Tôi đoán nhiều bạn sẽ tò mò, tại sao tàu bè trên toàn thế giới hiện nay về cơ bản được làm bằng thép thay vì các vật liệu khác? Trên thực tế, lý do rất đơn giản. Vì thuyền làm bằng thép vừa chắc chắn vừa bền, đồng thời thép rất dễ uốn nên bạn có thể làm bất cứ thứ gì bạn muốn. Ngoài ra, mặc dù thép tương đối đắt tiền nhưng nó có thể được tái chế và về cơ bản hiệu suất của nó sẽ không bị suy giảm sau khi được tái sản xuất.

Tất cả những điều này khiến thép trở thành lựa chọn hiển nhiên cho ngành đóng tàu. Tuy nhiên, nó không phải là không có những khuyết điểm. Nhược điểm lớn nhất của là nó rất nặng , không đặc biệt tốt về khả năng chuyên chở cũng như công suất yêu cầu.

Tuy nhiên, có một loại vật liệu có thể bù đắp được khuyết điểm này của thép, đó chính là xi măng.

Vật liệu này dễ uốn như thép, không cần đổ lại sau khi nấu chảy như thép. Xi măng có thể được đổ ở nhiệt độ phòng.

Xi măng cũng rất chắc chắn. Mặc dù không bền bằng thép nhưng nó rất rẻ và có khả năng chống ăn mòn nước mặn tốt hơn thép. Điều quan trọng nhất là mật độ của nó thấp hơn nhiều so với thép, nghĩa là nó nhẹ hơn.

Nguồn: TedSilveira/Flickr

Sau đó, câu hỏi đặt ra là tại sao xi măng không được sử dụng?

Có thể nhiều người đã từng có câu hỏi này khi còn nhỏ. Thép sẽ dễ dàng chìm trong nước. Tại sao đóng tàu thép không chìm?

Theo nguyên lý Archimedes, lực hướng lên tác dụng lên một vật trong chất lỏng bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật chiếm chỗ. Sau khi một con tàu nặng 1 tấn được hạ thủy xuống nước, nó sẽ nổi cho đến khi có thể đẩy được 1 tấn nước trước khi chìm.

Thực sự rất đơn giản để các kỹ sư thiết kế một con tàu không thể chìm bằng thép, miễn là nó giữ đủ không khí trong không gian bên trong.

Nói một cách đơn giản, Mặc dù thuyền được làm bằng thép nhưng vì chứa đầy không khí nên mật độ trung bình thực tế của nó nhỏ hơn nhiều so với nước nên sẽ không chìm.

Thép có thể dễ dàng nổi trên mặt nước, và xi măng đương nhiên không phải là vấn đề, nhưng vấn đề với xi măng là nó không bền bằng thép.

Vì vậy, khi các kỹ sư thiết kế tàu bằng xi măng, họ cần sàn rất dày để đảm bảo tàu đi lại an toàn. Điều này dẫn đến thực tế là tàu xi măng thực sự nặng hơn nhiều so với tàu thép có cùng tải trọng.

Tàu xi măng nặng hơn tàu thép bao nhiêu?

Về vật liệu xây dựng, xi măng thực sự khá nhẹ, đó là lý do tại sao nó là một trong những vật liệu chính trong các tòa nhà cao tầng, với xi măng dao động từ 1,5 tấn đến 2,3 tấn mỗi mét khối, so với gần 8 tấn mỗi mét khối thép.

Tuy nhiên, sự khác biệt về khả năng chuyên chở giữa tàu xi măng và tàu thép có cùng trọng lượng tàu nhẹ (trọng lượng riêng của tàu) lớn hơn nhiều so với tưởng tượng.

Tùy theo thiết kế, tỷ lệ giữa tổng tải trọng (tổng tải trọng có thể chở, bao gồm cả nhiên liệu) và lượng dịch chuyển tối đa (tổng tải trọng cộng với trọng lượng của tàu nhẹ) của tàu chở xi măng đạt khoảng 1:2, trong khi tỷ lệ của tàu chở hàng thép là khoảng 1:1,3.

Điều này có nghĩa là, Nếu bạn thiết kế một con tàu xi măng và một con tàu thép có cùng khả năng chịu tải, trọng lượng nhẹ của tàu xi măng thực sự sẽ lớn hơn nhiều so với trọng lượng nhẹ của tàu thép - nó sẽ không làm cho con tàu nhẹ hơn chỉ vì mật độ xi măng thấp hơn.

