Công trình mang dấu ấn Việt Nam

Đầu năm 1990, hầu hết các máy bay quân sự ở phía Bắc Việt Nam không được che chắn, bảo vệ. Vì vậy, dưới tác động của khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, nhiều linh kiện điện tử và chi tiết của máy bay làm bằng chất dẻo, cao su phải thay thế trước hạn định. Trước tình hình đó, Quân chủng Phòng không – Không quân muốn xây dựng hệ thống nhà vòm để che máy bay. Đó là một nhiệm vụ vô cùng khó khăn bởi cùng lúc phải giải quyết hai vấn đề kỹ thuật hóc búa là: Ưu tiên sử dụng nguyên liệu sẵn có trong nước để hạ giá thành, nhưng chất lượng vật liệu hỗn hợp phải đảm bảo không ảnh hưởng đến độ bền công trình; Lựa chọn thiết kế kết cấu vòm, đảm bảo vững bền, dễ chế tạo, dễ vận chuyển, lắp đặt…

Tháng 3-1994, sau khi đặt vấn đềhợp tác nghiên cứu, lắp đặt nhà vòm với Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Quân chủng Phòng không – Không quân cử người sang làm việc trực tiếp với Trung tâm. Qua việc ứng dụng thành công vật liệu composite vá đường ống dẫn xăng, bọc thuyền gỗ cho Nhà thuyền hồ Tây… từ trước đó, nên GS Trần Vĩnh Diệu và các cộng sự hoàn toàn tin tưởng vào tính khả thi của dự án này. Quân chủng cung cấp các thông số cơ bản của nhà vòm với chiều cao tối thiểu là 6m, rộng tối thiểu 12m, đủ che một chiếc máy bay MIG-21. Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite phải đưa ra các phương án và tính toán số vật tư cần sử dụng. Trong quá trình thiết kế, thi công, Trung tâm hợp tác chặt chẽ với PGS.TS Trần Vĩnh Hưng[1], đang làm việc tại Trung tâm Công nghệ CAD/CAM[2], trường Đại học Giao thông vận tải. Trong nhóm, ông Trần Vĩnh Diệu là người phụ trách chung, ông Bùi Chương xây dựng phương án nhà vòm, phụ trách mảng nguyên vật liệu, ông Trần Vĩnh Hưng có chuyên môn về cơ khí nên đảm nhiệm phần bản vẽ kỹ thuật nhà vòm và thi công. Ngoài ra, còn có một số thành viên của Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite tham gia quá trình thi công.

Giáo sư Trần Vĩnh Diệu và các cộng sự đã xây dựng nhiều phương án nhà vòm khác nhau. Từ việc tham khảo hình mẫu mái vòm do Mỹ xây dựng dở ở sân bay Đà Nẵng trước 1975 nhóm quyết định lựa chọn phương án chế tạo các module nhà vòm và ghép thành các khoanh của nhà vòm.

Các công nhân lắp đặt nhà vòm ở sân bay Nội Bài, 21-1-1999

Về nguyên liệu chế tạo nhà vòm, thành phần chính của composite ngoài nhựa còn có sợi thuỷ tinh và bột vô cơ để tăng độ bền.Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite là đơn vị đầu tiên ở Việt Nam kết hợp gia cường hỗn hợp giữa sợi thuỷ tinh và bột vô cơ[3], GS Bùi Chương cho biết. Thời kỳ năm 1994, Việt Nam đang bị Mỹ cấm vận nên việc nhập khẩu sợi thuỷ tinh gặp nhiều khó khăn, Trung tâmNghiên cứu vật liệu Polymer và Compositephải đặt mua từ một công ty tư nhân. GS Trần Vĩnh Diệu cho biết:Họ nhập “chui” từ Trung Quốc theo đường tiểu ngạch, nên có khi hàng về đến Hà Nội thì sợi thuỷ tinh bị dính đầy bùn, chúng tôi phải rửa sạch rồi sấy khô mới sử dụng được[4]. May mắn, các ông đã mua được một chiếc tủ sấy do một công ty in sách giáo khoa thanh lý, mỗi lần có thể sấy 2-3 tạ sợi thuỷ tinh nhưng cũng rất tốn điện.Chính vì nhiều loại chi phí phát sinh tương tự như thế nên tới khi nghiệm thu nhà vòm đầu tiên, khi thanh toán, trừ hết chi phí, chúng tôi chỉ còn dư lại đúng 5 triệu đồng[5], GS Chương chia sẻ. Sợi thuỷ tinh nhập theo con đường tiểu ngạch như vậy, nên kích cỡ không đồng nhất. Mỗi đợt nhập hàng, bên cạnh việc kiểm định chất lượng, ông Chương phải xác định kích cỡ để tính toán cần sử dụng bao nhiêu sợi thuỷ tinh cho một module, công đoạn này cũng mất rất nhiều thời gian. Nguyên vật liệu có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng module. Ông Hưng có trách nhiệm giám sát quá trình khoan lỗ trên module, khi thấy hiện tượng module bị giòn hay kém độ dẻo phải thông báo ngay để ông Chương kịp thời điều chỉnh nguyên liệu đầu. Theo thống kê của GS Diệu, chiếc vòm lớn nhất mà Trung tâmNghiên cứu vật liệu Polymer và Compositelắp đặt tại sân bay Sao Vàng (Thanh Hóa) đã sử dụng tới 31.000 bộ bu lông.

