной конструкции. Корпус армоцементный с толщиной обшивки 9—11 мм, палуба фанерная. Переборки состоят из замкнутых армоцементных шпангоутных рам, в которые вмонтированы тонкие стальные мембраны, обеспечивающие герметичность переборок. Благодаря применению такой конструкции масса переборок снижена на 50 % (с 28 кг/м2 до 13).
Любопытно, что в 1978 г. в незаконченном виде (без кокпита и рубки) яхта была смыта со стапеля бурным весенним паводком и, по ряду обстоятельств, пробыла на воде и во льду более 7 лет. Армоцементный корпус остался в отличном состоянии, сохранив абсолютную водонепроницаемость. Водоизмещение «Лотоса» на 1,2 т (или на 35%) ниже «эталонного» по Бейзеру.
Благодаря неприхотливости в эксплуатации и низкой стоимости (ориентировочно 1800 руб, из них трудозатраты 800 руб, материалы и изделия 1000 руб) такая яхта представляет интерес и для массового производства.
«Риф» — самый большой армоцементный компромисс композитной конструкции. Корпус, швертколодец и шверт выполнены из армоцемента, а все остальные конструкции (палуба, кокпит, надстройка и переборки) — из стеклоцемента. Свинцовый фальшкиль закреплен анкерной арматурой к флорам корпуса. Двадцатисильный дизель типа «2ЧСП 10,5/13» установлен на армоцементном фундаменте, фибрированном стекловолокном. Яхта разделена пятью переборками на шесть изолированных отсеков. Каждый жилой отсек и отсек двигателя оборудованы двумя выходами, из которых один ведет на палубу, а другой — в соседний отсек через водонепроницаемую дверь. Водоизмещение яхты на 6,6 т (36%) ниже по сравнению с расчетным по Бейзеру.
«Лель» — крейсерско-гоночная яхта III группы IOR, впервые спущенная на воду в 1984 г., является одной из самых быстроходных на Украине. Корпус, переборки и палуба — армоцементные толщиной 12—14 мм с высокой дисперсностью армирования. Рубка деревянная. Глубокий армоцементный киль-плавник с эффективным гидродинамическим профилем выполнен пустотелым с толщиной стенок 16—18 мм. В его нижнем объеме замоноличен чугунный балласт. Водоизмещение яхты меньше «эталонного» на 4,9 т или почти в два раза. В ее конструкции имеются резервы дальнейшего снижения веса.
«Искра» — флагман Киевского крейсерского яхт-клуба неограниченного района плавания. На яхте установлен вспомогательный дизель мощностью 50 л. с. Все конструкции яхты армоцементные. Из дерева выполнена небольшая рубка у входа в центральную каюту. Пустотелый киль-плавник несет в своем нижнем объеме чугунный балласт. В конструкции яхты реализованы практически все достижения специалистов Киевского крейсерского яхт-клуба в области армоцементного яхтостроения. Ее водоизмещение на 21,6 т или на 52 % меньше «эталонного».
Армоцементными переборками яхта разделена на 6 изолированных отсеков с входами через палубные люки. В двух центральных отсеках расположены кубрики для команды. В самой широкой части оборудована кают-компания, которая сообщается с каютой капитана, камбузом, душевой и гальюном, действующим по замкнутому циклу без выброса отходов за борт. Этим обеспечена высокая экологическая чистота судна.
В навигацию 1984 и 1985 гг. яхта успешно прошла ходовые испытания на водохранилищах Днепра и на Черном море. Яхта приняла участие в нескольких крейсерских регатах и вошла в число призеров. Основное ее назначение — учебные дальние плавания с большим числом подготавливаемых яхтсменов для последующего кругосветного плавания.
Примечания
1. Бирюкович К. Л., Бирюкович Ю. Л., Бирюкович Д. Л. Мелкие суда из стеклоцемента и армоцемента. Л., «Судостроение», 1965 г.
2. Дисперсность армоцемента — насыщение бетона армирующей стальной сеткой. Характеризуется отношением общей поверхности металла в единице объема материала. Обычно этот показатель равен 2—3 см2/см3.
3. Коваль В. П., Коваль А. П. Способ постройки секций корпуса судна из армоцемента. Авторское свидетельство № 634995, заявка № 2453100 с приоритетом от 15 февраля 1977 г.