Thân tàu nặng hơn có nghĩa là nó kém hiệu quả hơn trong việc vận chuyển nhiên liệu. Tính theo tỷ lệ 1:2 của tổng tải trọng và lượng giãn nước tối đa của tàu xi măng nêu trên thì gần như phải vận chuyển một tấn thân tàu cùng lúc cho mỗi tấn hàng hóa bạn vận chuyển. Điều này rất không kinh tế.

Trên thực tế, ngoài việc lãng phí nhiên liệu, tàu xi măng còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn rất lớn. Bởi vì tàu xi măng rất nặng, thân tàu rất dày, rất dễ va vào đá ngầm.

Tất nhiên, một mối nguy hiểm tiềm ẩn khác là tàu xi măng quả thực không bền bằng tàu thép.

Tàu xi măng lớn nhất thế giới

Tuy nhiên, ngay cả như vậy, trước đây, tàu xi măng vẫn rất phổ biến và thế giới đang cố gắng thiết kế những con tàu xi măng thực sự thiết thực để thay thế thép. Rốt cuộc, vật liệu này thực sự rẻ để đóng tàu.

Hình ảnh: Gutian

Đất nước chúng ta cũng vậy. Chúng tôi thậm chí còn thiết kế một con tàu xi măng rất lớn, nhưng con tàu xi măng này chỉ ra khơi một lần và được thông báo là sẽ nghỉ hưu. Con tàu xi măng này được gọi là Gutian.

Furuta thường được gọi là con tàu xi măng lớn nhất thế giới, nhưng tôi đã kiểm tra nhanh thông tin và thấy rằng đây có thể là nhận định chính xác hơn vì là con tàu xi măng có tổng tải trọng lớn nhất.

Con tàu xi măng này được nước ta thiết kế và đóng mới bắt đầu từ năm 1970. Phải mất 3 năm để đóng. Tổng tải trọng của nó đạt 3024 tấn và lượng giãn nước tối đa là 5773 tấn. Tỷ lệ giữa hai là ít hơn 1: 2.

Hình ảnh: Gutian No., Zhongzhou Village, Jiangbin East Road, Mawei

Năm 1974, Gutian đã vận chuyển một ít cát và gỗ, thả neo từ Phúc Châu và đi đến Thượng Hải để thực hiện chuyến hành trình thử nghiệm. Sau đó, nó chở lúa mì từ Thượng Hải và quay trở lại cảng Phúc Châu. Sau đó, nó không bao giờ ra khơi nữa cho đến khi bị tháo dỡ vào năm 2012.

Gutian, mất 3 năm để phát triển, đã bị bỏ rơi chỉ sau một chuyến đi. Tuy nhiên, nguyên nhân đã được Bộ Giao thông Vận tải và Cục Quản lý Nhà nước Vật liệu xây dựng chỉ ra rõ ràng. Nguyên nhân chính là nó quá cồng kềnh và không phải là phương tiện vận chuyển tiết kiệm.

Trên thực tế, xét về kích thước thân tàu và trọng lượng nhẹ, có những tàu xi măng lớn hơn Furuta, nhưng tôi không tìm thấy tàu xi măng nào có tổng tải trọng lớn hơn.


Hình ảnh: Peralta

Guinness Thế giới về con tàu xi măng lớn nhất thế giới Người giữ kỷ lục thực sự là Peralta của Canada. Tàu chở hàng làm bằng xi măng này có lượng giãn nước tối đa 6.144 tấn nhưng trọng lượng tàu nhẹ là 3.696 tấn. Tỷ lệ tổng công suất tải và chuyển vị tối đa vượt quá 1:2.

Peralta được hạ thủy vào năm 1921 và vẫn nổi trên mặt nước - với vai trò là rào chắn cho cảng, điều này cho thấy tàu xi măng có độ bền tương đối.

Dù ở quốc gia nào, sự xuất hiện của tàu xi măng không phải tự nhiên mà có. Xi măng có khả năng được sử dụng làm vật liệu đóng tàu, nhưng thực sự nó không phải là vật liệu đặc biệt lý tưởng.

Nền tảng phát triển tàu xi măng trên toàn thế giới thực ra là giống nhau. Tức là khi thiếu thép trầm trọng, họ sẽ ngoại lệ và tìm cách phát triển tàu xi măng. Gutian cũng được phát triển dựa trên nền tảng này.