Có một chi tiết khá thú vị: bột vô cơ không phải là thương phẩm bán trên thị trường mà là phế phẩm khi sản xuất dung dịch khoan của Tổng Công ty dầu khí Việt Nam. Trung tâm biết đến loại bột này một cách rất tình cờ. Một lần, bạn của GS Diệu đang làm việc ở Tổng công ty dầu khí sang Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite chơi và mang theo một ít mẫu phế phẩm này để ông Diệu nghiên cứu xem có thể sử dụng cho việc gì hay không. May mắn là sau khi phân tích, nhóm phát hiện phế phẩm này rất phù hợp để tăng sức bền cho composite.GS Diệu chia sẻ:Composite gia cường bằng sợi thuỷ tinh vẫn có những khiếm khuyết, bột vô cơ sẽ bù đắp cho những điểm đó góp phần tăng độ bền cho vật liệu[6]. Hơn nữa, bột này làphế phẩm nên các ông mua được với giá rất rẻ chỉ khoảng 500 đồng/1kg, giúp tiết kiệm chi phí.Đến nay, thành phần bột vẫn là bí mật riêng của Trung tâmNghiên cứu vật liệu Polymer và Composite. GS Chương nhấn mạnh:Từ Chiến tranh thế giới thứ hai, nhiều quốc gia đã xây dựng nhà vòm che máy bay với kết cấu tương tự của chúng tôi. Tuy nhiên, điểm khác biệt của chúng tôi chính là sử dụng bột vô cơ – nguyên liệu nguồn gốc Việt Nam. Tính ra, nguyên liệu Việt Nam chiếm tới 20-25% tổng khối lượng nhà vòm[7].

Để chuẩn bị cơ sở khoa học cho việc ký hợp đồng với Quân chủng Phòng không – Không quân, Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite thuê một nhóm các nhà khoa học gồm: ông Đào Huy Bích[8]; hai giảng viên khoa Toán cơ, Đại học Lâm nghiệp và Đại học Giao thông vận tải…tính toán độ dày cần thiết của nhà vòm. Dựa trên độ bền của vật liệu composite, họ đưa ra kết luận cần xây dựng nhà vòm với độ dày là 2mm toàn bộ từ chân đến đỉnh vòm. Giáo sư Diệu chia sẻ:Khi nhận kết quả chúng tôi khá bất ngờ, bởi như vậy mỏng manh quá, dựa vào trực giác và mẫn cảm nghề nghiệp chúng tôi quyết định sẽ dựng nhà vòm với các tấm vật liệu dày 6mm ở đỉnh và 10 mm ở chân[9]. Ông cho biết thêm:Ngay sau đó, chúng tôi được một công ty nước ngoài tặng cho phần mềm tính toán thì các số liệu tính được trùng khớp với độ dày mà chúng tôi quyết định thi công. Điều này càng khẳng định rằng quyết định của chúng tôi là đúng[10]. Giai đoạn chuẩn bị này hết sức khó khăn với Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite bởi đây là một công việc hoàn toàn mới và thiếu thốn kinh phí. Có thời điểm Trung tâm hết cả tiền, thậm chí không có nổi mấy chục nghìn để trả cước cho chiếc điện thoại bàn duy nhất của Trung tâm nên với cương vị là Giám đốc, ông Diệu phải đi vay tiền để trả.

Cuối 1994, dù đã xem các kết quả thử độ bền của vật liệu composite mà Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite thực hiện, đại diện Quân chủng Phòng không – Không quân vẫn chưa hoàn toàn tin tưởng. Vì vậy, Trung tâm làm một module nhà vòm chỉ dày 6-10mm, cao 40cm. Họ kiểm tra bằng cách cử người đứng nhún nhảy. Sau động tác kiểm tra đó nhà vòm trở về nguyên dạng, khi đó bên Quân chủng Phòng không mới tin tưởng và tiến hành ký hợp đồng. Trung tâm bắt tay vào việc chế tạo nhà vòm.Ông Trần Vĩnh Hưng cùng 2-3 công nhân lành nghề của Trung tâm phải dành tới 2 tháng để làm khuôn cái của module nhà vòm. GS Bùi Chương chia sẻ:Khuôn cái phải làm bằng composite có chất lượng cao để đảm bảo độ bóng, sử dụng nhựa giá cao hơn nhựa bình thường tới 10 lần. Chúng tôi mua nhựa từ Công ty nhựa Viễn Đông, nhựa bình thường chỉ giá 21.000 đồng/kg nhưng nhựa để làm khuôn cái có giá tới 250.000 đồng/kg[11]. Để làm khuôn cái, Trung tâm chế tạo một chiếc khuôn bằng gỗ rồi đổ composite vào, dùng nhiều loại giấy ráp để mài, đảm bảo khuôn cái có kích thước như đã đề ra và có độ bóng phù hợp. Từ khuôn cái, Trung tâm nhân bản thành nhiều khuôn con để trực tiếp chế tạo các module.Giáo sư Chương chia sẻ:Khuôn con có hình dạng và kích thước y hệt khuôn cái nhưng chất lượng nhựa không tốt bằng[12]. Vấn đề lớn nhất mà Trung tâm gặp phải trong quá trình chế tạo các module là công đoạn chống dính khuôn. Những năm đầu, nhóm phải tự chế tạo một dung dịch chống dính từ vật liệu PVA, dung dịch này được quét lên khuôn trước khi đổ composite. Giáo sư Chương nhớ lại:Những ngày đầu thi công, vào đúng dịp tết, thời tiết nồm ẩm khiến chất chống dính không thể khô được. Chúng tôi phải dùng gỗ dựng lên một chiếc lò, đốt than tổ ong rồi mang khuôn đã quét lớp chống dính vào để hong khô. Ngay khi khô, chúng tôi phải tiến hành làm module ngay, không kể đó là ban ngày hay ban đêm nhằm kịp tiến độ[13]. Khi Trung tâm đã lắp đặt được 1-2 nhà vòm, Việt Nam mới nhập khẩu được một số hỗn hợp chống dính, giúp công việc của nhóm thuận lợi hơn.

Nhà vòm đầu tiên gồm 25 khoanh được ghép từ 160 module. Mỗi module rộng 80cm, cao 40cm và dài khoảng 3,7m, nặng từ 30-35kg.Việc lắp ráp nhà vòm với Trung tâmNghiên cứu vật liệu Polymer và Compositelà cả một quá trình đúc rút kinh nghiệm.Khi chế tạo được khoảng 50 module, Trung tâm tiến hành dựng thử ở xưởng của mình.Các công nhân ghép 6 module thành một khoanh rồi thuê máy cẩu dựng lên. Tuy nhiên, phần đỉnh của khoanh mỏng hơn phần chân dẫn tới tình trạng rạn nứt ở đỉnh. Từ hiện trạng đó, các ông rút kinh nghiệm trong lắp đặt: dựng giàn giáo đỡ ở dưới rồi dùng thang đẩy lên 2-3 khoanh đầu tiên, sau đó tiếp tục lắp thêm các module sau.Nhóm mời đại diện Quân chủng Phòng không – Không quân sang nghiệm thu. Vòm dựng đã 2 ngày, vào đúng ngày có mưa to mà không bị ảnh hưởng khiến đại diện Quân chủng càng tin tưởng hơn.

Khi hoàn thành toàn bộ module cho nhà vòm đầu tiên, Trung tâm dùng ô tô chở lên sân bay Kép để lắp đặt. Giáo sư Chương nhớ lại một sự kiện khiến ông và các đồng nghiệp phải “thót tim”:Các tấm module được đặt trên sân cỏ, khá gần một chiếc máy bay. Khi chiếc máy bay khởi động, phụt ra một luồng khói rất mạnh, toàn bộ các module bị thổi bay và đập vào hàng rào lưới thép gai B40. May mắn thay các tấm không hề bị ảnh hưởng mà còn làm hàng rào bị rách. Điều này càng củng cố thêm niềm tin của chúng tôi và đại diện Quân chủng về độ bền của vật liệu composite[14].

Khi lắp đặt nhà vòm đầu tiên, ông Hưng cho đào rãnh để đặt chân vòm xuống rồi đổ bê tông để cố định. Nhưng, lãnh đạo sân bay Kép yêu cầu không được đào, làm ảnh hưởng đường băng và cần lắp đặt nhà vòm di động để sau có thể tháo lắp chuyển nơi khác được. Trung tâm quyết định sử dụng phương án neo mà Trung tâm đã thử nghiệm ở mỏ than Tân Lập (Quảng Ninh) trước đây của để gia cố chân vòm. Công nhân đổ sẵn khối bê tông dọc theo vị trí chuẩn bị đặt chân nhà vòm rồi khoan các lỗ nhỏ, đặt neo và cố định chân vòm. Do chưa có kinh nghiệm nên lắp được 3 khoanh mà chân vòm chưa cố định khiến các khoanh xẹp vào nhau giống như đàn phong cầm. Các ông phải dùng một chiếc ô tô Land cruiser kéo để các khoanh dãn ra và cố định chân vòm. Việc này làm tăng chi phí lắp đặt nên sau đó dựng đến đâu ông Hưng cho công nhân cố định chân vòm tới đó. Công nghệ neo vừa tăng độ vững chắc cho nhà vòm vừa giảm thời gian thi công từ 1 tháng xuống còn 10 ngày/vòm.

GS Trần Vĩnh Diệu (thứ hai từ trái) cùng đại diện ban quản lý

sân bay Kép, Yên Bái

Ngày 28-4-1995, nhà vòm đầu tiên tại sân bay Kép hoàn thành với tổng kinh phí 374 triệu đồng.Giáo sư Chương luôn nhấn mạnh với các đồng nghiệp khẩu hiệu: “Làm lần đầu không tính lời lãi”. Ông cho rằng làm việc phải đảm bảo chất lượng, thậm chí xác định Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite phải bỏ thêm tiền cũng làm để tạo độ tin tưởng và có kinh nghiệm làm việc.Dù theo hợp đồng ban đầu, Trung tâm sẽ lắp 2 nhà vòm nhưng Quân chủng Phòng không – Không quân đưa ra nhiều lý do để hoãn lại. Ông Chương nghĩ rằng có thể họ muốn để nhà vòm qua mùa mưa bão nhằm kiểm tra độ bền. Tháng 9-1995, hai bên ký hợp đồng mới lắp nhà vòm thứ 2 cho sân bay Kép. Dần dần, số lượng nhà vòm Trung tâm lắp đặt cho sân bay Kép lên tới con số 29.

Qua sử dụng, các nhà vòm đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc bảo quản, che máy bay. Đồng thời, nhà vòm còn trở thành nơi nghỉ ngơi của các phi công trong thời gian trực chiến. Đôi khi, phi công phải ngồi chờ hiệu lệnh hàng giờ ở gần đường băng, vào mùa hè nhiệt độ cao ảnh hưởng rất lớn tới sức khoẻ. Từ đó, việc lắp đặt nhà vòm dần được mở rộng sang các sân bay khác như Yên Bái, Nội Bài và Sao Vàng với tổng số lượng 53 nhà vòm. Sau khoảng 5 năm sử dụng, Quân chủng tiến hành kiểm tra chất lượng nhà vòm đầu tiên do Trung tâmNghiên cứu vật liệu Polymer và Compositelắp đặt.Họ lấy module ở trên đỉnh, tiếp xúc với nắng nhiều nhất để thử nghiệm. Kết quả cho thấy sức chịu lực của module là 1200kg/1cm trong khi yêu cầu là 1000kg/1cm.

Dù xuất phát điểm là những nhà khoa học về công nghệ vật liệu và không có chuyên môn về xây dựng nhưng đứng trước nhu cầu của thực tiễn, Trung tâmNghiên cứu vật liệu Polymer và Compositeđã quyết tâm nghiên cứu và lắp đặt nhà vòm với phương châm:Vừa học vừa làm, khó đến đâu gỡ đến đó!. Thực tiễn đã chứng minh không điều gì là không thể, đến nay nhà vòm có sử dụng nguyên liệu nguồn gốc Việt Nam đã giúp các sân bay tiết kiệm hàng trăm tỉ đồng kinh phí bảo dưỡng máy bay.Đồng thời, thành quả của hợp đồng này còn góp phần nâng cao uy tín của Trung tâm trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu composite.

Lê Thị Lợi

Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam